高速动车用尾框焊补后非相关磁痕的成因与判别

拾光者

高速动车用尾框焊补后非相关磁痕的成因与判别

摘要：高速动车用尾框作为钩缓装置的关键铸钢零部件，其表面及近表面缺陷主要采用磁粉探伤方法检测。本文依据尾框整体荧光湿法磁粉探伤与焊补后局部复探中出现的异常磁痕显示，分析该磁痕的形貌特征与金相检测结果。分析表明，焊补部位复探时出现的糊状、低亮度磁痕，其成因在于焊材与母材磁导率不同，在两者交界处产生漏磁并引起磁粉积聚，属于典型的非相关磁痕显示，可通过局部热处理消除。据此提出探伤操作与磁痕判别中应注意的控制要点。

关键词：尾框；磁粉探伤；非相关磁痕；焊补；磁导率

引言

高速动车是高速铁路的核心技术之一，也是世界各国在高速铁路中竞争的制高点。高速动车的钩缓装置其性能直接影响着动车的行驶安全。高速动车用尾框为铸钢件，作为动车钩缓装置的关键零部件之一，其表面质量状况直接影响尾框的使用寿命。尾框表面及近表面缺陷主要采用磁粉探伤方法进行检测，该方法设备简单，便于现场操作。

在尾框的制造与检修过程中，毛坯探伤和焊补后复探是两个重要环节。毛坯经喷丸热处理、表面机加工后，采用专用磁粉探伤机进行整体荧光湿法磁粉探伤；当发现裂纹缺陷并完成打磨、焊补后，还需对焊补部位进行局部荧光湿法磁粉探伤。实际探伤中发现，焊补部位复探时出现的磁痕显示与常规裂纹磁痕特征存在明显差异，若一律按危害性缺陷评定，将导致大批尾框报废，同时也无法确定该磁痕对应的缺陷是否影响高速动车行车安全。因此，有必要对该类异常磁痕的成因进行分析，明确其性质，为探伤判定提供依据。

本文围绕尾框磁粉探伤中异常磁痕的形貌特征、金相检测结果及其成因展开分析，并在此基础上讨论探伤操作与磁痕判别中应注意的问题。

一、磁粉探伤的基本原理

铁磁性材料工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在合适的光照下形成目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、大小、形状和严重程度。这一原理是磁粉探伤能够发现铁磁性材料表面及近表面缺陷的基础。

需要指出的是，磁粉探伤所显示的磁痕，其成因并不限于开口性裂纹等危害性缺陷。凡能引起漏磁场的因素，均可能在工件表面形成磁痕显示。因此，对磁痕的评定不能仅凭磁痕的有无，还需结合磁痕的形貌特征、出现部位、工艺背景等信息综合判断。

二、尾框毛坯探伤中的裂纹磁痕特征

尾框毛坯经喷丸热处理、表面机加工后，采用专用磁粉探伤机进行整体荧光湿法磁粉探伤，在尾框特定部位发现裂纹磁痕显示。该磁痕为连续线条，两端有尖角，磁痕浓密清晰。

从铸造工艺角度分析，尾框浇注过程中，金属液在铸型内凝固收缩，表面和内部冷却速度不同，产生很大的铸造应力，当该应力超过金属强度极限时，铸件便产生破裂。根据破裂时温度的高低，又分为热裂纹和冷裂纹两种。热裂纹约在1200至1400摄氏度高温下产生，并在最后凝固区或应力集中区出现，一般沿晶扩展，呈很浅的网状裂纹，亦称龟裂，稍加打磨裂纹便可消除。铸造冷裂纹约在200至400摄氏度温度下产生，低温时由于铸钢的塑性变坏，在巨大的热应力和组织应力的共同作用下产生冷裂纹，一般分布在铸件截面尺寸突变的部位，如夹角、圆角、沟槽、凹角、缺口、孔等周围，这种裂纹一般穿晶扩展，有一定深度。

上述裂纹磁痕的特征——连续线条、两端尖角、浓密清晰——与危害性缺陷的典型显示相符，是探伤中需要重点关注的显示类型。

三、焊补后复探中的异常磁痕及其形貌特征

对存在裂纹磁痕的部位进行打磨，直至裂纹缺陷完全消除，采用气体保护焊进行焊补。焊补结束24小时后，对焊补部位进行打磨，再采用便携式磁轭探伤仪对补焊部位进行局部荧光湿法磁粉探伤。

此时发现工件表面有磁痕显示，其形貌特征与毛坯探伤中的裂纹磁痕明显不同：磁痕不浓密，呈糊状，在荧光灯下显示亮度低。这一特征与常规的裂纹磁痕特征存在显著差异。

从出现规律看，该类磁痕都是在尾框进行焊补后作磁粉局部探伤时才会出现，在多年的尾框磁粉探伤过程中，从未发现过类似显示。这一规律性表明，该磁痕的出现与焊补工艺之间存在直接关联，而非随机产生的缺陷显示。

四、金相检测结果与成因分析

为确定该类磁痕的性质，对尾框复探时发现有异常磁痕积聚的部位进行切割取样，并作金相检测。

金相检测结果显示：尾框熔合区组织与基体组织基本一致，母材与焊材之间熔合较好，出现磁痕的部位并未发现开口性裂纹缺陷。基体组织为铁素体加珠光体。

结合磁痕的特征及焊材特点可知，引起该磁痕的原因是焊材与母材之间磁导率不同，在焊材与母材的交界处会产生漏磁，因此在该处引起磁粉积聚。这是一种典型的非相关磁痕显示。所谓非相关磁痕，是指由工件几何形状、材料组织差异、磁导率变化等非缺陷因素引起的磁粉积聚显示，其本身并不对应危害性缺陷。

由于该磁痕源于焊材与母材交界处的磁导率差异，可以通过局部热处理消除。这一处理方式也从侧面印证了该磁痕的非缺陷性质。

五、探伤操作与磁痕判别的控制要点

基于上述分析，尾框探伤人员在日常探伤过程中应注意以下控制要点。

第一，首次探伤时，磁化规范须保证尾框所有探伤部位灵敏度满足标准要求，观察时须认真仔细。磁化规范的合理性是保证探伤灵敏度的前提，若磁化不足，可能漏检真实缺陷；若磁化过度，则可能产生非相关显示干扰判定。

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参考资料：高速动车用尾框磁粉探伤中异常磁痕的分析

引用依据：
《高速动车用尾框磁粉探伤中异常磁痕的分析》

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