42crmo機(jī)車零件焊接修復(fù)及其磁痕分析碩士畢業(yè)論文

1、<p>　　學(xué)校代號(hào) 10731 學(xué) 號(hào) 092430105009 </p><p>　　分 類 號(hào) TG172；TG455 密 級(jí) 公開 </p><p><b>　　工程碩士學(xué)位論文</b><

2、;/p><p>　　42CrMo機(jī)車零件焊接修復(fù)及其磁痕分析</p><p>　　學(xué)位申請(qǐng)人姓名 </p><p>　　培 養(yǎng) 單 位 材料科學(xué)與工程學(xué)院 </p><p>　　導(dǎo)師姓名及職稱 教授 </p><p>　　學(xué) 科 專 業(yè) 材料工程

3、 </p><p>　　研 究 方 向 先進(jìn)焊接技術(shù) </p><p>　　論文提交日期 2011年4月20日 </p><p>　　學(xué)校代號(hào)：10731</p><p>　　學(xué)號(hào)：092430105009</p><p><b>　　密級(jí)：公開

4、</b></p><p>　　蘭州理工大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　42CrMo機(jī)車零件焊接修復(fù)及其磁痕分析</p><p>　　學(xué)位申請(qǐng)人姓名： … </p><p>　　導(dǎo)師姓名及職稱： 教授 </p><p&g

5、t;　　培養(yǎng)單位： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)名稱： 材料工程 </p><p>　　論文提交日期： 2011年4月20日 </p><p>　　論文答辯日期： 2011年5月30日

6、 </p><p>　　答辯委員會(huì)主席： </p><p>　　蘭州理工大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明</p><p><b>　　原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所

7、取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。</p><p>　　作者簽名：日期： 年 月 日</p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　本學(xué)位論文作

8、者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)蘭州理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到《中國(guó)學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》，并通過網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。</p><p>　　作者簽名：

9、 日期： 年 月 日</p><p>　　導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日</p><p><b>　　摘 要4</b></p><p>　　Abstract5</p><p><b>　　第1章 緒論6</b></p><

10、;p><b>　　1.1 引言6</b></p><p>　　1.2 曲軸和連桿的應(yīng)用和發(fā)展6</p><p><b>　　1.2.1曲軸6</b></p><p><b>　　1.2.2連桿7</b></p><p>　　1.3 TIG和堆焊的特點(diǎn)及應(yīng)用11&

11、lt;/p><p>　　1.3.1 TIG特點(diǎn)及應(yīng)用11</p><p>　　1.3.2堆焊的特點(diǎn)及應(yīng)用12</p><p>　　1.4 現(xiàn)階段無損檢驗(yàn)主要方法13</p><p>　　1.4.1 無損檢測(cè)的概述和研究進(jìn)展13</p><p>　　1．無損檢測(cè)的定義13</p><p>　

12、　2．無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)的特點(diǎn)14</p><p>　　3．無損檢測(cè)的研究與實(shí)踐意義14</p><p>　　1.4.2磁粉檢測(cè)15</p><p>　　1．磁粉檢測(cè)的特點(diǎn)15</p><p>　　2．磁粉檢測(cè)的物理基礎(chǔ)15</p><p>　　3．影響鐵磁性的主要因素16</p><p&g

13、t;　　4．磁粉檢測(cè)的原理以及主要影響因素17</p><p>　　5．磁痕分析的意義18</p><p>　　1.5.本課題的研究意義19</p><p>　　第2章 42CrMo的焊接性能20</p><p><b>　　2.1 母材20</b></p><p>　　2.1.1 4

14、2CrMo鋼的化學(xué)成分及機(jī)械性能20</p><p>　　2.1.2 42CrMo鋼的特征及適用范圍21</p><p>　　2.1.3 40CrMo鋼的熱處理工藝22</p><p>　　2.2 42CrMo的焊接性能分析23</p><p>　　2.2.1 焊接產(chǎn)生的熱裂紋23</p><p>　　2.

15、2.2 焊縫的淬透性和冷裂紋23</p><p>　　2.3 42CrMo焊接材料的選擇25</p><p>　　2.4 42CrMo的焊接方法26</p><p>　　2.5 42CrMo的焊接工藝特點(diǎn)26</p><p>　　2.6 本章小結(jié)27</p><p>　　第3章 焊接過程和焊接結(jié)果分

16、析28</p><p>　　3.1 焊接工藝的制定28</p><p>　　3.1.1 焊接方法的選擇28</p><p>　　3.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備28</p><p>　　3.1.3 焊接材料的選擇29</p><p>　　3.1.4 焊接規(guī)范29</p><p>　　3.1.5

17、焊接前的準(zhǔn)備29</p><p>　　3.1.6 直流反接的特點(diǎn)30</p><p>　　3.2 焊接過程及焊后無損檢測(cè)結(jié)果30</p><p>　　3.2.1 焊縫外貌形狀30</p><p>　　3.2.2 焊后處理30</p><p>　　3.3.3 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)31</p><p

18、>　　3.3.4 滲透檢測(cè)驗(yàn)證32</p><p>　　3.4 焊縫的金相組織分析33</p><p>　　3.4.1 實(shí)驗(yàn)材料的制備33</p><p>　　3.4.2 金相實(shí)驗(yàn)制備33</p><p>　　3.4.3 金相組織分析34</p><p>　　3.4.4 硬度分析39</p&g

19、t;<p>　　3.5 本章小結(jié)42</p><p>　　第4章 焊后熱處理及磁痕處理方法43</p><p>　　4.1 非相關(guān)磁痕的分析43</p><p>　　4.2 焊后熱處理及分析44</p><p>　　4.2.1 熱處理規(guī)范44</p><p>　　4.2.2 熱處理后的宏觀形貌

20、44</p><p>　　4.2.2 熱處理后的金相組織分析45</p><p>　　4.2.3 相關(guān)的物理分析49</p><p>　　4.3 本章小結(jié)50</p><p><b>　　結(jié) 論51</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)53</p><p>

21、;<b>　　致 謝55</b></p><p>　　附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄56</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂械牟贿^可替代的工具。因此，目前國(guó)內(nèi)的機(jī)車市場(chǎng)需求量不斷地提升就要求機(jī)車制造行業(yè)不斷地加大產(chǎn)量，提

22、供了車輛行業(yè)的良好的發(fā)展前景。但是再大產(chǎn)量的背后仍然有許多諸如質(zhì)量問題的存在。尤其是機(jī)車的各個(gè)核心部位的零件上的質(zhì)量問題更加應(yīng)該令人重視。</p><p>　　42CrMo因其具有良好的強(qiáng)度和韌性，淬透性也較好，無明顯的回火脆性，調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好。廣泛用于重要的大截面機(jī)器零件，如制造高功率內(nèi)燃機(jī)的曲軸、連桿、汽輪發(fā)電機(jī)的主軸、葉輪等，或作為500℃以下的高溫零件的原材料

23、耐熱鋼使用。</p><p>　　由于42CrMo的焊接性能較差，本文針對(duì)此種材料的焊接性能進(jìn)行了分析。采用了H08Mn2SiA焊絲不用預(yù)熱的焊接方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并在不同焊接電流下進(jìn)行了焊接質(zhì)量的比較。針對(duì)焊后出現(xiàn)的熱影響區(qū)的脆化和軟化現(xiàn)象制定了焊后熱處理工藝進(jìn)行改善。針對(duì)焊后進(jìn)行磁粉檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行了分析。指出并非所有磁痕顯示都是由于裂紋導(dǎo)致，此次磁痕現(xiàn)象是由于熱影響區(qū)的組織差異過大導(dǎo)致磁導(dǎo)率突變?cè)斐傻?。分?/p>

24、微觀組織，結(jié)果證明熱影響區(qū)的組織大部分為馬氏體和滲碳體組織，而母材大部分為索氏體，焊縫為珠光體和鐵素體。馬氏體磁導(dǎo)率較低造成磁力線外溢形成磁痕。經(jīng)過熱處理后，組織均勻化，磁痕現(xiàn)象得到了改善。</p><p>　　關(guān)鍵詞：堆焊；焊接性；熱處理；非相關(guān)顯示</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the

25、domestic’s economic situation high rapid development, locomotive have become necessary transport gradually into people's lives in everyday. So at the domestic market Requirement of Locomotive Continue to improve requ

26、ire Locomotive manufacturing industries continue to increase production at present. Provide the Good prospects for development of Locomotive manufacturing industries. But in the back of manufacture have many problem of t

27、he parts quality. Especially in the core parts of locom</p><p>　　42CrMo have good strength and toughness, hardenability. Temper brittleness is not obvious. It is hardened and tempered will have a high limit

28、of fatigue, Anti-shocks and low temperature impact toughness. It is used in large and important section of machine parts wildly. For example, it is used for high power internal combustion engine crankshaft, the link, tur

29、bine spindle, impeller and so on. Or it is used for heat-resistant steel below 500 ℃ as high temperature components.</p><p>　　Because of the poor weldability in 42CrMo In this paper, the weldability of this

30、material was analyzed because of the poor weldability in 42CrMo. We have experiments for H08Mn2SiA welding wire in the situation of without preheating, and compare the quality of welding under different welding current.

31、 Formulated a plan of heat hreatment after welded to improve the phenomenon which Heat affected zone is embrittlement and softening. Analyzed the the problem of Magnetic particle testing after weldin</p><p>

32、　　Key words: overlaying; weldability; heat treatment; non relevant indications</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速持續(xù)發(fā)展，機(jī)車逐漸步入人們的

33、生活，已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂械牟贿^可替代的工具。因此，目前國(guó)內(nèi)的機(jī)車市場(chǎng)需求量不斷地提升就要求機(jī)車制造行業(yè)不斷地加大產(chǎn)量，提供了車輛行業(yè)的良好的發(fā)展前景。但是再大產(chǎn)量的背后仍然有許多諸如質(zhì)量問題的存在。尤其是機(jī)車的各個(gè)核心部位的零件上的質(zhì)量問題更加應(yīng)該令人重視。因此，本文以曲軸連桿為對(duì)象，對(duì)其修復(fù)及修復(fù)后的問題進(jìn)行研究。</p><p>　　1.2曲軸和連桿的應(yīng)用和發(fā)展</p><p>&l

34、t;b>　　1.2.1曲軸</b></p><p><b>　　1．曲軸概述</b></p><p>　　曲軸（圖1.1）是引擎的主要旋轉(zhuǎn)機(jī)件，裝上連桿后，可承接連桿的上下(往復(fù))運(yùn)動(dòng)變成循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運(yùn)動(dòng)。它是發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)重要的機(jī)件，主要包括主軸頸和連桿頸。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個(gè)典型的曲柄滑塊

35、機(jī)構(gòu)。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源，也是整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的最核心的部位[1]。曲軸在工作過程中既要承受周期性變化的氣體壓力、往復(fù)慣性力和離心力，又要承受他們所產(chǎn)生的扭矩和彎矩。因此，在上述載荷的作用下，曲軸承受著很大的彎曲、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和附加應(yīng)力，以及交變負(fù)荷的沖擊[2]。這些載荷不僅數(shù)值較大，而且一般呈周期性變化，故容易使曲軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和彎曲變形，甚至產(chǎn)生裂紋和斷裂[3]。</p><p>　　圖1.1 典型的曲

36、軸結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　2．曲軸的材料選擇</b></p><p>　　目前，車用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸材質(zhì)有球墨鑄鐵和鋼兩類。由于球墨鑄鐵的切削性能良好，可獲得較理想的結(jié)構(gòu)形狀，并且和鋼質(zhì)曲軸一樣可以進(jìn)行各種熱處理和表面強(qiáng)化處理來提高曲軸的抗疲勞強(qiáng)度、硬度和耐磨性。而球墨鑄鐵曲軸成本只有調(diào)質(zhì)鋼曲軸成本的1/3左右，所以球墨鑄鐵曲軸在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)

37、資料顯示，車用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸采用球墨鑄鐵材料的比例：美國(guó)為90%、英國(guó)為85%、日本為60%，此外德國(guó)、比利時(shí)等國(guó)家也已經(jīng)大批量采用球墨鑄鐵材料。國(guó)內(nèi)采用球墨鑄鐵曲軸的趨勢(shì)則更加明顯，85%以上的中、小型功率發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸均采用球墨鑄鐵材料[3]。就大功率車用柴油機(jī)曲軸而言，鍛鋼曲軸具有較高的綜合機(jī)械性能。許多高強(qiáng)化的中高速大功率四沖程柴油機(jī)都無一例外地采用鍛鋼曲軸。排量在1.6L以上的發(fā)動(dòng)機(jī)也都采用鋼質(zhì)模鍛曲軸[4]。</p>

38、<p><b>　　3．曲軸的加工工藝</b></p><p>　　進(jìn)入21世紀(jì)以后，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸在制造工藝、刀具等方面都發(fā)生了巨大的變化。領(lǐng)導(dǎo)了近半個(gè)多世紀(jì)的多刀車削工藝和手工磨削工藝，由于加工精度、低和柔性差等原因，正在逐步退出歷史舞臺(tái)。高速、高效的復(fù)合加工技術(shù)及裝備迅速進(jìn)入汽車及零部件制造業(yè)，高速高效復(fù)合加工技術(shù)在曲軸加工生產(chǎn)中已有相當(dāng)程度的應(yīng)用，并將是其必然發(fā)展趨勢(shì)。<

39、/p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)較陳舊的曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度相對(duì)較低。粗加工設(shè)備一般采用多刀車床車削曲軸主軸頸及連桿軸頸，工序質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的加工應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲軸磨床進(jìn)行粗磨、半精磨、精磨、拋光，通常靠人工操作，加工質(zhì)量不穩(wěn)，尺寸一致性差。 老式生產(chǎn)線一個(gè)主要的特點(diǎn)就是普通設(shè)備太多，按加工球墨鑄鐵曲軸來計(jì)算，一條生產(chǎn)線有

40、35～40臺(tái)設(shè)備。粗加工采用普通外銑加工主軸頸和連桿頸，然后數(shù)控精車主軸頸和連桿頸，再經(jīng)過多道工序的磨削方轉(zhuǎn)入精加工工序。所以這條生產(chǎn)線設(shè)備達(dá)60多臺(tái)，導(dǎo)致產(chǎn)品周轉(zhuǎn)線長(zhǎng)、場(chǎng)地占用面積大，其生產(chǎn)效率完全是靠多臺(tái)設(shè)備分解工序和余量來提高的。另外由于曲軸的材料為高強(qiáng)度合金鋼，難于加工和斷屑，而且曲軸主軸頸和連桿軸頸幾何形狀復(fù)雜，因此作為發(fā)動(dòng)機(jī)五大零件(缸體、缸蓋、曲軸、連桿、凸輪軸)之一的曲軸，其加工難度、加工工藝復(fù)雜程度在發(fā)動(dòng)機(jī)各零部件中都

41、首屈一指，它的結(jié)構(gòu)參數(shù)和加工工藝水平直接影響著整機(jī)的尺寸和重量，以及發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和壽命。因此世界各國(guó)對(duì)去曲軸的生產(chǎn)都非常重視，不斷改善曲軸的加工工藝和加工設(shè)</p><p><b>　　1.2.2連桿</b></p><p><b>　　1．連桿概述</b></p><p>　　連桿（見圖1.2）在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中是重要零件

42、，連接著活塞和曲軸，其主要作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。連桿組由連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸瓦等組成。連桿多為鋼件，其主體部分的截面多為圓形或工字形，兩端有孔，孔內(nèi)裝有青銅或滾針軸承，供裝入軸銷而構(gòu)成鉸接。連桿機(jī)構(gòu)中兩端分別與主動(dòng)和從動(dòng)構(gòu)件鉸接以傳遞運(yùn)動(dòng)和力的桿件。例如在往復(fù)活塞式動(dòng)力機(jī)械和壓縮機(jī)中，用連桿來連接活塞與曲柄。連桿在工作中，除承受燃燒室燃?xì)猱a(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向

43、和橫向的慣性力。因此，連桿在一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作。它既受交變的拉壓應(yīng)力、又受彎曲應(yīng)力。[8~9]</p><p><b>　　圖1.2 連桿</b></p><p><b>　　2．連桿的材料選擇</b></p><p>　　傳統(tǒng)連桿加工工藝中其材料一般采用45鋼、42CrMo、40Cr或40MnB等調(diào)質(zhì)鋼，但現(xiàn)在國(guó)

44、外所廣泛采用的先進(jìn)連桿裂解（conrod fracture splitting）的加工技術(shù)要求其脆性較大，硬度更高，因此，以德國(guó)汽車企業(yè)生產(chǎn)的新型連桿材料如C70S6高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼、SPLITASCO系列鍛鋼、FRACTIM鍛鋼和S53CV-FS鍛鋼等(以上均為德國(guó)din標(biāo)準(zhǔn))。合金鋼雖具有很高強(qiáng)度，但對(duì)應(yīng)力集中很敏感。所以，在連桿外形、過度圓角等方面需嚴(yán)格要求，還應(yīng)注意表面加工質(zhì)量以提高疲勞強(qiáng)度，否則高強(qiáng)度合金鋼的應(yīng)用并不能達(dá)到預(yù)

45、期果[10]。本文針對(duì)42CrMo調(diào)質(zhì)鋼連桿的修復(fù)進(jìn)行研究。</p><p>　　表2.1東風(fēng)汽車有限公司商用車發(fā)動(dòng)機(jī)廠幾種不同連桿的不同材料</p><p><b>　　3．連桿的工作狀態(tài)</b></p><p>　　連桿工作時(shí)（見圖1.3），承受活塞頂部氣體壓力和慣性力的作用，而這些力的大小和方向都是周期性變化的。因此，連桿受到的是壓縮、拉

46、伸和彎曲等交變載荷。這就要求連桿強(qiáng)度高，剛度大，重量輕。</p><p>　　圖1.3 連桿的工作狀態(tài)</p><p><b>　　4．連桿的研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　根據(jù)連桿的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)和精度要求，連桿的加工工藝主要是針對(duì)連桿的加工基準(zhǔn)的合理選擇，保證加工精度的前提下確定夾緊力的方向和著力點(diǎn)，以免造成連桿受力集中形成斷裂。目前在國(guó)

47、內(nèi)的連桿生產(chǎn)一般都是整體鍛造，然后將毛坯斷開，銑出，或者分別鍛造連桿體和連桿蓋。然后對(duì)連桿體和連桿蓋的結(jié)合面進(jìn)行磨削加工。當(dāng)用螺栓孔定位時(shí)，常采用多道工序，用精加工設(shè)備分別加工連桿體及連桿蓋上的螺栓孔，與其配合使用的螺栓要求很高(需精磨或滾花結(jié)合面)。如果用連桿和連桿蓋的結(jié)合面定位，則需要在連桿及連桿蓋上加工定位凸臺(tái)和定位槽，有的連桿采用止推面定位，有的采用定位環(huán)定位，這些結(jié)合面的定位方式非常復(fù)雜，加工精度與裝配質(zhì)量難以控制，生產(chǎn)效率低

48、，制造成本高，廢品率高，裝拆也不方便。同國(guó)外相比，工序能力指數(shù)及自動(dòng)化程度均較低。有些關(guān)鍵工序也有采用高精設(shè)備和新工藝的，如螺栓孔槍鉆、槍鉸和冷擠，拉削技術(shù)的應(yīng)用，體蓋組立扭矩+轉(zhuǎn)角，刀具自動(dòng)補(bǔ)償功能的大小孔精鏜，電子綜合測(cè)量技術(shù)等。大的生產(chǎn)廠家主要有一汽集團(tuán)、二汽集團(tuán)、上柴、濰柴、康明斯等。</p><p>　　相比較而言，一汽大眾、上海大眾、沈陽(yáng)航天三菱等轎車連桿生產(chǎn)線已接近于國(guó)外先進(jìn)水平，加工手段更多采用雙

49、端面磨、體蓋脹斷、大孔鉸珩、大小端自動(dòng)去重等先進(jìn)工藝，加工能力和自動(dòng)化程度相對(duì)較高。</p><p>　　在國(guó)際上，主要的汽車制造業(yè)每年需要連桿大約2億根，其中87.5%為模鍛連桿[11]，為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的大量需求，大多數(shù)采用錘上熱模鍛發(fā)在自動(dòng)化鍛造生產(chǎn)線上大批量生產(chǎn)。</p><p>　　5．曲軸和連桿所面臨的問題：</p><p>　　(1).曲軸軸頸在工作時(shí)

50、表面要承受很大的壓力，與此同時(shí)很高的滑動(dòng)摩擦速度，軸頸散熱效果較差，各軸頸表面容易受到磨料磨損。常見的曲軸損傷形式主要有軸頸磨損、裂紋、燒傷、彎曲、折斷等。</p><p>　　軸頸的磨損是由于作用于軸頸上的力沿圓周方向分布不均勻引起的。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，連桿軸頸所受的綜合作用力始終作用在連桿軸頸的內(nèi)側(cè)，方向沿曲柄半徑向外，造成連桿軸頸內(nèi)側(cè)磨損最大，形成橢圓形。此外，連桿彎曲、氣缸中心線與曲軸中心線不垂直等原因都有會(huì)

51、使軸頸沿軸向受力不均而使磨損偏斜。主軸頸的磨損主要是由于受到連桿、連桿軸頸及曲柄臂離心力的影響，使靠近連桿軸頸的一側(cè)與軸承產(chǎn)生的相對(duì)磨損較大[12]。</p><p>　　曲軸的彎曲是由于曲軸在長(zhǎng)時(shí)間的高強(qiáng)度、高溫、高壓、高速、有化學(xué)腐蝕的環(huán)境下服役，并且在回轉(zhuǎn)中受到各缸交變的氣體力、往復(fù)慣性力和離心力以及由其所引起的彎矩、扭矩的作用。這些力不僅隨曲柄轉(zhuǎn)角變化，也隨負(fù)荷變化。曲軸的形狀復(fù)雜，截面變化多，剛度不足，

52、受力復(fù)雜。屬于高周低應(yīng)力疲勞破壞。主要是扭矩產(chǎn)生的應(yīng)力再加上扭轉(zhuǎn)振動(dòng)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。一般發(fā)生在油孔處，并在軸頸上沿與軸線成45度角的兩個(gè)方向擴(kuò)展，且在運(yùn)行初期發(fā)生，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)附近的曲柄。</p><p>　　曲軸的斷裂主要是發(fā)生在應(yīng)力集中軸頸圓角部位和油孔處，因此在檢修時(shí)要求用磁粉檢測(cè)來檢驗(yàn)是否存在裂紋，如有超過20mm的裂紋則應(yīng)用堆焊等方式進(jìn)行修復(fù)。</p><p>　　曲軸的燒傷主要

53、是由于潤(rùn)滑有的不足造成滑動(dòng)摩擦系數(shù)過大從而引起的。</p><p>　　(2)．連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個(gè)高應(yīng)力區(qū)域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強(qiáng)度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。因此在實(shí)際的應(yīng)用中，連桿會(huì)因?yàn)楦鞣N受力情況的變化導(dǎo)致彎曲。如圖為連桿的彎曲檢測(cè)。</p><p>　　圖1.4連桿的彎曲檢測(cè)</p>

54、<p>　　1.3TIG和堆焊的特點(diǎn)及應(yīng)用</p><p>　　1.3.1 TIG特點(diǎn)及應(yīng)用</p><p>　　Tungsten Inert Gas，縮寫TIG。直譯就是鎢極惰性氣體焊。TIG是用純鎢或活化鎢（釷鎢、鈰鎢、鋯鎢、鑭鎢）作為不熔化電極的惰性氣體保護(hù)電弧焊，質(zhì)量高但速度較慢。鎢極惰性氣體保護(hù)焊焊接時(shí)，在焊炬中夾持的非熔化的鎢極和工件之間燃燒著的電弧所產(chǎn)生的能量使材料

55、熔化。通常使用焊棒作為填充材料進(jìn)行焊接。惰性保護(hù)氣體如氬、氦或它們的混合氣體保護(hù)鎢極和焊縫，使之免受空氣的侵入，工件的加熱集中在由針狀鎢極產(chǎn)生的小電弧區(qū)域上，因此特別有利于薄壁構(gòu)件的焊接。鎢極惰性氣體保護(hù)焊接時(shí)，既不形成熔渣，也不會(huì)出現(xiàn)焊縫表面的氧化現(xiàn)象[13]。</p><p>　　應(yīng)用范圍：適用于工件厚度 0.5～4.0mm范圍內(nèi)的鋼及有色金屬全位置連接焊接；以及堆焊（見圖1.5）。</p>&

56、lt;p>　　鎢極氬弧焊按操作方式分為手工焊、半自動(dòng)焊和自動(dòng)焊三類。手工鎢極氬弧焊時(shí)，焊槍的運(yùn)動(dòng)和添加填充焊絲完全靠手工操作；半自動(dòng)鎢極氬弧焊時(shí)，焊槍運(yùn)動(dòng)靠手工操作，但填充焊絲則由送絲機(jī)構(gòu)自動(dòng)送進(jìn)；自動(dòng)鎢極氬弧焊時(shí)，如工件固定電弧運(yùn)動(dòng)，則焊槍安裝在焊接小車上，小車的行走和填充焊絲可以用冷絲或熱絲的方式添加。熱絲是指提高熔敷速度。某些場(chǎng)合，例如薄板焊接或打底焊道，有時(shí)不必添加填充焊絲。 </p><p>　　

57、TIG為今日各主要焊接方法中的一種，其特點(diǎn)為焊接品質(zhì)佳，及具焊接薄板的能力，由于沒有使用焊劑，故可減少夾渣機(jī)會(huì)，如此可提升焊道的品質(zhì)，TIG已被需高品質(zhì)焊接的航天工業(yè)所引用。</p><p>　　圖1.5TIG堆焊示意圖</p><p>　　1.3.2堆焊的特點(diǎn)及應(yīng)用</p><p><b>　　1．堆焊的定義</b></p>&

58、lt;p>　　堆焊是指將具有一定使用性能的合金材料借助一定的熱源手段熔覆在母體材料的表面，以賦予母材特殊使用性能或使零件恢復(fù)原有形狀尺寸的工藝方法。</p><p>　　2．堆焊的特點(diǎn)[14]</p><p>　　堆焊層與母材具有典型的冶金結(jié)合，堆焊層在服役過程中的剝落傾向小，而且可以根據(jù)服役性能選擇或設(shè)計(jì)堆焊合金，使材料或零件表面具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、耐輻射等性能

59、，在工藝上有很大的靈活性。</p><p>　　從物理本質(zhì)看，堆焊的熱過程、冶金過程、以及堆焊金屬層的凝固結(jié)晶和相變過程與普通熔焊工藝是相同的，但是，堆焊是以獲得具有特殊性能的表面層為目的，因此，須注意堆焊過程中可能會(huì)受到的影響：</p><p>　?。?）堆焊時(shí)，熔敷金屬因母材的熔入而被稀釋。因此，在選擇堆焊金屬時(shí)，既要考慮與母材之間相容性問題，又要充分估計(jì)這種稀釋給堆焊層的性能帶來影響

60、。尤其是在修復(fù)工作中母材的材質(zhì)復(fù)雜，幾乎包括了所有類型的金屬，也許待堆焊面原先就是堆焊層，必須對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)；在選擇堆焊方法和制定堆焊工藝時(shí)，應(yīng)以減小稀釋率為主要選擇原則。</p><p>　?。?）由于基體與堆焊層合金成分和物理性能存在差別，在堆焊層的熔合區(qū)上可能出現(xiàn)延性下降的脆性層；在高溫條件下工作，熔合區(qū)上可能出現(xiàn)碳遷移層；由于線膨脹系數(shù)差別大，堆焊后的冷卻、熱處理和運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)可能

61、導(dǎo)致堆焊層開裂或剝離；在鋼制基體上堆焊有色金屬將受到鐵的污染等。</p><p>　　因此，在選擇堆焊金屬時(shí)，盡量選擇與母材金屬有相近性能的材料。不然，就須考慮預(yù)置中間（過渡）層，以減小化學(xué)成分和物理性能上的差別。</p><p>　?。?）當(dāng)多道或多層堆焊時(shí)，先焊焊道受多次熱循環(huán)作用，其化學(xué)成分、金相組織變得不均勻；晶粒可能粗化；碳化物或相可能析出；由于熱應(yīng)力作用而引起熱疲勞、應(yīng)變時(shí)效等

62、。這些均影響堆焊層的工作性能[15]。</p><p>　?。?）在制造業(yè)中當(dāng)工件采用堆焊結(jié)構(gòu)時(shí)，母材（即基體）是可以選擇的。選擇時(shí)，除須滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（通常是強(qiáng)度和剛度）和成形方式的要求外，還須考慮與堆焊金屬的焊接性和匹配件問題。如果工件的堆焊層性能是主要的，而對(duì)母材沒特殊要求，這時(shí)宜選擇易焊的金屬材料作母材，如～的碳素鋼。若兼顧焊接性和強(qiáng)度，則宜選用中碳鋼，或者是碳當(dāng)量較低的普通低合金高強(qiáng)度鋼。</p&g

63、t;<p>　　3．我國(guó)堆焊技術(shù)的發(fā)展概況</p><p>　　堆焊技術(shù)在我國(guó)起源于20世紀(jì)50年代末，幾乎與焊接技術(shù)同步發(fā)展。發(fā)展初期主要用于修復(fù)領(lǐng)域，即恢復(fù)零件的形狀尺寸，60年代已經(jīng)將恢復(fù)形狀尺寸與強(qiáng)化表面及表面改性相結(jié)合，改革開放后堆焊技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，堆焊技術(shù)從修理業(yè)擴(kuò)展到制造業(yè)，90年代受先進(jìn)制造技術(shù)理念的影響，堆焊方法與智能控制技術(shù)和精密磨削技術(shù)相結(jié)合的近凈形技術(shù)（Near N

64、et Shape）引起了制造業(yè)的廣泛關(guān)注，</p><p>　　這也是堆焊技術(shù)從技藝走向科學(xué)的重要標(biāo)志。堆焊技術(shù)在我國(guó)歷經(jīng)近50年的風(fēng)雨歷程，不僅是延長(zhǎng)材料或零件服役壽命的工藝方法，而且成為先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。我國(guó)堆焊專家圍繞提高堆焊質(zhì)量和效率開展了大量工作。堆焊方法方面，相繼開發(fā)了電弧堆焊（單絲、多絲、單帶極、多帶極）、電渣堆焊（窄帶極、寬帶極、躺極）、MIG堆焊、等離子弧粉末堆焊、高能光束（激光、聚焦光束

65、）粉末堆焊等，就熔敷效率而言，已從單絲電弧堆焊的11kg/h 發(fā)展到多帶極電弧堆焊的70 kg/h[16]，而稀釋率從電弧堆焊的30%～60%降低到等離子弧、激光、聚焦光束堆焊的5％左右[17]。在堆焊材料方面，針對(duì)被修復(fù)零件的服役要求，相繼開發(fā)了耐磨的硬質(zhì)合金復(fù)合堆焊材料（包WC的管狀焊條以及含碳化物的鈷基合金、鎳基合金、鐵基合金粉末），耐冷熱疲勞的CrNiWMoNb及鎳馬氏體時(shí)效鋼等模具堆焊材料，以及用于軋輥修復(fù)的低合金鋼堆焊材料(

66、30CrMnSi，40CrMn)、熱作模具鋼堆焊材料(3Cr2W8，Cr5Mo)、彌散硬化鋼堆焊材料(15Cr3Mo2MnV，25Cr5WMoV，27Cr3Mo2W2MnVSi)、馬氏體不銹鋼堆焊材料（1Cr</p><p>　　1.4現(xiàn)階段無損檢驗(yàn)主要方法</p><p>　　1.4.1 無損檢測(cè)的概述和研究進(jìn)展</p><p><b>　　1．無損檢測(cè)

67、的定義</b></p><p>　　現(xiàn)代無損檢測(cè)的定義是：在不損壞試件的前提下，以物理或化學(xué)方法為手段，借助先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備器材，對(duì)試件的內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)進(jìn)行檢查和測(cè)試的方法[19]。無損檢測(cè)是在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。例如，用于探測(cè)工業(yè)產(chǎn)品缺陷的X射線是在德國(guó)物理科學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X射線基礎(chǔ)上發(fā)生的，超聲波檢測(cè)是在二次世界大戰(zhàn)中迅速發(fā)展的聲納技術(shù)和雷達(dá)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，磁粉檢測(cè)

68、建立在電磁學(xué)理論的基礎(chǔ)上，而滲透檢測(cè)得益于物理化學(xué)的進(jìn)展，等等。</p><p>　　2．無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)的特點(diǎn)</p><p>　　與破壞性檢測(cè)相比，無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)具有以下顯著特點(diǎn)[20]。</p><p>　?。?）非破壞性 檢測(cè)不會(huì)損害破壞被檢對(duì)象的使用性能，因此，無損檢測(cè)又稱非破壞性檢測(cè)。</p><p>　?。?）全面性 由于檢測(cè)是非

69、破壞性的，因此必要時(shí)可對(duì)被檢對(duì)象進(jìn)行100%的全面檢測(cè)，這是破壞性檢測(cè)所辦不到的。</p><p>　?。?）全程性 破壞性檢測(cè)一般只是用于對(duì)原材料進(jìn)行檢測(cè)，如機(jī)械工程中普遍采用的拉伸、壓縮、彎曲、疲勞的破壞性檢驗(yàn)都是針對(duì)制造用原材料進(jìn)行的，對(duì)于產(chǎn)成品和在用品，除非不準(zhǔn)備讓其繼續(xù)服役,否則是不能進(jìn)行破壞性檢驗(yàn)的。而無損檢測(cè)因不損壞被檢對(duì)象的使用性能。所以，不僅可對(duì)制造用原材料、各中間工藝環(huán)節(jié)、直至最終的產(chǎn)成品進(jìn)行

70、全程檢測(cè)也可對(duì)服役中的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，如橋梁、房屋建筑、各類輸送管道、機(jī)械零部件及成套設(shè)備、汽車、機(jī)車、飛機(jī)、輪船、核反應(yīng)堆、宇航設(shè)備及電力設(shè)備等，都可進(jìn)行無損檢測(cè)。</p><p>　?。?）可靠性問題 目前還沒有一種對(duì)所有材料或者缺陷都可靠的無損檢測(cè)方法，如無損檢測(cè)結(jié)論的正確與否還有待其他手段（如解體檢測(cè)）的檢驗(yàn)，其可靠性還有待提高。</p><p>　　3．無損檢測(cè)的研究與實(shí)踐意義&l

71、t;/p><p>　　無損檢測(cè)作為一項(xiàng)工業(yè)技術(shù)，被應(yīng)用于產(chǎn)品的整個(gè)制造、服役過程中，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展必不可少的有效工具，不僅能提高產(chǎn)品質(zhì)量，而且能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此世界各國(guó)對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)的研究都非常重視，大力開展了無損檢測(cè)技術(shù)的研究工作。例如，美國(guó)為保持它在世界上科學(xué)技術(shù)的領(lǐng)先地位，在1979年的政府工作報(bào)告中提出要成立六大科技中心，其中之一就是無損檢測(cè)技術(shù)中心。1981年，美國(guó)前總統(tǒng)里根在給美國(guó)無損檢

72、測(cè)學(xué)會(huì)成立40周年大會(huì)的賀信中就說過：“你們能夠給飛機(jī)和空間飛行器、發(fā)電廠、船舶、汽車和建筑物等帶來更大程度的可靠性。沒有無損檢測(cè)我們就不可能享有目前在這些領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的領(lǐng)先地位?！备鶕?jù)1988年美國(guó)無損檢測(cè)學(xué)會(huì)(ASNT)公布的材料，全美有100多所高校開設(shè)無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)課程，很多高校都建立了無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)研究中心，其中23所院校招收無損檢測(cè)專業(yè)博士研究生[21]。日本認(rèn)為，現(xiàn)代工業(yè)是建立在無損檢測(cè)基礎(chǔ)之上的，工業(yè)中堅(jiān)持普遍采用無損

73、檢測(cè)技術(shù)，使其產(chǎn)品質(zhì)量大大提高，占領(lǐng)了廣泛的國(guó)際市場(chǎng)。德國(guó)是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中在無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)方面比較先進(jìn)的國(guó)家，這是德國(guó)的機(jī)器制造業(yè)水平保持領(lǐng)先水平的重要因素之</p><p>　　我國(guó)隨著工業(yè)發(fā)展的需要，無損檢測(cè)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，很多工業(yè)部門近年來加強(qiáng)了無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用?？梢哉f，無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的現(xiàn)代化工業(yè)水平，其復(fù)雜系統(tǒng)集成技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通、制造、石油、核發(fā)電站以及國(guó)防等工

74、業(yè)領(lǐng)域，滲透到各個(gè)工業(yè)結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品的全壽命質(zhì)量控制和質(zhì)量管理中，并利用最低的成本來獲取最大的效益。其中在曲軸焊縫探傷中，也有了很好的應(yīng)用[20][24]。</p><p><b>　　1.4.2磁粉檢測(cè)</b></p><p><b>　　1．磁粉檢測(cè)的特點(diǎn)</b></p><p>　　磁粉檢測(cè)具有操作簡(jiǎn)便、迅速且靈敏度高等

75、優(yōu)點(diǎn)，主要用于檢測(cè)鐵磁性材料和工件表面或近表面裂紋，對(duì)材料內(nèi)部缺陷的檢出率隨埋藏深度的增加而迅速下降。當(dāng)焊件進(jìn)行磁粉檢測(cè)時(shí)，對(duì)于焊接性能差的鋼種或是特厚鋼板應(yīng)每焊一層進(jìn)行一次檢驗(yàn)，以保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接過程中產(chǎn)生的裂紋。檢測(cè)區(qū)域?yàn)楹缚p區(qū)及熱影響區(qū)[24]。檢測(cè)前要清理焊縫的表面污垢、焊接飛濺和氧化皮等。使用干粉或與清洗液不同的磁懸液時(shí)，必須等焊縫干燥后才可檢驗(yàn)。應(yīng)在焊縫兩個(gè)相互垂直的方向分別磁化一次，一般采用連續(xù)法磁化。磁粉檢測(cè)最大的局限是

76、只能用于鐵磁性焊件，且檢測(cè)后要退磁和清洗[25]。</p><p>　　2．磁粉檢測(cè)的物理基礎(chǔ)</p><p>　　1、磁場(chǎng)強(qiáng)度H： 磁場(chǎng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量，用符號(hào)H</p><p>　　磁場(chǎng)強(qiáng)度的SI是單位是安/米（A/m），工程單位是奧斯特（Oe），轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：</p><p>　　2、磁感應(yīng)強(qiáng)度B： 磁介質(zhì)在磁場(chǎng)的作用下，會(huì)被

77、磁化，并在其內(nèi)部產(chǎn)生一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)度稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度，用符號(hào)B表示，它也是一個(gè)矢量，既有大小，也有方向。</p><p>　　磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度之間存在如下關(guān)系：</p><p><b>　　——介質(zhì)的磁導(dǎo)率</b></p><p><b>　　——真空中的磁導(dǎo)率</b></p><p&g

78、t;　　——介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率</p><p>　　3磁化強(qiáng)度M：磁感應(yīng)強(qiáng)度是介質(zhì)在磁場(chǎng)的磁化作用下產(chǎn)生的，換句話說，磁場(chǎng)的磁化作用使原磁場(chǎng)在介質(zhì)中發(fā)生了變化。因此，磁感應(yīng)強(qiáng)度也可以表述為原磁場(chǎng)強(qiáng)度和附加磁場(chǎng)強(qiáng)度（磁化磁場(chǎng)強(qiáng)度）的疊加，即：</p><p><b>　　代入上式得</b></p><p><b>　　可得磁化強(qiáng)度<

79、/b></p><p>　　4磁力線：為了形象地描述磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度在磁場(chǎng)中的分布情況而引入磁力線概念，磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小用穿過單位面積的磁力線的多少或磁力線的密集程度來描述。如圖1.6所示是條形磁鐵的磁力線，可見，在條形磁鐵的兩端，磁力線的密度較大，磁場(chǎng)強(qiáng)度高，而其他區(qū)域的磁力線的密度較小，磁場(chǎng)強(qiáng)度較低。</p><p>　　5磁通量：磁通量也是磁學(xué)中經(jīng)常用到的一個(gè)物理

80、量，用來描述穿過某截面的磁力線的多少，用符號(hào)Φ表示[26]。</p><p>　　3．影響鐵磁性的主要因素</p><p>　　由于在此份檢測(cè)中，只對(duì)鐵磁性材料感興趣，故在此只討論鐵磁性材料的此特性的影響因素。鐵磁性材料的鐵磁性不是恒定不變的，它會(huì)受其晶格結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、組織、冷熱變形等因素的影響[27]。</p><p>　?、啪Ц窠Y(jié)構(gòu)的影響：鐵磁性材料的晶格結(jié)構(gòu)

81、不同，其磁特性會(huì)有顯著變化。在常溫下，面心立方晶格的鐵是非磁性材料，而體心立方晶格的鐵則是鐵磁性材料。</p><p>　?、苹瘜W(xué)成分的影響：隨著含碳量的增加，碳鋼的矯頑力幾乎呈線性增大，而最大的相對(duì)磁導(dǎo)率卻隨之下降。合金化將增大剛才的矯頑力，使其磁性硬化。</p><p>　?、抢渥冃蔚挠绊懀轰摬牡某C頑力和剩磁將隨壓縮變形率的增加而增加。</p><p>　?、葻?/p>

82、處理的影響：一般而言，退火和正火使鋼材的磁特性改變不大，而淬火則可以提高鋼材的矯頑力。隨著淬火以后回火溫度的提高，矯頑力又有所下降。</p><p>　?、删Я４笮〉挠绊懀壕ЯＴ酱?，鋼材的磁導(dǎo)率越大，而矯頑力越小。</p><p>　　4．磁粉檢測(cè)的原理以及主要影響因素</p><p>　　1主要原理：磁粉檢測(cè)的基本原理就是利用缺陷漏磁場(chǎng)對(duì)外加磁粉或磁懸液中的磁性顆

83、粒的聚集，得到尺寸更大、對(duì)比度更高的磁痕，以此顯示缺陷的存在[24]。</p><p>　　漏磁場(chǎng)就是指被磁化的物體內(nèi)部的磁力線在缺陷或磁路截面發(fā)生突變的部位溢出物體表面所形成的磁場(chǎng)[28]。</p><p>　　漏磁場(chǎng)的形成起因于磁導(dǎo)率在缺陷處的突變。射有一被磁化的工件上存在缺陷，由于缺陷內(nèi)含物質(zhì)的磁導(dǎo)率一般遠(yuǎn)低于鐵磁性材料的磁導(dǎo)率，因此，磁力線在缺陷附近彎曲和壓縮。如果該缺陷位于工件的

84、表面或近表面，則工件內(nèi)部的部分磁力線就會(huì)在缺陷處逸出工件表面進(jìn)入空氣，繞過缺陷后再折回工件，由此形成漏磁場(chǎng)，如圖1.7-a示。</p><p>　　而當(dāng)缺陷較深時(shí)，雖然磁力線在缺陷出任仍會(huì)彎曲，但不能逸出工件，也就不能形成漏磁場(chǎng)，如圖1.7-b示[29]。</p><p>　　圖1.7 缺陷漏磁場(chǎng)</p><p>　　當(dāng)在工件的漏磁場(chǎng)處施加磁導(dǎo)率較高的磁性顆粒（磁粉

85、或磁懸液）時(shí)，磁性顆粒將會(huì)在漏磁場(chǎng)處聚集，形成比缺陷本身的尺寸大很多倍的顯示（稱為磁痕），由此指示缺陷的存在[30]，如圖1.8所示。</p><p>　　圖1.8 磁粉在缺陷漏磁場(chǎng)的聚集</p><p>　　為了進(jìn)一步提高缺陷的顯現(xiàn)能力，使磁痕更易于觀察，通常采用著色磁粉或者磁懸液，以增大磁痕與被檢件表面的反差。也可采用熒光磁粉或磁懸液，熒光物質(zhì)在特定波長(zhǎng)的燈光下（黑光燈）照射下會(huì)發(fā)出人

86、眼最為敏感的黃綠色光，有利于缺陷的檢出。</p><p>　　由于較深的缺陷不能形成漏磁場(chǎng)，也不能被檢出。因此磁粉檢測(cè)只能檢測(cè)表面或近表面缺陷[31]。</p><p>　　2影響漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的主要因素</p><p>　　磁粉檢測(cè)的靈敏度與漏磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)[32]。在實(shí)際檢測(cè)過程中，影響缺陷漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的因素主要有外加磁場(chǎng)強(qiáng)度、缺陷特征（類型、位置、尺寸、形狀、取向、磁

87、導(dǎo)率等）、集體材料的狀態(tài)、被檢表面的狀態(tài)（有無、覆層等）。</p><p>　?。?）磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響 缺陷漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小與工件被磁化的程度有關(guān)。一般而言，如果外加磁場(chǎng)能使被檢件的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到其飽和值的80%以上，缺陷漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度就會(huì)顯著增加。</p><p>　　（2）缺陷特征的影響 缺陷的類型、位置、尺寸、形狀、取向、磁導(dǎo)率都會(huì)對(duì)漏磁場(chǎng)產(chǎn)生影響。當(dāng)其他條件不變時(shí)，缺陷越大，漏磁場(chǎng)也越

88、大；缺陷與基體的磁導(dǎo)率相差越大，漏磁場(chǎng)也越大；淺缺陷的漏磁場(chǎng)大于深缺陷；缺陷切割磁力線的角度越接近正交（90°），其漏磁場(chǎng)強(qiáng)度越大。事實(shí)上，磁粉檢測(cè)很難檢出與被檢表面所夾角度小于20°的夾層。此外，在其他條件不變的情況下，表面缺陷的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著其深、寬比的增加而增加。</p><p>　?。?）被檢件表面狀況的影響 表面油污和覆層（如涂料）等會(huì)降低缺陷漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度。</p>&

89、lt;p>　　（4）集體材料的狀態(tài) 基體材料的成分、組織、冷變形及熱處理狀態(tài)的改變均會(huì)影響材料的磁特性，進(jìn)而影響缺陷的漏磁場(chǎng)。</p><p><b>　　5．磁痕分析的意義</b></p><p>　　磁粉檢測(cè)是利用磁粉聚集形成的磁痕來顯示工件上的不連續(xù)性和缺陷的[33]。通常把磁粉檢測(cè)時(shí)磁粉聚集形成的圖像稱為磁痕，磁痕的寬度為不連續(xù)性和缺陷寬度的數(shù)倍，即磁痕

90、對(duì)缺陷的寬度具有放大作用，所以磁粉檢測(cè)能將目視不可見的缺陷顯示出來，具有很高的檢測(cè)靈敏度[34]。</p><p>　　能夠形成磁痕顯示的原因是很多的，由缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)形成的磁痕顯示稱為相關(guān)顯示，由工件截面突變和材料磁導(dǎo)率差異產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)形成的磁痕顯示稱為非相關(guān)顯示；不是由漏磁場(chǎng)形成的磁痕顯示稱為偽顯示。雖然都是磁痕顯示，但其區(qū)別是：①相關(guān)顯示與非相關(guān)顯示是由漏磁場(chǎng)吸附磁粉形成的，而偽顯示不是由漏磁場(chǎng)吸附磁粉形

91、成的；②只有相關(guān)顯示影響工件的使用性能，而非相關(guān)顯示和偽顯示都不影響工件的使用性能。因此，磁粉檢測(cè)人員應(yīng)具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并能結(jié)合工件的材料、形狀和加工工藝，熟練掌握各種磁痕顯示的特征、產(chǎn)生原因及鑒別方法，必要時(shí)用其它無損檢測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證，做到去偽存真是至關(guān)重要的[35]。</p><p>　　磁痕的意義主要有以下幾方面： </p><p>　　第一，正確的磁痕分析可以避免誤判。如果把

92、相關(guān)顯示誤判為非相關(guān)顯示或偽顯示，則會(huì)產(chǎn)生漏檢，造成重大的質(zhì)量隱患。相反，如果把非相關(guān)顯示和偽顯示誤判為相關(guān)顯示，則會(huì)把合格的工件拒收或報(bào)廢，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。 </p><p>　　第二，由于磁痕顯示能反映出不連續(xù)性和缺陷的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度，并可大致確定缺陷的性質(zhì)，所以磁痕分析可為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)提供較可靠的信息。</p><p>　　第三，在工件使用后進(jìn)行磁粉檢測(cè)，用于

93、發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋，并可間斷檢測(cè)和監(jiān)視疲勞裂紋的擴(kuò)展速率，可以做到及早預(yù)防，避免設(shè)備和人身事故發(fā)生[36]。</p><p>　　1.5.本課題的研究意義</p><p>　　在車輛生產(chǎn)中，要保證交付的是優(yōu)質(zhì)曲軸，磁粉檢驗(yàn)是一根重要的衡量準(zhǔn)繩；要持續(xù)改進(jìn)各類零件質(zhì)量，磁粉檢驗(yàn)又是生產(chǎn)者的一個(gè)良好助手。而磁粉檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，不管是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外的，都是從無損檢測(cè)專業(yè)的角度出發(fā)制定的，而沒有明確指出磁粉檢驗(yàn)

94、能檢測(cè)出鑄件的缺陷類型，更沒有對(duì)缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。</p><p>　　42CrMo屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼，其中合金的碳當(dāng)量高達(dá)0.893%，可焊性較差，焊后容易出現(xiàn)裂紋。另外42CrMo曲軸連桿焊接修復(fù)后進(jìn)行磁粉探傷，表面要求沒有任何缺陷。某些磨損或者缺陷按照設(shè)計(jì)要求，須對(duì)這些缺陷進(jìn)行剔除并焊補(bǔ)缺陷部位。進(jìn)行補(bǔ)焊后發(fā)現(xiàn)補(bǔ)焊部位會(huì)出現(xiàn)磁粉聚集現(xiàn)象，用滲透探傷是沒有發(fā)現(xiàn)任何缺陷，剖開工件會(huì)發(fā)現(xiàn)聚磁部位也沒有缺陷存在。

95、而用戶在接收產(chǎn)品時(shí)要按照技術(shù)要求進(jìn)行磁粉探傷。因此，聚磁現(xiàn)象[37]的存在往往會(huì)引起不必要的誤解。本課題將會(huì)對(duì)42CrMo曲軸連桿的焊接性能進(jìn)行討論，聚粉現(xiàn)象進(jìn)行研究、探討并要求做大量實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上提出聚粉現(xiàn)象原因和方法，并深入研究聚粉現(xiàn)象的物理本質(zhì)。</p><p>　　第2章 42CrMo的焊接性能</p><p><b>　　2.1 母材</b></p&

96、gt;<p>　　2.1.1 42CrMo鋼的化學(xué)成分及機(jī)械性能</p><p>　　需要修復(fù)的機(jī)車曲軸和連桿均是42CrMo鋼。因此本實(shí)驗(yàn)的母材選擇42CrMo材料。42CrMo其對(duì)應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織牌號(hào)：42CrMo4、對(duì)應(yīng)日本牌號(hào)：SCM440、對(duì)應(yīng)德國(guó)牌號(hào)：42CrMo4、近似對(duì)應(yīng)美國(guó)牌號(hào)：4140。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T3077-1999其化學(xué)成分見表2.1，其力學(xué)性能見表2.2，不同截面42CrM

97、o鋼材熱處理后的力學(xué)性能見表2.3</p><p>　　表2.1 42CrMo鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）</p><p>　　表2.2 42CrMo鋼的機(jī)械性能</p><p>　　表2.3 不同截面42CrMo鋼材熱處理后的力學(xué)性能</p><p>　　注： 1 .用鋼成分（%）：0.43 C， 0.88Mn，1.09Cr，0.22M

98、o，1.017P，0.027S；</p><p>　　2 .用鋼成分（%）：0.39C，1.11Cr，0.20Mo;</p><p>　　3 .括弧內(nèi)為橫向沖擊值</p><p>　　作為機(jī)車的曲軸和連桿，材料的高強(qiáng)度和高韌性是必不可缺少的力學(xué)條件。另外連桿和曲軸的滑動(dòng)摩擦?xí)斐闪慵臒龘p，這就要求材料還要有一定的耐熱性。因此，在結(jié)構(gòu)鋼中，42CrMo無疑是最經(jīng)濟(jì)實(shí)

99、用的材料。但是42CrMo的本身的含碳量決定了其在擁有良好的強(qiáng)度性能之外，還導(dǎo)致了材料的焊接性能較差。根據(jù)碳當(dāng)量的計(jì)算公式CEQ(W)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)可得出碳當(dāng)量ceq高達(dá)0.88%，而在碳當(dāng)量大于0.45%時(shí)，材料的淬硬傾向明顯。</p><p>　　Cr與Fe形成連續(xù)固溶體，縮小奧氏體區(qū)域，減緩?qiáng)W氏體的分解速度，能有效地提高鋼的淬透性，但是含量高于1.5%時(shí)怎

100、沒有顯著效果。Cr也是碳化物形成元素可形成金屬間化合物σ相（FeCr），在焊接時(shí)若有σ相析出，會(huì)使沖擊韌性下降，Cr也能增加低溫和高溫的回火穩(wěn)定性，提高材料的耐磨性能，但是Cr能增加鋼的回火脆性，并且Cr在鋼中容易形成偏析，降低塑性。Cr促使鋼的表面形成鈍化膜，當(dāng)有一定Cr時(shí)顯著提高耐腐蝕性能（特別硝酸），若有鉻碳化物析出則會(huì)造成耐腐蝕性能降低。</p><p>　　Mo（WMo=0.15~0.25%）在鋼中可固

101、溶于鐵素體、奧氏體和碳化物中，可以調(diào)高鋼的強(qiáng)度，是縮小奧氏體區(qū)域的元素，Mo的增加提高淬透性，使鋼的強(qiáng)度和韌性得到一定的平衡。Mo還能增加鋼的回火穩(wěn)定性，作為單一元素存在時(shí)，增加回火脆性；與Cr共存時(shí)，Mo又降低其他元素所導(dǎo)致的回火脆性。</p><p>　　2.1.2 42CrMo鋼的特征及適用范圍</p><p>　　42CrMo鋼屬于超高強(qiáng)度鋼，具有高強(qiáng)度和韌性，淬透性也較好，無明顯

102、的回火脆性，調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好。</p><p>　　由于42CrMo強(qiáng)度、淬透性高，韌性好，淬火時(shí)變形小，高溫時(shí)有高的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。主要用于制造要求較35CrMo鋼強(qiáng)度更高和調(diào)質(zhì)截面更大的鍛件，如機(jī)車牽引用的大齒輪、增壓器傳動(dòng)齒輪、后軸、受載荷極大的連桿及彈簧夾，也可用于 2000m以下石油深井鉆桿接頭與打撈工具，并且可以用于折彎?rùn)C(jī)的模具等。</p>

103、<p>　　經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后, 42CrMo 鋼具有中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性能,焊接中常出現(xiàn)熱裂紋、淬硬性和冷裂紋等現(xiàn)象。</p><p>　　2.1.3 40CrMo鋼的熱處理工藝</p><p>　　所謂調(diào)質(zhì)鋼，一般是指含碳量在0.3~0.6%的中碳鋼。一般用這類鋼制作的零件要求具有很好的綜合機(jī)械性能，即在保持較高的強(qiáng)度的同時(shí)又具有很好的塑性和韌性，人們往往使用調(diào)制處理來達(dá)到這個(gè)目的

104、，所以人們習(xí)慣上就把這一類鋼稱作調(diào)質(zhì)鋼。各類機(jī)器上的結(jié)構(gòu)零件大量采用調(diào)質(zhì)鋼，是結(jié)構(gòu)鋼中使用最廣泛的一類鋼。為了保證42CrMo能夠承受拉伸、壓縮、彎曲、剪切等不同的作用力，在保證其高強(qiáng)度的情況下，還要有良好的塑性和韌性，有時(shí)還要求一定的耐磨性，通常將42CrMo鋼進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理來達(dá)到這個(gè)目的。</p><p>　　調(diào)質(zhì)處理工藝及部分機(jī)械性能如下：</p><p>　　1退火760±

105、10℃退火，爐冷至400℃空冷。梅花試棒（試驗(yàn)），性能如下：抗拉787、屈服430、延伸17%、收縮35%" HB<216</p><p>　　2退火850±10℃隨爐冷至500度，后出爐空冷。 HRC<20</p><p>　　3 球化退火740℃保溫3小時(shí)，隨爐冷卻于400度后出爐空冷(注意保護(hù)防止脫碳)。梅花試棒保溫兩小時(shí)的機(jī)械性能：抗拉810

106、、屈服675、延伸17、收縮45。球化級(jí)別是6級(jí)最優(yōu)JB/T5094-91標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)。 HB220-230</p><p>　　4 正火860±10℃正火，出爐空冷。</p><p>　　5調(diào)質(zhì)840±10℃淬水或油（視產(chǎn)品型狀復(fù)雜程度），680-700度回火。 HB<217</p><p>　　6 調(diào)質(zhì)840±10℃淬油，再4

107、70度回火處理。 HRC41-45</p><p>　　7 調(diào)質(zhì)840±10℃淬油，再480度回火處理。 HRC35-45</p><p>　　8 調(diào)質(zhì)850℃淬油，再510度回火處理。 HRC38-42</p><p>　　9 調(diào)質(zhì)850℃淬油，再500度回火處理。 HRC40-43</p><p>　　10 調(diào)質(zhì)850℃淬油，再

108、510℃回火處理。 HRC36-42</p><p>　　11 調(diào)質(zhì)850℃淬油，再560℃回火處理。 HRC32-36</p><p>　　12 調(diào)質(zhì)860℃淬油，再390度回火處理。 HRC48-52</p><p>　　經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后的42CrMo的機(jī)械性能更加良好，保證了作為曲軸和連桿的正常使用。42CrMo的性能主要取決于其中的化學(xué)成分，尤其是C和Cr元素

109、的含量。其較高的強(qiáng)度主要是取決于含碳量較高，其含碳量為0.38%~0.45%，而Cr、Mo等合金元素是碳化物形成元素，融入奧氏體中處在不同程度上降低珠光體和貝氏體的轉(zhuǎn)變速度，使過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線向右移動(dòng)外，還能改變其形狀。因此Cr的加入大大提高了淬透性。另外加入防止第二類回火脆性的元素，含Ni、Cr、Mn的合金調(diào)質(zhì)鋼，高溫回火慢冷時(shí)易產(chǎn)生第二類回火脆性。在鋼中加入Mo可以防止第二類回火脆性，Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%～0.25%。&