【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 局限是只能用于鐵磁性焊件，且檢測(cè)后要退磁和清洗[25]。2．磁粉檢測(cè)的物理基礎(chǔ)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：磁感應(yīng)強(qiáng)度B： 磁介質(zhì)在磁場(chǎng)的作用下，會(huì)被磁化，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。磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度之間存在如下關(guān)系：——介質(zhì)的磁導(dǎo)率——真空中的磁導(dǎo)率——介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率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：代入上式得可得磁化強(qiáng)度 條形磁鐵磁力線 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。，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。5磁通量：磁通量也是磁學(xué)中經(jīng)常用到的一個(gè)物理量，用來描述穿過某截面的磁力線的多少，用符號(hào)Φ表示[26]。3．影響鐵磁性的主要因素由于在此份檢測(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]。⑴晶格結(jié)構(gòu)的影響：鐵磁性材料的晶格結(jié)構(gòu)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。⑵化學(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。⑶冷變形的影響：鋼材的矯頑力和剩磁將隨壓縮變形率的增加而增加。⑷熱處理的影響：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。⑸晶粒大小的影響：晶粒越粗，鋼材的磁導(dǎo)率越大，而矯頑力越小。4．磁粉檢測(cè)的原理以及主要影響因素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]。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]。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)。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)，[29]。 缺陷漏磁場(chǎng)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]。 磁粉在缺陷漏磁場(chǎng)的聚集為了進(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)出人眼最為敏感的黃綠色光，有利于缺陷的檢出。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]。2影響漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的主要因素磁粉檢測(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、磁導(dǎo)率等）、集體材料的狀態(tài)、被檢表面的狀態(tài)（有無(wú)、覆層等）。（1）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。（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（90176。），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20176。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。（3）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。（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)。5．磁痕分析的意義磁粉檢測(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]。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(wú)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]。磁痕的意義主要有以下幾方面： 第一，正確的磁痕分析可以避免誤判。如果把相關(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。 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。第三，在工件使用后進(jìn)行磁粉檢測(cè)，用于發(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]。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(wú)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)?zāi)軝z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。42CrMo屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼，%，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。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)。第2章 42CrMo的焊接性能 母材 42CrMo鋼的化學(xué)成分及機(jī)械性能需要修復(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)：42CrMo對(duì)應(yīng)日本牌號(hào)：SCM4對(duì)應(yīng)德國(guó)牌號(hào)：42CrMo近似對(duì)應(yīng)美國(guó)牌號(hào)：4140。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/， 42CrMo鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）CSiMnPSCrMoNiCu～～ ～＜＜～～≤≤ 42CrMo鋼的機(jī)械性能抗拉強(qiáng)度/MPa屈服強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/％斷面收縮率/％沖擊功/J沖擊韌性值/J/cm2鋼材退火或高溫回火供應(yīng)狀態(tài)布氏硬度HB100/1000不大于試樣尺寸≥1080（110）≥930（95）≥12≥45≥63≥78（8）≤217HB試樣毛坯尺寸25mm 不同截面42CrMo鋼材熱處理后的力學(xué)性能毛坯直徑/mm熱處理制度取樣位置RmReLAZKV2/Jcm2備注/MPa/%55850℃22min油淬，540℃90min回火水冷860℃60min油淬540℃90min回火水冷900℃油淬，600℃回火油冷1/2R中心1/2R中心中心76278880676590557455663859924191189134140108（65）311112注： 1 .用鋼成分（%）： C， ，，；　　 2 .用鋼成分（%）：?！　?3 .括弧內(nèi)為橫向沖擊值作為機(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(wú)疑是最經(jīng)濟(jì)實(shí)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(%)%，%時(shí)，材料的淬硬傾向明顯。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，%時(shí)怎沒有顯著效果。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。Mo（WMo=~%）在鋼中可固溶于鐵素體、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。 42CrMo鋼的特征及適用范圍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(wú)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。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。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。 40CrMo鋼的熱處理工藝所謂調(diào)質(zhì)鋼，~%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，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。調(diào)質(zhì)處理工藝及部分機(jī)械性能如下：1退火760177。10℃退火，爐冷至400℃空冷。梅花試棒（試驗(yàn)），性能如下：抗拉78屈服4延伸17%、收縮35% HB2162退火850177。10℃隨爐冷至500度，后出爐空冷。 HRC203 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8屈服67延伸1收縮45。球化級(jí)別是6級(jí)最優(yōu)JB/T509491標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)。 HB2202304 正火860177。10℃正火，出爐空冷。5調(diào)質(zhì)840177。10℃淬水或油（視產(chǎn)品型狀復(fù)雜程度），680700度回火。 HB2176 調(diào)質(zhì)840177。10℃淬油，再470度回火處理。 HRC41457 調(diào)質(zhì)840177。10℃淬油，再480度回火處理。 HRC35458 調(diào)質(zhì)850℃淬油，再510度回火處理。 HRC38429 調(diào)質(zhì)850℃淬油，再500度回火處理。 HRC404310 調(diào)質(zhì)850℃淬油，再510℃回火處理。 HRC364211 調(diào)質(zhì)850℃淬油，再560℃回火處理。 HRC323612 調(diào)質(zhì)860℃淬油，再390度回火處理。 HRC4852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元素的含量。其較高的強(qiáng)度主要是取決于含碳量較高，%~%，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，%～%。 42CrMo的焊接性能分析 焊接產(chǎn)生的熱裂紋42CrMo的含碳量及合金元素含量較高，在焊接時(shí)，電弧所產(chǎn)生的熱量在熔