堆焊修复合金支承辊的无损检测分析

堆焊修复是一种常用于修复磨损或损坏表面的金属零件的修复工艺，合金支承辊是用于工业设备中的重要零部件，由于长期高负荷、高速运转以及恶劣的工作环境，其表面可能会受到磨损、腐蚀或其他损伤，为了恢复其使用功能和延长使用寿命，常常采用堆焊修复技术进行修复。无损检测（Non-Destructive Testing，NDT）是一种用于评估材料、零部件或系统内部结构、性能或缺陷的检测技术，无需破坏或改变其原有状态，是一种非侵入性、非破坏性的检测手段，通过利用物理、化学、声学、电磁等原理或方法，对被检测对象进行表面和内部的检测、分析和评估。通过对堆焊修复后的合金支承辊进行无损检测，能够全面评估其表面和内部的质量状况，发现潜在缺陷，及时发现修复后可能存在的内部缺陷，基于检测结果制定更科学合理的维护计划，避免不必要的维修和更换，节约维护成本。

一、堆焊前的无损检测

1.1堆焊前主要缺陷

正常报废轧辊指支承辊在正常使用中辊身直径消耗磨损至轧机可用的最小直径，正常报废的支承辊辊面状况为下机状态，一般无表面宏观缺陷，经过少量车削即可满足堆焊要求，在车削过程中由于进刀量不合理、磨削速度过快、冷却不足等原因，可能造成磨削裂纹，堆焊前不加以去除，在堆焊和使用中磨削裂纹作为疲劳源受热应力或轧制交变应力的影响扩展，将直接造成轧辊报废及在机断辊等重大事故。

非正常报废轧辊指支承辊在使用中由于轧辊发生失效事故，无法继续使用的情况，一般可堆焊修复的支承辊失效多为掉肩、剥落、掉肉、裂纹等局部损伤。堆焊修复前，一般根据局部损伤情况将整个圆周车削干净，如堆焊直径允许可将整个支承辊辊面车削至同等直径，否则可根据损伤处情况与实际堆焊修复需求，车削成台阶状以节约堆焊成本。在对原损伤车削过程中，根据目视可见损伤情况可轻易进行有效车削，但是例如掉肉、裂纹（剥落）等损伤，在宏观损伤之下存在延伸裂纹，尤其是裂纹末端，一般较小且闭合，肉眼难以观测容易忽视。

1.2 堆焊前无损检测方法研究

对被选为堆焊修复的支承辊，首先应进行超声波检测，确认支承辊是否内部是否存在原始缺陷，给堆焊修复和后期使用带来风险。

一般采用数字式超声波探伤仪，匹配低频大晶片探头（如1-1.25MHz，φ24-34mm的单晶直探头）从轧辊整个外表面进行径向及轴向扫查，具体检测参数可参考新品支承辊的超声波检测，此处不再赘述。

对于非正常报废轧辊，应在加工前对失效部位进行额外检测，尤其是裂纹等缺陷深度的检测，防止损伤过深，经车削后堆焊成本过高甚至无法堆焊的情况。

对辊面堆焊前的检测，由于堆焊前辊面表面为磨削状态，会存在明显的车削痕迹，超声表面波一般难以有效检测，仅可用磁粉或渗透常规的表面无损检测方法。

二、堆焊后的无损检测

2.1 堆焊后主要缺陷

堆焊过程中主要缺陷与焊接缺陷类似，主要有气孔、夹渣、焊接裂纹、层间未熔合为主的宏观缺陷。同时由于高碳支承辊修复涉及到母材、打底层、工作层等多种不同材质融合在一起，不可避免的会产生过渡层组织粗大、结合不良等微观缺陷。

热处理过程中主要缺陷一般为裂纹。例如经过某修复厂家多次修复经验，在焊后保温及热处理过程中由于冷却过快、保温温度不足等热处理工艺问题，在该类高碳合金堆焊修复支承辊尤其是厚板的大型支承辊，极易在辊面边部形成圆周方向的环带状裂纹，裂纹从端部水平向工作层扩展深度在数毫米至几十厘米不等，一旦带裂纹上机使用必将造成剥落乃至断辊等恶性事故。

2.2 堆焊后的无损检测方法研究

堆焊成品后，无损检测方法主要针对表面无损检测方法和内部无损检测方法。

2.2.1表面无损检测方法研究

对于精磨的成品修复辊，如磨床带有机载涡流探伤系统（一般在轧线配套的磨床上较多配套）可采用自动涡流进行检测，根据材质特性应单独校准灵敏度；辊面表面缺陷手工检测可以优先采用超声表面波进行检测。超声表面波是沿着介质表面和近表面传播的波，其质点绕平衡位置做椭圆形震动，其对表面裂纹检出效率极高，通过横竖交叉并互为相反的两个方向进行扫查，可以极快的完成整个辊面的扫查，对扫查到的缺陷可以通过蘸耦合剂快速定位，并通过磁粉、渗透、目视等其他表面无损检测方法确认缺陷形貌及类型。在进行表面波检测时要特别注意以下几方面：

1）检测面表面应进行精磨和清洗，表面粗糙度过大会造成表面波声衰减严重和噪声信号较高，使检测效率降低或可靠性降低，表面油污等容易造成信号反射，造成误判。

2）要根据被检支承辊辊面材质进行灵敏度和有效检测范围的确认，防止被检材质声衰减明显造成的检测覆盖范围有效性不足。

3）每个被检区域至少应保证多个互成一定角度的声束进行有效扫查哦，保证各个方向的缺陷都被有效的检出。

4）应主要检测区域的覆盖，尤其是检测扫查线上及圆周方向180°位置的有效扫查，防止漏检。

对于表面状态不能满足表面波扫查要求或衰减较为严重的材质，可采用渗透或者磁粉检测，但检测效率较低。

对于辊身端面的检测主要为堆焊层、融合区和母材热影响区。主要检测缺陷类型为端面的不同材质未熔合、裂纹及同材质的层间未熔合、裂纹。

由于一般支承辊单边使用厚度极少有超过100mm，加上过渡层，考虑热影响区，实际检测宽度不超过125mm，采用磁粉磁轭法可以较为快速的检测端面缺陷，检测时应注意磁力线的交叉检测，堆焊层应重点关注容易延圆周方向产生的未熔合及裂纹，母材热影响区应重点关注容易延径向产生的裂纹。

高碳堆焊修复支承辊由于某些选用的过渡材料焊接成型后为奥氏体形态，与高碳母材和堆焊工作层的磁导率差异较大，在界面处形成磁痕非相关显示，且该类磁痕显示与裂纹形貌极为相似，检测时要特别注意防止误判。针对此类情况，应采用渗透进行复测，确认磁痕为非相关显示还是缺陷显示；必要时也可通过显微金相进行进一步分析。当然，为减少检测复杂度，有此类情况的堆焊修复支承辊端面检测也可仅采用渗透检测的方法，但应特别注意检测工艺的控制保证检测质量。

2.2.2内部无损检测方法研究

由于国内还缺少针对堆焊修复支承辊统一的国家或行业标准，针对此类支承辊堆焊层的检测，可以参考《GB/T6402锻钢件超声波检测方法》相关的技术要求和评定准则，具体建议要求如下：

1）检测仪器可采用数字式超声波检测仪。

2）检测频率和探头规格：

a. 工作层、过渡层、母材热影响区直探头检测时频率为2～5MHz，晶片直径20-28mm，如B2S型软保护膜探头。

b. 近表面双晶探头检测时频率为2～5MHz，晶片有效面积不大于200mm²，如SEB2型探头。

c. 斜探头检测时频率为2～2.5MHz，晶片有效面积大于100～625mm²，声束折射角应在35～70º范围内，并优先采用折射角为45º的斜探头。

3）耦合剂：机油。

4）检测比例：

a. 支承辊堆焊实际使用工作层100%扫查，该区域包括检测面至支承辊报废公称直径之间的实际距离。

b. 支承辊堆焊过渡层及母材热影响区100%扫查，该区域包含去除支承辊实际使用工作层外的所有堆焊部位如打底层、过渡层、深挖部分补焊层以及首层堆焊起始面至母材方向10mm的热影响区。

5）扫查方式：

a. 扫查时探头应沿支承辊辊身外表面进行100%扫查。

b. 双晶探头扫查时探头移动方向应垂直于堆焊方向，并保证分隔压电元件的隔声层平行于堆焊方向。

c. 斜探头扫查时，探头声束及移动方向应垂直于堆焊方向，并进行互为相反的两个方向进行扫查。

6）检测灵敏度：

检测灵敏度应在对比试块上校准，采用与被检支承辊表面相同或声学特性相似的材料制作，对比试块应至少包含能覆盖整个检测深度的三个反射体，直探头和双晶探头一般采用平底孔作为DAC制作的人工反射体，斜探头一般采用横通孔作为DAC制作的人工反射体，灵敏度应保证能检测到规定记录水平所要求的最小不连续的尺寸，且在整个检测范围内任意处满足灵敏度要求的波幅高度不低于显示屏满屏刻度的20%。

6）记录和验收：

为方便规范检测灵敏度和评定，可按照以下建议的记录水平和验收等级执行，或者依据签订的技术条款要求执行。

a. 支承辊堆焊实际使用工作层的记录水平和验收等级参照GB/T6402第12章表4质量等级4执行，包括直探头、双晶探头及斜探头。

b. 支承辊堆焊结合面非工作层的记录水平和验收等级参照GB/T6402第12章表4质量等级3执行，包括直探头及斜探头。

c. 检测人员在检测过程中应掌握堆焊修复的工艺和可能出现得缺陷相关知识，检测中发现的其他情况或虽满足验收要求但可能是危害性缺陷的应及时提出并采用其他方法进行验证。

7）其他情况：

a. 大型支承辊的辊面面积较大，对于直探头检测结果合格的支承辊，根据双方要求可以不进行斜探头检测或仅针对缺陷及周边区域进行斜探头检测。

b. 前面讲过，高碳堆焊修复支承辊由于某些选用的过渡材料焊接成型后为奥氏体形态，与高碳母材和堆焊工作层的磁导率差异较大，端面磁粉检测容易造成误判，实际上由于奥氏体柱状晶的特性对斜探头横波的声能传播和反射有巨大影响，对于此类材质堆焊修复支承辊，斜探头检测的有效范围仅为堆焊工作层材质至过渡层与工作层融合面为止。

三、比较结果分析

堆焊前的无损检测通常旨在评估受损合金支承辊的表面和内部状态，常用的方法包括超声波检测、磁粉检测、视觉检测等，超声波检测能够深入材料内部，探测可能的裂纹、气泡等缺陷，而磁粉检测则可发现表面裂纹或疲劳损伤，这些检测方法有助于确定受损情况的程度和范围，为堆焊修复提供了重要参考；堆焊后的无损检测则侧重于评估修复后合金支承辊的质量和完整性，常用的检测方法包括超声波检测、磁粉检测等，堆焊修复后，可能会产生新的焊接缺陷或变化，如焊缝内部气泡、裂纹等，超声波检测可以探测到焊缝区域的问题，磁粉检测则可发现可能的表面缺陷。通过堆焊前后的无损检测结果比较能够了解堆焊修复过程中可能发生的变化和潜在缺陷，评估修复质量，进而寻找更有效的质量控制手段。在堆焊修复合金支承辊的过程中，本研究寻找到更有效的质量控制手段，确保修复后的零件质量和性能达到预期标准，包括制定和遵循标准化的操作流程是确保堆焊修复过程质量的基础，建立详细的操作规范，利用清洗表面、堆焊工艺参数、焊接材料选用、焊接方法等步骤，确保每个修复过程都按照统一标准进行，降低人为误差的可能性；运用现代化设备和技术，实时监测焊接过程中的关键参数；如焊接温度、焊接速度等，并将这些数据记录下来；追踪过程中的变化和异常情况；在必要时对修复过程进行调整或纠正；结合不同的无损检测技术，如超声波检测、磁粉检测、射线检测等，在堆焊前后进行全面的检测，发现可能存在的表面和内部缺陷，提前发现问题并及时进行修正，确保修复后零件的质量和完整性；提供专业的培训和技能提升计划，确保操作人员具备足够的专业知识和技能，能够准确理解工艺要求，熟练操作设备，避免人为因素对修复质量造成影响；将获得的修复过程数据进行分析和比对，找出潜在问题和改进空间。不断优化工艺参数和操作流程，提高修复过程的稳定性和效率。

四、结语

本文通过对堆焊修复高碳合金支承辊在堆焊修复前后的无损检测应用进行研究，通过制定有效的检测技术方法和工艺，寻找堆焊修复过程中更有效的质量控制手段，为避免修复工艺成本浪费，保证修复质量等起到了较好的引导作用。然而，本研究还存在一些局限性和不足之处。在实际检测中，无损检测技术的应用还面临一些挑战，如可能存在针对某类特殊缺陷的检测盲区、缺陷的实际危害程度与验收要求差异太大等问题。因此，未来的研究还需要对这些问题进行深入的探索和解决。

文章来源：  《上海轻工业》    https://www.zzqklm.com/w/kj/30978.html