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用电磁法对不锈钢喷焊层厚度检验的探索与运用

发布于:2015-12-19 15:32

  各类自来水管网用闸阀、蝶阀,阀门设计要求长时间防腐,故阀门采用整体环氧树脂粉末喷涂工艺,蝶阀密封面(阀座)处则采用喷焊不锈钢工艺进行防腐。

  但蝶阀密封面(阀座)处喷焊不锈钢成了质量控制的难点,蝶阀在使用一段时间后再对阀门管道进行检修时发现不锈钢密封面出现锈斑的情况,对问题阀门拆解,将密封面切开后进行检测,发现喷焊厚度极不均匀,出现锈斑的地方正是厚度偏薄的部位,实测厚度不到0.2mm,图样的技术要求为0.5mm,超差严重。说明如果喷焊厚度太薄,加上铸铁件基体上细小沙孔的影响,即使材料没问题密封面还是会发生锈蚀。

  质量的隐患的症结找到了,关键问题是怎么来控制,说到底就是怎样保证厚度。现行的检测方法是厚度差测量法。即阀体加工后先用内卡测一个阀座处的直径数据Ф1,等喷焊完毕后在同一点再测一个数据Ф2,不锈钢喷焊层的厚度D=(Ф1-Ф2)/2。但是由于阀座为斜面不好测量,且需对被检阀门打上记号并做好记录,操作起来繁琐,词方法还有一个致命缺陷就是无法检测喷焊层厚度是否均匀。另外由于此操作过于繁琐只能进行少量抽检。这就埋下了阀门的质量隐患。

  我公司的阀门表面是采用环氧树脂粉末喷涂工艺,其喷涂厚度是一项重要的技术要求,因此下线部件的涂层厚度都要用专用测厚仪检测,检测时,只需将测头压在涂层表面,就能数显直读涂层的厚度数值,非常的快捷。准确。如果有类似的检测设备来检测不锈钢喷焊层的厚度,那问题就可解决了。

  现在各种专用测厚仪很多,本以为找一个专用检测不锈钢层厚度的设备不难。通过咨询国内比较大的检测设备供应商,得到的答案是铸铁和不锈钢同为铁基材料都有磁性且都为导电金属目前国内外还没有能满足我们要求的测厚仪。

  覆层的检测方法有很多,总体上分为有损检测和无损检测两大类,所有的有损检测方法都会对材料产生永久性损伤,显然无法满足实际需求。

  无损检测在现代工业生产中运用越来越广泛,它的特点是检测速度快,且不会对产品的使用性能造成任何影响。现在运用比较广泛的方法主要有超声波检测、X射线检测、电磁感应检测等。

  超声波检测主要是利用超声波良好的指向性和传输损失很小,检测深度大,且在异质界面上会发生反射的特点,检测材料厚度。但这种方法要求材质的相异性大,只能检测阀体壁厚,对不锈钢喷焊层的检测显然是无能为力的。

  X射线检测可用于各种覆层的厚度检测,特点是精度高,适用材质广泛并可用于多层非同质覆层的测量。可这种方法的缺点是检测设备复杂、昂贵,且设备含有放射源,使用者必须遵守射线防护规范。主要是在实验室条件下对体积较小的零件或样本进行检测,这就决定此种方法也不是很适用。

  电磁感应检测主要包括两种方法,一种是电涡流法,用于测量导电金属基体上的非导电覆层厚度;另一种是磁阻法,用于测量磁性金属基体上的非磁性材料覆层厚度的方法。原理是当测厚仪测头与覆盖层接触时,测头和磁性金属基体构成一闭合磁路,由于非磁性覆盖层的存在,使磁路磁阻发生变化,通过测量其变化量可导出覆盖层的厚度。对比这两种方法第一种因为不管铸铁还是不锈钢都是铁基材料,都有导电性,而且电导率相差在一个数量级之内,显然是不可行的。第二种方法,铸铁和不锈钢都有一定磁性,不符合磁阻法检测要求,即覆层需为覆在磁性金属上的非磁性材料,也是无法买到专用测厚仪的原因。

  为了解决以上问题,通过大量实验,提供了一种先进、可靠、高效的检测手段,来检测铁基材料商不锈钢喷焊层的厚度和均匀度。

  实验原理

  查阅资料后发现铸铁的磁导率为200~400,而奥氏体不锈钢在10以下,相差两个数量级。利用这一差异使用电磁法原理的测厚仪,理论上是可以用来测量不锈钢喷焊层厚度的,只是测量值和实际值会存在差异。

  下面通过实验的方法来找出差异并确定其关联性、规律性。

  实验方法

  实验设备:TT260型测厚仪型配F1型测头一套(F1型测头即磁性测头,量程为0~2mm),专用试块3块(喷焊304不锈钢)。

  因为温度、湿度等环境因素对材料磁通影响很小,本实验中不予考虑。

  实验中,在三块铸铁试块上按照不锈钢喷焊的工艺先高镍打底0.1mm,在喷焊304不锈钢,304不锈钢喷焊层实际厚度分别为0.3mm、0.4mm、0.5mm。实际喷焊层厚度,包括打底的高镍层厚度和喷焊的不锈钢层的厚度分别为0.4mm、0.5mm、0.6mm。

  在每块试块上实际测得的数据如下表:

数据 试块1
0.4mm
试块2
0.5mm
试块3
0.6mm
1 189 252 316
2 194 247 311
3 181 256 305
4 190 249 308
5 183 251 319
平均值 187.4 251 311.8

  实验结论

  根据上表可以看出,试块1的实测平均值为0.1874mm,试块2的实际平均值为0.251mm,试块3的实测平均值为0.3118mm。而三试块喷焊不锈钢的实际厚度分别为0.3mm、0.4mm、0.5mm。从这些数据可以看出实测值和实际值不符,所以要找出这两组数据的关联性。

  分析:由于高镍合金为高磁通材料,其磁通量和铸铁相当,只有304不锈钢层为弱磁性材料。所以,在计算中应将高镍合金层厚度0.1mm先减掉,用实际不锈钢层厚度除以测量平均值数据:

  试块1:0.3/0.1874=1.6008

  试块2:0.4/0.251=1.5936

  试块3:0.5/0.3118=1.6036

  得到1.6008、1.5936、1.6036三个值几乎相同,证明此数值即为两组数据关联性的比例系数。取其平均值1.60为系数。

  设D为覆层厚度,单位为mm,系数为P,仪器实际读数为A。

  由此推导出的检测公式为:D=0.1+PA,0.1mm为打底的高镍层厚度,PA(即系数P乘以仪器实际读数A)为喷焊的不锈钢层的厚度。

  系数P由上述实验得出为1.60,所以公式为D=0.1+1.60A。

  通过实际运用对实验结论进行验证,对一台已经用厚度差法检测合格的阀体进行试验。此阀体厚度差法检测的覆层厚度为0.62mm,按公式计算得出D=0.1+1.60*0.318=0.6088mm。

  实际值0.62mm和测量值0.6088差值为0.0112mm,两个数据基本吻合。证明此种检测方法不仅是可行的还是非常准确的,是一种有效、可靠的无损检测手段。

  此方法适用于铁基材料商喷焊不锈钢对不锈钢喷焊焊层厚度的检测,所对应的喷焊层工艺为高镍打底上喷焊304或316不锈钢,检测设备的原理为磁阻法,利用不锈钢的弱磁性对测头与铸铁材料之间磁场强度影响来检测不锈钢层的厚度。

  通过这一方法得出:

  第一:可以对喷焊材质做出基本判断,当检测时仪器读数很小,就可以判断此材料的磁性接近普通钢铁,不是弱磁性的不锈钢。

  第二:通过对检测的数据A乘以相应的系数P就可以得到喷焊的不锈钢层厚度。

  第三:通过对喷焊层多点检测的厚度数据作比对,就可以判定不锈钢层喷焊是否均匀。

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