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曲轴无损检测技术
发布日期:2014-11-18  来源:装备表面工程实验教学示范中心  作者:  浏览次数:403463
        “曲轴无损检测技术”实验以贯彻装甲兵工程学院“贴近部队、贴近装备”培养应用型人才为目标的办学理念,围绕再制造专业平台课程《装备再制造设计基础》开设的综合型实验课程。
 
      实验的主要目的是使学员了解曲轴在加工使用过程中残余应力形成的原因、残余应力对曲轴疲劳寿命的影响、磁记忆技术评价零部件疲劳损伤机理等一系列基础知识;掌握X射线应力测定仪、金属磁记忆检测系统的综合运用,能较好的完成两套设备的操作及结果分析。通过实践性教学环节,提高学员的实践动手能力和创新能力,树立学员的合作意识,培养学员严谨的工作作风和科学思维习惯,为学员实际工作打下一定基础。
 
      “曲轴无损检测技术”综合运用实验是《装备再制造工程》是直通车类军用材料工程专业和合训类材料科学与工程专业方向学员的专业必修课程。通过本课程的学习使学员掌握再制造工程的基本理论与技术。针对再制造毛坯和零部件的剩余寿命预测章节内容,设置本次实验课,帮助学员熟悉理解再制造毛坯件质量评估试验方法。
 
      本次试验选用装甲车辆发动机曲轴为试验对象。发动机是汽车的心脏,曲轴是发动机的关键零件,其制造工艺复杂,成本昂贵。它将发动机汽缸的推动力转换为旋转动力,工作时承受周期性变化的气体压力、往复惯性力、离心惯性力以及外力矩等复杂应力的共同作用,服役工况苛刻。部分曲轴退役后仍具有很高的剩余价值,以退役曲轴为再制造毛坯进行再制造,能充分利用曲轴的高附加值,是再制造企业极为关注的生产对象。 
 
      退役曲轴在服役过程中可能产生各种损伤,如磨损、变形、疲劳裂纹等问题,尤其是连杆轴颈过渡圆角(R角)部位易萌生的疲劳裂纹最为危险,将导致曲轴发生弯曲疲劳断裂。为保证再制造质量,再制造前必须首先评估废旧曲轴损伤程度,预测其剩余寿命,只有剩余寿命充足的废旧曲轴才能进入再制造生产环节。
 
      开展曲轴再制造毛坯的剩余寿命预测,必须依靠先进的无损检测技术手段诊断退役曲轴的损伤程度,针对曲轴的R角部位,分别检测其表面残余应力,评价其早期疲劳损伤程度。为此设置如下两个试验内容:
 
一、曲轴R角X射线衍射残余应力检测
 
二、曲轴R角早期疲劳损伤检测
 
在分组实验阶段教员介绍曲轴表面残余应力产生的原因及曲轴表面应力状态对曲轴使用性能的影响,让学员了解了各种机械构件在制造、使用过程中往往会产生残余应力。适当的残余应力可能成为零件强化的因素,不适当的残余应力则可能导致变形和开裂等缺陷;零部件加工后,残余应力将影响构件的静载强度、疲劳强度、抗应力腐蚀能力及形状尺寸的稳定性。明确了残余应力的定义为去除外力和热源作用后,构件内部保持自身平衡的应力,称残余应力。掌握了曲轴作为汽车发动机重要零部件,在工作时将不断承受弯曲、扭转复合载荷的影响,通过模拟仿真和实际曲轴失效形式,我们发现曲轴疲劳失效多发生在连杆轴颈圆角、及连杆轴颈油孔处。所以在曲轴生产过程中这两个位置都要经过相应的强化处理,本实验目的通过测试这两个位置的残余应力,为曲轴疲劳寿命预测提供必要的数据支撑。
 
磁记忆实验首先让学员了解金属磁记忆技术是第一种通过测量地磁场环境下自发产生的杂散磁场信号评价铁磁材料疲劳损伤程度的无损检测技术。该技术无需采用外加激励磁场,利用铁磁材料在地磁场环境下由于受载产生的自发磁信号来评估潜在的危险部位,在早期损伤诊断领域极具潜力。掌握铁基材料在缺陷及应力集中部位出现的漏磁场Hp,其法向分量Hp(y)具有过零点及较大梯度值,水平分量Hp(x)则具有最大值,因此,通过检测磁场强度分量Hp的分布情况,就可以对缺陷及应力集中程度进行推断和评价。本实验目的对承受弯曲疲劳载荷的中重型汽车发动机曲轴,原位卸载状态下采集含预制缺陷曲轴的R角部位金属磁记忆信号,分析疲劳裂纹扩展对检测信号的影响。
 
在原理了解的基础上教员对X射线应力测定仪及金属磁记忆系统操作过程和步骤进行了说明,然后学员亲自动手完成了检测实验,通过两台仪器的测试结果,使学员了解评价曲轴疲劳失效的常用方法及评估手段及失效机理,最后学员通过实际操作掌握了两台设备的使用方法及测试中的注意事项,实现分组完成曲轴疲劳损伤评价的工作。
 
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