一种用于热损伤涡流检测验收标准的对比试样制作方法

技术领域

本发明属于无损检测技术，尤其涉及一种用于热损伤涡流检测验收标准的对比试样制作方法。

背景技术

高强度钢工件在进行磨削加工时，由于磨削参数不当容易导致工件表面产生磨削烧伤，磨削烧伤会导致工件提前失效或者降低疲劳寿命，因此需要对磨削表面进行烧伤检测。检测烧伤的传统方法通常为酸浸蚀法，但该方法是一种有损检测方法，且检测过程中的酸碱对人体有害，更重要的是，该方法只能检测目视可达的区域。目前有一种新的无损检测方法，即涡流检测法，该方法的出现解决了磨削烧伤无损检测的问题，这种方法具有无损，操作简单，检测时不与工件接触、检测速度快等优点，还可以检测深内孔磨削后的烧伤缺陷。

涡流检测作为烧伤检测方法还未全面应用，主要是因为还没有规范和标准试块。目前，公布号为CN103323304A的中国专利公开了一种用于热损伤巴克豪森检测灵敏度校验的标准试样制作方法，公布号为CN107340162A的中国专利公开了一种巴克豪森噪声法检测磨削烧伤的标定试样的制备方法，这两种方法通过激光加热的方法制作烧伤缺陷试样，烧伤缺陷的烧伤程度、尺寸、形状、位置可控；公布号为CN10374946A的中国专利公开了一种300M钢回火酸浸蚀检测标准试块的制作方法。这些采用激光加热或回火热处理的方式制作的烧伤缺陷与实际磨削产生的烧伤缺陷在表面应力等方面存在差异，有些产品要求使用磨削产生的缺陷试样作为产品的验收依据，而通常以磨削的方法不容易得到不同严重程度的烧伤缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中采用激光加热或回火热处理方式制作的烧伤缺陷与磨削烧伤缺陷存在差异，以磨削方式不易获得不同严重程度的烧伤缺陷试样的问题，提供一种用于热损伤涡流检测验收标准的对比试样制作方法，采用磨削产生热量的方法制作烧伤缺陷，对实际工件的磨削烧伤缺陷具有极好的代表性，采用对烧伤表面分层去除法制作不同严重程度的磨削烧伤缺陷，操作简单可控，能够用于实际工件磨削后进行热损伤涡流检测的判定和对涡流检测设备进行校验。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种用于热损伤涡流检测验收标准的对比试样制作方法，包括以下步骤：

步骤1：选取与待检工件材质、热处理状态相同的实心圆钢，并将所述实心圆钢制作成实心圆柱试样，所述实心圆柱试样的中心轴线方向与轧制方向一致；

步骤2：在所述实心圆柱试样的两端面分别制作一偏心顶尖孔，两个所述偏心顶尖孔的连线与所述中心轴线方向平行；

步骤3：以两端的偏心顶尖孔装夹所述实心圆柱试样，采用磨削砂轮对所述实心圆柱试样进行磨削烧伤，在磨削烧伤过程中不施加冷却液，直至磨削处产生严重变色，且在所述磨削处形成一凹面；

步骤4：在所述实心圆柱试样两端面的正中心分别重新制作一顶尖孔，以所述顶尖孔装夹所述实心圆柱试样，采用所述磨削砂轮对所述实心圆柱试样的圆周面进行正常磨削，在正常磨削过程中施加冷却液，直到所述圆周面与所述步骤3中的凹面刚好磨平，得到严重烧伤缺陷试样1#；

步骤5：重复步骤1～4，重新制作一严重烧伤缺陷试样2#；

步骤6：对严重烧伤缺陷试样1#和严重烧伤缺陷试样2#进行烧伤缺陷验证，完成严重烧伤缺陷的制作；

步骤7：对严重烧伤缺陷试样1#和严重烧伤缺陷试样2#中的其中一个试样的圆周面进行多次磨削，每次磨削后均对该试样进行烧伤缺陷验证，直至该试样烧伤区域由严重烧伤缺陷变为轻微烧伤缺陷，或者变为介于轻微烧伤缺陷与严重烧伤缺陷之间的烧伤缺陷，得到带轻微烧伤缺陷的试样，或得到带介于轻微烧伤缺陷与严重烧伤缺陷之间烧伤缺陷的试样；

步骤8：对严重烧伤缺陷试样、轻微烧伤缺陷试样和介于轻微烧伤缺陷与严重烧伤缺陷之间的烧伤缺陷试样进行热损伤涡流检测，得到各试样非烧伤区和烧伤区的阻抗幅值，以不同严重程度的烧伤缺陷对应的阻抗幅值作为此类材料在相同热处理状态下的磨削烧伤验收标准，即完成烧伤对比试样的制作。

进一步地，所述步骤2中，偏心顶尖孔偏离所述中心轴线0.2mm～1mm，偏心顶尖孔的直径为20mm，深度为30mm，修倒角2×30°。

进一步地，所述步骤3中，磨削砂轮的厚度为50mm，直径为350mm，粒度为60#，材质为单晶刚玉材质，硬度为K。

优选地，所述步骤3中，在进行磨削烧伤前，采用绿碳化硅油石对磨砂轮磨削面进行打磨，使其变钝。

进一步地，所述步骤3中，磨削烧伤参数为：磨削砂轮线速度为14m/s，实心圆柱试样转速为20转/min，切入深度为0.08mm，横向进给量为10mm/工件转，磨削宽度为50mm。

进一步地，所述步骤4中，在正常磨削前先将所述磨削砂轮修整锋锐，正常磨削参数为：磨削砂轮线速度为28m/s，实心圆柱试样转速为60转/min，切入深度为0.005mm，横向进给量为3mm/工件转。

进一步地，所述步骤6和7中，烧伤缺陷验证方法为酸浸蚀法。

在烧伤缺陷试样制作过程中，对于烧伤缺陷的确定，采用酸浸蚀的方式，结果可靠。

进一步地，所述步骤7中，采用分层磨削去除的方式进行多次磨削，每次磨削量为0.005mm。

有益效果

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明采用磨削产生热量的方法制作烧伤缺陷，所制作的烧伤缺陷和实际工件磨削加工不当时产生的烧伤缺陷一致，所制作的烧伤缺陷极具代表性，依据此试样进行热损伤涡流检测时评判结论真实可靠；制作方法简单；

2、采用偏心顶尖孔的方式可在圆柱试样的局部区域制作烧伤缺陷，避免了整个圆周面都是烧伤区域的情况，用于涡流检测调校时效果明显；

3、不同严重程度的磨削烧伤缺陷的制作过程易于控制，最开始产生严重烧伤缺陷后，可通过正常磨削分层去除圆柱试样的圆周表面层，结合烧伤缺陷的验证，可以得到带轻微烧伤或严重烧伤或介于轻微烧伤与严重烧伤之间的烧伤的试样，在此状态下对应的涡流阻抗幅值可以作为工件磨削烧伤与否的评判标准；

4、结合烧伤缺陷验证法，也可制作介于轻微烧伤与严重烧伤之间的不同程度的烧伤缺陷，特别适用于制定热损伤涡流检测验收标准，为评判实际工件热损伤缺陷提供依据，也可用于设备灵敏度的校验和验证，也可推广应用到其他检测方法的热损伤缺陷对比试样的制作，如巴克豪森噪声检测法和酸浸蚀法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中一种用于热损伤涡流检测验收标准的对比试样制作方法的流程图；

图2是本发明实施例1中轻微烧伤试样2#的非烧伤区和烧伤区涡流检测阻抗幅值图；图2a为非烧伤区的阻抗幅值图，图2b为烧伤区的阻抗幅值；

图3是本发明实施例1中严重烧伤试样1#的非烧伤区和烧伤区涡流检测阻抗幅值图；图3a为非烧伤区的阻抗幅值图，图3b为烧伤区的阻抗幅值；

图4是本发明实施例2中介于轻微烧伤与严重烧伤之间的烧伤缺陷试样3#的非烧伤区和烧伤区涡流检测阻抗幅值图；图4a为非烧伤区的阻抗幅值图，图4b为烧伤区的阻抗幅值。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例所提供的一种用于热损伤涡流检测验收标准的对比试样制作方法，包括以下步骤：

1、制作试样

选取300M材料圆钢，采用机加方式制作成实心圆柱试样1#，试样1#的尺寸为Ф180mm×80mm，试样1#的中心轴线方向与轧制方向一致，在实心圆柱试样1#的两端面分别制作一个偏心顶尖孔，两个偏心顶尖孔的连线与中心轴线方向平行。

本实施例中，偏心顶尖孔偏离试样1#的中心轴线1mm，直径20mm，深度30mm，修倒角2×30°。这样设置偏心顶尖孔的目的是使后面制作的烧伤缺陷是一个局部面，而不是整个圆周面，从而得到的烧伤缺陷也是局部面，而不是整个圆周面，砂轮磨削时热量更集中，更容易产生烧伤。

2、准备磨削砂轮

准备制作热损伤缺陷试样用的磨削砂轮，磨削砂轮的参数为：厚度50mm，直径350mm，粒度60#，单晶刚玉材质，硬度K；采用绿碳化硅油石打磨该磨砂轮磨削面，至磨削砂轮变钝。

3、制作严重烧伤缺陷

以偏心顶尖孔装夹实心圆柱试样1#，采用步骤2的磨削砂轮对实心圆柱试样1#进行磨削烧伤，即在磨削过程中不施加冷却液，直至磨削处产生严重变色，则严重烧伤缺陷已形成，此时，相对于未磨削到的区域，在磨削处形成一浅的凹面。

本实施例中，磨削烧伤参数为：磨削砂轮的线速度为14m/s，实心圆柱试样1#的转速为20转/min，切入深度为0.08mm，横向进给量为10mm/工件转，磨削宽度为50mm。

4、重新将磨削砂轮修整锋锐，并在实心圆柱试样1#两端面的正中心分别重新制作一顶尖孔，以顶尖孔装夹实心圆柱试样1#，采用修整后的磨削砂轮对实心圆柱试样1#的整个圆周面进行正常磨削，即在正常磨削过程中施加冷却液，避免烧伤，直到整个圆周面与凹面刚好磨平，得到严重烧伤缺陷试样1#。

本实施例中，正常磨削参数为：磨削砂轮的线速度为28m/s，实心圆柱试样1#的转速为60转/min，切入深度为0.005mm，横向进给量为3mm/工件转。

5、制作另一个严重烧伤缺陷试样

重复步骤1～4，重新制作一严重烧伤缺陷试样2#。

6、严重烧伤缺陷验证

采用酸浸蚀法对严重烧伤缺陷试样1#和严重烧伤缺陷试样2#进行烧伤缺陷验证，非烧伤区酸浸蚀颜色为灰色，轻微烧伤区酸浸蚀颜色为深灰色，严重烧伤区酸浸蚀颜色为深黑色，甚至出现被深黑色包围的白色区域，通过验证即完成严重烧伤缺陷的制作。

在烧伤缺陷试样制作过程中，对于烧伤缺陷的确定，采用酸浸蚀的方式，结果可靠。

7、制作轻微烧伤缺陷

对试样2#以正常磨削参数采用分层磨削去除的方式多次磨削整个圆周面，每次磨削去除量为0.005mm，每次磨削去除后，采用酸浸蚀法进行烧伤缺陷验证，直到烧伤区域颜色由深黑色或者深黑色包围的白色逐渐变为深灰色，即由严重烧伤缺陷变为轻微烧伤缺陷，得到轻微烧伤试样2#。

8、热损伤涡流检测

采用热损伤涡流检测探头扫描试样2#的非烧伤区和烧伤区，得到的阻抗幅值如图2所示，由图2可知，非烧伤区的阻抗幅值约为满屏的20％，烧伤区的阻抗幅值约为满屏的40％，烧伤区阻抗幅值约为非烧伤区阻抗幅值的2倍，烧伤缺陷检测信号显示明显。

同样，采用热损伤涡流检测探头扫描试样1#的非烧伤区和烧伤区，得到的阻抗幅值如图3所示，由图3可知，非烧伤区的阻抗幅值约为满屏4％，烧伤区的阻抗幅值约为满屏24％，烧伤区阻抗幅值为非烧伤区阻抗幅值的6倍，烧伤缺陷检测信号显示非常明显。

由此可得到试样1#和2#非烧伤区、轻微烧伤区、严重烧伤区的阻抗幅值，以轻微烧伤、严重烧伤对应的阻抗幅值作为此类材料在相同热处理状态下的磨削烧伤验收标准，即完成烧伤对比试样的制作。

实施例2

1、采用实施例1中的步骤1～6制作严重烧伤缺陷试样3#。

2、制作介于严重烧伤缺陷与轻微烧伤缺陷之间的烧伤缺陷

对试样3#以正常磨削参数分多次磨削整个圆周面，每次磨削去除量为0.005mm，每次磨削去除后，采用酸浸蚀法进行烧伤缺陷验证，直到烧伤区域颜色由深黑色或者深黑色包围的白色逐渐变为介于深灰色与深黑色之间的颜色，即由严重烧伤缺陷变为介于严重烧伤缺陷与轻微烧伤缺陷之间的烧伤缺陷，得到介于严重烧伤缺陷与轻微烧伤缺陷之间的烧伤缺陷试样3#。

3、热损伤涡流检测

采用热损伤涡流检测探头扫描试样3#的非烧伤区和烧伤区，得到的阻抗幅值如图4所示，由图4可知，非烧伤区的阻抗幅值约为满屏的8％，烧伤区的阻抗幅值约为满屏的24％，烧伤区阻抗幅值约为非烧伤区阻抗幅值的3倍，烧伤缺陷检测信号显示明显。

由此可得到试样3#非烧伤区、介于轻微烧伤和严重烧伤之间的烧伤的阻抗幅值，以介于轻微烧伤和严重烧伤之间的烧伤对应的阻抗幅值作为此类材料在相同热处理状态下的磨削烧伤验收标准，即完成烧伤对比试样的制作。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。