300M钢镀铬层下烧伤缺陷的巴克豪森检测

王树志，李 川，乔海燕，葛子亮，任学冬

（1.中航工业北京航空材料研究院 航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京 100095；2.中航飞机起落架制造有限公司燎原分公司，城固 723200）

当通有交变电流的线圈靠近铁磁零件表面时，会使零件的磁场变化，从而在线圈中产生电脉冲。当由磁畴移动引起的电脉冲在零件表面大量聚集时，将会产生类似电脉冲信号，称为巴克豪森噪声（简称BN）。从宏观冶金学的角度可以把这些影响巴克豪森信号的因素分为两类，即硬度与残余应力的影响，因此可利用巴克豪森噪声检测材料表面的烧伤缺陷［1－3］。

300M钢是一种超高强度钢，用于制造要进行镀铬后再进行磨削加工的起落架，而磨削过程中产生的热极易隔着镀层传递给基体材料而造成烧伤［4－8］。目前磨削烧伤缺陷的检测方法只有酸浸蚀方法，但酸浸蚀法只针对裸露的磨削烧伤的检测，对于镀层下的烧伤检测是无法进行的。笔者通过制作镀铬层下烧伤试样，进行巴克豪森检测试验，研究镀层与巴克豪森信号的关系，为镀层下烧伤检测方法的制定以及零件的实际检测提供数据支持。

1 试验方法

选取300M钢棒材先进行预备热处理（930℃正火和700℃回火），然后按照轧制方向取样，并留有1mm的加工余量，再进行最终热处理（870℃油淬和300℃空冷），最终加工成7个尺寸为250mm×40mm×15mm长条形试样，最后对试样进行吹砂处理，吹砂距离400mm，沙粒大小为100μm。

图1 不同激光功率对应巴克豪森信号波形图

使用TRUMPF6000型激光器对7个试样进行瞬间加热，每个试样均制作出3个烧伤斑，分别为过回火烧伤、轻微淬火烧伤和严重淬火烧伤，且各个试样之间烧伤斑位置及对应的功率相同。由于激光功率与烧伤温度之间很难建立直接关系，需要通过调节功率大小制作不同功率烧伤斑，然后挑选出三个级别的典型烧伤。激光离焦量为200mm，扫描速度为400mm／min，试验所用的激光功率分别为920，1190，1450，1680，2020，2160，2520，2700W，采用Rollscan 250型巴克豪森检测仪以及通用探头对烧伤斑进行检测，对应的巴克豪森检测信号波形如图1（a）（b）所示，磁化方向为磁极的连线方向。可挑选出激光功率为1680，2160，2520W下的烧伤作为典型级别烧伤。图2所示为经过激光烧伤后的7个试样照片，各个试样上的烧伤斑位置和功率排列均一致。对其中6个试样进行不同厚度的镀铬处理，厚度如表1所示。然后使用Rollscan 250型巴克豪森检测仪对7个试样进行扫描，探头为高能探头，高能探头具有更大的渗透深度，探头上的两个磁极方向为磁化方向且磁极横截面积较通用探头大。最后比对分析不同镀层厚度对巴克豪森信号波形的影响情况。

图2 激光烧伤试样照片

表1 不同镀层厚度试样

2 试验结果

使用Rollscan250型巴克豪森检测仪对1～7号试样进行扫描，分别进行磁化方向垂直于烧伤斑方向和磁化方向平行于烧伤斑方向两次扫描，记录每次扫描的波形图。如图3所示为1～4号试样，当磁化方向垂直于烧伤斑方向时的巴克豪森扫描波形，图4为5～7号试样，当磁化方向垂直于烧伤斑方向时的巴克豪森扫描波形。而图5所示为1～4号试样当磁化方向平行于烧伤斑方向时的巴克豪森扫描波形，图6为5～7号试样当磁化方向平行于烧伤斑方向时的巴克豪森扫描波形。

图3 磁化方向垂直于烧伤斑方向时，1～4号试样的巴克豪森扫描波形

图4 磁化方向垂直于烧伤斑方向时，5～7号试样的巴克豪森扫描波形

图5 磁化方向平行于烧伤斑方向时，1～4号试样的巴克豪森扫描波形

图6 磁化方向平行于烧伤斑方向时，5～7号试样的巴克豪森扫描波形

3 分析和讨论

对1号试样进行酸浸蚀，如图7所示，可见当功率为1680W时，烧伤斑呈深黑色，说明此处出现了过回火烧伤，当功率为2160W时，烧伤斑大部分为深黑色，只有位于中心处出现较小区域的白亮色烧伤区域时，说明该区域出现了严重的过回火烧伤以及烧伤斑中心部分区域出现了轻微的淬火烧伤。而当功率为2520W时，烧伤斑中心大部分出现白亮色条带，两边呈深黑色，此为典型的淬火烧伤带。

图7 三个级别烧伤斑酸浸蚀检查结果

由图3～6可知，随着镀铬层厚度的逐渐增加，BN信号逐渐降低。当镀层厚度超过150μm时轻微烧伤（图4和图6中1680W烧伤斑区域）的检测灵敏度严重下降，当镀层厚度超过250μm时，镀层下的烧伤缺陷就很难检测出来。而将图3和图5中曲线1和曲线2对比可以看出曲线2的BN值较曲线1的BN值严重降低，可见镀层对巴克豪森信号的影响较敏感。

由图3～6可见，随着烧伤严重程度的增大，BN信号值也越来越严重，但当达到淬火烧伤程度时BN值开始降低，特别是在使用高能探头检测时BN值降低的更为明显。主要原因是高能探头的霍尔元件较常规探头的霍尔元件的横截面积大。如图8所示，当探头从烧伤斑上面扫过，探头中的霍尔元件拾取的是横截面积下的BN信号平均值，因此当扫过淬火烧伤区域时，由于烧伤斑边缘过回火烧伤宽度较窄，探头拾取了大量的基体和淬火烧伤状态下的信号，因此淬火烧伤斑BN值开始减小。

图8 不同探头横截面积拾取信号示意图

4 结论

（1）巴克豪森法可以准确地检测镀铬层下烧伤，检测灵敏度随着镀层厚度的增加逐渐降低，当镀层厚度超过150μm时检测灵敏度严重降低。当镀层厚度超过250μm时，镀层下的烧伤缺陷很难检出。

（2）巴克豪森法对烧伤区域的检测分辨率取决于巴克豪森信号采集探头尺寸的大小，尺寸越小其对烧伤区域的分辨率越大，反之亦然。

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