黄建明实战案例专栏 | 【案例51】小小常识 – 什么叫热锻和冷锻?

文章来源:微信公众号:航空无损检测
51 小小常识 – 什么叫热锻和冷锻

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这就是问题了,靠人手操作是不可靠的,因为有时候工人为了赶时间,在没有充分烧红透的情况下就进行锻造肯定会打裂的。也会在插入线圈的深度上有出入,插入线圈不够深入(不到位),就会在钢管应该锻造的位置加热不足,温度达不到红透变软的状态下进行锻造会形成冷锻,将直径102mm将它一下就锻压打成10mm厚其变形量太大了,在这种情况下金属难以承受这么大的塑性变形量肯定会打裂。



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本系列专栏案例均在夏紀真老师的网站发布过,经作者本人修改和补充后,由本公众号发布,以满足当下年轻人互联网浏览习惯。

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实战案例专栏 /   案例51

2012年5月有个专门出租吊机的客户打电话给我,说他们一部新买回的塔式吊刚刚完成载荷试验投入使用时,突然发现在其吊臂上的一个支撑管位置出现断裂,请问有什么NDT方法可以在不除去油漆的情况下进行检测同时用户想知道为什么出现断裂?


我要求他先提供断裂的图片来给我看看再说,他很快将图片电邮给我。(见图1图2)

(图 1 支撑管断裂的位置)

(图 2 支撑管断裂的位置)


我看到图片后,我告诉他可以用涡流方法进行检测,至于什么原因断裂等我到现场看看再说或者找金相专家分析。


我带备GE产品Locator 2s涡流仪器和专用焊缝探头前往工地现场检测。


他们把吊臂从高空拆下平放在地上,方便我们进行检测和他们自己更换修理。


我首先走到断裂的位置详细地查看断口,很明显地看到这个断裂位置不在焊缝而在支撑管母材上的折迭位置,一看就知道是经过锻压制造的产品,厂家是将直径102x5mm壁厚管经过锻压扁平两端然后再焊接到吊臂上的。


这是很平常很普遍的锻压制造工艺,为什么会出现断裂呢?


我开始想如果是同一种生产工艺制造的,应该在其他支管同一样的位置也会出现同样的断裂,一个吊臂上还有上百个这样位置,用户是电厂的工程师,他们与我一样有这种想法,以防万一要求将支管这个位置以及焊缝全部进行检测。


我做了一块参考试块,同样是5mm厚钢板将其弯曲与支付管一样的角度并在上刻上1mm深的槽,然后用泥胶填平再喷漆,用它来校准灵敏度和演示给客户看,演示效果很好。


我用涡流将其他支撑管同样的位置全部扫查一遍却未发现任何裂纹


由于用户从未见过涡流检测,而且在不除去油漆的情况下探伤,他们不放心又针对性地选择20个最可疑和最受力的位置,除去油漆要求我们再做一次超声波和磁粉探伤看看,同时也想验证之前的涡流检测是否可靠。


并且派上好几个工程师全程跟踪看着我们做超声和磁粉探伤,再做一次结果一样未见任何裂纹。


我也感到奇怪,怎么其他支管锻压位置却没有发现裂纹呢?


用户就问厂家为什么一个从未使用全新的塔吊会出现支撑管断裂事故?


厂家派来两位工程师,他们解释这只是偶然现象,是极个别的案例,如果NDT检测其他的没问题了也就OK!并向用户保证在以后的使用不会再发生同样的问题。


其中一位马来西亚籍的工程师在与我探讨这个问题时,我问他:“您们厂是怎样生产的这种支撑管的?”


他说:“我们是分包给其他当地的厂家,用涡流感应线圈加热后热锻的。”


我问:“是全自动化生产吗?”


他说:“不是!是靠人手操作,将钢管插入感应线圈等烧红了再拿出锻打。”


我说:“这就是问题了,靠人手操作是不可靠的,因为有时候工人为了赶时间,在没有充分烧红透的情况下就进行锻造肯定会打裂的。也会在插入线圈的深度上有出入,插入线圈不够深入(不到位),就会在钢管应该锻造的位置加热不足,温度达不到红透变软的状态下进行锻造会形成冷锻,将直径102mm将它一下就锻压打成10mm厚其变形量太大了,在这种情况下金属难以承受这么大的塑性变形量肯定会打裂。”


来这家外国名牌吊机厂家在中国大陆设厂,利用大陆廉价的劳工和场地大量生产,然后返销到全世界,生意非常兴旺,自己做不来的时候又大量分包外发加工,那些小型山寨厂,生产设备和人员素质参差不齐,质量控制难以得到保证。


为了找出真正的断裂原因,我还建议把这支已断裂管的材料做下机械性能试验,因为管材料不当也会在锻压时也会出现断裂的。


用户和生产厂家都同意我的建议,马上安排机加工和做机械性能试验,试验在电厂派驻工程师的全程监督下进行,结果是完全符合Q345级别的管材标准。


即然材料没有问题,那么我们就相信他所说的这次断裂是偶然的个别事件了。


告诉他:“我在国内看到一家生产货柜车拖车架轴的厂家,来自西德的厂家设计的生产线,是在管的两端同时套上涡流感应线圈加热,钢管也同时旋转,待钢管烧红透时两侧专用模具插入管内并向中心压制成形车轴的初期形状,这过程是全自动化电脑控制的,完全不经人手,所以产品的质量才有保证。靠人手操作的生产线是不可靠的,幸亏这次没有出现倒塌事故否则人命伤亡,您回厂后通知内地的厂家将这部分工艺改为全动化的生产线,就可以避免再发生这种断裂事故。”


他说:“明白了!谢谢!我回去后告诉老板,如果其他分包的厂家没有这部分的自动化生产线就不给他们做。”


电厂工程师在更换一支新支管焊接后要求我们检测最后载荷试验后用另外一个吊机把我们吊上高空去再做一次检测,认为没有问题后才批准使用。


现在是2013年6月4日,已经一年多了,这项工程已经顺利完成了,未见任何断裂问题,用户很满意我们的检测结果,生产吊机的厂家也高兴帮他们解决了一个以前从未发现的生产隐患,对他们的分包厂进行严格地要求。


杜绝同类事故的发生。


我也很高兴通过这个真实案更加证自己的检测结果准确,同时也证实我的判断正确,为日后的工作建立了更有力的信心。


(图 3)

(图 4 )

图 3 、4 厂家马上邮寄一支新锻压的支撑管来更换

(图 5 涡流、超声对比试块)

(图6 两排吊臂放在地面上检测)

(图7 吊臂平放在地面上检测 )

(图 8 修复后再来次载荷试验)

什么是冷锻? 什么是热锻?


什么是冷锻:在室温下进行锻造;


什么是热锻:再结晶温度以上,固相线以下再结晶;


温度:粗略的计算可取该金属的熔点之0.4倍为再结晶温度平整度为冷锻较好,热锻的平整度最差,而温锻的平整度介于冷锻与热锻之间。


热锻的优缺点


优点:


若加工终了温度比再结晶温度高很多,则晶粒有较长的时间成长,所得的晶粒较粗,可增加延展性。


缺点:


1.高温操作危险性增大。

2.高温易生氧化,产生锈皮,致使表面积垢,光平度差。

3.热锻完了,降温过程中有冷缩现象,尺度精密度较差。

4.高温作业的设备及维护费用较高。

冷锻的优缺点

优点


1不易产生氧化层,表面光滑度得以改进。

2.可维持精密的尺度公差。

3.产生加工硬化(应变硬化),强度及硬度增加。

4.可获得特定的方向性。

5.不需要加热处理,使污染问题降至最低程度。

6.不需加热费用。


缺点


1.延展性降低,对后续的再加工不利。

2.所需的变形压力,比热锻大。

3.材料内部产生残留应力。

4.金属结晶产生变形或碎散。

5.加工过程产生的方向性,可能不利于日后的产品使用。



关于作者



黄建明长期从事在役无损检测技术工作近40年。任职于香港安捷材料试验有限公司,北京理工大学珠海学院“应用物理(无损检测方向)”本科专业兼职教授。美国焊接学会会员,美国无损检测学会会员,中国机械工程学会会员暨无损检测分会理事。英国焊接和无损检测人员考试发证章程(CSWIP)焊接检验督察,英国无损检测人员考试发证章程(PCN)II级焊缝射线照相评片员,美国焊接学会(AWS)高级焊接检验督察,AWS焊接导师,美国无损检测学会(ASNT)NDT检验师-UT、RT、MT、ET III级(高级)技术资格,中国机械工程学会无损检测分会RT、UT 3级(高级)技术资格。


联系方式:

邮箱:kmwong@aes.hk

公司:香港安捷材料试验有限公司 


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