风电主轴成形与焊接件缺陷超声C扫无损检测软件系统设计研究(4)

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A 型脉冲反射式超声波探伤仪原理

图 1.1 A 型脉冲反射式超声波探伤仪原理

超声C扫在工业中的应用愈来愈广，如铁路运输业已经成为世界很多国家经济发展的重要基础工业,其中车轮作为列车的关键部件之一,其质量的高低直接关系到列车的安全性。利用超声波C扫描成像技术配合以水浸聚焦方式,从车轮内框面对车轮进行检测,着重对车轮内部缺陷的超声波C扫描缺陷图像加以分析,为车轮的无损检测评价提供依据[15]。又如机电设备的轴、压力容器的管道等轴类部件, 是工程中最常见的部件,在其制造和使用中, 往往会产生各种缺陷且可以等效为裂纹。通过柔度法，即通过测定施力点位移和作用力的大小, 利用计算机计算出柔度的精确值, 通过几何形状、裂纹长度和柔度的关系函数, 推算出裂纹长度的一种无损检测方法[16]。

1.4 本课题研究内容

由于风能产业的日益发展，风电主轴在风电机中的重要地位，使得风电主轴成形与焊接件在生产加工、工作过程中必须尽可能的避免缺陷的产生。本课题以42CrMo为试验材料，它的高碳当量增加了钢的淬硬和冷裂纹倾向，不利于焊接，且易于在和焊接过程中造成缺陷的产生，影响焊件的使用寿命。故而如何快速有效的得到缺陷准确完整的信息至关重要。通过焊接自然缺陷与人工制造缺陷的对比，制定缺陷相关评定标准。具体研究内容如下：来~自^751论+文.网www.751com.cn/

（1）分析42CrMo的焊接性，制定可行的焊接工艺规范。

（2）分析中碳调质钢的缺陷特征，制作不同当量人工缺陷，记录并分析不同参数下的A扫图形。

（3）设计风电主轴超声C扫检测软件系统，开展相关软件的设计与编程。

（4）生成检测报告，找到解决缺陷的途径及方法，保证工件质量。

2 风电主轴成形件的焊接性及缺陷特征

焊接连接是钢结构中最基本的一种连接方式[17]，其多层焊接结构是一种重要的焊接组件用于现代工业[18]。且焊接是一个特殊的物理冶金过程,影响焊接构件质量的因素很多,如焊接工艺与设备的偏差、残余应力和冶金因素的影响以及接头组织与性能的不均匀等都可能在焊接构件中产生不同程度、不同类型的缺陷, 对其使用性能以至寿命产生不利的影响。

2.1 42CrMo中碳调质钢的焊接性分析

依据42CrMo钢对应的碳当量公式可知计算得知，钢的Ceq值高达0.91%（Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)]*100%）其可焊性较差[9]。由于母材金属中含碳量高，在焊接过程中，母材金属的一部分要熔化到焊缝金属中去，致使焊层金属含碳量增高，焊缝凝固结晶时，结晶温度区间大，偏析倾向也较大，加之含硫杂质和气孔的影响，容易在焊层金属中引起热裂纹。特别是在收尾处，裂纹更为敏感。热裂纹的特征是裂纹垂直于焊缝鱼鳞状波纹，呈现不明显的锯齿形，但也有沿焊缝金属与基体金属交界处发展产生。为防止产生热裂纹，要求采用低碳钢焊丝，一般焊丝中含碳量在0.15%以下。