CN100595580C - 汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法，首先应用渗透检测技术对退役曲轴危险部位的主轴颈部分和连杆轴颈部分进行裂纹检测，如果发现有裂纹存在，则认为其剩余疲劳寿命不足以维持一个生命周期；如果没有发现裂纹，则应用金属磁记忆检测技术对退役曲轴危险部位表面的磁记忆信号进行检测，根据退役曲轴危险部位的磁记忆信号与剩余疲劳寿命之间的对应关系，即表征退役曲轴危险部位应力集中和变形状况的金属磁记忆信号与剩余疲劳寿命之间的对应关系，从而通过检测退役曲轴危险部位表面漏磁场信号就能确定其对应的剩余疲劳寿命。本发明在并不了解退役零件服役历史的情况下，检测其剩余疲劳寿命是否足以维持下一次生命周期。

Description

汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法

技术领域

本发明涉及的是一种汽车技术领域的检测方法，尤其涉及的是一种汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法。

背景技术

目前，我国每年有大量的汽车报废，产生的退役汽车零部件可达数百万吨。我国汽车退役零部件一般都作为废钢铁进行材料级回收，而欧、美、日等发达国家，相当一部分汽车退役零部件经过再制造后，流向配件市场，并且已形成一个庞大的汽车零部件再制造产业。因此，从可持续发展的观念出发，发展汽车退役零部件的回收与再制造技术，对节能节材、环境保护，推动社会-经济-环境协调发展意义重大。

汽车发动机曲轴，由于在工作中承受了很大的交变载荷，疲劳失效是其主要的失效形式之一。因此，这类退役零件在再制造之前，首先要对其进行剩余疲劳寿命测评，确定该零件的剩余疲劳寿命是否足以维持下一个生命周期，并以此为重要指标来评价该零件是否具有再制造的价值，但由于并不确切了解汽车退役曲轴的服役历史，很难直接统计出其剩余疲劳寿命。常规检测技术虽然可进行曲轴的宏观裂纹检验，但是，如果某根曲轴尚未检测出宏观裂纹，却已经处于疲劳损伤萌生阶段的后期，该零件经过再制造以后，其疲劳寿命是否能够足以维持整个生命周期，就很难做出回答了。因此，目前在实际生产中，再制造的退役发动机曲轴是不进行剩余疲劳寿命测评的，这给再制造曲轴带来安全隐患。如果能建立一套行之有效的汽车退役曲轴剩余疲劳寿命检测方法，通过直接对退役零件进行测评，就可以获得其剩余疲劳寿命，从而判定该零件是否值得再制造，对于提高再制造产品的可靠性和安全性是很有意义的。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号：200410067574.7，名称：“汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法”，该专利技术中检测曲轴疲劳裂纹的方法为磁粉检测法，可能对磁记忆法的检测效果产生影响；同时，也提出了“根据退役曲轴危险部位磁记忆信号与剩余疲劳寿命之间的对应关系，进行汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测”，但是整个技术文献中并没有给出“退役曲轴危险部位的应力变形状况与剩余疲劳寿命之间的对应关系”是通过怎样的技术措施得到的，因此上述发明是无法实施的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法，使其在专利申请200410067574.7的基础上，将检测曲轴疲劳裂纹的方法由磁粉检测法改为渗透检测法，提高了磁记忆检测结果的准确性，并在此基础上详细的给出得到退役曲轴危险部位的应力变形状况与剩余疲劳寿命之间的对应关系的技术措施，从而能够真正实施，在并不了解退役零件服役历史的情况下，综合检测其剩余疲劳寿命是否足以维持下一次生命周期，为提高再制造产品的可靠性和安全性提供了条件。

本发明是通过以下技术方案实现的，方法如下：首先用渗透检测技术对退役曲轴危险部位的主轴颈部分和连杆轴颈部分进行裂纹检测，如果发现有裂纹存在，则认为其剩余疲劳寿命不足以维持一个生命周期；如果没有发现裂纹，则用金属磁记忆检测技术对退役曲轴危险部位表面的磁记忆信号进行检测，根据退役曲轴危险部位磁记忆信号与剩余疲劳寿命之间的对应关系，来评价其剩余疲劳寿命是否足以维持下一次生命周期，所述退役曲轴危险部位磁记忆信号与剩余疲劳寿命之间的对应关系，即表征退役曲轴危险部位应力集中和变形状况的金属磁记忆信号与剩余疲劳寿命之间的对应关系，从而通过检测退役曲轴危险部位表面漏磁场信号就能确定其对应的剩余疲劳寿命，该对应关系需针对不同材料通过曲轴试验得出。

曲轴的疲劳主要表现为曲轴材料在交变应力的持续作用下，萌生内部缺陷从而引起局部应力集中和变形，导致材料宏观性能的降低。因此，通过检测退役曲轴危险部位材料的应力集中和变形状况，就可以推断出曲轴材料的疲劳损伤程度，从而检测退役曲轴的剩余疲劳寿命。也就是说，退役曲轴危险部位的应力变形状况与其剩余疲劳寿命之间存在对应关系。而金属磁记忆检测技术是一种利用金属磁记忆效应进行零件表面应力集中和变形状况检测的无损检测技术，因此，本发明中所述的退役曲轴危险部位的磁记忆信号与剩余疲劳寿命之间的对应关系实际上就是指建立表征着退役曲轴危险部位的应力集中和变形状况的磁记忆信号与剩余疲劳寿命之间的对应关系。

所述退役曲轴危险部位磁记忆信号与剩余疲劳寿命之间的对应关系，其中磁记忆信号检测参数为整个被检测表面的最大与最小漏磁场切向分量之差值，该对应关系通过以下步骤获得：

步骤一，首先通过升降法得到所测评曲轴材料弯曲疲劳极限值，选取该材料标准旋转弯曲疲劳试件若干根(大于10根)，在大于该弯曲疲劳极限值20％的载荷下进行标准旋转弯曲疲劳试验，并每隔10万次疲劳循环停机检测试件受载最大处表面的磁记忆信号，直至试件断裂，期间用渗透法探测疲劳裂纹的产生。

步骤二，取全新曲轴切割后的单拐若干根(大于10根)，使用曲轴弯曲疲劳模拟试验系统，在大于弯曲疲劳极限值20％的载荷下进行弯曲疲劳试验，每隔10万次疲劳循环停机检测曲轴连杆轴颈圆角处受载最大处表面的磁记忆信号，直至疲劳裂纹出现，期间用渗透法探测疲劳裂纹的萌生。

步骤三，取全新曲轴切割后的单拐若干根(大于10根)，使用曲轴弯曲疲劳模拟试验系统，在小于弯曲疲劳极限值50％的载荷下进行弯曲疲劳试验，每隔50万次疲劳循环停机检测曲轴连杆轴颈圆角处受载最大处表面的磁记忆信号，直至1000万次。

步骤四，根据步骤一可以得到曲轴材料的磁记忆信号随疲劳循环周次增加的变化规律，其中以疲劳裂纹萌生为界，可以将该变化规律分为裂纹萌生期和裂纹扩展期，曲轴的主要工作寿命均在裂纹萌生期；步骤二得到的所有在疲劳裂纹萌生时的磁记忆信号的平均值即为磁记忆检测信号与其剩余疲劳寿命之间的对应关系中曲轴工作寿命中的最大值；步骤三得到的所有磁记忆信号的平均值即为磁记忆检测信号与其剩余疲劳寿命之间的对应关系的安全值。

所述渗透检测技术，是利用液体的毛细管作用，通过喷洒、刷涂或浸渍等方法，把渗透力很强的渗透液施加到已清洗干净的试件表面，经过一定的渗透时间，待渗透液渗入试件表面上的开口缺陷后，将试件表面上多余的渗透液用擦拭、冲洗等方法清除干净，然后在试件表面上用喷撒或涂抹等方法施加显像剂，显像剂能将已渗入缺陷的渗透液吸附引导到试件表面，而显像剂本身提供了与渗透液的颜色形成强烈对比的背景衬托，因此反渗出来的渗透液将在试件表面开口缺陷的位置形成可供观察的迹痕，显示出缺陷的存在。

所述金属磁记忆检测技术，是一种利用金属磁记忆效应进行零件表面应力集中和应力突变检测的无损检测技术。铁磁性金属零件在加工和运行时，由于受载荷和地磁场共同作用，在应力和变形集中区域会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，形成漏磁场变化。这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后不仅会保留，还与最大作用应力有关，从而通过对剩余漏磁场的测定，便可准确推断工件的应力集中和应力突变部位。金属零件表面的这种磁状态“记忆”着微观缺陷或应力突变的位置，即所谓的磁记忆效应。

在工程实践中，一旦发动机曲轴的危险部位出现疲劳裂纹，出于安全，一般认为其剩余疲劳寿命将不足以维持一个生命周期。大量的研究表明，疲劳损伤的萌生阶段占整个疲劳寿命的较大比例，在此阶段，明显的疲劳裂纹尚未形成，但材料抗疲劳能力已有所削弱，表现为零件疲劳寿命的降低。现有的材料损伤检测方法，如超声法、磁粉法、x射线法、涡流法、渗透法等，以发现宏观裂纹为目标，无法对此阶段的材料损伤程度和可靠性作出合理的评估。曲轴的疲劳主要表现为曲轴材料在交变应力的持续作用下，萌生内部缺陷从而引起局部应力集中，导致材料宏观性能的降低。因此，退役曲轴危险部位的应力变形状况，便成为测评曲轴剩余疲劳寿命的一个重要依据。金属磁记忆检测技术是一种表征材料应力变形状态的无损检测方法，只需在地磁环境下测量铁磁性零件表面漏磁场就能确定零件上的应力变形状态。本发明通过确立退役曲轴危险部位的应力变形状况与剩余疲劳寿命之间的对应关系，应用金属磁记忆检测技术对退役曲轴危险部位表面的漏磁信号进行检测就能评价退役曲轴的剩余疲劳寿命是否足以维持下一次生命周期。

应用本发明就可以在再制造前对退役曲轴的剩余疲劳寿命进行检测，提高再制造曲轴的安全性，降低报废率。对本发明在退役曲轴再制造中的实际效果进行统计后，得到其检测准确率可以达到90％。由于可以事先测评其剩余疲劳寿命，对于已经经历过一次再制造的退役曲轴，就有可能进行第二次再制造，更能体现绿色循环经济的要求。

附图说明

图1本发明实施例检测退役曲轴主轴颈的示意图

图2本发明实施例检测退役曲轴连杆轴颈的示意图

图3本发明实施例磁记忆检测信号与48MnV钢退役曲轴剩余疲劳寿命之间的对应关系示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图2所示，本实施例采用的装置包括机架1、步进电机2、头架3、丝杠4、卡盘座5、卡盘6、被测曲轴7、检测探头8、探头座9、尾架10等。选择一根具有广泛代表性的东风公司48MnV非调制钢退役曲轴进行剩余疲劳寿命检测。首先对退役曲轴危险部位的主轴颈部分和连杆轴颈部分应用渗透法进行裂纹检测，检测后没有发现裂纹，则对退役曲轴危险部位的主轴颈部分和连杆轴颈部分的应力变形状况进行检测。当检测曲轴主轴颈时，使曲轴7的主轴线、卡盘6与卡盘座5的中心都在同一条回转线上，步进电机2带动支承在头架3上的卡盘座5作匀速转动，将探头座9沿机架1上的导轨移动到相应的主轴颈处，使用金属磁记忆检测探头对整个曲轴主轴颈表面进行应力变形状况检测。当检测连杆轴颈时，利用丝杠4带动卡盘6沿卡盘座5上的导轨径向移动曲柄半径的距离，使被检连杆轴颈中心与卡盘座中心处于同一回转线上，步进电机2带动支承在头架3上的卡盘座5作匀速转动，将探头座9沿机架1上的导轨移动到相应的连杆轴颈处，使用金属磁记忆检测探头对整个曲轴连杆颈表面进行应力变形状况检测。48MnV钢曲轴磁记忆信号与剩余疲劳寿命之间的对应关系如附图3所示，该对应关系得到的过程如下：

1、选取48MnV非调制钢的标准旋转弯曲疲劳试件26根，其中16根通过升降法得到该材料弯曲疲劳极限值为430MPa，剩下10根在512MPa载荷下进行标准旋转弯曲疲劳试验，并每隔10万次疲劳循环停机检测试件受载最大处表面的磁记忆信号，直至试件断裂，期间用渗透法探测疲劳裂纹的产生。

2、取全新曲轴切割后的单拐10根，使用曲轴弯曲疲劳模拟试验系统，在512MPa的载荷下进行弯曲疲劳试验，每隔10万次疲劳循环停机检测曲轴连杆轴颈圆角处受载最大处表面的磁记忆信号，直至疲劳裂纹出现，期间用渗透法探测疲劳裂纹的萌生。10次裂纹萌生时磁记忆信号的平均值为1000A/m左右。

3、取全新曲轴切割后的单拐10根，使用曲轴弯曲疲劳模拟试验系统，在215MPa的载荷下进行弯曲疲劳试验，每隔50万次疲劳循环停机检测曲轴连杆轴颈圆角处受载最大处表面的磁记忆信号，直至1000万次。

4、根据步骤1所得结果可以看出，随疲劳循环次数的增加，磁记忆信号在疲劳裂纹萌生前一直呈上升趋势，在裂纹萌生时达到最大值，之后便转而下降，直至断裂；步骤2得到的所有在疲劳裂纹萌生时的磁记忆信号的平均值为1000A/m，即为“磁记忆检测信号与其剩余疲劳寿命之间的对应关系”中曲轴工作寿命中的最大值；步骤3所得磁记忆信号值一直呈稳定不变状态，平均为500A/m左右，即为“磁记忆检测信号与其剩余疲劳寿命之间的对应关系”中的安全值。

本实施例得到的退役曲轴危险部位的磁记忆信号最大值为236A/m，远小于安全值500A/m，故而可以进行再制造，进而完成下一次生命周期。本实施例检测准确率可以达到90％。

Claims (3)

1、一种汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法，其特征在于，首先用渗透检测技术对退役曲轴危险部位的主轴颈部分和连杆轴颈部分进行裂纹检测，如果发现有裂纹存在，则认为其剩余疲劳寿命不足以维持一个生命周期；如果没有发现裂纹，则用金属磁记忆检测技术对退役曲轴危险部位表面的磁记忆信号进行检测，根据退役曲轴危险部位磁记忆信号与剩余疲劳寿命之间的对应关系，来评价其剩余疲劳寿命是否足以维持下一次生命周期，所述退役曲轴危险部位磁记忆信号与剩余疲劳寿命之间的对应关系，即表征退役曲轴危险部位应力集中和变形状况的金属磁记忆信号与剩余疲劳寿命之间的对应关系，从而通过检测退役曲轴危险部位表面漏磁场信号就能确定其对应的剩余疲劳寿命；

所述退役曲轴危险部位磁记忆信号与剩余疲劳寿命之间的对应关系，其中磁记忆信号检测参数为整个被检测表面的最大与最小漏磁场切向分量之差值，该对应关系通过以下步骤获得：

步骤一，首先通过升降法得到所测评曲轴材料弯曲疲劳极限值，选取该材料标准旋转弯曲疲劳试件大于10根，在大于该弯曲疲劳极限值20％的载荷下进行标准旋转弯曲疲劳试验，并每隔10万次疲劳循环停机检测试件受载最大处表面的磁记忆信号，直至试件断裂，期间用渗透法探测疲劳裂纹的产生；

步骤二，取全新曲轴切割后的单拐大于10根，使用曲轴弯曲疲劳模拟试验系统，在大于弯曲疲劳极限值20％的载荷下进行弯曲疲劳试验，每隔10万次疲劳循环停机检测曲轴连杆轴颈圆角处受载最大处表面的磁记忆信号，直至疲劳裂纹出现，期间用渗透法探测疲劳裂纹的萌生；

步骤三，取全新曲轴切割后的单拐大于10根，使用曲轴弯曲疲劳模拟试验系统，在小于弯曲疲劳极限值50％的载荷下进行弯曲疲劳试验，每隔50万次疲劳循环停机检测曲轴连杆轴颈圆角处受载最大处表面的磁记忆信号，直至1000万次；

步骤四，根据步骤一得到曲轴材料的磁记忆信号随疲劳循环周次增加的变化规律，其中以疲劳裂纹萌生为界，将该变化规律分为裂纹萌生期和裂纹扩展期，曲轴的主要工作寿命均在裂纹萌生期；步骤二得到的所有在疲劳裂纹萌生时的磁记忆信号的平均值即为磁记忆检测信号与其剩余疲劳寿命之间的对应关系中曲轴工作寿命中的最大值；步骤三得到的所有磁记忆信号的平均值即为磁记忆检测信号与其剩余疲劳寿命之间的对应关系的安全值。

2、根据权利要求1所述的汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法，其特征是，所述的渗透检测技术，是指：利用液体的毛细管作用，通过喷洒、刷涂或浸渍把渗透力很强的渗透液施加到已清洗干净的试件表面，待渗透液渗入试件表面上的开口缺陷后，将试件表面上多余的渗透液清除干净，然后在试件表面上用施加显像剂，显像剂能将已渗入缺陷的渗透液吸附引导到试件表面，而显像剂本身提供了与渗透液的颜色形成强烈对比的背景衬托，因此反渗出来的渗透液将在试件表面开口缺陷的位置形成可供观察的迹痕，显示出缺陷的存在。

3、根据权利要求1所述的汽车退役曲轴剩余疲劳寿命的检测方法，其特征是，所述的金属磁记忆检测技术，是指：铁磁性金属零件在加工和运行时，由于受载荷和地磁场共同作用，在应力和变形集中区域会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，形成漏磁场变化，这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后会保留，且与最大作用应力有关，通过对工件危险部位表面磁记忆信号的测定，准确推断工件的应力集中和应力突变部位。

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