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磁粉检测(2)
双击自动滚屏 发布者:chianweld 发布时间:1/22/2007 阅读:24157

 

 

    

 

(二)

 

  

   5.磁粉和磁悬液

5.1 磁粉

1)磁粉的类型

磁粉常按将其带往试件所用的介质为类,介质可以是空气(干粉法),也可以是液体(湿粉法)。此外,根据其是否有荧光性又可分为非荧光磁粉和荧光磁粉。

非荧光磁粉是在白光下能观察到磁痕的磁粉。通常湿法采用的是黑色的四氧化三铁(Fe3O4)和红褐色的γ-三氧化二铁(γ-Fe2O3),这两种磁粉既适用于干粉法也适用于湿粉法。干粉法也采用银灰色的铁粉。直径为10130μm的空心球粉是铁、铬、铝的复合氧化物,可在400以下的温度范围内用于干粉法。

荧光磁粉是以磁性氧化铁粉、工业纯铁粉、或羰基铁粉等为核心,外面包覆一层荧光染料所制成,可明显提高磁痕的可见度和对比度。

2)磁粉的特性

磁粉的特性包括磁性、尺寸、形状、密度、流动性及可见度和对比度,讨论这些参量是逐个进行的,但应特别注意它们的相互关系。必须考虑:①缺陷是处于试件的表面还是表面下,②需要发现缺陷的尺寸,③可采用的磁化方法及用什么方法施加磁粉更为容易等因素,加以权衡选择,否则极易得不到好的检测效果。

1) 磁性  材料的磁性(磁导率、顽磁性和矫顽力)通常以饱和值来表征,但在评定作为磁粉的参数值时,饱和值没有什么价值,在磁粉检测中磁粉是达不到磁饱和的,只是起始的磁响应才更为重要。磁粉应有较高的磁导率,以利被漏磁场磁化和吸收以形成磁痕,不过单独一项磁导率和灵敏度之间并不能建立简单的相互关系。磁粉还应该具有低的剩磁和矫顽力以利磁粉的分散和移动并不致形成不良的本底,但完全没有剩磁和矫顽力会妨碍磁粉的纵向磁化,而这对确保缺陷图像的形成是重要的。

2) 尺寸  对于干粉法,当磁粉在试件表面移动时,太粗大的粉粒不易被弱的漏磁场所吸收和保持,而细粉可以。应注意到灵敏度是随粉粒尺寸的减小而提高的,但如粉粒过细则不论有无漏磁场都会被吸附在试件整个表面上形成不良本底,粗糙的表面更是如此。干粉法所用干磁粉以粒度为5150μm范围的均匀混合物为宜,此时较细的磁粉有助于粉的移动而较粗的粉则对宽大的缺陷可有良好的灵敏度和可使细磁粉块裂散。对于湿粉法,由于粉悬浮在液体中,较之干粉法可采用细得多的磁粉,一般约在110μm,这样当悬浮液施加在试件表面上时,液体的缓慢流去使粉有足够的移动时间被漏磁场吸附形成磁痕,过细的磁粉则往往会在液体里结成团而不呈悬浮状。对于荧光磁粉,因荧光染料与磁粉相粘结,粒度一般在525μm之间,平均为810μm,孤立地看意味着潜在灵敏度低,但可见度和对比度的提高实际上灵敏度可提高,粒度较大的特殊荧光磁粉只在检测较大缺陷时方可采用。

3) 形状  一般说来,较之球形粉,细长形粉易于极化,显示有较强的极性,易于沿磁力线形成磁粉串,这对显示宽度比磁粉粒度大的缺陷和完全处于表面下的缺陷是有利的。但如果磁粉完全由细长形粉组成,则会因易于严重结块、流动性不好、难以均匀散布而影响灵敏度,理想的磁粉应由足够的球形粉与高比例的细长粉组成。虽然荧光磁粉以其分辨力高且颗粒一般较大因而形状因素不那么重要,但含高比例的细长形粉对纵向磁化还是有利的。

4) 密度  干粉法检测要求的磁粉以铁粉为代表,要求具有高的磁导率和低的剩磁和矫顽力,这就意味着密度可大至8g/cm3。而对湿粉法,要求是密度约为4.5g/cm3的氧化铁粉。因此,采用干粉法时吸附磁粉所需磁场强度比湿粉法大,而实际上这是做不到的,要求干粉法的颗粒小于2μm也是不现实的,因此,对于非常细小的缺陷,干粉法的潜在灵敏度不如湿粉法大。

5) 活动性  磁粉必须能在被检表面或其附近移动方可被漏磁场吸附。对于干粉法所用电流种类很重要,使用直流电磁粉落在试件表面不会移动,而使用交流整流电则可振动和跳动。对于湿粉法磁粉在试件表面可有较大的活动自由;由于磁粉比载液重,势必很快下沉,搅拌是重要的。

6) 可见度和对比度  要求选择与被检表面有良好对比的颜色。湿粉法通常用黑色、红褐色及荧光磁粉,干粉法也可采用上述磁粉,必要时可在被检面上涂以底色。

5.2 磁悬液

对于湿粉法磁粉检测,用来悬浮磁粉的液体称为载液,常为油或水。磁粉和载液按一定比例混合而成的悬浮液称为磁悬液。

1)油基载液

油基载液优先用于如下场合:①对腐蚀须严加防止的某些铁基合金(如经精加工的轴承和轴承套);②水可能会引起电击的地方;③在水中浸泡可引起氢脆的某些高强合金。用于此种载液的石油基产品技术要求见表1

1  油基载液的产品技术要求

     

     

     

闪点/

不低于94

GB261

粘度/m2.s-1

38

最低使用温度下

 

不高于3.0×10-6

不高于5.0×10-6

 

GB265

  

  0.1N硫酸中10ppm(重量计)二水硫酸奎宁溶液进行比较

颗粒物质/mg.L-1

不大于0.5

SY2229

总酸值/mgKOH/g

不大于0.015

ASTM  D3242

颜色,赛氏比色

不深于N0.21

GB3555

  

不应有令人不愉快的味道

  

按国家有关规定

2)水基载液

水不能单独作为磁粉载液使用,因为它腐蚀铁基合金、润湿和覆盖试件表面的效果差,不能有效地分散荧光磁粉,因此必须添加水性调节剂以补不足。含水性调节剂的水基载液应具有如下性能:

1) 具有良好的润湿性,即能够均匀而完全湿润被检表面;

2) 具有良好的分散能力,能完全分散磁粉而无团聚现象;

3) 引起的泡沫最少,能在较短的时间内自动消除由于搅拌而引起的大量泡沫;

4) 无腐蚀性,对被检试件和所用设备,甚至磁粉本身无腐蚀作用;

5) 低粘度,在38时,最大不超过5×10-6m2/s

6) 非荧光性,准备用于荧光磁粉时,不应发出荧光;

7) 无活性,不应引起所悬浮磁粉的变质;

8) 碱度,pH值最大不得超过10.0;酸度:pH值最小不低于6.0

9) 应无气味。

对于水基载液,腐蚀问题过去靠在载液中加入少量(约15g/L)亚硝酸钠来控制,这些化学试剂具有强的毒性,同时也属于废水污染物,必须根据有关法规限制使用。检测完成之后,水载液根本不能提供腐蚀保护,必须另作后清理。

3)磁悬液

磁悬液可由供应商配制,也可自选配制,磁悬液的浓度是指每升磁悬液中所含磁粉数。真正施加到试件受检部件的磁悬液浓度对缺陷能否良好显现影响很大,浓度太低小缺陷会漏检,浓度过高本底会增强以致掩盖了相关磁痕。一般采用的浓度是:非荧光磁粉──1224mL/L,荧光磁粉──14mL/L

5.3 磁粉的施加

1)剩磁法与连续法

1) 剩磁法  剩磁法是先将试件磁化、待切断磁化电流或移去外加磁场后再将磁粉或磁悬液施加到试件受检表面。凡经过热处理(淬火、调质、渗碳、渗氮等)的高碳钢和合金结构钢,其材料的剩余磁感应强度Br可在0.8T以上,矫顽力Hc可在800A/m以上者均可采用剩磁检测。剩磁法的优点有:①效率高,可将许多经磁化的中小型试件盛放在容器中浸入磁悬液槽中一次处理;②磁痕判别较易,因只有少量磁粉沉积、干扰真正缺陷磁痕的假磁痕较少,螺纹部位最宜采用;③目视检测可达性好,试件可与磁化装置脱离拿到最合适的条件下观测,特别适用于筒形试件内壁和端面的观测。剩磁法的局限性有:①只限用于BrHc均能满足要求的材料;②采用交流电磁化,如断电相位不能可靠控制,剩磁强度不稳定可严重危及检测质量;③不适用于复合磁化,因为剩磁仅是单方向的。

2) 连续法  在外磁场作用的同时,将磁粉或磁悬液施加到试件受检表面并进行观测。低碳钢以及所有其他处于退火状态和经过热变形的钢,BrHc较低均须采用连续法。此外,对于形状复杂的大型试件受检部位往往不易得到所需的剩磁;或者L/D值太小,以及表面覆盖层较厚的试件也宜采用此法。连续法的优点有:①适用于任何铁磁性材料;②具有高的检测灵敏度;③能用于复合磁化。连续法的局限性有:①检测效率较低;②易出现干扰缺陷评定的杂乱指示。

2)干粉的施加

采用干粉时,磁化电流应在磁粉加到受检面上之前即接通,而在磁粉的施加已经完成并吹掉多余的粉之后方可切断。接通磁化电流的时间至少为0.5s,应小心防止试件由于过热或其他原因而造成的任何损伤。干粉应轻柔、均匀、像落尘施加在磁化中的试件受检面上。应采用专门设计的利用压缩空气或手摇的吹粉机或摇筛器。用干燥空气流吹掉多余粉粒时风力不能强到扰动为缺陷漏磁场所保有的磁粉。为了能识别由近表面缺陷所形成的宽、模糊、吸附甚轻的磁痕必须在施加干粉和去除多余粉的期间仔细观察指示的形成。在检测过程中应给指示的形成和检测以足够的时间。干粉法许可不得用于检测航空航天零件。

3)湿粉的施加

以所需的浓度悬浮在载液中的荧光或非荧光磁粉可轻缓地喷浇在被检表面上(浇法),也可将试件浸入磁悬液中(浸法)。浇法通常与连续法配合使用,在浇洒的整个过程中在试件上始终要保有磁化场,切断磁化场后仍浇洒磁悬液就成为剩磁法了,在停止浇洒后还应短时间通电23次。采用剩磁法时浇法和浸法均很相宜,浇时液流要缓弱以免冲刷掉微弱的相关磁痕,特别是光洁度高的表面;浸法浸的时间略长有利磁痕的形成,太长则会使本底变坏,浇法灵敏度略低于浸法。

将磁悬液装在增压的按钮式喷雾器中,检查人员无须亲手配制随时可以使用。更重要的是罐中所装磁悬液是制造商严格按规定要求配制的,可以没有任何污染物进入罐中,这优点在某些部门最为突出,例如核电站要求严格限制出现卤素、重金属和其他一些元素,这些元素有时会在供水系统中出现,这种供水就不能用于混和散装的磁粉。作为增压用喷射剂,由于环境问题氯氟化碳已不能使用,碳氢化合物对环境近乎无污染但可燃。近期多采用高压压缩气体,这包括一氧化二氮,压缩空气和二氧化碳,这些气体的有效性随特定的应用而异,作为水基磁悬液,二氧化碳最为合适。

4)磁橡胶法

将细磁粉分散在特殊配制的室湿硫化橡胶中,然后施加于试验表面,随后进行磁化,磁粉会被吸附在缺陷产生的漏磁场处,在橡胶硫化之后(大约1h)将固态的复制铸型从试件上取下,用目视或低倍显微镜观察磁粉的积聚。

磁橡胶法的优点是使检测难检部位成为可能,这些部位包括: ①目视受到限制的区域,如小直径螺纹孔;②有覆盖层的表面,由于覆盖层大多是非磁性的,当厚度在0.1mm或更厚时,由于表面上缺陷漏磁场很弱,普通磁粉法甚难显示磁痕,但用磁橡胶法时,这种对磁粉吸附力的减弱可用延长磁化时间进行补偿;③就尺寸和形状而言难作检测的区域;④要求放大以检测和解释磁痕的场合。在进行疲劳试验时,在选定的时间间隔内也可采用此法以检测和记录疲劳裂纹的产生和发展。复制件提供了检测的永久记录,但是由于复制品在保持较长时间时会轻微收缩,精确测量应在取下后72h以内进行。

磁橡胶法的局限性有:①只限于检测铁磁性材料的表面和近表面缺陷;②仅在用于测量表面形状时才能用于非磁性材料,此时表面状态、加工刀痕和实限尺寸都能被记录下来;③因橡胶硫化需要时间,检查速度不如其他方法快,但在大指量检测时也应不成其为缺点了。

5)磁性涂料法

利用有可见对比度的磁粉粘稠液进行缺陷检测。首先将含磁粉的粘稠液刷涂在受检表面,此时优选的呈片状的磁粉均匀、充分地分布在受检表面上,由于这种片状粉末大都平行于试件表面,具有反射外界光的倾向而使表面呈浅灰色。在缺陷漏磁场作用下,片状粉末趋向于沿漏磁场方向排列,在裂纹形缺陷所产生的漏磁场作用下,片状粉末实际上是竖立的,如图25所示。粉末的边缘相对地说不太反光,所以能在浅灰色的本底上呈现为暗的异色条纹,宽的漏磁场相应产生宽的暗区。显示的特征与粘稠液和征状粉末之比有关,比例良好可提供好的对比,而且持久性相当好,增大稠液和粉的比例将粉浓度冲稀可获更高的显示灵敏度,但对比度和显示持久性要差些,一般液-粉之比为6:1,但高至2:1也是有用的。

 

6.磁痕的判别和记录

6.1 磁痕的判别

磁粉检测所形成的磁痕有假磁痕、非相关磁痕和相关磁痕之分。

1)假磁痕

并非由于出现漏磁场而产生的磁粉聚集称为假磁痕。出现假磁痕的情况可以有①试件表面粗糙(如粗糙的机加工表面、未加工的一般铸造件表面等)导致磁粉滞留;②试件表面的氧化皮、锈蚀及覆盖层斑剥处的边缘也会出现磁粉滞留;③表面存在油脂、纤维或其他脏物也会粘附磁粉;④磁悬液浓度过大、施加方式不当也易形成磁粉滞留。通过仔细的观察,一般说来,假磁痕是可以判别的。

2)非相关磁痕

是真正由因存在漏磁场而产生的,只是漏磁场的来源不是真正的宏观缺陷,可以认为,非相关磁痕是指与真正宏观缺陷不相关的磁痕。从下面叙述的一些引起非相关磁痕的原因,可以看出,有些与试件的设计外形结构有关,对使用性能并不构成危害,但有些与试件本身的材料质量、试件的制造工艺质量有关,不能排除对使用性能可构成危害,这就要求从业人员很好的结合试件的结构设计及制作工艺对磁痕进行判别,必要时可予以退磁再作重复检测,或藉助其他无损检测方法(如超声、液体渗透、射线等),或金相试验进行综合分析,以避免将合格件报废或出现漏检造成质量隐患,否则后果是很严重的。结构设计不合理无法保证检测质量者只能通过改变设计来解决。

1) 试件截面突变  试件内存在孔洞、键槽、齿条的部位由于截面积突变可迫使部分磁力线越出试件形成漏磁场。在螺纹根部或齿根部位也常会产生。当磁化场强度偏高时更易形成。

2) 磁性能的突变  例如,钢锭中出现的枝晶偏析及非金属夹杂物可沿轧方向延伸形成纤维状组织(流线),流线与基体磁性能有突变即可形成磁痕。如在30CrMnSi2A钢螺栓中,由于奥氏体中所含碳和其他合金元素高,淬火后残留奥氏体量就多,这种条状的奥氏体是非磁性的。磁粉检测时常出现条状磁痕。为避免误判和漏判,使用有严重偏析的材料是不适宜的,尽管在某些材料中,这类带状组织可能并不一定影响使用性能。在冷硬加工后形成的加工硬化区、试件几何形状复杂热加工时冷却速度相差悬殊区、焊接时因温度急剧改变而造成的内应力、使用过的试件上出现应力过大的部位、模锻件的分模面、两种磁导率不同材料的焊接交界处均可因磁性能突变而形成磁痕。

3) 相关磁痕

是真正由因存在在漏磁场而产生的,且漏磁场的来源是真正的宏观缺陷。为确保相关磁痕显现的灵敏度和可靠性,试件在磁粉检测前的预处理是重要的,这可包括:①检测前的退磁,如果先前的加工可产生剩余磁场,检测前应退磁,以免产生干扰;②表面清洗,被检面应光洁、干燥、无油脂及其他可干扰检测的情况;③覆盖层不应该妨碍铁磁材料基底上表面缺陷的检测,油漆或镀铬层厚度不应大于0.08mm,铁磁性覆盖层如底镍层厚度不应大于0.03mm,超过此限或者在高应力作用下若要求检出诸如磨削裂纹和非金属条带,则必须用实验表明通过可能存在的最大覆盖层厚度或高应力可被检出的最小缺陷是多大;当覆盖层为非导电体时,要作通电法检测当然必须予以去除。

很多因素影响缺陷的检出能力,实际上已经做了大量的试验,在喷气发动机叶片上就研究过不同长度裂纹的检出概率,发现长度小于0.5mm的裂纹检出概率的下降已是很急剧的了。用直流磁化法、湿荧光磁粉在碳钢上观测到的最细裂纹宽度约为1μm,对于大多数钢约为10μm,对于大缺陷(尺寸~10mm)的最小可探宽度可认为是<5μm。随着裂纹深度和所施加磁化场强度的增大,裂纹的可见度也增大,裂纹的可见度随其长度的增大而增大直到0.5mm,超过此值实际上已不变。近表面裂纹的探测取决于很多因素,一般情况下用湿法、交流电,表面下125250μm处的夹杂物应是可见的。全波整流电和湿法可检测到~1mm。喷丸处理可使表面缺陷因金属流动而遮蔽,影响磁粉检测的效果,故常应在喷丸处理前进行,或在喷丸后对试件进行抛光,而后再作磁粉检测。

6.2 磁痕的记录

根据需要,对导致试件拒收的磁痕可用经批准的方法标记在试件上。关于磁痕的位置、方向出现的频度等的永久性记录,可用如下的一种或几种方法对磁痕进行记录。

1) 书面描述  在草图上或以表格形式记录磁痕的位置、长度、取向、数量等。

2) 透明胶带  将透明胶带覆盖在磁痕上,然后剥下粘有磁痕的胶带,参照其在试件上的位置等信息以批准的形式贴附在记录上。

3) 可剥薄膜  在磁痕所在位置喷涂一层可剥性薄膜就地固定磁痕,从试件上取下薄膜时磁痕会粘附在上面。

4) 对磁痕进行照相或作视频记录。

5) 橡胶铸型  按规定的磁化方法对受检部位进行磁化,然后施加用磁性好、粒度细的优质黑磁粉、以无水乙醇作截液配成的磁悬液,在磁悬液充分干燥后,根据用量要求在一定量的橡胶液中加入固化剂,充分搅拌均匀后注入受检部位,经一定的固化时间(取决于橡胶、固化剂的成分、用量、温度、相对湿度)后可取出橡胶铸型件。根据其上的磁痕复型大小,可用肉眼直接观测或通过放大镜或者实体显微镜观测,此铸型可用作永久性记录。此法具有磁橡胶法的某些优点,而灵敏度、对比度、可靠性更高,在诸如监视疲劳裂纹的起始和发展上是很有用的,可发现长度在0.2mm以下的早期疲劳裂纹。

7. 检测后的退磁和清理

7.1 退磁

1)需要退磁和不需要退磁

需要退磁的情况上:①剩磁会影响到某些仪器和仪表的工作精度和功能;②剩磁所吸附的磁粉在后续工序,如机加工和表面涂层时,会引起动部件的磨损;③剩磁可导致切屑附粘在表面,破坏表面精度和使刀具钝化;④在试件尚需电焊时,剩磁会引起电弧偏吹或游离;⑤可干扰以后的磁粉检测。

不需要退磁的情况有:①后续工序是热处理,试件要被加热到居里点温度(对于钢约750℃)以上;②顽磁性低的试件(如低碳钢的容器)在磁化场移去后剩磁场可很微弱;③在一个方向磁化后接着要在另一方向以更强的磁场进行磁化检测。

2)退磁的方法

1) 交流电退磁  采用交流电退磁时,试件所承受的退磁场强度其峰值应大于检测时所用峰值,而退磁场的方向应近乎与检测时的方向相同。在试件夹于两接触电极之间通以交流电进行周向磁化、检测后,或用芯棒法进行周向磁化、检测后,可在原位将电流强度逐渐减小至零以退磁,参阅图26。对于中、小试件常用退磁方法是将试件放在通有工频交流电的线圈前约300mm,缓慢平稳移过线圈,至少超过线圈端头1000mm方可切断这退磁线圈的电流,重复此过程有时是必要的。对于形状复杂的试件通过线圈时可翻转。

2) 直流电退磁  用直流电退磁时,其原理与交流法相同。退磁场的强度应高于检测时所达到的数值,磁场的方向也应与检测时所用方向近乎相同。通过将退磁场换向并逐渐降低强度,重复此作业若干周直到剩磁达到可接受的低值。通常采用的换向频率是每秒钟换向一次,对于去除周向磁场是成功的。

3) 振荡电流退磁  将一个数值适当大的电容跨接在退磁线圈上,用直流电激励线圈,当电流被切断时,电阻-电感-电容组成的振荡电路就以自己的谐振频率产生振荡,振荡电流逐渐地降低到零。

4) 磁轭退磁  磁轭的线圈中通以交流电放在试件表面并围绕表面移动,然后在磁轭仍处于激励状态时移离试件。用低频换向直流电来代替磁轭中的交流电,按直流电法退磁对于穿透较大的深度更为有效。

3)退磁中须加注意的问题

1) 直流磁化交流退磁。用直流电胡化检测的试件用交流电退磁时,由于交流场有明显的趋肤效应,试件深处的剩磁可仍有保持,试件直径大于50mm时尤其会如此,这种试件必须使用直流电退磁。

2) 被周向磁化后的试件磁感应线可完全被包围在试件内,难以断定是否退磁,因此,对已经周向磁化了的试件在退磁前,只要可能,须用一个强于周向磁化的磁场进行纵向再磁化,然后按纵向磁化零件进行退磁。

3) 对于短而粗或球形试件用螺管线圈退磁时,应将数个试件首尾连接放置以利退磁。

4) 经过退磁的试件,其剩磁值在试件的任何部位用磁场计测量,一般允许存在3×10-48×10-4T,对精密配合件要求不大于3×10-4T,用磁场强度计测量时不大于240A/m

7.2 清理

清理可用合适的溶剂、压缩空气或用其他方法来进行。试件应作仔细检查以保证此清理作业已去除了残留在次序却孔、裂缝、通道等处的磁粉,这些磁粉会对试件的使用造成有害的影响。应仔细清除当初为防止磁悬液进入小开口、油孔而使用的塞子或其他遮蔽物。在清理过程中应防止任何可能的腐蚀和损伤。清理后按规定对受检件作出标记。

8. 系统性能的控制

磁粉检测系统的全面性能包括所用的装置、材料和照明。在工作起动之初及此后的动作期间均应对质量进行严格控制。

8.1 带缺陷试验件的利用

验证系统性能的一种可靠的方法是利用试验件,其上带有验收要求所规定类型、位置和尺寸的缺陷,如果在这有代表性的试验件上能正确显示出相应的磁痕,说明整个系统和检测作业是满足要求的。试验件使用后应退磁、彻底清洗并在可见光或黑光下检查,以保证不再有残留磁痕。

由于带所需位置、类型和严重程度的缺陷的实际产品试验件不易获得,常采用带人工缺陷的试验件(标准试块、标准试片等),主要类型有:

1) 直流标准环形试块(Betz环)  其尺寸如图27所示,是用140mm直径的热轧工具钢(含铬、钨、锰的合金工具钢)圆棒制造的,机加工前每根棒应正火,即加热到(816±56)保温60min,加热到(857±56)保温60min,而后空冷,环在加工后应退火,即加热到674802保温60min,以不大于每小时(22±2)的速率冷却到(538±56)或更低些,然后炉冷或空冷至室温;由于退火或正火所引起的表面氧化,可用(172276kPa)的玻璃珠或氧化铝干喷去除,为了防锈可涂油,退火后的硬度应是9096 HRB。直流标准环形试块的使用方法是用芯棒周向法磁化,按要求通以直流电或整流电以连续法检测,观察环外缘各孔的磁痕显示情况。

2) 交流标准环形试块  如图28所示,使用时将试块夹在两接触头之间通电磁化,观察钢环外缘上孔的磁痕显示情况。

3) A 型标准试片  由日本非破坏检测协会提出,其外形、类别、规格、材料、用途及使用方法如图29及表2所示。

2  A型标准试片的类别、规格、材料及应用

  

   

  

  

使用方法

 

线

1

A1-7/50, A1-15/50, A1-30/50

A1-15/100, A1-30/100, A1-60/100

退火轧制软铁片

  检查试件表面有效磁场强度、方向及分布;确定磁化规范;检查装置和磁悬液性能

  将标准试片紧密贴于试件表面,无槽面向外,注意胶纸不要盖住槽部,用后洗净、干燥并涂防锈油

2

A2-7/50, A2-15/50, A2-30/50

A2-15/100, A2-30/100, A2-60/100

未退火轧制软铁片

注:①规格中斜线上方的数字表示槽的深度,斜线下方的数字表面片厚,单位:μm

②示例:A1-7/50(圆)、 A1-7/50(直线),括号内为人工缺陷形状。

 

4) 磁场指示器  如图30所示,由8块厚3.2mm低碳钢片铜焊在一起,再在一面上镀铜,镀铜厚度常为0.25mm±0.05mm,再装上小手柄。使用时,低碳钢面朝下紧贴试件受检面,用连续法,在镀铜面上施加磁悬液,观察磁痕显示。根据所需发现的缺陷大小可改变镀铜层的厚度。

8.2 磁粉检测装置的查核

应按规定的周期应其性能和准确度进行查核,要求如下:

1) 电流表准确度  在装置所使用的范围、就三个输出档次进行查核,与经校准的电流表相比,读数偏差应不大于满刻度的±10%。

2) 定时器的查核  装置中采用定时器以控制磁化电流的接通时间,用适当的电子定时器查核,误差得在±0.1s以内。

3) 磁场快速截断和断电相位控制装置的查核  可用一合适的示波器或设备制造厂所规定的其他可用方法来定期进行。在交流磁化装置中快速截断应装在磁化电路中,在主电路中的快速截断会导致自退磁现象,这是需加注意的。

4) 提升力查核  磁轭和永久磁铁应就提升力进行查核。对于交流电磁轭,在两支柱间距为50100mm时,提升力至少得为45N;对于直流电磁轭,在两支柱间距为50100mm时,提升力至少为135N,间距为100250mm时至少为225N

5) 黑光灯  用荧光磁粉检测时,应在可见光照度不大于20 lx的暗区进行,所用黑光灯在被检部位的最小辐照度应为1000μW/cm2

6) 可见光照明  用非荧光磁粉检测时在试件受检面上可见光照度至少为1000 lx

8.3 磁粉性能的检定

1)干法用干磁粉的检定

1) 污染  在测定其他性能时用目视法检查,应无外来材料的形迹或结块。

2) 颜色  应是黑色、红色或其他规定的颜色,用在检查处照度至少为1000 lx的白光观察。

3) 粒度  用粒状金属粉的过筛分析法进行测定,总重量98%的粉通过180μm筛孔的筛子。

4) 灵敏度  将图27所示环形试块穿在直径25mm铜棒上,铜棒通以2500A直流电对环进行周向磁化,在电流通过铜棒时,将已通过污染检定的一克新干粉轻施其上,在不小于1000 lx的白光照度下检查,至少应显示出第8孔的指示。

2)湿法用非荧光磁粉的检定

1) 检定用磁悬液的制备  将足够量的干粉加入水或油载液中,使浓度达到每100ml磁悬液中含1.02.0ml的磁粉。浓度的检查方法是将彻底搅匀的磁悬液灌入100ml的带刻度的离心管中,使管无扰动地直立至少30min而后读数。

2) 污染  在以下时间目视检查检定用磁悬液时不应有外来材料的形迹、结块或浮渣,①在制备检定用磁悬液的过程中;②在搅匀检定用磁悬液让其直立至少30min后轻轻摇动之时;③在检查其他特性之时。

3) 颜色  在磁悬液中磁粉的颜色应是黑色、红色灰白色或其他规定的颜色。这可在检查处白光照度不低于1000 lx的情况下观察在玻璃容器中分散很好的磁悬液试样来进行。

4) 颗粒尺寸  将几经搅拌的检定用磁悬液通过75mm直径的45μm筛子时,所通过的重量不应少于98%。

5) 灵敏度  将图27所示环形试块穿在直径25mm铜棒上,铜棒通以2500A直流电,用已通过浓度和污染鉴定的检定用磁悬液作连续法检验,在检查处照度不小于1000 lx的白光下检查,至少应显示出第6孔的指示。

6) 耐久性  将所制备的检定用磁悬液至少400ml彻底搅匀倒入1L容量的恒速搅拌器中以1000012000r/min的速率每搅拌2min5min让磁悬液冷却,直到累积搅拌10min,再冷却5min进行灵敏度鉴定,此时,磁粉应保持其原有的灵敏度、颜色和指示的鲜明度。

7) 长期耐久性  1.4L体积的新制备、彻底搅匀的检定用磁悬液在室湿下无扰动直立至少14天,搅匀后应满足上述颜色和灵敏度的要求。

3)湿法用荧光磁粉的检定

1) 检定用磁悬液的配制  将足够量的干粉加入油或水载液中(0.191.3g/L),使浓度达到每100mL的磁粉。浓度的检查方法与非荧光磁粉相同。

2) 污染  检定方法和要求与非荧光磁粉相同。

3) 颜色  磁粉颜色除非另有规定,在白光照度不大于20lx的暗区进行灵敏度检定观察磁痕指示时,应是发黄绿色荧光。所用汞弧紫外(黑)光辐照度不应低于1000μW/cm2,波长范围320400nm,经过滤峰值在365nm处。

4) 颗粒尺寸  检定方法和要求与非荧光磁粉相同。

5) 耐久性  检定方法和要求与非荧光磁粉相同。

6) 灵敏度  检定方法与非荧光磁粉相同,在暗区检定时应能出现第7孔的指示,本检定应该用经耐久性检定之后的检定用磁悬液再次进行。

7) 缺陷-本底试验  寻找或制备一试样,其所含缺陷的尺寸应与日常检测所希望发现的一致,试样光洁度应具有性。用已通过污染、浓度检定的经搅拌的检定用磁悬液按灵敏度检定的作业浇注试样,在暗区观察缺陷的指示。指示应是清晰的,在缺陷周围的本底荧光其亮度既不应遮蔽缺陷指示,也不应使缺陷的探测感到困难。本检定应该用经耐久性检定之后的检定用磁悬液再次进行。

8) 长期耐久性  鉴定的方法和要求与非荧光磁粉相同。

9. 安全

9.1 使用材料时的安全

磁粉检测所用的消耗材料有磁粉、无机颜料、荧光有机颜料、石油基载液、润湿剂、防腐剂以及各种合成清洗剂和溶剂,这些并非是高度危险的化学品,但仍应小心使用。

化学品不应与皮肤长期接触,润湿剂和溶剂会去除皮肤中的天然油脂而引起干燥、剌激、开裂;更不能让这些化学品进入口腔和眼睛,许多材料都会与口腔、喉和胃的组织起反应。溶剂的蒸气、喷雾不得吸入人体,这会剌激呼吸道,有些可对人的神经系统起作用。载液与清洗剂的易燃性也应予以重视,这些材料的装运和存放应按有关规定严格执行。

9.2 黑光源

对于波长在320400nm的紫外线(黑光),入射在未经保护的皮肤或眼睛上的辐照度不应超过1000μW/cm2。检测小型试件时应使未经保护的手直接受到的辐照降至最低。如果受到5000μW/cm2的辐照,每天暴露不得超过200s,破损的紫外线滤片应立即更换。

9.3 电气设备

使用直接通电法和支杆触头法磁化时,电接触要好,也不应在通电时移动电极以免引起电弧的闪光对眼睛和皮肤有损伤。只有在通风十分良好的条件下方可使用铅接触头,因为铅的过热所产生的蒸气是有毒的。

测定设备的绝缘电阻以保证电器无短路和接线无松动,不应在超过额定输出功率下使用设备以防损坏。

9.4 暗区适应

作业人员进入暗区进行荧光磁粉法检测前至少要等待1min,使眼睛有所适应。

10. 应用示例

10.1 锻、铸件的检测

锻铸件由于尺寸、形状关系检测有时是困难的,外表面可用支杆触头法检测但对于大零件很费时且内表面不能检查。为此可采用图31所示方法,如果所用的磁化装置有足够高的功率多向输出,每种零件上的三个电回路可同时通电,采用湿法,磁悬液可以很容易施加到内表面和全部覆盖面。

32为一起重钩,A区受拉应力,B区受接应力和压应力,C区则受接应力。磁粉检测的步骤可以是:①从钩上除去灰尘和油脂;②用磁轭所产生的平行于钩轴的交流场磁化并施加磁粉检查A区和B区;③用磁轭所产生的平行于钩轴的交流场磁化并施加磁粉检查C区;④在用的钩用超声波检查C区;⑤用直流场重复②和③以检查近表面缺陷。

对于大批量生产的机加工件,国内也已研制成专用磁粉检查装置可供采用,这些典型件有摩托车和汽车连杆、通用弹簧、轮对轴颈、棒材、汽车转向节、汽车曲轴、缸套、轴承内外圈;此外,尚有采用PC编程控制、复合磁化、自动通磁、全方位检测的装置可用于活塞缸顶、高强度连接螺栓、机车连杆、轿车左右支架、活塞销、火车车轴等的磁粉检测。

在国外,一飞机发动机厂建立的磁粉检测装置可适应于所有要求磁粉检测的大型发动机零件。基本工作台长3m,带有500mm的对开线圈以接受最大试件进入。第二工作台包括三种不同类型线圈:一扁平的螺管线圈、一带转台的对开线圈和一带叠片铁芯的三匝线圈,用于感应电流法检测。两工作台均由同一动力机组供以动力,提供交流、单相半波整流和三相全波整流电用于试件的磁化。为满足航空航天飞行器的需要,电流是通过连续可变旋转变压器来控制的,以保证纯的正弦波形。装置也包括自动退磁部分,交流和三相全波整流电退磁。

以下的一般性准则已被用于不能在零件容差范围内被去除的磁粉指示。显然,这些准则不能通用,在评价一般机加工件时通常可用。

1) 缺陷指示处于潜在的高应力处(如在凹楞、螺纹、花键或键槽处)、跨接连接处、零件应拒收;

2) 缺陷指示越过边缘,指示深度大于0.25mm或壁厚的10%应拒收;

3) 周向缺陷与正常流线成一角度,零件拒收;

4) 出现裂纹或冷隔的指示,不论其在零件中的位置如何零件应拒收;

5) 锻造折叠或破裂、裂纹、层状型缺陷和近表面缺陷应拒收;

6) 检测人员的看法是缺陷太多或缺陷明显使零件不适合使用,应拒收;

7) 如采用经批准的方法可完全去除而不超过尺寸容差可验收,但零件应重新检测,以保证缺陷确已完全去除。

10.2 焊缝的检测

33为磁粉检测一例,将一柔性电缆放在试件的表面并通以磁化电流,如果这电缆紧靠表面,磁力线近乎与表面垂直,是与检测缺陷所需方向垂直的,但如果电缆用衬垫提高离开表面一距离α,则紧在电缆下面宽2α的一条带可被有效磁化,磁化分量平行表面。电缆的返回回路与磁化部分相距至少10α,推荐的磁化电流为I30α,(α以mm计),此法的优点是没有使用支杆触头可能引起的烧伤的危险,对于水下磁粉检测也是非常有用的。

 

10.3 疲劳裂纹扩展的监测

飞机结构的损伤容限设计使了解裂纹扩展速率、确定最小可检裂纹尺寸,确定裂纹检出的概率和置信度等具有重要的意义。在某强度试验室的机翼疲劳试验过程中,用橡胶铸型法监测疲劳裂纹的扩展取得成功,图34为主梁螺栓孔某一角裂纹的扩展速率曲线。

 

附 录   常用钢种磁特性参数表

   

试 样 状 态

硬 度

矫顽力

Hc/Oe

剩磁感应

强度

Br/Gs

最大磁

导率

μm/(H/m)

最大磁导率对

应的磁场强度

Hμm/Oe

1

10

冷拉状态

 

4.5

4600

542

12.0

2

25

冷拉状态

HB221

10.7

6250

381

20.0

3

40

正火

HB187

7.3

10700

712

12.0

4

40

850水淬,300回火

HRC47

19.0

13050

507

22.0

5

45

850油淬,560回火

HRC35

14.0

15800

661

18.0

6

50

材料供应状态

HB179

6.2

11000

729

11.5

7

50

840油淬,500回火

HRC28

12.4

10500

510

20.0

8

D60

材料热轧状态

HB212

8.2

8250

533

11.7

9

D60

850油淬,550回火

HRC30

14.3

10600

410

21.0

10

50BA

材料供应状态

HB207

8.8

9600

590

12.0

11

50BA

840油淬,650回火

HRC22.5

12.3

13400

503

22.0

12

20Cr

930渗碳,800油淬, 200回火

HRC66

15.5

10000

322

14.0

13

38CrA

材料供应状态

HRC21

13.9

8100

363

19.0

14

38CrA

正火

HB197

10.7

12150

498

19.4

15

38CrA

860油淬,550回火

HRC33

14.1

19500

661

18.5

16

40Cr

正火

HRC23.5

15.7

8400

301

23.0

17

40Cr

850油淬,510回火

HRC39.5

18.6

15950

600

20.0

18

45Cr

材料供应状态

HB204

5.7

9850

482

17.0

19

45Cr

840油淬,580回火

HB229

8.3

12330

585

18.1

20

38CrSi

890油淬,580回火

HRC33.5

12.4

15480

667

18.0

21

38CrSi

910油淬,450回火

HRC45

12.8

13700

611

18.0

22

25CrMnSi

材料供应状态

HB201

8.7

11300

735

9.7

23

25CrMnSi

880正火,860油淬,460回火

HRC28.5

12.2

11400

515

20.0

24

30CrMnSiA

材料供应状态

HB201

10.0

12500

650

12.0

25

30CrMnSiA

正火

HB181

3.5

12300

870

11.0

26

30CrMnSiNi2A

材料供应状态

HRC23.5

12.3

14400

706

17.0

27

30CrMnSiNi2A

880油淬,290回火

HRC49

38.0

7620

144

49.0

28

20CrMo

材料供应状态

HB170

5.6

11000

1025

8.0

29

20CrMo

820油淬,200回火

HRC30.5

20.0

10100

296

20.0

30

PCrMo

860油淬,550回火

HRC27

14.3

14300

575

20.0

31

35CrMoA

860油淬,260回火

HRC49

17.2

11100

407

27.5

32

60Cr2MoA

860油淬,440回火

HRC50

19.0

11300

432

27.0

33

PCrMoV

材料供应状态

HRC30.7

17.6

9300

300

28.0

34

PCrMoV

正火

HRC30

14.8

9000

309

25.0

35

PCrMoV

880正火,860油淬,600回火

HRC38

16.3

15650

605

20.5

36

38CrMoAlA

材料供应状态

HRC21

8.0

8500

471

18.5

37

38CrMoAlA

940油淬,650回火

HRC31

11.5

14300

487

25.0

38

38CrMoAlA

930热水淬,650回火,第一次氮化,51012h;第二次氮化,55050h

16.8

13600

450

22.0

39

12CrNi2A

930渗碳(1mm),880油淬,200回火

HRC33.5

4.0

10700

1000

5.5

40

12CrNi3A

材料供应状态

HB149

4.6

12300

1110

10.0

41

12CrNi3A

930渗碳,800油淬,160回火

HRC60

21.8

9600

263

32.0

42

20Cr2Ni4A

材料供应状态

HB217

9.3

12500

642

14.5

43

25CrNi4A

860油淬,600回火

HRC37

10.0

13500

664

17.5

44

30CrNi3A

正火

HRC29

16.3

10200

365

18.0

45

30CrNi3A

820油淬,680回火

HRC28

13.1

13700

660

20.0

46

40CrNi

860油淬,230回火

HRC50

19.0

11500

355

31.5

47

45CrNi

材料供应状态

HRC32

14.2

15500

468

25.5

48

PCrNiMo

材料供应状态

HRC24

13.0

13500

499

23.0

49

PCrNiMo

880正火,650回火

HRC30

13.2

15400

574

23.5

50

PCrNiMo

850油淬,600回火

HRC33

15.0

15200

590

20.0

51

40CrNiMoA

材料供应状态

HB214

15.0

14250

693

15.0

52

40CrNiMoA

860油淬,500回火

HRC39

14.0

14000

613

20.5

53

60CrNiMo

860油淬,440回火

HRC49

20.5

11100

377

30.0

54

ZG37CrNiMo

正火

HRC29

17.2

15000

530

22.0

55

ZG37CrNiMo

880油淬,610回火

HRC29.5

17.4

14900

518.5

21.5

56

PCrNi3MoV

材料供应状态

HRC31

18.7

10050

291

32.0

57

PCrNi3MoVA

880水淬油冷,590回火

HRC40

17.2

14401

545

22.0

58

45CrNiMoVA

材料供应状态

HRC27

10.3

15350

694

17.0

59

45CrNiMoVA

正火

HRC46

30.0

10500

221

44.0

60

45CrNiMoVA

860油淬,440回火

HRC47.5

18.2

13000

529

23.2

61

30CrNi2MoVA

材料供应状态

HRC24

11.8

13450

626

17.0

62

30CrNi2MoVA

860正火,640回火

HRC32.5

13

12700

552

20.5

63

30CrNi2MoVA

860油淬,640回火

HRC41

14.5

13150

534

21.0

64

20CrNi4VA

材料供应状态

HRC25.5

5.5

12400

773

12.0

65

Cr3NiMo

900油淬,680回火

HB207

11.0

8400

361

21.0

66

Cr3NiMo

900油淬,680回火

HRC23

12.0

14150

541

22.0

67

18CrNiMnMo

830油淬,200回火

HRC41

23.5

9550

249

39.0

68

18CrNiWA

正火,高温回火

HRC25.5

15.0

10600

426

22.0

69

18CrNiWA

880空冷,580回火

HRC37

19.8

10530

357

28.0

70

18CrNiWA

880油淬,220回火

HRC41

22.5

8150

204

39.0

71

18CrNiWA

830空冷,170回火

HRC45

24.0

7700

182

37.2

72

18CrNiWA

930渗碳(1mm),810空冷,200回火

HRC56

24.3

7900

188

40.0

73

25CrNiWA

860油淬,640回火

HRC27

13.5

12800

517

20.0

74

25CrNiWA

870油淬,500回火

HRC29.5

18.0

11550

440

23.0

75

30CrNiWA

870加热,170等温水冷,210回火

HRC49

30.1

10600

262

37.1

76

35CrNiMnMoV

910正火,870油淬,570回火

HRC45.5

21.8

12450

377

30.5

77

18CrMnTi

材料供应状态

HB163

3.5

10500

817

6.7

78

18CrNiMnMo

830油淬,200回火

HRC41

22.2

9560

254

39.0

79

30CrMnMoTiA

材料供应状态

HRC30.5

17.4

9700

337

24.0

80

30CrMnMoTiA

875油淬,440回火

HRC42

19.1

12700

473

24.0

81

40Mn2

正火

HRC21

10.5

11700

435

20.5

82

40Mn2

850油淬,510回火

HRC29

15.0

15800

678

21.0

83

21MnNiMo

原材料锻造退火状态

HB192

9.4

13200

764

14.0

84

21MnNiMo

880油淬,650回火

HB196

9.6

12980

757

14.0

85

30Cr2MoV

材料供应状态

HRC31

17.7

9550

302

25.0

86

30Cr2MoV

正火

HRC39.5

22.0

8500

215

37.5

87

30Mn2MoV

910正火,910油淬,610回火

HRC38

15.9

13900

538

22.0

88

35CrMnSiA

材料供应状态

HB220

7.8

13100

893

11.0

89

35CrMnSiA

810油淬,250回火

HRC51

30.1

10070

200

45.0

90

30SiMnMoVA

正火

HRC38.5

26.2

7200

157

38.0

91

30SiMnMoVA

870水淬,700回火

HRC32

14.7

14800

657

18.0

92

2Cr13

正火

HRC24

15.0

7000

184

17.0

93

2Cr13

1050油淬,550回火

HRC45

42.5

7400

113

67.0

94

3Cr13

材料供应状态

HB170

7.0

7800

512

13.0

95

3Cr13

1050油淬,600回火

HRC29

16.8

11000

426

23.5

96

65Mn

材料供应状态

HRC23.5

8.8

8500

463

17.0

97

65Mn

790油淬,500回火

HRC30

14.0

10850

433

18.0

98

60Si2A

850油淬,400回火

HRC53

15.0

13900

684

18.0

99

60Si2MnA

材料热轧退火状态

HRC31

10.3

9500

475

14.0

100

60Si2MnA

860油淬,420回火

HRC54

19.1

12600

465

24.0

101

65Si2MnWA

材料供应状态

HRC25

15.7

14320

680

14.7

102

65Si2MnWA

860油淬,560回火

HRC46

19.8

15250

631

19.0

103

GCr9

材料供应状态

HB187

13.0

12300

579

17.0

104

GCr9

840油淬,160回火

HRC62

46.0

8600

129

60.5

105

GCr15

材料供应状态

HB207

11.2

12700

580

16.0

106

GCr15

840油淬,360回火

HRC57

18.4

12600

443

25.0

107

T7

材料供应状态

HB170

9.2

12100

800

10.5

108

T7

810水淬,390回火

HRC47

16.9

14450

567

21.0

109

T8

材料供应状态

HB170

11.7

13000

692

13.6

110

T8

790水淬,400回火

HRC47

17.1

14500

530

23.0

111

T10A

退火材料

HB170

8.8

12500

775

12.0

112

T10A

正火

HRC28.5

13.0

8650

439

15.0

113

T12A

材料供应状态

HB170

10.3

11860

772

11.6

114

T12A

780水淬,170回火

HRC65

35.3

7700

141

37.0

115

CrW5

材料供应状态

HRC23

12.0

13600

630

19.0

116

CrW5

810水淬,140回火

HRC65.5

48.8

7000

90

70.0

117

CrWMn

材料供应状态

HB217

9.6

12330

676

14.0

118

CrWMn

820油淬,-70~-80冷处理,170回火,120时效

HRC62

34.0

10350

296

46.5

119

Cr12MoV

1050油淬,520回火

HRC57.4

48.3

9100

136

67.5

120

3Cr2W8V

锻造退火,850℃炉冷

HB216

18.4

13491

499

19.0

121

3Cr2W8V

1150油淬,560回火90min58065090min

HRC53

27.4

10600

276

37.0

122

3Cr2W8

材料供应状态

HRC22

14.6

13881

480

23.5

123

3CrW8

1060油淬,600二次回火

HRC50

27.8

11050

268

39.6

124

9CrSi

材料供应状态

HB217

8.4

11000

670

10.0

125

9CrSi

860油淬,180回火

HRC63

41.2

7050

105

59.0

126

4Cr10Si2Mo

1100油淬,710回火

HRC35

10.5

12500

582

17.5

127

5CrMnMo

锻造退火状态,850℃炉冷

HRC23

15.9

7700

287

23.0

128

5CrMnMo

830油淬,350回火

HRC58

44.5

8460

125

57.5

129

W18Cr4V

材料供应状态

HRC21

18.7

9900

375

22.5

130

W18Cr4V

加热11275℃,560℃硝盐淬火转280℃硝盐560回火

HRC65

44.2

9700

155

68.0

131

6W6No5Cr4V

材料供应状态

HRC25.5

17.8

9500

385

20.5

132

6W6No5Cr4V

锻造退火850℃炉冷

HB216

15.1

11200

470

19.5

133

60Mo5Cr4Nb3W2V

1110油淬,560二次回火,每次1h

HRC59.7

38.5

10800

197

56.0

134

50CrVA

850油淬,350一次回火,400二次回火

 

20.0

14600

 

 

135

50CrVA

850炉冷

 

9.0

6000

 

 

136

GH34(эи  435)

1050油淬,680回火

 

16.0

9900

 

 

137

GH34(эи  435)

700空冷

 

10.0

8000

 

 

138

GC-4

920加热,180硝盐槽中等温1h260回火6h

 

31.0

8300

 

 

139

GC-4

920正火700回火4h

 

9.0

7800

 

 

140

Cr17Ni2

1030油淬,530回火

 

27.0

7500

 

 

141

Cr17Ni2

680炉冷

 

18.0

7600

 

 

142

1Cr12Ni2WMoV

(эи  961)

中模锻

 

17.0

6900

 

 

143

1Cr12Ni2WMoV

(эи  961)

1000油淬,590回火

 

17.6

7551

 

 

注:1、本表摘自“常用钢种磁特性曲线汇编”,原兵器工业部新技术推广所编。

    210e79.5775A/m1Gs10-4T

 

 

 
 
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