R F 2型車軸磁粉探傷檢測(cè)要素的控制方法

吳建才

（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161002）

0 引言

齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司的RF2型車軸，適應(yīng)于軸重27 t、30 t的鐵路貨車，通過(guò)線路試驗(yàn)與實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的檢驗(yàn)，能夠滿足鐵路貨車運(yùn)輸?shù)母咚佟⒅剌d要求，因此對(duì)它的可靠性的要求也越來(lái)越高，如何控制好影響RF2型車軸磁粉探傷的因素，對(duì)于發(fā)現(xiàn)車軸裂紋起到關(guān)鍵作用。

1 磁粉探傷的作用原理

依據(jù)機(jī)械工業(yè)出版社出版的《磁粉檢測(cè)》一書，磁粉探傷是利用電磁原理來(lái)發(fā)現(xiàn)金屬缺陷的檢查方法。這種探傷方法是將鐵磁材料的零件磁化，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面和近表面的磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸附施加在工件表面的磁粉，在合適的光照下形成目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度，如圖1所示。

2 影響RF2車軸磁粉探傷質(zhì)量的因素

RF2車軸磁粉檢測(cè)質(zhì)量，主要受工藝、設(shè)備和應(yīng)用三個(gè)方面變化因素的影響，主要影響因素包括磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁化電流、磁化方法、磁粉和磁懸液、設(shè)備性能、工件形狀和表面狀態(tài)、缺陷性質(zhì)、方向和埋藏深度、操作程序、檢測(cè)工藝方法、檢測(cè)人員素質(zhì)、照明條件。

圖1 磁粉探傷原理

3 運(yùn)用過(guò)程中RF2車軸裂紋產(chǎn)生情況分析

3.1 疲勞裂紋的產(chǎn)生

由于車輛在運(yùn)行過(guò)程中，受到?jīng)_擊載荷，以及車輛超載和各部分間隙過(guò)大等原因，使車軸受到交變應(yīng)力的沖擊。長(zhǎng)期受到這種力的作用，車軸材質(zhì)容易發(fā)生疲勞而產(chǎn)生裂紋，此類裂紋產(chǎn)生的磁痕清晰，磁粉密集，呈鋸齒狀，磁痕中間粗，兩端為尖角。

3.2 腐蝕裂紋的產(chǎn)生

由于在軸承壓裝過(guò)程中后擋與防塵板座密封不嚴(yán)，或者在防塵座圓弧處防銹不當(dāng)，使雨水或其它化學(xué)品在車輛運(yùn)行中滲透到軸頸表面，對(duì)車軸圓弧處造成腐蝕。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，腐蝕形成蝕坑，在蝕坑周圍易形成應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生裂紋，此時(shí)聚粉產(chǎn)生的磁痕條數(shù)多，呈發(fā)散形，較清晰，端部呈尖角狀。

4 措施

RF2型車軸通過(guò)車軸磁粉探傷機(jī)探傷時(shí)，由于充磁后車軸表面磁粉聚集而形成的磁痕將顯示出車軸上的不連續(xù)性和缺陷。缺陷大小由磁痕的寬度顯示出來(lái)，通過(guò)認(rèn)真鑒別磁痕的特征就能判斷出車軸的裂紋，因此應(yīng)認(rèn)真控制車軸磁粉探傷檢測(cè)要素。

4.1 對(duì)磁化電流的控制

RF2型車軸磁粉探傷時(shí)，使用CJW-3000型熒光磁粉探傷機(jī)，通電螺管線圈為10匝，兩端采用的電極為銅制電極，探傷RF2型車軸時(shí)在車軸表面產(chǎn)生周向磁場(chǎng)與縱向磁場(chǎng),保證車軸表面被電流磁化后，磁場(chǎng)強(qiáng)度不低于2 400 A/m，并且靈敏度試片A1-15/50顯示清晰完整。

4.1.1 周向磁化電流

周向磁化電流采用直接通電法，在車軸表面和內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)閉合的周向磁場(chǎng)，用于檢查與磁場(chǎng)方向垂直、與電流方向平行的縱向缺陷。周向磁化電流

式中：I為電流強(qiáng)度，A；H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，A/m，H取（2.55～3.18）×103A/m；D 為車軸最大直徑，mm。

直接通電法時(shí)容易產(chǎn)生打火燒傷，因此在對(duì)RF2修車車軸探傷時(shí)一定要清除掉車軸端面和電極端面的鐵銹、氧化皮及污物，合理規(guī)定周向磁化電流，磁化電流應(yīng)在夾持力足夠時(shí)接通，調(diào)節(jié)探傷機(jī)滾輪中心高，使車軸端面與電極端面平行。

4.1.2 縱向磁化電流

縱向磁化電流采用分散式線圈法，在車軸表面形成縱向磁場(chǎng)，用于發(fā)現(xiàn)工件的周向缺陷。

縱向磁化電流依據(jù)縱向磁場(chǎng)與周向磁場(chǎng)相匹配的原則進(jìn)行選擇，按以下方法確定：使用單向磁化功能，將周向磁化電流從最小值逐步增大，直至能使A型試片剛能顯示，此時(shí)的電流值設(shè)為I1。按上述同樣的方法確定能使A型試片剛能顯示的縱向磁化電流值I2，I1和I2的比值即為周向磁化電流與縱向磁化電流的匹配比例。確定周向磁化電流值后，再根據(jù)匹配比例確定縱向磁化電流值，以粘貼在車軸上的A型試片的人工刻槽顯示清晰、完整為準(zhǔn)。

縱向磁化電流可以采用以下公式計(jì)算：

式中，N為線圈匝數(shù)。分散式線圈法對(duì)于車軸端面缺陷的檢測(cè)靈敏度低，對(duì)于車軸的長(zhǎng)度與直徑比（L/D）有密切關(guān)系，L/D值對(duì)退磁場(chǎng)和靈敏度有很大的影響，因此為了將車軸端部效應(yīng)減小至最小，應(yīng)采用“快速斷電法”。

4.1.3 RF2型車軸的磁化電流規(guī)范

由于RF2型車軸最大直徑為輪座處直徑228～231mm，通過(guò)理論公式計(jì)算和試驗(yàn)A1-15/50試片顯示的狀況，最后確定的周向磁化電流為2 000～2 100 A，縱向磁化電流為1 800～2 000 A，當(dāng)通過(guò)上述電流時(shí)，靈敏度試片A1-15/50顯示清晰完整。

4.2 對(duì)磁化方法、磁粉和磁懸液的控制

RF2型車軸磁粉探傷使用的磁化方法為濕法連續(xù)法，采用顆粒度小于320目的熒光磁粉和油劑磁懸液。

4.2.1 濕法連續(xù)法

先用磁懸液潤(rùn)濕工件表面，在通電磁化的同時(shí)澆磁懸液，停止?jié)泊艖乙汉笸姅?shù)次，待磁痕形成并滯留下來(lái)時(shí)停止通電，再進(jìn)行檢驗(yàn)的方法叫做濕法連續(xù)法。

《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則》要求磁粉探傷機(jī)通電磁化時(shí)間應(yīng)為1～3 s，停止噴淋磁化后應(yīng)再磁化2～3次，每次0.5～1.0 s。而濕法連續(xù)法滿足以上要求。

4.2.2 磁懸液濃度的控制

磁懸液濃度太低，影響漏磁場(chǎng)對(duì)磁粉的吸附量，磁痕不清晰會(huì)使缺陷漏檢；濃度太高，會(huì)在工件表面滯留很多磁粉，形成過(guò)度背景，甚至?xí)谏w相關(guān)顯示。

因此每天探傷前探傷工按照廠家提供的磁懸液配比比例，將磁懸液與熒光磁粉混合，攪拌均勻后，倒入探傷機(jī)，探傷機(jī)均勻攪拌5～10 min后，用長(zhǎng)頸沉淀管接取磁懸液，將沉淀管垂直靜止放置40～60 min后，讀取長(zhǎng)頸沉淀管里的磁懸液濃度值。

4.2.3 RF2車軸的濃度值范圍

通過(guò)試驗(yàn)，當(dāng)磁粉探傷RF2車軸時(shí)，濃度值在0.3～0.4 mL/100 mL，靈敏度試片A1-15/50顯示清晰完整，該范圍滿足《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則》要求。

4.3 對(duì)設(shè)備性能、工件形狀和表面狀態(tài)、照明條件的控制

設(shè)備采用的是CJW-3000型熒光車軸磁粉探傷機(jī)，探傷機(jī)每天開工使用前都必須對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，例如：噴嘴的噴液狀況、線圈的環(huán)合夾緊、電流表指針運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作等；探傷的工件為RF2車軸，工件為鍛件，形狀為長(zhǎng)軸型，表面狀態(tài)要求無(wú)雜物、無(wú)銹蝕、探傷時(shí)要露出金屬表面、照明條件是在暗室下進(jìn)行的檢測(cè)，例如：白光照度≤20 lx時(shí)，紫外輻照度≥800 μW。

4.4 對(duì)操作程序、檢測(cè)工藝方法、檢測(cè)人員素質(zhì)的控制

對(duì)RF2型車軸進(jìn)行磁粉探傷時(shí)，要嚴(yán)格按照《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則》的規(guī)定去執(zhí)行，操作者必須取得鐵路總公司頒發(fā)的無(wú)損檢測(cè)磁粉探傷二級(jí)證并且經(jīng)過(guò)至少半年的輪軸磁粉探傷實(shí)踐，對(duì)操作程序過(guò)程不得漏檢、省略步驟，能夠正確識(shí)別判斷車軸裂紋、車軸發(fā)紋。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析影響RF2型車軸磁粉探傷檢測(cè)要素的控制方法，公司制定了相應(yīng)的保證措施，使操作者磁粉探傷RF2型車軸時(shí)，大大提高了車軸裂紋的準(zhǔn)確檢出率，并且未發(fā)生漏檢車軸裂紋的現(xiàn)象，保證了行車安全。

［1］ 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無(wú)損檢測(cè)分會(huì).磁粉檢測(cè)［M］.2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則［S］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.