關于地鐵齒輪磁粉探傷磁化方法的研究

華彩虹

（廣州鐵路職業技術學院 廣東廣州 510430）

1 引言

地鐵車輛的傳動系統由聯軸器、齒輪箱和牽引連接裝置構成。電動機的轉矩通過聯軸器傳給齒輪箱主動齒輪，主動齒輪帶動從動齒輪，從而驅動車輛運行。由此可見，齒輪在車輛動力傳遞過程中起著至關重要的作用。時代的進步帶動了城市軌道交通的發展，同時，列車運行的時速和載重情況日益嚴苛，導致地鐵從動齒輪的故障率顯著增加。為了解決這個問題，一方面可通過改進齒輪質量，提高其使用壽命；另一方面則應及時、準確、高效地檢測出齒輪表面缺陷，選擇合理的探傷方法才是解決問題的關鍵所在。本文對床式探傷機的三種磁粉探傷方法進行比較，結果如下。

2 磁化方法

磁粉檢測是將被檢測部件置于磁場中進行磁化，如果部件表面和近表面存在缺陷，將形成漏磁場，從而吸附施加在工件表面的磁粉形成目視可見的磁痕，通過對磁痕的分析來判斷部件表面和近表面存在的缺陷。通常根據被檢測部件的尺寸大小、形狀結構、表面狀態以及該部件過去受力情況，分析可能產生的部位和方向，選擇合適的磁化方法。常用的磁化方法包括：通電法、觸頭法、中心導體法、線圈法、磁軛法等。因為齒輪上易萌生多方向裂紋，所以在項目中選擇將兩種方法復合使用，避免漏檢。

2.1 中心導體與線圈復合法

中心導體法指將一個導體放置在被檢工件的空心孔的中心線上，對導體通電，在被檢工件上形成周向磁場，有利于檢測軸向缺陷；線圈法指將被檢工件放置在通電線圈之間進行磁化，形成縱向磁場，有利于檢測徑向缺陷[1]。兩種方法復合使用，可避免漏檢現象。

2.2 中心導體法與感應電流復合法

感應電流法利用的是電磁感應原理，即將一塊鐵芯插入到被檢工件空心軸內，被檢工件此時被用作是變壓器的次級線圈，所以當鐵芯中的磁通量發生改變時，被檢工件將會出現感應電流，在該電流的作用下，被檢工件又處于一個閉合的磁場[2]。

2.3 兩組線圈復合法

其中一組線圈的放置方法如磁化方法1中所述，另一組是線圈穿繞在被檢工件上，通電后對工件進行磁化，形成一個圍繞工件的周向磁場。該方法同樣可以形成兩個磁場方向互相垂直的磁場，有利于缺陷的檢測。

3 磁化方法的比較與選擇

3.1 三種方法的優缺點比較

方法1：該方法的優勢在于：①因為磁化電流是感應產生，所以不會在工件表面產生電弧。②工件的各個表面均能產生周向磁場。③只需通電一次，就可以將工件全部磁化；該方法的弊端在于：①對于厚度值比較大的工件，內表面的缺陷檢測靈敏度高于外表面缺陷檢測靈敏度。②工件長寬比對退磁以及靈敏度均有較大影響。③工件兩端的缺陷容易漏檢。

方法2：該方法的優勢在于：①磁化電流沒有直接從工件流過，所以不存在電弧的危險。②被檢工件的內外表面以及端面均存在周向磁場。③只需通電一次就可以將整個被檢工件周向磁化。該方法的弊端在于：①當工件有一定厚度時，內外表面缺陷檢測靈敏度相差很大。②由于無法用儀表測出感應電流大小，所以通常根據線圈匝數以及鐵芯的大小等數據來推算出磁場的大小[3]。③鐵磁軛費用較高。

方法3：該方法的優勢在于：①與前兩種方法一樣，工件表面不會產生電弧。②只需通電一次，就可將整個被檢工件進行周向磁化。該方法的弊端在于：①該方法只適用于人工檢測，檢測效率低。②檢測線圈接觸點部位容易打火。

3.2 最優方法的確定

中心導體法與繞電纜法均是形成圍繞被檢工件的周向磁場，導體和電纜均需要穿過被檢工件的內孔，其中導體的長度與直徑均可以根據實際情況進行調整，所以適應性強；但是剛性電纜的形狀是固定的，將會受到被檢工件形狀的影響，并且剛性電纜的接觸點位置容易出現打火放點的危險[4]。

線圈法與感應電流法產生的均是縱向磁場。其中線圈法是在線圈內部感應出縱向磁場，線圈的制作以及匝數的確定均比較簡單，成本低；感應電流法則是通過在被檢工件中感應出閉合磁場用于檢測橫向缺陷[2]。感應電流的閉合磁路制作費用較高，磁路截面確定后通常不易更改，同時也會受到被檢工件結構影響。

綜上分析可知，中心導體與線圈復合法最適合用于地鐵從動齒輪磁粉檢測。

4 實驗驗證

我們進行了實驗來驗證所選磁粉檢測方法的可行性，具體如下：在地鐵齒輪的齒面中、齒面端、齒孔中、齒孔端、齒幅中等部位粘貼可有“十”形試片，且試片與粘貼部位一定要密貼、平整，保證人工制作缺陷中一條刻線與被檢工件的軸線相平行。在周向電流6500A，縱向磁勢15000AT等磁化規范操作下，所貼試片上的磁痕均顯示清晰，特別是端面部位缺陷也可以被檢測出，彌補了線圈法的缺陷，檢測靈敏度高[2]。同時各部位的磁場強度也可以滿足要求，檢測無盲區。此外還應注意兩點問題：①線圈的直徑要大于齒輪外徑；②在不觸碰被檢工件內孔的前提下，應盡可能增大中心導體直徑。

[1]楊繼斌，井 萍，沈 默.齒輪磁粉檢測方法研究及應用[J].無損探傷，2016，40（05）：36～38.

[2]孫元德，姚榮文，章文顯，任好娟，劉仕遠，趙桂明.地鐵從動齒輪磁粉探傷磁化方案選擇及驗證[J].機車車輛工藝，2012（04）：34～35.

[3]鄧嘉鳴.某內燃機車牽引齒輪的磁粉探傷工藝及自動探傷機的研制[J].無損檢測，2008（10）：763～765.

[4]陳金方.機車齒輪磁粉探傷方法的研究[J].機車車輛工藝，2000（02）：37～38.