牽引電機(jī)轉(zhuǎn)軸磁粉檢測(cè)中的磁痕判定

(中車永濟(jì)電機(jī)有限公司，永濟(jì) 044500)

目前牽引電機(jī)主要以牽引電機(jī)側(cè)的主動(dòng)齒輪與齒輪箱側(cè)的從動(dòng)齒輪嚙合(見圖1)的方式傳遞力矩，牽引電機(jī)轉(zhuǎn)軸多為外錐結(jié)構(gòu)(見圖2)，齒輪為內(nèi)錐結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)軸與齒輪的連接方式為冷壓后形成過(guò)盈配合(見圖3)。

圖1 主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪嚙合圖片

圖2 牽引電機(jī)外錐結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸圖片

圖3 轉(zhuǎn)軸與齒輪過(guò)盈配合連接圖片

圖4 轉(zhuǎn)軸錐面與齒輪結(jié)合的根部圖片

運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)軸與齒輪間存在微觀振動(dòng)、扭矩、擠壓等作用，容易形成應(yīng)力集中，所以在高級(jí)檢修時(shí)，使用磁粉檢測(cè)[1]對(duì)轉(zhuǎn)軸、特別是轉(zhuǎn)軸錐面與齒輪結(jié)合的根部(見圖4)等部位進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)，多次發(fā)現(xiàn)上述部位出現(xiàn)磁痕顯示。

筆者結(jié)合轉(zhuǎn)軸運(yùn)行環(huán)境對(duì)顯示磁痕進(jìn)行分析，并判定其性質(zhì)，即是非相關(guān)顯示、偽顯示還是相關(guān)顯示(疲勞裂紋)，以為轉(zhuǎn)軸是否繼續(xù)使用及牽引電機(jī)在線運(yùn)行評(píng)估提供重要支撐。

1 顯示磁痕

圖5 第一種磁痕顯示及其局部放大圖

某機(jī)車牽引電機(jī)在高級(jí)檢修過(guò)程中，使用便攜式磁粉探傷儀、80～250目混合黑磁粉對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸進(jìn)行磁粉干法檢測(cè)，在轉(zhuǎn)軸錐面與齒輪結(jié)合的根部發(fā)現(xiàn)圓周方向的磁痕顯示。

磁痕分為兩種，其特征分別為：① 第一種磁痕：以磁痕中間部位某點(diǎn)為起點(diǎn)向兩側(cè)發(fā)展，中間粗，兩頭尖且呈對(duì)稱延伸的微小曲線，磁痕濃密清晰，如圖5所示；②第二種磁痕：磁痕顯示松散，呈較寬的帶狀分布，位置特定，沿著圓周方向呈斷續(xù)狀態(tài)，磁痕較長(zhǎng)(甚至可達(dá)一整圈)，但不太清晰，如圖6所示。

圖6 第二種磁痕顯示及其局部放大圖

2 磁痕分析、驗(yàn)證與判定

2.1 第一種磁痕

在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，牽引電機(jī)轉(zhuǎn)軸反復(fù)受到交變應(yīng)力的作用，根據(jù)應(yīng)力分析可知，轉(zhuǎn)軸錐面與齒輪結(jié)合的根部圓周方向?yàn)樽畲髴?yīng)力集中部位。

若該部位內(nèi)原有的小缺陷、表面劃傷、缺口和內(nèi)部孔洞結(jié)構(gòu)都可能形成疲勞源，受到交變應(yīng)力的反復(fù)作用而產(chǎn)生疲勞裂紋。

疲勞裂紋對(duì)應(yīng)磁痕的特征為：產(chǎn)生在應(yīng)力集中部位，以磁痕中間部位某點(diǎn)為起點(diǎn)向兩側(cè)發(fā)展，中間粗，兩頭尖且呈對(duì)稱延伸的曲線狀，磁痕濃密清晰。可見第一種磁痕符合疲勞裂紋的特征。

根據(jù)該種磁痕的特征，可以初步判定其為疲勞裂紋。此種磁痕的鑒定可使用以下3種方法。

(1) 根據(jù)磁痕特征直接判斷為疲勞裂紋。

(2) 因轉(zhuǎn)軸表面處受到的交變應(yīng)力最大，疲勞裂紋從表面開始出現(xiàn),所以可用著色探傷的方法進(jìn)行復(fù)檢。若著色探傷時(shí)仍然出現(xiàn)磁痕顯示，則判定為疲勞裂紋。

(3) 因轉(zhuǎn)軸疲勞裂紋體積微小，使用便攜式磁粉探傷儀、320～400目磁懸液進(jìn)行磁粉濕法(磁粉濕法靈敏度高于磁粉干法靈敏度)復(fù)檢，如圖7所示,可見磁痕顯示仍然符合疲勞裂紋的特征，判定為疲勞裂紋。

圖7 第一種磁痕磁粉濕法復(fù)檢及其局部放大圖

2.2 第二種磁痕

使用中，牽引電機(jī)轉(zhuǎn)軸錐面與齒輪結(jié)合的根部圓周方向反復(fù)受到交變扭矩、彎曲、振動(dòng)、擠壓、滾壓的作用，該部位易發(fā)生局部硬化，使得磁導(dǎo)率發(fā)生變化而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，從而在滾壓與未滾壓的分界面上形成磁痕。滾壓作用線往往會(huì)沿著軸向發(fā)生微小位移，因此磁痕呈多圈平行顯示于轉(zhuǎn)子滾壓部位。

局部硬化導(dǎo)致的磁痕特征為：磁痕顯示松散，呈較寬帶狀分布，位置特定，沿著圓周方向呈斷續(xù)狀態(tài)，磁痕較長(zhǎng)(甚至可達(dá)一整圈)，但不太清晰。由此可見，第二種磁痕符合局部硬化的磁痕特征。

根據(jù)該種磁痕的特征，可以初步判定其為局部硬化導(dǎo)致的非相關(guān)顯示，不屬于缺陷范疇，不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)軸構(gòu)成危害。此種磁痕的鑒定方法有以下4種。

(1) 根據(jù)磁痕特征或使用放大鏡觀測(cè)轉(zhuǎn)軸表面存在擠壓、滾壓等痕跡時(shí)，可直接判斷為局部硬化導(dǎo)致的非相關(guān)顯示。

(2) 因局部硬化導(dǎo)致的非相關(guān)顯示磁痕是磁導(dǎo)率差異產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)形成的，所以可使用著色滲透探傷的方法進(jìn)行復(fù)檢，如圖8所示，檢測(cè)后未出現(xiàn)缺陷顯示，則判定為局部硬化導(dǎo)致的非相關(guān)顯示。

(3) 對(duì)轉(zhuǎn)軸退火后重新進(jìn)行磁粉檢測(cè)，若磁痕消失，則判定為局部硬化導(dǎo)致的非相關(guān)顯示。

圖8 第二種磁痕著色滲透復(fù)檢

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 判定轉(zhuǎn)軸磁粉檢測(cè)中顯示的磁痕，可用多種檢測(cè)方法進(jìn)行鑒定、復(fù)檢。

(2) 疲勞裂紋對(duì)轉(zhuǎn)軸危害很大，必須準(zhǔn)確判定識(shí)別，提前消除危害，以保證牽引電機(jī)保全運(yùn)行。

(3) 局部硬化導(dǎo)致的非相關(guān)顯示不屬于裂紋缺陷，對(duì)轉(zhuǎn)軸不構(gòu)成危害。