復(fù)合磁化技術(shù)在本田轉(zhuǎn)向節(jié)磁粉探傷中的應(yīng)用

張文杰

（東風(fēng)鍛造有限鑄造二廠，湖北 十堰 442013）

1 本田轉(zhuǎn)向節(jié)

本田轉(zhuǎn)向節(jié)屬于轎車保安件，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。如果零件表面和近表面出現(xiàn)缺陷，轎車在行駛的過程中就容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)向失靈，造成車毀人亡的事故。沒有經(jīng)過檢驗的零件存在著極大的安全隱患。為解決這一問題，工廠決定對該零件進行磁粉探傷。

圖1 轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)

2 磁粉探傷的相關(guān)知識

2.1 探傷原理

本田轉(zhuǎn)向節(jié)的牌號為QT480-10、QT550-10，是球墨鑄鐵，而球墨鑄鐵是鐵磁性材料，有很強的磁性，可用于磁粉探傷。

鐵磁性材料的工件被磁化后使磁力線在缺陷處發(fā)生畸變，如果缺陷在表面或近表面，就會使磁力線溢出工作表面，產(chǎn)生漏磁，帶有鐵磁性的磁粉就會聚集到漏磁場處形成磁痕，從而顯示缺陷的存在，如圖2 所示。

圖2 磁粉探傷原理

2.2 工藝過程

工件磁化（鐵磁性材料）→產(chǎn)生漏磁場（表面或近表面）→吸附磁粉（鐵磁性材料）→產(chǎn)生磁痕（磁粉堆積）→顯示缺陷。

2.3 本田轉(zhuǎn)向節(jié)的鐵磁特性

2.3.1 磁疇

1）材料內(nèi)部自發(fā)磁化的大小方向基本均勻一致的小區(qū)域，如圖3a）；

2）當(dāng)本田轉(zhuǎn)向節(jié)被磁化時，內(nèi)部磁疇受到外加磁場的力，使磁疇磁矩轉(zhuǎn)動；疇壁發(fā)生移位，最后全部磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)向與外加磁場的方向一致，零件被磁化產(chǎn)生磁性，如圖3b）；

3）當(dāng)外加磁場去掉時，零件內(nèi)部的磁疇出現(xiàn)局部轉(zhuǎn)動，但仍保留一定的剩于磁性，如圖3c）.

圖3 材料磁化過程

2.3.2 磁滯回線

從圖3 中可看出本田轉(zhuǎn)向節(jié)材料的特點：

1）高導(dǎo)磁性，能在外加磁場中強烈地磁化；

2）磁飽和性，當(dāng)外加磁場達到一定程度后，磁感應(yīng)強度B 不在增加，呈現(xiàn)磁飽和；

3）磁滯性。軟磁材料，磁滯回線狹長（見圖4a）），具有高磁導(dǎo)率（圖中曲線斜率為磁導(dǎo)率）、低剩磁（曲線與B 軸交點）、低矯頑力（曲線與H 軸交點）和低磁阻，磁粉探傷時容易磁化，也容易退磁，適用于連續(xù)法探傷，一般工業(yè)用鐵屬軟磁性材料。硬磁材料，磁滯回線肥大（圖4b）），具有低磁導(dǎo)率、高剩磁、高矯頑力和高磁阻，磁粉探傷時難以磁化，也難以退磁，適用于剩磁法探傷，一般的永久磁鐵、高碳淬火鋼屬硬磁性材料。

圖4 軟、硬磁材料磁滯回線

本田轉(zhuǎn)向節(jié)屬于軟磁性材料，是在常溫狀態(tài)下探傷，所以在探傷時會產(chǎn)生強的磁性，可用連續(xù)法進行探傷。

3 電流的磁場

直長導(dǎo)體的磁場，按右手定則來判斷，用右手握住導(dǎo)體，使拇指指向電流方向，其余四指卷曲的指向就是磁場方向。

螺旋線圈的磁場，四指指向電流方向，大拇指的指向就是磁場方向。

零件有缺陷時，漏磁場繞過缺陷形成磁感應(yīng)線壓縮，通過的磁力線數(shù)目有限，同性磁力線互相排拆，磁力線溢出工件表面，形成磁痕。

磁粉在磁極點被磁化，交流電產(chǎn)生交變磁場，磁粉在工件表面會產(chǎn)生很好的流動性。在流動中磁粉沿感應(yīng)磁力線排列，磁粉堆積使磁痕的寬度比實際的要寬，易于看出缺陷。

電流磁場影響因素包括：1）磁感應(yīng)強度，必須達到磁飽合值80%以上；2）缺陷深度，越近表面越好測；3）清潔度，工件表面要干凈清潔不能有覆蓋層，4）材料影響，以奧氏體為主的材料無磁性，不能進行磁粉探傷。本田轉(zhuǎn)向節(jié)的材料組織是珠光體和鐵素體混合基體（30%～80%），呈鐵磁性，在探傷時可使磁粉能夠很好吸附在工件表面。

4 磁化方法和磁化電流的選擇

4.1 選擇磁化方法應(yīng)考慮的因素

1）零件的外形結(jié)構(gòu)；

2）零件的表面狀況，零件表面必須經(jīng)過強力拋丸；

3）零件的尺寸大小，本田轉(zhuǎn)向節(jié)的外形尺寸為200 mm×350 mm×350 mm；

4）根據(jù)零件過去斷裂的情況和各部位應(yīng)力的分布，分析可能產(chǎn)生缺陷的部位和方向，選擇適當(dāng)?shù)拇呕椒ā?/p>

4.2 磁化方法的選擇

1）通電法，當(dāng)對零件采用通電法磁化時，在零件上會產(chǎn)生周向磁場，在磁場的作用下零件上的橫向缺陷可被檢查出來，縱向缺陷無法檢查；

2）穿芯棒法，將導(dǎo)體通電，在工件上產(chǎn)生周向磁場，可以檢測出本田轉(zhuǎn)向節(jié)軸承孔附近的缺陷，其他部位的缺陷無法檢查；

3）線圈法，將線圈通電，在線圈內(nèi)產(chǎn)生縱向磁場只能檢測出工件的周向缺陷，橫向缺陷無法檢查；

4）磁軛法，適用于焊接件及各種大、中型工件的局部檢驗，幾何形狀復(fù)雜的工件檢驗不適合用此法；

5）復(fù)合磁化法，采用多線圈非電接觸式探傷方式，三相交流電加載于三組磁化線圈，通過可編程序控制器控制不同的通電時序，產(chǎn)生兩個周向磁場，一個縱向磁場，三個不斷變化的磁場以120°相位差疊加后形成一個非接觸的復(fù)合磁場。對復(fù)合磁效果經(jīng)過多次驗證，可以檢出零件上各個方向上的缺陷，所以選擇復(fù)合磁化方式對本田轉(zhuǎn)向節(jié)進行磁粉探傷，如圖5 所示。

圖5 復(fù)合磁化線圈示意圖及磁粉探傷機

4.3 磁化電流的選擇

1）交流電

趨膚效應(yīng)：交變電流通過導(dǎo)體時，表面電流密度較大而內(nèi)部電流密度較小的現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)。

特點：具有趨膚效應(yīng)，交流電產(chǎn)生的磁場只集中于零件表面，而且頻率越高趨膚越薄探傷效果越好。

優(yōu)點：檢測靈敏度高，表面電磁場大；容易退磁；能夠?qū)崿F(xiàn)多向磁化，多向磁化的疊加可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場或擺動磁場；磁化變截面零件磁場分布均勻；由于交流電的方向不斷地變化，所產(chǎn)生的磁場方向也不斷改變，有利于帶有鐵磁性材料的磁粉的遷移，使磁痕顯示晴晰可見；可以大致判斷缺陷深度：直流電2 mm，交流電1 mm.

缺點：探測深度比直流電淺。

2）直流電

優(yōu)點：探測深度比交流電深；剩磁穩(wěn)定。缺點：退磁較難。

縱上所述，交流電的很多優(yōu)點利于零件探傷，最關(guān)鍵的是其產(chǎn)生的磁場具有趨膚效應(yīng)，所以選擇交流電進行零件表面探傷。

3）參數(shù)的選擇

供電電源：交流50 HZ 三相（380±10）V（四線制）。在選擇磁化電流強度時經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗，探傷機磁化電流在160 A～180A 之間時磁化效果較好。

通過觸摸屏設(shè)置磁化電流，用A 型靈敏度試片貼在零件的各個部位（如圖6 所示），把貼好試片的零件放入復(fù)合磁場中，對零件進行全面磁化，在磁化的過程中不斷設(shè)置線圈電流大小。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)線圈磁化電流達到160 A 以上，零件上的A 型試片上的刻槽明顯地顯示出來，磁感應(yīng)強度達到了飽合，探傷的效果達到最好，從材料的磁滯回線可看出當(dāng)繼續(xù)增加電流強度時，磁感應(yīng)強度不再增加，探傷的效果也不再發(fā)生變化。所以周向Ⅰ磁化強度24 000 AT，周向Ⅱ磁化強度24 000 AT，縱向磁化強度24 000 AT.

圖6 A 型靈敏度試片所貼部位的示意圖

零件的最大外形尺寸為（200×350×3 500）mm，零件的磁化效果與零件在磁場中的填充系數(shù)有很大關(guān)系，填充系數(shù)越高，磁化效果越好，通過多次實踐和驗證，最終將磁化區(qū)域設(shè)定為（250×400×400）mm.

4.4 退磁

由零件的磁滯回線可知，在探傷以后零件上將保留一定的剩磁，剩磁往往會帶來一些不良后果，比如零件探傷后需要進行繼續(xù)機加工，由于剩磁存在而吸附鐵屑，干擾對零件的進一步加工，使工件表面光潔度降低等。我廠生產(chǎn)的本田轉(zhuǎn)向節(jié)從探傷完到入庫、發(fā)交再進行加工，中間有一定的時間間隔，到加工時已基本沒有剩磁，不會影響加工，所以不需要對零件進行退磁處理。

5 磁粉探傷器材的選擇

5.1 磁粉的選擇

通常選用熒光磁粉（熒光粉+Fe3O4），當(dāng)在零件上旋加熒光磁粉時，磁痕會發(fā)出色澤鮮明的黃綠色熒光（在紫外燈下觀察），與零件表面形成良好的對比度，其檢測靈敏度高，能發(fā)現(xiàn)微小的缺陷。

5.2 紫外燈照射裝置

選擇2 000 W 的紫光燈，按探傷資料要求在距離380 mm 處紫光的強度應(yīng)＞800μW/cm 的要求，用數(shù)字紫外強度計對裝置進行了測定，實際強度為1 230 μW/cm，完全可滿足要求。

5.3 靈敏度試片

選擇A2-30/100 型試片，試片厚度100 μm，刻槽深度30 μm.

6 效果驗證

6.1 磁化效果驗證

在零件的各個部位做上人為缺陷，然后對有缺陷的零件進行磁粉探傷，充完磁后放到紫光燈下檢查，缺陷完全能夠清晰顯示，即磁化效果能夠滿足工藝要求。

圖7 A2-30/100 型試片實物圖

6.2 退磁檢查

在探傷完畢8 h 后對零件的剩磁用儀器（剩磁檢查儀）進行檢查，剩磁的大小不超過0.5 Gs，小于標(biāo)準(zhǔn)3 Gs（如圖8 所示），所以可不對零件進行退磁處理。

圖8 不同零件的剩磁測量結(jié)果

7 結(jié)束語

本田轉(zhuǎn)向節(jié)因其復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀，只靠單純的周向磁化、縱向磁化以及直接通電的磁化方法都無法滿足零件的檢測要求。實驗結(jié)果表明，復(fù)合磁化方法具有檢查出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件表面及近表面的缺陷的能力，因此采用復(fù)合磁化技術(shù)檢測本田轉(zhuǎn)向節(jié)表面和近表面缺陷是可行的。