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新型線圈磁化法在鐵路整體車輪磁粉檢測中的應用
發布時間：2017-09-01
1前言
近年來隨著我國鐵路事業突飛猛進的發展,列車運行速度越來越快,列車運行的安全性、可靠性就成為鐵路機車車輛運行中的一個更加重要的指標,這無疑對鐵路機車車輛的質量提出了更高的要求。保證列車運行的安全性,車輛下部的走行部是非常重要的部件,車輪又是走行部的關鍵所在,因此,車輪的質量好壞直接影響到車輛運行的安全性。
如果在車輪上存在任何一個微小的超標缺陷,車輪的整體運行性能就會受到影響,甚至會造成重大的事故,尤其是在車輪上有裂紋存在,哪怕很小,都是非常可怕的,因此裂紋是絕對不允許存在的。
目前鐵路企業對車輪的表面缺陷檢測,大部分采用磁軛法或支桿法對車輪進行干法磁粉探傷。這種檢測方法不但粉塵較大,工作環境差,工作效率低,而且檢測靈敏度不高,不能完全保證缺陷不被漏檢。隨著無損檢測技術的不斷發展,檢測設備的不斷更新,對整體車輪的磁粉探傷我們改變了傳統的車輪不動,磁場變化的方法,采用了車輪旋轉磁化、旋轉噴液、退磁三者一次性完成的熒光濕法檢測方法。這種整體車輪的檢測方法不但提高了檢測靈敏度,而且也省去了單獨給車輪退磁這道工序,提高了生產效率。
2檢測原理與操作方法
2.1線圈中磁場的理論計算
整個線圈的形狀如圖1,它是由130匝扁平銅導線繞制而成,線圈匝間是絕緣的,而且整體浸泡環氧樹脂,以保證線圈對地絕緣和增加線圈強度。它的理論計算如下:H= [KπNI(cosX- cosY)]/M(1)
式中H―線圈中心面上一點的磁場強度
X、Y―線圈中心面上任一點到線圈兩斷面的夾角
I―電流(安培)
N―線圈匝數
M―線圈長度(米)
K―比例常數
μ是空氣中的磁導率,該點的磁感應強度為:B=μγ×H如果在線圈中充滿鐵磁性物質,那么該點的磁感應強度要比沒有充滿鐵磁性物質大102～106倍以上,因為鐵磁性物質的磁導率μγ是空氣磁導率μ的102～106倍以上。因此當把旋轉的車輪放在靜止通電的線圈中,對車輪進行磁化,這相當于車輪不
動,給車輪施加了一個旋轉磁場對車輪進行磁粉探傷,發現車輪表面及近表面的缺陷。
2.2操作方法
當在磁探工位有車輪時,操作人員操作線圈下降套住車輪直徑2/5時停止,然后通電、噴磁懸液,直到整個車輪全部被磁懸液覆蓋為止,然后帶電升起線圈,操作人員用波長為3650埃的紫外線燈進行檢查。
3分析
影響發現車輪表面及近表面缺陷的因素有兩方面:(1)磁化系統及磁懸液的因素;(2)缺陷本身的因素。
3.1磁化系統對車輪表面及近表面缺陷檢出的影響
從公式1可見,影響缺陷檢出因素有線圈電流I的大小,線圈的匝數N,線圈的長度L以及(cosX-cosY)的大小。
線圈電流I增大,匝數N增多,線圈長度L減小,那么磁場強度H將增大,磁感應強度也增大。因為線圈長度L不大,所以(cosX-cosY)對磁場強度H的均勻度影響不大。
根據試驗數據與實踐表明,線圈匝數在130匝,負載勵磁電流不小于40 A,是可以保證檢出車輪上任一部位的表面裂紋。如果用15/50 A試片試驗車輪任一部位,試片均顯示清晰。磁懸液的配制應根據磁粉廠家的推薦為主,一般情況下,用梨形瓶測量,在100 ml熒光磁懸液中熒光磁粉所占的量為0.1～0.5 ml。
3.2缺陷本身對漏磁場的影響
在鐵磁物質內,缺陷的磁導率和鐵磁物質本身的磁導率不同,導致磁感應線在缺陷附近離開或進入試件表面形成一種稱為漏磁場的磁場。在缺陷處形成的漏磁場吸附磁粉并形成磁痕,使操作者很直觀地發現該缺陷。因此,缺陷的檢出率和形成缺陷的漏磁場有直接的關系,也就是說缺陷的漏磁場直接影響缺陷的檢出率,同樣,缺陷的形狀大小等都對缺陷的漏磁場有影響。
(1)鐵磁材料被磁化狀態對漏磁場的影響
磁感應強度B=μr×H,即鐵磁材料的磁導率μr和外加的磁場強度H之積直接影響磁感應強度B;根據以前的檢測結果,缺陷的漏磁感應強度的法向分量值隨磁化場強度的增加而增加,但當磁化場強度達到一定的數值后,缺陷的漏磁感應強度的法向分量值的增加趨于平緩。再根據電磁學的磁荷觀點分析,試件被磁化后,在試件的兩端面和缺陷(主要是裂紋)兩邊的側壁上形成正負磁荷,當磁化場強度達到一定數值后,即使再增加磁化場強度,在試件的兩端面和缺陷(主要是裂紋)兩邊側壁上的磁荷量也將增加的非常緩慢,此時,鐵磁材料已進入磁飽和狀態。因此,鐵磁材料進入磁飽和狀態后,外界磁化場強度對漏磁場的增加影響不大。因此,無限增大線圈的勵磁電流,對于缺陷漏磁場的增大沒有顯著影響,無須無限增大電流。因為130匝線圈的電阻是一個定值,電壓與電流成正比關系,因而也無須無限增大電壓。根據實際情況,電壓為380 V完全可以滿足要求。
(2)缺陷大小對漏磁場的影響
缺陷的大小指缺陷的長度、深度和寬度。一般對缺陷的漏磁場有影響的是缺陷本身的深度和寬度,同樣寬度的表面缺陷,如果深度不同,產生的漏磁場也不同,在一定范圍內,漏磁場的增加與缺陷深度的增加幾乎成線性關系。當深度增加到一定值后,漏磁場的增加變的緩慢。當缺陷的寬度很小時,漏磁場隨著寬度的增加而增加,當缺陷寬度很大時,漏磁場反而下降,例如表面劃痕就是這種情況。缺陷的深度和寬度之比稱為缺陷的深寬比。缺陷的深寬比越大,漏磁場越大,缺陷越容易被發現;反之缺陷的深寬比越小,漏磁場越小,缺陷越不容易被發現。
(3)缺陷方向對漏磁場的影響
缺陷的方向分為兩種,一種是缺陷在工件表面的方向與漏磁場方向之間的夾角,另一種是缺陷的深度方向與工件表面的夾角,即缺陷的傾角。缺陷垂直于磁場方向時,所形成的漏磁場最大,有利于缺陷的檢出;若與磁場方向平行則幾乎不產生漏磁場。
缺陷與工件表面的夾角(缺陷的傾角)由垂直逐漸傾斜成某一角的越深,那么這個圓心離工件表面越遠,在工件表面形成的漏磁場強度也越小。同樣的缺陷位于工件表面時,直到變為平行,漏磁場也由最大下降至零。因車輪在加磁線圈中是旋轉的,這相當于給靜止車輪施加了一個旋轉磁場,因此,車輪上任一處的任一方向的裂紋均可以被發現。
(4)缺陷埋藏深度對漏磁場的影響
在工件的表層內存在缺陷時,則在工件表面上有漏磁場。漏磁場的分布以缺陷靠近工件表面的位置為中心呈近似半圓形狀,缺陷埋藏,漏磁場最大,位于工件內部,隨埋藏深度的增加,漏磁場逐漸減少,當埋藏深度足夠大時,漏磁場將趨近于零。
(5)工件表面清潔度對漏磁場的影響
如果工件表面不干凈,有覆蓋層,那么工件表面的覆蓋層會影響漏磁場,導致漏磁場的下降;同時也影響缺陷磁痕的顯示。因此,車輪在磁探時,其表面必須保持干凈、無污。
(6)工件材料及狀態對漏磁場的影響
工件材質的晶粒越大,磁導率越大,矯頑力越
小,漏磁場就越小;相反,工件材質的晶粒越小,磁導率越小,矯頑力越大,漏磁場就越大。對碳鋼而言,隨著含碳量的增加,矯頑力也增加,但磁導率隨著含碳量的增加反而下降,漏磁場增大。鋼材的熱處理對漏磁場的影響較大。正火和退火狀態的鋼材,其磁性差別不大,漏磁場也差別不大;而退火和淬火狀態的磁性差別較大,淬火可提高鋼材的矯頑力和剩磁,漏磁場增大;淬火后隨著回火溫度的升高,矯頑力降低,漏磁場也降低。
4總結
1、采用交流加磁,在完全滿足技術條件的前提下,不但節省了整流設備,而且操作簡單,容易實現,并且使被磁化的車輪容易退磁。
2、在實際的生產應用中,對鐵路整體車輪進行磁粉探傷,這種探傷方法,設備不但結構簡單,方便操作,而且節省了專門退磁這道工序,提高了工作效率,具有較好的發展前景。
3、發現裂紋的能力不但與設備性能有關,而且與裂紋的性質、狀態等也有關。
4、操作工藝簡單,易于實現操作自動化。
摘自：中國計量測控網
