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新型線圈磁化法在鐵路整體車輪磁粉檢測(cè)中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2017-09-01
1前言
近年來隨著我國鐵路事業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展,列車運(yùn)行速度越來越快,列車運(yùn)行的安全性、可靠性就成為鐵路機(jī)車車輛運(yùn)行中的一個(gè)更加重要的指標(biāo),這無疑對(duì)鐵路機(jī)車車輛的質(zhì)量提出了更高的要求。保證列車運(yùn)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(guān)鍵所在,因此,車輪的質(zhì)量好壞直接影響到車輛運(yùn)行的安全性。
如果在車輪上存在任何一個(gè)微小的超標(biāo)缺陷,車輪的整體運(yùn)行性能就會(huì)受到影響,甚至?xí)斐芍卮蟮氖鹿?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(duì)不允許存在的。
目前鐵路企業(yè)對(duì)車輪的表面缺陷檢測(cè),大部分采用磁軛法或支桿法對(duì)車輪進(jìn)行干法磁粉探傷。這種檢測(cè)方法不但粉塵較大,工作環(huán)境差,工作效率低,而且檢測(cè)靈敏度不高,不能完全保證缺陷不被漏檢。隨著無損檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展,檢測(cè)設(shè)備的不斷更新,對(duì)整體車輪的磁粉探傷我們改變了傳統(tǒng)的車輪不動(dòng),磁場(chǎng)變化的方法,采用了車輪旋轉(zhuǎn)磁化、旋轉(zhuǎn)噴液、退磁三者一次性完成的熒光濕法檢測(cè)方法。這種整體車輪的檢測(cè)方法不但提高了檢測(cè)靈敏度,而且也省去了單獨(dú)給車輪退磁這道工序,提高了生產(chǎn)效率。
2檢測(cè)原理與操作方法
2.1線圈中磁場(chǎng)的理論計(jì)算
整個(gè)線圈的形狀如圖1,它是由130匝扁平銅導(dǎo)線繞制而成,線圈匝間是絕緣的,而且整體浸泡環(huán)氧樹脂,以保證線圈對(duì)地絕緣和增加線圈強(qiáng)度。它的理論計(jì)算如下:H= [KπNI(cosX- cosY)]/M(1)
式中H―線圈中心面上一點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度
X、Y―線圈中心面上任一點(diǎn)到線圈兩斷面的夾角
I―電流(安培)
N―線圈匝數(shù)
M―線圈長度(米)
K―比例常數(shù)
μ是空氣中的磁導(dǎo)率,該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為:B=μγ×H如果在線圈中充滿鐵磁性物質(zhì),那么該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度要比沒有充滿鐵磁性物質(zhì)大102～106倍以上,因?yàn)殍F磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率μγ是空氣磁導(dǎo)率μ的102～106倍以上。因此當(dāng)把旋轉(zhuǎn)的車輪放在靜止通電的線圈中,對(duì)車輪進(jìn)行磁化,這相當(dāng)于車輪不
動(dòng),給車輪施加了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)車輪進(jìn)行磁粉探傷,發(fā)現(xiàn)車輪表面及近表面的缺陷。
2.2操作方法
當(dāng)在磁探工位有車輪時(shí),操作人員操作線圈下降套住車輪直徑2/5時(shí)停止,然后通電、噴磁懸液,直到整個(gè)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(jìn)行檢查。
3分析
影響發(fā)現(xiàn)車輪表面及近表面缺陷的因素有兩方面:(1)磁化系統(tǒng)及磁懸液的因素;(2)缺陷本身的因素。
3.1磁化系統(tǒng)對(duì)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(shù)N,線圈的長度L以及(cosX-cosY)的大小。
線圈電流I增大,匝數(shù)N增多,線圈長度L減小,那么磁場(chǎng)強(qiáng)度H將增大,磁感應(yīng)強(qiáng)度也增大。因?yàn)榫€圈長度L不大,所以(cosX-cosY)對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度H的均勻度影響不大。
根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)踐表明,線圈匝數(shù)在130匝,負(fù)載勵(lì)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(yàn)車輪任一部位,試片均顯示清晰。磁懸液的配制應(yīng)根據(jù)磁粉廠家的推薦為主,一般情況下,用梨形瓶測(cè)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(duì)漏磁場(chǎng)的影響
在鐵磁物質(zhì)內(nèi),缺陷的磁導(dǎo)率和鐵磁物質(zhì)本身的磁導(dǎo)率不同,導(dǎo)致磁感應(yīng)線在缺陷附近離開或進(jìn)入試件表面形成一種稱為漏磁場(chǎng)的磁場(chǎng)。在缺陷處形成的漏磁場(chǎng)吸附磁粉并形成磁痕,使操作者很直觀地發(fā)現(xiàn)該缺陷。因此,缺陷的檢出率和形成缺陷的漏磁場(chǎng)有直接的關(guān)系,也就是說缺陷的漏磁場(chǎng)直接影響缺陷的檢出率,同樣,缺陷的形狀大小等都對(duì)缺陷的漏磁場(chǎng)有影響。
(1)鐵磁材料被磁化狀態(tài)對(duì)漏磁場(chǎng)的影響
磁感應(yīng)強(qiáng)度B=μr×H,即鐵磁材料的磁導(dǎo)率μr和外加的磁場(chǎng)強(qiáng)度H之積直接影響磁感應(yīng)強(qiáng)度B;根據(jù)以前的檢測(cè)結(jié)果,缺陷的漏磁感應(yīng)強(qiáng)度的法向分量值隨磁化場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加,但當(dāng)磁化場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定的數(shù)值后,缺陷的漏磁感應(yīng)強(qiáng)度的法向分量值的增加趨于平緩。再根據(jù)電磁學(xué)的磁荷觀點(diǎn)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(cè)壁上形成正負(fù)磁荷,當(dāng)磁化場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值后,即使再增加磁化場(chǎng)強(qiáng)度,在試件的兩端面和缺陷(主要是裂紋)兩邊側(cè)壁上的磁荷量也將增加的非常緩慢,此時(shí),鐵磁材料已進(jìn)入磁飽和狀態(tài)。因此,鐵磁材料進(jìn)入磁飽和狀態(tài)后,外界磁化場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)漏磁場(chǎng)的增加影響不大。因此,無限增大線圈的勵(lì)磁電流,對(duì)于缺陷漏磁場(chǎng)的增大沒有顯著影響,無須無限增大電流。因?yàn)?30匝線圈的電阻是一個(gè)定值,電壓與電流成正比關(guān)系,因而也無須無限增大電壓。根據(jù)實(shí)際情況,電壓為380 V完全可以滿足要求。
(2)缺陷大小對(duì)漏磁場(chǎng)的影響
缺陷的大小指缺陷的長度、深度和寬度。一般對(duì)缺陷的漏磁場(chǎng)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(chǎn)生的漏磁場(chǎng)也不同,在一定范圍內(nèi),漏磁場(chǎng)的增加與缺陷深度的增加幾乎成線性關(guān)系。當(dāng)深度增加到一定值后,漏磁場(chǎng)的增加變的緩慢。當(dāng)缺陷的寬度很小時(shí),漏磁場(chǎng)隨著寬度的增加而增加,當(dāng)缺陷寬度很大時(shí),漏磁場(chǎng)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(chǎng)越大,缺陷越容易被發(fā)現(xiàn);反之缺陷的深寬比越小,漏磁場(chǎng)越小,缺陷越不容易被發(fā)現(xiàn)。
(3)缺陷方向?qū)β┐艌?chǎng)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(chǎng)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(chǎng)方向時(shí),所形成的漏磁場(chǎng)最大,有利于缺陷的檢出;若與磁場(chǎng)方向平行則幾乎不產(chǎn)生漏磁場(chǎng)。
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(gè)圓心離工件表面越遠(yuǎn),在工件表面形成的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度也越小。同樣的缺陷位于工件表面時(shí),直到變?yōu)槠叫?漏磁場(chǎng)也由最大下降至零。因車輪在加磁線圈中是旋轉(zhuǎn)的,這相當(dāng)于給靜止車輪施加了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),因此,車輪上任一處的任一方向的裂紋均可以被發(fā)現(xiàn)。
(4)缺陷埋藏深度對(duì)漏磁場(chǎng)的影響
在工件的表層內(nèi)存在缺陷時(shí),則在工件表面上有漏磁場(chǎng)。漏磁場(chǎng)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(chǎng)最大,位于工件內(nèi)部,隨埋藏深度的增加,漏磁場(chǎng)逐漸減少,當(dāng)埋藏深度足夠大時(shí),漏磁場(chǎng)將趨近于零。
(5)工件表面清潔度對(duì)漏磁場(chǎng)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(huì)影響漏磁場(chǎng),導(dǎo)致漏磁場(chǎng)的下降;同時(shí)也影響缺陷磁痕的顯示。因此,車輪在磁探時(shí),其表面必須保持干凈、無污。
(6)工件材料及狀態(tài)對(duì)漏磁場(chǎng)的影響
工件材質(zhì)的晶粒越大,磁導(dǎo)率越大,矯頑力越
小,漏磁場(chǎng)就越小;相反,工件材質(zhì)的晶粒越小,磁導(dǎo)率越小,矯頑力越大,漏磁場(chǎng)就越大。對(duì)碳鋼而言,隨著含碳量的增加,矯頑力也增加,但磁導(dǎo)率隨著含碳量的增加反而下降,漏磁場(chǎng)增大。鋼材的熱處理對(duì)漏磁場(chǎng)的影響較大。正火和退火狀態(tài)的鋼材,其磁性差別不大,漏磁場(chǎng)也差別不大;而退火和淬火狀態(tài)的磁性差別較大,淬火可提高鋼材的矯頑力和剩磁,漏磁場(chǎng)增大;淬火后隨著回火溫度的升高,矯頑力降低,漏磁場(chǎng)也降低。
4總結(jié)
1、采用交流加磁,在完全滿足技術(shù)條件的前提下,不但節(jié)省了整流設(shè)備,而且操作簡單,容易實(shí)現(xiàn),并且使被磁化的車輪容易退磁。
2、在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中,對(duì)鐵路整體車輪進(jìn)行磁粉探傷,這種探傷方法,設(shè)備不但結(jié)構(gòu)簡單,方便操作,而且節(jié)省了專門退磁這道工序,提高了工作效率,具有較好的發(fā)展前景。
3、發(fā)現(xiàn)裂紋的能力不但與設(shè)備性能有關(guān),而且與裂紋的性質(zhì)、狀態(tài)等也有關(guān)。
4、操作工藝簡單,易于實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化。
摘自：中國計(jì)量測(cè)控網(wǎng)
