孫明偉

（鐵道部駐哈爾濱車輛驗(yàn)收室，哈爾濱150056）

1 問題的提出

在對(duì)貨車軸承外圈磁粉探傷用實(shí)物試塊進(jìn)行磁化檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噴淋磁懸液的同時(shí)進(jìn)行磁化時(shí)，軸承外圈磁粉探傷用實(shí)物試塊縱向第二個(gè)人工孔磁痕顯示清晰。但是當(dāng)停止噴淋磁懸液后，繼續(xù)磁化2～3次時(shí)，縱向第二個(gè)人工孔磁痕顯示有分散的現(xiàn)象。

2 現(xiàn)象分析

針對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行分析，按照工藝要求，停止噴淋磁懸液后，要繼續(xù)磁化2～3次，然后觀察磁痕顯示情況，如果在實(shí)際探傷中，工件確實(shí)存在縱向裂紋，而磁痕分散后有可能造成已經(jīng)形成的磁痕顯示變得不清晰，甚至消失，使得存在的缺陷無法被發(fā)現(xiàn)，造成漏探，將嚴(yán)重危及產(chǎn)品質(zhì)量和鐵路運(yùn)輸安全。

3 理論分析

（1）軸承外圈磁粉探傷設(shè)備屬于復(fù)合磁化設(shè)備，其縱向磁化采用感應(yīng)電流法，而周向磁化采用中心導(dǎo)體法，在不同相位上，電流的相位差不同，從而在工件表面形成橢圓形磁場(chǎng)，相位差越大，周向電流和縱向電流不匹配差異越大。

（2）中心導(dǎo)體法磁化時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布如圖1，在鋼管上由于 μr≥1，所以能感應(yīng)產(chǎn)生較大的磁感應(yīng)強(qiáng)度。因?yàn)镠=I/（2πr），B=μH,鋼管內(nèi)半徑比外半徑r小，因而鋼管內(nèi)壁磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度都大，探傷靈敏度高，外壁表面磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度都相對(duì)較小，探傷靈敏度相對(duì)較低。

（3）漏磁場(chǎng)的變化，表面與近表面磁痕顯示的差異。

如圖2，由于漏磁場(chǎng)是看不見的，所以還應(yīng)具有顯示漏磁場(chǎng)的手段，磁粉檢測(cè)是利用漏磁場(chǎng)吸附磁粉形成的磁痕顯示進(jìn)行探傷的。當(dāng)鐵磁性工件被磁化后，在不連續(xù)性處或磁路截面變化時(shí)，磁力線離開工件形成的N極和進(jìn)入工件形成的S極，磁化和吸附施加在工件表面的磁粉，被磁化的磁粉象小磁針一樣，也具有了磁極，加速移到不連續(xù)處，并沿著漏磁場(chǎng)一層層排列起來（類似于用磁粉搭橋），漏磁場(chǎng)對(duì)磁粉磁力作用的方向指向不連續(xù)性處，形成了磁痕顯示。

圖1 中心導(dǎo)體法磁化環(huán)形件的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度分布

圖2 不連續(xù)性處漏磁場(chǎng)分布

如圖3，漏磁場(chǎng)形成磁痕的寬度要比缺陷的實(shí)際寬度大數(shù)倍至數(shù)十倍，所以磁痕對(duì)缺陷寬度具有放大作用，能將目視不可見的缺陷變成目視可見的磁痕使之容易觀察出來。

圖3 磁粉受漏磁場(chǎng)吸引形成的磁痕顯示

（4）感應(yīng)電流法的趨膚效應(yīng)

交變電流通過導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體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)。

由于感應(yīng)電流法，電流直接流經(jīng)工件，產(chǎn)生趨膚效應(yīng)，因而為了使表面復(fù)合磁場(chǎng)匹配，與近表面缺陷的漏磁場(chǎng)復(fù)合時(shí)與表面復(fù)合時(shí)存在差異性。

（5）磁場(chǎng)的形態(tài)與流動(dòng)性

如圖4，在油懸液中，當(dāng)缺陷處于正上方時(shí)，由于油的粘度原因，不能完全沉積穩(wěn)定，在無后續(xù)磁粉補(bǔ)充時(shí)，由于磁粉（磁粉團(tuán)）受不同磁場(chǎng)的影響會(huì)發(fā)生扭動(dòng)，漏磁場(chǎng)寬度較大，在較大范圍內(nèi)分散，又無補(bǔ)充，表面油膜因而形成分散。

（6）當(dāng)周向電流較大時(shí)，為了使復(fù)合磁場(chǎng)匹配，各方向缺陷能均勻顯示，縱向電流需相應(yīng)提高，因而在表面上的缺陷顯示好，距表面越近匹配性越好（以A1-15/50型試片為例）。

圖4 磁粉團(tuán)分布

（7）盡管存在以上現(xiàn)象，但在工件內(nèi)、外表面的實(shí)際復(fù)合磁場(chǎng)匹配性較好，如A1-15/50型試片，因而不會(huì)影響到真正裂紋的缺陷顯示。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

（1）采用單項(xiàng)磁化（僅進(jìn)行周向磁化）時(shí)，此現(xiàn)象不存在，磁痕顯示一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明這種現(xiàn)象的原因與磁場(chǎng)的復(fù)合狀態(tài)有關(guān)，即周向電流和縱向電流的匹配效果有關(guān)。

（2）將貨車軸承外圈磁粉探傷用實(shí)物試塊的縱向人工孔擺放于下部進(jìn)行噴淋磁化時(shí)，磁痕顯示相對(duì)穩(wěn)定，說明磁懸液補(bǔ)充量與顯示效果有關(guān)。

（3）改變電流值，當(dāng)周向電流越大時(shí)，磁痕分散現(xiàn)象越明顯。

（4）在對(duì)貨車軸承外圈磁粉探傷用實(shí)物試塊進(jìn)行磁化檢驗(yàn)時(shí)，A1-15/50型試片上人工缺陷的顯示情況穩(wěn)定。

（5）對(duì)發(fā)現(xiàn)的牙口位置自然裂紋，在各位置、各條件下試驗(yàn)，效果顯示一致。

（6）以上試驗(yàn)情況在兩種廠家生產(chǎn)的設(shè)備上進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)論相同。

（7）以水懸液和油懸液進(jìn)行試驗(yàn)比對(duì)，在條件相同時(shí)，水懸液磁痕顯示相對(duì)穩(wěn)定。

（8）在《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則》規(guī)定的磁懸液濃度范圍內(nèi)，在其它條件相同時(shí)，以1.4mL/100mL、2.0mL/100mL、2.6mL/100mL三種磁懸液濃度進(jìn)行試驗(yàn)，分散現(xiàn)象無明顯差異。

5 解決措施

通過理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，最終確定軸承外圈實(shí)物試塊人工缺陷磁痕顯示分散的影響因素主要是磁場(chǎng)的復(fù)合狀態(tài)，即周向電流和縱向電流的匹配效果。

為了消除這種磁痕顯示分散現(xiàn)象，保證試塊上縱向人工缺陷的清晰顯示，通過對(duì)材質(zhì)為G20CrNi2MoA的貨車軸承磁化電流進(jìn)行計(jì)算，其理論值為3000～3500A，匹配值為2000～2500A，于是將軸承外圈磁化規(guī)范進(jìn)行調(diào)整：周向磁化電流由原規(guī)定的4000～4600A調(diào)整為3000～3500A，縱向磁化電流由原規(guī)定的3000～4000A調(diào)整為2000～2500A。調(diào)整后電流值的范圍滿足探傷工藝的要求，也符合鐵標(biāo)及相關(guān)技術(shù)文件的規(guī)定，最大限度地保證了探傷質(zhì)量，同時(shí)使得貨車軸承外圈磁粉探傷實(shí)物試塊上的縱向人工缺陷磁痕分散現(xiàn)象得到明顯改善。

6 效果驗(yàn)證

通過調(diào)整軸承外圈的磁化規(guī)范，在調(diào)整后的磁化規(guī)范條件下，對(duì)貨車軸承外圈磁粉探傷用實(shí)物試塊進(jìn)行磁化檢驗(yàn)時(shí)，當(dāng)停止噴淋磁懸液后，繼續(xù)磁化2～3次時(shí)，縱向第二個(gè)人工孔磁痕顯示沒有明顯的分散現(xiàn)象。同時(shí)，將具有自然裂紋的工件在調(diào)整后的電流下磁化，缺陷雖然顯示略弱，但仍具有足夠的探傷靈敏度。調(diào)整軸承外圈磁化規(guī)范后，現(xiàn)場(chǎng)探傷過程中共計(jì)發(fā)現(xiàn)3套軸承外圈存在裂紋，效果良好。