軸承外圈實物試塊人工缺陷磁痕顯示分散的分析

孫明偉

（鐵道部駐哈爾濱車輛驗收室，哈爾濱150056）

1 問題的提出

在對貨車軸承外圈磁粉探傷用實物試塊進(jìn)行磁化檢驗時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噴淋磁懸液的同時進(jìn)行磁化時，軸承外圈磁粉探傷用實物試塊縱向第二個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，縱向第二個人工孔磁痕顯示有分散的現(xiàn)象。

2 現(xiàn)象分析

針對此現(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，如果在實際探傷中，工件確實存在縱向裂紋，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，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)體法磁化時磁感應(yīng)強度和磁場強度的分布如圖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)強度。因為H=I/（2πr），B=μH,鋼管內(nèi)半徑比外半徑r小，因而鋼管內(nèi)壁磁場強度和磁感應(yīng)強度都大，探傷靈敏度高，外壁表面磁場強度和磁感應(yīng)強度都相對較小，探傷靈敏度相對較低。

（3）漏磁場的變化，表面與近表面磁痕顯示的差異。

如圖2，由于漏磁場是看不見的，所以還應(yīng)具有顯示漏磁場的手段，磁粉檢測是利用漏磁場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，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，并沿著漏磁場一層層排列起來（類似于用磁粉搭橋），漏磁場對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)形件的磁場強度和磁感應(yīng)強度分布

圖2 不連續(xù)性處漏磁場分布

如圖3，漏磁場形成磁痕的寬度要比缺陷的實際寬度大數(shù)倍至數(shù)十倍，所以磁痕對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，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)合磁場匹配，與近表面缺陷的漏磁場復(fù)合時與表面復(fù)合時存在差異性。

（5）磁場的形態(tài)與流動性

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

（6）當(dāng)周向電流較大時，為了使復(fù)合磁場匹配，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 磁粉團分布

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

4 試驗驗證

（1）采用單項磁化（僅進(jìn)行周向磁化）時，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物試塊的縱向人工孔擺放于下部進(jìn)行噴淋磁化時，磁痕顯示相對穩(wěn)定，說明磁懸液補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，磁痕分散現(xiàn)象越明顯。

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

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

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

（7）以水懸液和油懸液進(jìn)行試驗比對，在條件相同時，水懸液磁痕顯示相對穩(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，以1.4mL/100mL、2.0mL/100mL、2.6mL/100mL三種磁懸液濃度進(jìn)行試驗，分散現(xiàn)象無明顯差異。

5 解決措施

通過理論分析和試驗驗證，最終確定軸承外圈實物試塊人工缺陷磁痕顯示分散的影響因素主要是磁場的復(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，通過對材質(zhì)為G20CrNi2MoA的貨車軸承磁化電流進(jìn)行計算，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，同時使得貨車軸承外圈磁粉探傷實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，對貨車軸承外圈磁粉探傷用實物試塊進(jìn)行磁化檢驗時，當(dāng)停止噴淋磁懸液后，繼續(xù)磁化2～3次時，縱向第二個人工孔磁痕顯示沒有明顯的分散現(xiàn)象。同時，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)場探傷過程中共計發(fā)現(xiàn)3套軸承外圈存在裂紋，效果良好。