淺析機(jī)車彈簧磁粉探傷原理及操作方法

王純剛　李連孝　謝鵬斌　馬中云

摘要：本文主要分析電力機(jī)車彈簧裂損的原因及裂紋容易產(chǎn)生位置，介紹磁粉探傷基本原理，提出了磁粉濕法探傷方法，并介紹缺陷判斷方法、特點(diǎn)以及探傷檢測(cè)時(shí)注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：彈簧探傷；磁化；裂紋

引言

機(jī)車安全是鐵路發(fā)展過(guò)程中一個(gè)永恒的主題，機(jī)車設(shè)計(jì)了一系彈簧懸掛裝置和二系彈簧懸掛裝置。若一系彈簧由于裂損發(fā)生斷裂，將引起機(jī)車大部件的裂損，走行部震動(dòng)導(dǎo)致緊固螺栓松動(dòng)，造成機(jī)械走行部部件脫落，引發(fā)機(jī)車運(yùn)用安全事故，嚴(yán)重威脅機(jī)車運(yùn)用安全。若二系彈簧斷裂，將引發(fā)機(jī)車車體傾斜，當(dāng)機(jī)車通過(guò)鐵路曲線時(shí)，造成列車顛覆事故。因此，在轉(zhuǎn)向架組裝前，必須對(duì)機(jī)車彈簧進(jìn)行探傷檢查，確保機(jī)車運(yùn)行安全。

1.彈簧斷裂的原因分析

彈簧表面裂紋、劃痕和凹陷等是造成彈簧斷裂、降低使用壽命的主要原因。機(jī)車一、二系彈簧斷裂主要分為脆性斷裂和疲勞斷裂兩種。脆性斷裂一般是由于原始材料存在的缺陷，在這些部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，并在應(yīng)力作用下缺陷逐漸擴(kuò)大，最后發(fā)生斷裂。疲勞斷裂是由于金屬材料在長(zhǎng)期交變載荷和高頻率震動(dòng)作用下產(chǎn)生的，因此疲勞斷裂應(yīng)力一般比脆性斷裂應(yīng)力小。

2.探傷方法的選擇

機(jī)車彈簧無(wú)損檢測(cè)常用方法有滲透法和磁粉探傷法兩種。滲透法的原理是利用毛細(xì)管作用為基礎(chǔ)，只能檢查表面開口性缺陷。在彈簧表面噴灑清洗劑后，再噴灑滲透劑等去除多余的滲透劑，再噴灑顯像劑，滲透劑能滲到彈簧表面的微小裂紋處，顯像劑能清楚顯示裂紋部位。磁粉探傷法的原理是鐵磁性材料或工件磁化后，由于工件表面和近表面的缺陷處磁力線發(fā)生局部畸變，逸出工件表面形成漏磁場(chǎng)并吸附施加在工件表面的磁粉，在合適的光照下形成目視可見的磁痕，從而顯示出缺陷的位置、形狀和大小。

由于滲透法只能檢測(cè)表面開口的缺陷，無(wú)法檢測(cè)彈簧近表面氣孔等缺陷，而且滲透檢測(cè)效率低，因此一般不適宜機(jī)車彈簧探傷。機(jī)車一、二系懸掛彈簧一般為鐵磁性材料，以HXD2型機(jī)車為例，一系懸掛彈簧材質(zhì)為51CrV4，二系懸掛彈簧材質(zhì)為52CrMoV4，它們都屬于鐵磁性材料，通過(guò)在彈簧周向和縱向產(chǎn)生復(fù)合磁場(chǎng)并對(duì)彈簧進(jìn)行磁化，檢測(cè)表面和近表面缺陷。

3.機(jī)車彈簧磁粉探傷原理

3.1縱向缺陷檢測(cè)

縱向缺陷檢測(cè)方法一般利用直接通電法，用噴灑裝置將磁懸液澆注在彈簧后，通過(guò)氣動(dòng)裝置將彈簧夾持在磁粉探傷機(jī)的兩極，通電磁化彈簧后產(chǎn)生磁場(chǎng)，彈簧表面有裂紋的地方磁力線被切斷，磁粉將在裂紋處堆積，熒光磁粉在紫光燈的照射下，顯示出缺陷的位置、形狀和大小。

3.2橫向缺陷檢測(cè)

橫向缺陷檢測(cè)采用中心導(dǎo)體法，通過(guò)氣動(dòng)裝置將導(dǎo)體穿入彈簧中心連接，電流從導(dǎo)體上通過(guò)形成周向磁場(chǎng)，檢測(cè)出與彈簧鋼條垂直方向的裂紋。

4.各向磁化電流參數(shù)選擇

4.1通電圓柱體表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度

由安培環(huán)路定律∮Hd1=∑I推導(dǎo)，若采用SI單位制，因圓周對(duì)稱，所以沿圓周積分得：H×2∏R=I

4.2通電圓柱導(dǎo)體外部r處的磁場(chǎng)強(qiáng)度

可由安培環(huán)路定理推導(dǎo)計(jì)算出： I=H×2∏r

若采用CGS單位制，1 Oe≈80A/m，半徑R和r用D代替，并將D的單位用mm表示，得出公式：

I=

4.3工件表面磁場(chǎng)強(qiáng)度要求

連續(xù)法探傷檢驗(yàn)時(shí)，一般要求工件表面磁場(chǎng)強(qiáng)度至少達(dá)到2400A/m（30 Oe） 得：

I= = =7.5D≈8D（鐵路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為10D）

可用此公式對(duì)不同車型不同參數(shù)的彈簧選擇合適的磁化電流。

例如HXD2電力機(jī)車一系彈簧縱向最小磁化電流I=8D=8×38.6=308.8 A，周向磁化時(shí)外圈表面磁場(chǎng)最弱，因此，周向最小磁化電流為I=8D=8×229.9=1936.8 A。

5.彈簧探傷操作步驟

5.1日常性能校驗(yàn)。

每次開工前都要進(jìn)行日常性能試驗(yàn)，保證探傷質(zhì)量。具體操作如下：

啟動(dòng)磁懸液泵（讓磁懸液充分?jǐn)嚢杈鶆颍_啟紫外燈→測(cè)量白光照度（將白光照度計(jì)探頭置于探測(cè)面進(jìn)行測(cè)量，暗室白光照度應(yīng)不大于20lx）→粘貼試片（將D型試片貼于磁場(chǎng)強(qiáng)度最弱的彈簧中央外表面）→測(cè)量紫外輻照度（待紫外線輻照度輸出穩(wěn)定后，將紫外輻照計(jì)探頭置于探測(cè)面進(jìn)行測(cè)量，距燈頭300mm處的紫外線輻照度不得低于1500μw/cm2）→取100ml磁懸液注入沉淀管→靈敏度測(cè)試（要求試片顯示清晰）、記錄磁化電流→測(cè)量剩磁（剩磁不得大于3Gs）→測(cè)量磁懸液濃度（油基磁懸液沉淀60min后，再觀察沉淀管底部的磁粉容積值，油基磁懸液的體積濃度應(yīng)控制在0.1mL-0.7mL/100mL范圍內(nèi)）。

5.2判傷

在探測(cè)過(guò)程中應(yīng)保證彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)檢查1周以上，確保所有探傷部位不漏檢，發(fā)現(xiàn)可疑磁痕進(jìn)行仔細(xì)辨別，可通過(guò)抹去磁痕重新復(fù)探進(jìn)行確認(rèn)，重新磁化彈簧前必須先退磁再磁化，當(dāng)缺陷磁痕再次顯示且其位置、尺寸和形狀與第一次顯示的磁痕相同時(shí)，即可判定為缺陷磁痕，在彈簧該部位做出相應(yīng)標(biāo)記，與合格彈簧隔離存放待處理。

6.結(jié)束語(yǔ)

鐵路安全關(guān)系國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民的利益，機(jī)車彈簧探傷是機(jī)車安全運(yùn)行前一道重要工序，提高無(wú)損檢測(cè)技術(shù)水平，才能確保機(jī)車生產(chǎn)順利進(jìn)行和安全運(yùn)行。

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