鐵道車輛車輪輻板孔的磁記憶檢測(cè)研究

1、鐵道車輛車輪輻板孔的磁記憶檢測(cè)研究萬(wàn)升云（中國(guó)南車集團(tuán)武漢江岸車輛廠，武漢，430012）摘要 金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)能檢測(cè)出鐵磁構(gòu)件的應(yīng)力集中區(qū)，可以對(duì)鐵磁構(gòu)件的損傷進(jìn)行早期診斷。研究了磁記憶檢測(cè)技術(shù)在鐵道機(jī)車承力部件上的應(yīng)用，在對(duì)鐵道機(jī)車車輛的輻板孔進(jìn)行了磁記憶檢測(cè)后，用磁粉檢測(cè)進(jìn)行了復(fù)檢。結(jié)果表明，磁記憶技術(shù)可以有效發(fā)現(xiàn)表面裂紋等缺陷，而且能對(duì)鐵道車輛車輪輻板孔產(chǎn)生破壞的可能性進(jìn)行預(yù)測(cè)。關(guān)鍵詞 金屬磁記憶； 無(wú)損檢測(cè)； 鐵道車輛； 磁粉檢測(cè)； 裂紋Metal Magnetic Memory Testing of the Wheels of Railbound VehiclesWan shen

2、gyun(Wuhan Jiangan Rolling Stock Works,CSR,Wuhan 430012,China)Abstract Metal Magnetic Memory Technology (MMMT)can find out the stress concentration zone and provide early diagnosis for ferromagnetic structure. The MMMT was applied to the components on railway vehicles. After that magnetic particle t

3、esting was also carried out.The results showed MMMT can find out the flaws such as crack on the surface of railway vehicles. It can predict the dangerous zone also.Keywords Metal magnetic memory; Non-destructive test; Railway vehicles; Magnetic testing; Crack1、 引言金屬磁記憶方法（MMMT）是一種漏磁檢測(cè)方法，其基本原理是記錄和分析制件

4、和設(shè)備中缺陷（裂紋、夾雜、氣孔等）或應(yīng)力集中區(qū)表面自有漏磁場(chǎng)的分布情況。1997年在美國(guó)舊金山舉行的第50屆國(guó)際焊接學(xué)術(shù)會(huì)議上報(bào)導(dǎo)后，該方法得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用1。利用高靈敏探頭，金屬磁記憶方法除了可以準(zhǔn)確檢測(cè)出已有的缺陷外，還能對(duì)應(yīng)力集中區(qū)進(jìn)行有效的檢測(cè)，所以可以對(duì)腐蝕、疲勞和蠕變等缺陷行為進(jìn)行早期的快速診斷2.4。相比較而言，其他傳統(tǒng)的方法（超聲波、磁粉、X-射線）大都用來(lái)尋找那些業(yè)已出現(xiàn)了的缺陷，不能預(yù)防設(shè)備的意外疲勞損傷，而這正是運(yùn)行中的設(shè)備損壞和產(chǎn)生事故的主要根源之一。車輪作為鐵道車輛的主要承力部件之一，屬于車輛運(yùn)行的關(guān)鍵部件（見圖1）。高速余興的車輛，一旦車輪崩裂，將導(dǎo)致鐵軌損

5、壞、車輛顛覆等重大事故。筆者用金屬磁記憶檢測(cè)方法對(duì)車輪輻板孔進(jìn)行了檢測(cè)，隨后用磁粉檢測(cè)進(jìn)行復(fù)檢，并比較了兩種方法在車輪輻板孔檢測(cè)中的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2、 試驗(yàn)車輪材料為45鋼。根據(jù)以往磁粉檢測(cè)（MT）的經(jīng)驗(yàn)，車輪最先出現(xiàn)裂紋等缺陷的地方一般在輻板孔孔附近，本文主要對(duì)內(nèi)側(cè)輻板孔孔附近區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)。21、磁記憶檢測(cè)本試驗(yàn)采用自制磁記憶檢測(cè)裝置，手動(dòng)操作。主要技術(shù)參數(shù)為：測(cè)量范圍±200A/m；測(cè)量通道數(shù)1個(gè)；最高分辨率1A/m。在缺陷區(qū)域或應(yīng)力集中程度較大的區(qū)域漏磁場(chǎng)強(qiáng)度法向分量幅值Hy變化較劇烈3.4。以此為依據(jù)，可以用磁場(chǎng)梯度值Kx或Kz來(lái)評(píng)定該區(qū)域的缺陷或應(yīng)力狀況。Kx在數(shù)值上等于被評(píng)價(jià)

6、區(qū)域長(zhǎng)度上磁場(chǎng)強(qiáng)度極大值Hymax和極小值Hymin的絕對(duì)值之和除以該長(zhǎng)度1x（見式1）；Kz在數(shù)值上等于2次測(cè)量結(jié)果之間的讀數(shù)最大差值Hymax和2次測(cè)量結(jié)果之間的距離1z之比（見式2）。一般來(lái)講，在其它條件相同的情況下，梯度值K越大的區(qū)域存在的缺陷或應(yīng)力就越大。本試驗(yàn)采用的檢測(cè)儀可以自動(dòng)記錄檢測(cè)區(qū)域的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度Hy（A/m）以及磁場(chǎng)梯度值Kz（報(bào)警閾值設(shè)定為50，即Kz50就報(bào)警）。首先，對(duì)輻板孔進(jìn)行磁記憶檢測(cè)。探頭垂直于輪面，其掃查的方向?yàn)椋簢@輻板孔作周向移動(dòng)，同時(shí)作徑向來(lái)回小范圍移動(dòng)，走“S”型路線，慢慢通過(guò)輻板孔及其周邊區(qū)域。在外磁場(chǎng)（如地磁場(chǎng)）的作用下，在缺陷位置和內(nèi)應(yīng)力相對(duì)集中

7、的地方，表面都會(huì)產(chǎn)生一定程度的漏磁場(chǎng)4。對(duì)工件表面漏磁場(chǎng)進(jìn)行掃描檢測(cè)，便可找出缺陷或應(yīng)力集中區(qū)域，而到底是缺陷還是應(yīng)力集中，還需要其他方法來(lái)驗(yàn)證。2.2、磁粉檢測(cè)磁粉檢測(cè)是基于缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)與外加磁粉的磁相互作用。本試驗(yàn)采用熒光磁粉法。檢測(cè)前，用砂輪對(duì)孔周圍部位進(jìn)行打磨，清除被檢測(cè)表面的鐵銹和油漆；然后上架磁化；磁化的同時(shí)施加熒光磁粉懸浮液；然后觀察；觀察完畢后再進(jìn)行退磁處理。磁粉檢測(cè)時(shí)，缺陷處磁粉會(huì)產(chǎn)生聚集而形成磁痕，可根據(jù)磁痕大小和走向?qū)θ毕葸M(jìn)行判斷。3、 試驗(yàn)結(jié)果與分析3.1、磁記憶和磁粉檢測(cè)結(jié)果一致兩種方法檢測(cè)結(jié)果一致，有兩種情況：磁記憶檢測(cè)有缺陷，磁粉檢測(cè)也有缺陷；磁記憶檢測(cè)沒有發(fā)

8、現(xiàn)檢測(cè)，磁粉檢測(cè)也沒有發(fā)現(xiàn)缺陷。(1) 均未發(fā)現(xiàn)缺陷如圖2所示，對(duì)編號(hào)為183-12150的輪對(duì)左側(cè)車輪輻板孔進(jìn)行磁記憶檢測(cè)，沒有檢測(cè)出缺陷（Kz50），隨后的磁粉檢測(cè)也沒有發(fā)現(xiàn)缺陷。這說(shuō)明，該輻板孔附近表層沒有出現(xiàn)缺陷，內(nèi)部應(yīng)力集中現(xiàn)象也不甚明顯，可以繼續(xù)使用。(2) 均發(fā)現(xiàn)缺陷對(duì)043-03217號(hào)輪對(duì)右側(cè)車輪輻板孔進(jìn)行磁記憶檢測(cè)，在孔一側(cè)表現(xiàn)為強(qiáng)烈的磁記憶信號(hào)波動(dòng)，反復(fù)過(guò)零點(diǎn)（如圖3a），有6次Kz50，1次Kz100（如圖3b）。后經(jīng)磁粉檢測(cè)后，在該處發(fā)現(xiàn)（如圖3c）所示裂紋，該裂紋長(zhǎng)達(dá)100mm，驗(yàn)證了磁記憶檢測(cè)的結(jié)果。同樣，在另一組檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)輻板孔兩側(cè)都有強(qiáng)烈的磁記憶信號(hào)過(guò)零，表明

9、孔兩側(cè)均為應(yīng)力集中區(qū)域，有可能存在裂紋、夾雜、氣孔等缺陷。隨后磁粉探傷發(fā)現(xiàn)輻板孔兩邊都有裂紋，如圖3所示。3.2、磁記憶和磁粉檢測(cè)結(jié)果不一致(1) 如圖4所示，輻板孔附近區(qū)域磁記憶信號(hào)明顯異常，反復(fù)過(guò)零4次（如圖4），有20多次Kz50（如圖4），但磁粉檢測(cè)并沒有發(fā)現(xiàn)表面缺陷。根據(jù)磁記憶檢測(cè)和磁粉檢測(cè)的機(jī)理，磁記憶方法檢測(cè)的是構(gòu)件組織中業(yè)已出現(xiàn)的缺陷和由于蠕變和疲勞而產(chǎn)生的應(yīng)力集中區(qū)，磁粉方法則主要用來(lái)檢出測(cè)量材料和構(gòu)件表面的缺陷或近表面下的隱匿缺陷，所以對(duì)埋藏較深的缺陷和即將產(chǎn)生缺陷的應(yīng)力集中區(qū)無(wú)能為力。故類似圖4中的的輻板孔附近可以認(rèn)為內(nèi)部有缺陷或者已經(jīng)存在很大的應(yīng)力，而這些應(yīng)力容易在不久

10、的將來(lái)導(dǎo)致宏觀缺陷。故應(yīng)對(duì)此類車輪輻板孔進(jìn)行備檔，并定期復(fù)檢。(2) 磁記憶信號(hào)無(wú)過(guò)零，但磁紡檢測(cè)卻有裂紋（如圖5所示）。此種現(xiàn)象在整個(gè)試驗(yàn)中僅出現(xiàn)一例，可能裂紋裂開后應(yīng)力釋放的緣故，也可能是測(cè)量時(shí)缺陷與地磁場(chǎng)相對(duì)方位導(dǎo)致表面漏磁場(chǎng)的弱化，需要做進(jìn)一步深入的研究。3.3、兩種方法檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)本次試驗(yàn)均采用了磁記憶和磁粉兩種方法，總共檢測(cè)了62個(gè)車輪。如果把都沒有發(fā)現(xiàn)缺陷也歸結(jié)為結(jié)果一致，可以把磁記憶檢測(cè)和磁粉檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下表1所示。對(duì)比結(jié)果可見，磁記憶檢測(cè)結(jié)果和磁粉檢測(cè)結(jié)果有較好的一致性，磁記憶檢測(cè)的精度高于磁粉檢測(cè)。4、 結(jié)束語(yǔ)金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)是一種新型的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，它的優(yōu)點(diǎn)在于高效、

11、高精度、低成本及獨(dú)有的可預(yù)見性。磁記憶檢測(cè)技術(shù)在鐵道車輛承力部件上的應(yīng)用前景廣闊。它不僅能夠檢測(cè)出車輪輻板孔已經(jīng)出現(xiàn)的缺陷，還能找出輻板孔上瀕臨損傷的區(qū)域，磁記憶檢測(cè)的最大優(yōu)勢(shì)正在于此，為保證鐵路行車安全，對(duì)鐵道車輛車輪輻板孔進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)時(shí)，可分如下步驟進(jìn)行：(1) 用金屬磁記憶技術(shù)進(jìn)行快速掃查，并記錄磁記憶信號(hào)過(guò)零的輪心號(hào)；(2) 對(duì)磁記憶信號(hào)有過(guò)零的輪心進(jìn)行磁粉復(fù)檢。對(duì)發(fā)現(xiàn)裂紋的車輪進(jìn)行報(bào)廢或打磨處理；對(duì)沒有發(fā)現(xiàn)裂紋但有磁記憶信號(hào)過(guò)零的車輪備檔，并定期用磁粉進(jìn)行復(fù)檢。參考文獻(xiàn)1林俊明，林春景，林發(fā)炳等?；诖庞洃浶?yīng)的一種無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)J。無(wú)損檢測(cè)，2000，22(7)：2972992Dubov, A.A. Sudy of metal properties