鐵道車輛車輪輻板孔的磁記憶檢測研究

1、鐵道車輛車輪輻板孔的磁記憶檢測研究萬升云（中國南車集團(tuán)武漢江岸車輛廠，武漢，430012）摘要 金屬磁記憶檢測技術(shù)能檢測出鐵磁構(gòu)件的應(yīng)力集中區(qū)，可以對鐵磁構(gòu)件的損傷進(jìn)行早期診斷。研究了磁記憶檢測技術(shù)在鐵道機(jī)車承力部件上的應(yīng)用，在對鐵道機(jī)車車輛的輻板孔進(jìn)行了磁記憶檢測后，用磁粉檢測進(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，而且能對鐵道車輛車輪輻板孔產(chǎn)生破壞的可能性進(jìn)行預(yù)測。關(guān)鍵詞 金屬磁記憶； 無損檢測； 鐵道車輛； 磁粉檢測； 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)表面自有漏磁場的分布情況。1997年在美國舊金山舉行的第50屆國際焊接學(xué)術(shù)會議上報導(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)確檢測出已有的缺陷外，還能對應(yīng)力集中區(qū)進(jìn)行有效的檢測，所以可以對腐蝕、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方法對車輪輻板孔進(jìn)行了檢測，隨后用磁粉檢測進(jìn)行復(fù)檢，并比較了兩種方法在車輪輻板孔檢測中的對應(yīng)關(guān)系。2、 試驗車輪材料為45鋼。根據(jù)以往磁粉檢測（MT）的經(jīng)驗，車輪最先出現(xiàn)裂紋等缺陷的地方一般在輻板孔孔附近，本文主要對內(nèi)側(cè)輻板孔孔附近區(qū)域進(jìn)行檢測。21、磁記憶檢測本試驗采用自制磁記憶檢測裝置，手動操作。主要技術(shù)參數(shù)為：測量范圍±200A/m；測量通道數(shù)1個；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)，可以用磁場梯度值Kx或Kz來評定該區(qū)域的缺陷或應(yīng)力狀況。Kx在數(shù)值上等于被評價

6、區(qū)域長度上磁場強(qiáng)度極大值Hymax和極小值Hymin的絕對值之和除以該長度1x（見式1）；Kz在數(shù)值上等于2次測量結(jié)果之間的讀數(shù)最大差值Hymax和2次測量結(jié)果之間的距離1z之比（見式2）。一般來講，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。本試驗采用的檢測儀可以自動記錄檢測區(qū)域的漏磁場強(qiáng)度Hy（A/m）以及磁場梯度值Kz（報警閾值設(shè)定為50，即Kz50就報警）。首先，對輻板孔進(jìn)行磁記憶檢測。探頭垂直于輪面，其掃查的方向為：圍繞輻板孔作周向移動，同時作徑向來回小范圍移動，走“S”型路線，慢慢通過輻板孔及其周邊區(qū)域。在外磁場（如地磁場）的作用下，在缺陷位置和內(nèi)應(yīng)力相對集中

7、的地方，表面都會產(chǎn)生一定程度的漏磁場4。對工件表面漏磁場進(jìn)行掃描檢測，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，還需要其他方法來驗證。2.2、磁粉檢測磁粉檢測是基于缺陷產(chǎn)生的漏磁場與外加磁粉的磁相互作用。本試驗采用熒光磁粉法。檢測前，用砂輪對孔周圍部位進(jìn)行打磨，清除被檢測表面的鐵銹和油漆；然后上架磁化；磁化的同時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。磁粉檢測時，缺陷處磁粉會產(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、 試驗結(jié)果與分析3.1、磁記憶和磁粉檢測結(jié)果一致兩種方法檢測結(jié)果一致，有兩種情況：磁記憶檢測有缺陷，磁粉檢測也有缺陷；磁記憶檢測沒有發(fā)

8、現(xiàn)檢測，磁粉檢測也沒有發(fā)現(xiàn)缺陷。(1) 均未發(fā)現(xiàn)缺陷如圖2所示，對編號為183-12150的輪對左側(cè)車輪輻板孔進(jìn)行磁記憶檢測，沒有檢測出缺陷（Kz50），隨后的磁粉檢測也沒有發(fā)現(xiàn)缺陷。這說明，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043-03217號輪對右側(cè)車輪輻板孔進(jìn)行磁記憶檢測，在孔一側(cè)表現(xiàn)為強(qiáng)烈的磁記憶信號波動，反復(fù)過零點（如圖3a），有6次Kz50，1次Kz100（如圖3b）。后經(jīng)磁粉檢測后，在該處發(fā)現(xiàn)（如圖3c）所示裂紋，該裂紋長達(dá)100mm，驗證了磁記憶檢測的結(jié)果。同樣，在另一組檢測中發(fā)現(xiàn)輻板孔兩側(cè)都有強(qiáng)烈的磁記憶信號過零，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)域磁記憶信號明顯異常，反復(fù)過零4次（如圖4），有20多次Kz50（如圖4），但磁粉檢測并沒有發(fā)現(xiàn)表面缺陷。根據(jù)磁記憶檢測和磁粉檢測的機(jī)理，磁記憶方法檢測的是構(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檢出測量材料和構(gòu)件表面的缺陷或近表面下的隱匿缺陷，所以對埋藏較深的缺陷和即將產(chǎn)生缺陷的應(yīng)力集中區(qū)無能為力。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、的將來導(dǎo)致宏觀缺陷。故應(yīng)對此類車輪輻板孔進(jìn)行備檔，并定期復(fù)檢。(2) 磁記憶信號無過零，但磁紡檢測卻有裂紋（如圖5所示）。此種現(xiàn)象在整個試驗中僅出現(xiàn)一例，可能裂紋裂開后應(yīng)力釋放的緣故，也可能是測量時缺陷與地磁場相對方位導(dǎo)致表面漏磁場的弱化，需要做進(jìn)一步深入的研究。3.3、兩種方法檢測結(jié)果統(tǒng)計本次試驗均采用了磁記憶和磁粉兩種方法，總共檢測了62個車輪。如果把都沒有發(fā)現(xiàn)缺陷也歸結(jié)為結(jié)果一致，可以把磁記憶檢測和磁粉檢測結(jié)果統(tǒng)計如下表1所示。對比結(jié)果可見，磁記憶檢測結(jié)果和磁粉檢測結(jié)果有較好的一致性，磁記憶檢測的精度高于磁粉檢測。4、 結(jié)束語金屬磁記憶檢測技術(shù)是一種新型的無損檢測技術(shù)，它的優(yōu)點在于高效、

11、高精度、低成本及獨有的可預(yù)見性。磁記憶檢測技術(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，磁記憶檢測的最大優(yōu)勢正在于此，為保證鐵路行車安全，對鐵道車輛車輪輻板孔進(jìn)行無損檢測時，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，并記錄磁記憶信號過零的輪心號；(2) 對磁記憶信號有過零的輪心進(jìn)行磁粉復(fù)檢。對發(fā)現(xiàn)裂紋的車輪進(jìn)行報廢或打磨處理；對沒有發(fā)現(xiàn)裂紋但有磁記憶信號過零的車輪備檔，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)的一種無損檢測新技術(shù)J。無損檢測，2000，22(7)：2972992Dubov, A.A. Sudy of metal properties