鏈輪磁粉檢測可靠性的探討

閆大方

（東風(fēng)日產(chǎn)乘用車技術(shù)中心，廣州 510800）

鏈輪是發(fā)動機配氣機構(gòu)的重要組成部分，扮演了一個“橋梁”的作用，將曲軸的動力通過鏈條傳遞給氣門傳動組。鏈輪由于本身結(jié)構(gòu)特點，要求變形小，尺寸公差小，在壓制成型、燒結(jié)和熱處理過程中易產(chǎn)生變形開裂，尤其是齒部在熱處理后更易產(chǎn)生肉眼無法直接發(fā)覺的細(xì)微裂紋，這些細(xì)微裂紋在拉力的作用下將會不斷擴展直至齒部斷裂，會縮短單品及整個鏈傳動系統(tǒng)的使用壽命，并對車輛使用安全性造成隱患。

我公司的鏈輪為粉末冶金鏈輪，該類鏈輪具有良好的力學(xué)性能、尺寸精度和表面粗糙度。然而該類零件中的裂紋是非常致命的缺陷，供應(yīng)商在生產(chǎn)過程中必須及時發(fā)現(xiàn)這一缺陷，避免不良部品流出。

供應(yīng)商生產(chǎn)我公司的產(chǎn)品，采用以下的制造工序：

成型→燒結(jié)→齒部熱處理→回火→裂紋檢查→加工→防銹

由于是局部（僅齒部）的熱處理工藝，易造成齒根部的應(yīng)力集中，導(dǎo)致齒根部出現(xiàn)微裂紋，而這種微裂紋肉眼無法發(fā)覺。工序中的裂紋檢查，主要是檢查齒根部微裂紋缺陷。在成型、燒結(jié)工序中出現(xiàn)的裂紋缺陷一般都為肉眼可見，在齒部熱處理工序前可被檢查出來。

裂紋檢查工序中供應(yīng)商采用磁粉探傷技術(shù)，磁粉探傷是一種無損探傷技術(shù)，在鍛造、焊接等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟。

由于我公司鏈輪的結(jié)構(gòu)特點，必須保證在裂紋檢查工序中，使用磁粉探傷可以將齒根部的缺陷發(fā)現(xiàn)，如果該檢測方法失效，將造成不良品流出。

在實際的檢查過程中出現(xiàn)以下現(xiàn)象：

鏈輪在磁化后，用手持式高斯計測量，部分齒尖部的磁感應(yīng)強度達到了作業(yè)指導(dǎo)書的標(biāo)準(zhǔn)，但也出現(xiàn)部分齒尖部的磁感應(yīng)強度未達到作業(yè)指導(dǎo)書的標(biāo)準(zhǔn)（在0.1 mT以下甚至0.0mT）。磁感應(yīng)強度未達標(biāo)準(zhǔn)是否還可以檢測出齒根部微裂紋？

本文就供應(yīng)商采用磁粉探傷檢測鏈輪齒根部微裂紋可靠性進行探討。

1 理論分析

1.1 磁粉探傷基本原理

磁粉探傷是根據(jù)鐵磁材料的性質(zhì)發(fā)明的一種無損檢測方法。鐵磁性材料制成的零件經(jīng)外加磁場磁化后，零件就有磁力線通過。如果零件本身沒有缺陷，磁力線在其內(nèi)部是均勻連續(xù)分布的。但是當(dāng)零件內(nèi)部存在缺陷時，如裂紋、夾雜、氣孔等非鐵磁性物質(zhì)，其磁阻非常大，磁導(dǎo)率低，必將引起磁力線的分布發(fā)生變化。缺陷處的磁力線不能通過，將產(chǎn)生一定程度的彎曲。當(dāng)缺陷位于或接近零件表面時，則磁力線不但在零件內(nèi)部產(chǎn)生彎曲，而且還會穿過零件表面漏到空氣中形成一個微小的局部磁場。這種由于介質(zhì)磁導(dǎo)率的變化而使磁通泄漏到缺陷附近空氣中所形成磁場，稱作漏磁場，如圖1所示。利用零件表面漏磁場吸附磁粉，在合適的光照下形成目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度，這就是磁粉探傷的原理。

1.2 圓周磁場理論分析

馬蹄形磁鐵如圖2a所示，具有N極和S極。在磁鐵外部，磁感應(yīng)線從N極出發(fā)穿過空氣進入S極，在磁鐵內(nèi)部，磁感應(yīng)線從S極到N極閉合，它的兩極能吸引鐵磁性材料。

將上述磁鐵彎曲，使兩磁極靠的很近，如圖2b所示，磁極間距變小，磁感應(yīng)線離開磁極N，穿過空氣又重新進入磁極S，產(chǎn)生漏磁場，漏磁場能強烈的吸附磁粉。

將磁鐵兩端再彎曲，使兩極融合形成一圓環(huán)，如圖2-c）所示，此時磁鐵內(nèi)既無磁極又不產(chǎn)生漏磁場，因而不能吸引鐵磁性材料，但在磁鐵內(nèi)包容了一個圓周磁場或已被周向磁化。

如果已周向磁化的零件存在與磁感應(yīng)線垂直的裂紋，則在裂紋兩側(cè)立即產(chǎn)生N極和S極，形成漏磁場，吸附磁粉形成磁痕，顯示出裂紋缺陷，有裂紋處漏磁場分布及磁痕顯示如圖2d所示。

2 磁粉探傷過程

磁粉探傷的過程包括：磁化→施加磁粉→檢查→脫磁

2.1 磁化

選擇適當(dāng)?shù)拇呕椒按呕?guī)范，然后利用磁粉探傷設(shè)備使零件帶有磁性，產(chǎn)生漏磁場準(zhǔn)備磁粉探傷。

2.2 施加磁粉

將磁粉（干法檢驗法）或磁懸液（濕法檢驗法）均勻地噴灑在零件表面上。

2.3 檢查

對磁痕進行觀察和分析，非熒光磁粉在明亮的光線下觀察，熒光磁粉在柴外線燈照射下觀察。

2.4 脫磁

使零件的剩磁為零的過程叫脫磁。

3 磁粉探傷方法

磁粉探傷可以分為干法磁粉探傷法和濕法磁粉探傷法。

1）干法是利用手篩將干燥的磁粉直接灑在工件上來顯示缺陷磁痕的方法，在使用時，工人的勞動條件差，污染環(huán)境，噴灑不均勻容易造成漏檢，所以應(yīng)用較少。

2）濕法是利用液體作為載體把磁粉配制成磁懸液，然后噴灑在零件上來檢驗缺陷磁痕的方法，它克服了干粉法的不足，目前應(yīng)用較廣泛。

濕法又分為熒光濕法和非熒光濕法，按磁懸液又可細(xì)分為熒光水基、油基磁懸液和非熒光水基、油基磁懸液。

無論是熒光或非熒光磁懸液濕法磁粉探傷法，它主要是檢驗零件表面及近表面缺陷的一種檢驗方法。

4 實證分析

4.1 試驗條件

檢測方法：采用熒光水基濕法

零件：合格零件和齒根部裂紋樣件

4.2 待解決問題

1）鏈輪在磁化后，部分齒尖部的磁感應(yīng)強度沒有達到作業(yè)指導(dǎo)書的標(biāo)準(zhǔn)，是否與零件裝夾方向有關(guān)？

2）部分齒尖部的磁感應(yīng)強度未達到標(biāo)準(zhǔn)（在0.1 mT以下甚至0.0 mT）是否可以檢測出齒根部微裂紋？

4.3 試驗過程

4.3.1 針對問題1

●如圖3，分4個方向?qū)细窳慵b夾，采用中心導(dǎo)體法（芯棒法）磁化。

●如圖4所示磁化時裝夾狀態(tài)，分2組磁化，第1組如圖3所示A和B方向各4個,第2組如圖3所示C和D方向各4個。

●如圖5所示齒尖編號，磁化后用高斯計測定全部齒尖部磁感應(yīng)強度。

4.3.2 針對問題2

●齒根部裂紋樣件（在齒部熱處理工序，未滿足作業(yè)指導(dǎo)書標(biāo)準(zhǔn)所實際產(chǎn)生的不良品）。

●磁化后，測量磁感應(yīng)強度，并用熒光水基濕法進行檢查。

●脫磁后，用熒光水基濕法進行重復(fù)測試。

4.4 試驗結(jié)果

4.4.1 針對問題1

從試驗結(jié)果（見圖6）看，零件形狀、空隙度等特性會影響磁感應(yīng)強度的測量數(shù)據(jù)。C符號附近的低磁感應(yīng)強度與零件的空隙度有關(guān)，開口槽附近的低磁感應(yīng)強度與零件形狀有關(guān)。由于各零件齒尖部測量值趨勢相同，故與零件裝夾的方向無關(guān)，并且C符號附近的數(shù)值最低。

4.4.2 針對問題2

從試驗結(jié)果（見圖7）看，樣件在磁化后，部分齒尖部的磁感應(yīng)強度達到了作業(yè)指導(dǎo)書的標(biāo)準(zhǔn)，部分齒尖部的磁感應(yīng)強度未達到標(biāo)準(zhǔn)（在0.1mT以下甚至0.0mT），也是可以通過磁粉探傷檢測出齒根部的微裂紋。

從試驗結(jié)果（見圖8）看，樣件脫磁后，重復(fù)測試，相同部位無法檢測出微裂紋。

5 結(jié)論

綜上所述，鏈輪在磁化后，部分齒尖部的磁感應(yīng)強度沒有達到作業(yè)指導(dǎo)書的標(biāo)準(zhǔn)，與零件裝夾方向無關(guān)，是由零件形狀、空隙度等特性影響的。部分齒尖部的磁感應(yīng)強度未達到了作業(yè)指導(dǎo)書的標(biāo)準(zhǔn)，也是可以通過磁粉探傷將齒根部的微裂紋缺陷檢查出，這是因為鏈輪在磁化后，在零件的內(nèi)部產(chǎn)生磁場，如果齒根部出現(xiàn)微裂紋將產(chǎn)生漏磁場。

通過試驗，驗證了供應(yīng)商采用磁粉探傷檢測鏈輪齒根部微裂紋方法是完全可靠的。為避免齒根部微裂紋缺陷的產(chǎn)生，我公司要求供應(yīng)商必須嚴(yán)格遵守齒部熱處理工序作業(yè)指導(dǎo)書標(biāo)準(zhǔn)；為避免不良部品流出，我公司要求供應(yīng)商對裂紋檢查工序的人員、相關(guān)品保人員進行定期培訓(xùn)和考核。

［1］宋志哲.磁粉檢測［M］.中國勞動社會保障出版社，2007.