內(nèi)燃機(jī)車輔助傳動(dòng)部件磁粉探傷漏檢的對(duì)策

紀(jì)曉明，李學(xué)文

（沈陽鐵路局通遼機(jī)務(wù)段，1.技術(shù)員，2.助理工程師，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

內(nèi)燃機(jī)車傳動(dòng)軸和萬向軸裝配均屬于萬向聯(lián)軸器的復(fù)合結(jié)構(gòu)，由于其工作條件惡劣，如柴油機(jī)經(jīng)常地啟動(dòng)、停機(jī)、轉(zhuǎn)速升降等工況轉(zhuǎn)換頻繁，使其承受較大的交變載荷和機(jī)械沖擊載荷。同時(shí)，由于組裝工藝控制不當(dāng)、裝配時(shí)尺寸選配不合適，造成十字頭銷游隙過大、潤(rùn)滑不良卡滯、靜液壓變速箱主軸線與柴油機(jī)組的軸線偏差值過大，以及由于焊接工藝不當(dāng)造成軸身殘留焊接應(yīng)力過大的本身材質(zhì)問題等等，使所受到的交變載荷和機(jī)械沖擊相應(yīng)增大，從而加劇部件的疲勞破壞直至斷裂。這些段修組裝質(zhì)量不高和裝配檢測(cè)手段不足等問題，也制約著輔助傳動(dòng)部件的使用壽命。特別是重載提速以來，機(jī)車持續(xù)高負(fù)荷地運(yùn)行，加劇了內(nèi)燃機(jī)車輔助傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)軸、萬向軸部件的疲勞老化，其中叉接頭、十字頭銷等部件裂損比例逐漸增多，導(dǎo)致機(jī)車部件折裂的事故多發(fā)。因此，分析該部件磁粉探傷方法存在的問題，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，探討如何提高探傷檢測(cè)質(zhì)量，以防止傳動(dòng)部件折裂事故的發(fā)生顯得十分重要。

1 輔助傳動(dòng)部件裂損的特征

根據(jù)一些部件裂紋的磁痕以及機(jī)破事故裂軸的斷口分析，裂紋的發(fā)生主要集中在十字頭銷、傳動(dòng)軸叉接頭、花鍵軸及花鍵套4個(gè)部件。

1.1 十字頭銷 十字頭銷是整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)受力最大的組件之一。制造后期的磨削加工，如果磨削應(yīng)力變化過大，破壞了工件表面的拉應(yīng)力，在強(qiáng)大的外力作用下使之產(chǎn)生疲勞微裂紋。裂紋主要集中在圓根部剪切力方向的某一點(diǎn)開始發(fā)展，初期都是呈極細(xì)淺的發(fā)紋狀，磁粉聚集不多，顯示模糊，沿軸的根部圓周向均勻稀疏分布，最終沿旋轉(zhuǎn)方向擴(kuò)展至圓根全部被切斷。從磁痕的顯示特點(diǎn)看，它比較平直、窄細(xì)長(zhǎng)，寬度均勻，兩頭不尖銳，磁痕聚集不多且顯示模糊，分布均勻稀疏，一般沿軸柱根部的圓周方向分布。在折裂的斷口上觀察有明顯的貝紋區(qū)，一般脆斷區(qū)占截面積的25%左右，個(gè)別的脆斷區(qū)甚至高達(dá)40%。如2010年9月1日，DF4D型0309機(jī)車X1次修，探傷發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)軸十字頭銷圓根部有隱性毛細(xì)裂紋20余條，最長(zhǎng)達(dá)27 mm（如圖1所示）。

圖1 十字頭銷圓根部隱性稀疏的毛細(xì)裂紋

1.2 傳動(dòng)軸叉接頭 叉頭裂紋是從內(nèi)向外裂損發(fā)展的，裂紋的產(chǎn)生有2種形式，一是叉頭根部?jī)?nèi)腕側(cè)薄弱區(qū)存在原始缺陷，沿旋轉(zhuǎn)方向成45°角逐漸發(fā)展，在高速旋轉(zhuǎn)的極大扭矩作用下將叉頭撕裂；二是塞焊區(qū)存在的未焊透或微小裂紋沿旋轉(zhuǎn)方向擴(kuò)展至外側(cè)焊口發(fā)展，同時(shí)裂紋的另一端按剪切力45°角的方向至叉頭根部斜向發(fā)展，最后在巨大的扭矩作用下超過疲勞極限形成撕裂，造成傳動(dòng)軸折裂。如2010年10月27日，在DF4BK型備品傳動(dòng)軸探傷時(shí)，發(fā)現(xiàn)一叉接頭外側(cè)環(huán)焊區(qū)表面有3 mm長(zhǎng)裂紋，使用平銼打磨后裂紋顯示6 mm長(zhǎng)，然而在內(nèi)側(cè)塞焊區(qū)顯示有半周的環(huán)形裂紋，并且斜向接頭叉部延伸45 mm，這是典型的內(nèi)側(cè)焊口疲勞裂紋。

1.3 花鍵軸 花鍵軸的裂紋方向一般在花鍵齒根部與剪切力方向呈45°角單方向斜向發(fā)展，偶爾也有鋸齒形交叉發(fā)展的（見圖2）。這是長(zhǎng)時(shí)期受到交變載荷作用的結(jié)果，熱處理工藝質(zhì)量對(duì)其使用的壽命影響重大。

圖2 傳動(dòng)軸花鍵部鋸齒形裂紋一周

1.4 花鍵套 花鍵套平衡槽內(nèi)的裂紋與剪切力方向呈45°角斜向發(fā)展，裂紋有1條至數(shù)條不等，也有在槽根部沿圓周方向的機(jī)械加工殘余應(yīng)力產(chǎn)生的微裂紋逐漸擴(kuò)展，是典型的疲勞裂紋。以萬向軸的裂紋居多，由于受力較大，具有快速發(fā)展的趨向。

2 影響輔助傳動(dòng)部件磁粉探傷的因素

輔助傳動(dòng)部件容易產(chǎn)生應(yīng)力集中部位一般都發(fā)生疲勞裂紋，其擴(kuò)展速度快、危害性更嚴(yán)重。對(duì)于不同的部件，只有認(rèn)真分析裂紋發(fā)展規(guī)律，正確地選擇探傷磁化規(guī)范和磁化角度，才能保證探傷質(zhì)量。否則極易因探傷方法不正確，使部件探傷不徹底或微小裂紋漏檢就裝車使用，將會(huì)造成輔助傳動(dòng)部件的折裂事故。造成輔助傳動(dòng)部件磁粉探傷漏檢的原因主要有5個(gè)方面。

2.1 磁化規(guī)范選擇與探傷靈敏度試驗(yàn)有誤區(qū) 根據(jù)理論和實(shí)際探傷經(jīng)驗(yàn)可知，探傷時(shí)的靈敏度除取決于磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁化方式、工件的導(dǎo)磁率和工件表面的粗糙度外，還與磁粉本身的性能有關(guān)。各探傷器磁化方法不同，其靈敏度和缺陷檢出能力也不同，以致對(duì)同一部件的裂紋有不同的探傷結(jié)果。磁軛探傷器的提升力僅能表示總磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，不能說明磁場(chǎng)強(qiáng)度最弱方向上的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小。假如磁軛的提升力已足夠，但此時(shí)在最小磁場(chǎng)強(qiáng)度方向上磁場(chǎng)強(qiáng)度，可能達(dá)不到檢出缺陷的要求，造成某個(gè)方向上缺陷的漏檢。由于A1-15/50標(biāo)準(zhǔn)試片與被檢材質(zhì)不同，評(píng)判材質(zhì)不一的異型工件磁粉探傷靈敏度有一定的局限性，諸如對(duì)長(zhǎng)徑比、退磁因子、磁路上多條導(dǎo)致磁場(chǎng)分布不均勻性的特殊結(jié)構(gòu)工件就有影響。因此，每一種磁化規(guī)范都有一定的局限性，對(duì)于輔助傳動(dòng)部件這類異形的裝配件，由于解體后材質(zhì)、形狀各異，很難以同一磁化規(guī)范解決所有部件探傷的問題。

2.2 探傷機(jī)的使用及磁化電流選擇不當(dāng) 傳動(dòng)軸屬于長(zhǎng)度比較大的長(zhǎng)桿類空心工件，采用多功能旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸向磁化時(shí)，為了消除磁極與傳動(dòng)軸接觸不良而產(chǎn)生的打火現(xiàn)象，在兩端磁極加入了紫銅板或銅網(wǎng)，但銅金屬不屬于鐵磁材料，在磁化工作時(shí)導(dǎo)電不導(dǎo)磁。當(dāng)縱向磁化的電流穿過工件的磁場(chǎng)及磁感應(yīng)線通過探頭到傳動(dòng)軸的端部時(shí)，由于紫銅板的阻隔和空氣隙的磁阻，工件的磁感應(yīng)強(qiáng)度減弱，并直接影響對(duì)叉接頭塞焊區(qū)內(nèi)環(huán)面焊口部位裂紋的有效探測(cè)。同時(shí)，由于磁痕觀察的角度存在視覺盲區(qū)的問題，不利于叉接頭塞焊區(qū)內(nèi)環(huán)面焊口部位裂紋的有效檢出，容易出現(xiàn)漏探現(xiàn)象。采用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)探傷花鍵套、十字頭銷、法蘭盤等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的盤餅類異型工件，磁化時(shí)需要發(fā)現(xiàn)任意方向的缺陷，但是各方向上探傷靈敏度不一致，造成根部磁化不足。為了保證在磁場(chǎng)強(qiáng)度最弱的方向上具有足夠的靈敏度而提高磁化電流，必然會(huì)導(dǎo)致棱角臺(tái)階的磁粉堆積而影響磁痕的觀察；而磁化電流過小時(shí)，易使工件在某個(gè)方向上磁化不足，并且漏磁場(chǎng)不足所形成稀疏的磁痕，在工件表面亮白色反光的影響下，不易觀察確認(rèn)，對(duì)隱性毛細(xì)裂紋的有效檢出也難以勝任，而剩磁法磁化方向單一探傷效果也不理想。

2.3 磁化方法和磁場(chǎng)方向選擇不合理 磁化方法對(duì)裂紋的檢出能力有著至關(guān)重要的影響，對(duì)于異型結(jié)構(gòu)的工件如果不能保證全面充分磁化，勢(shì)必影響缺陷的檢出。漏磁場(chǎng)對(duì)磁粉的吸引是磁粉探傷最基本的原理要點(diǎn)，鐵磁性材料在外磁場(chǎng)作用下而被磁化，磁力線在工件中傳播方向與缺陷垂直于90°時(shí)形成的漏磁場(chǎng)最高，假如缺陷處漏磁場(chǎng)達(dá)不到一定的強(qiáng)度，就不能完全吸附磁粉而造成漏檢。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)跟蹤觀察，發(fā)現(xiàn)在十字頭銷的探傷中，多數(shù)探傷人員在使用探傷器操作時(shí)，選擇對(duì)角線方向磁化2次即完成探傷檢查任務(wù)。由于磁路的走向使磁場(chǎng)不能完全覆蓋十字頭銷圓根部裂紋區(qū)域形成有效的漏磁場(chǎng)；而叉接頭探傷時(shí)僅磁化外側(cè)環(huán)焊區(qū)，沒有兼顧到內(nèi)側(cè)塞焊區(qū)。這種盲目的磁化方法和磁場(chǎng)方向選擇很容易造成裂紋漏檢。

2.4 干法與濕法探傷選擇不正確 磁粉的質(zhì)量對(duì)材質(zhì)、形狀復(fù)雜的異型件裂紋的顯示能力，有著至關(guān)重要的影響。濕法時(shí)磁懸液濃度過小時(shí)，不能清晰顯示磁痕，而濃度過大，則會(huì)影響磁懸液的流動(dòng)性和掩蓋磁痕顯示。干法時(shí)磁粉的磁性不良，會(huì)影響吸附能力，粒度過大會(huì)影響流動(dòng)性。根據(jù)通遼機(jī)務(wù)段多人次采用多種探傷方法檢測(cè)驗(yàn)證結(jié)果表明，十字頭銷圓根部的隱性毛細(xì)裂紋，在靈敏度相同的探傷條件下，干法探傷時(shí)裂紋的磁痕顯示明顯優(yōu)于濕法且易于分辨。干法探傷時(shí)由于顆粒較粗的磁粉，在漏磁場(chǎng)的作用下對(duì)磁痕的顯示有一定的放大作用，磁痕顯示清晰直觀，易于觀察確認(rèn)；而濕法探傷使用不同的探傷器和磁粉，對(duì)磁痕的顯示結(jié)果差異很大。由于所使用320目以上的磁粉顆粒細(xì)小，平均直徑為0.045 mm，而裂紋寬度為小于0.01 mm的發(fā)紋狀，較粘滯性磁粉被吸附后磁痕顯示窄細(xì)、模糊不清晰，并且稀疏的磁痕，在工件根部圓角處不易確認(rèn)。

2.5 工件表面不清潔 由于工件不清潔或清潔處理不徹底，在油污殘存于圓根被檢區(qū)域表面以及工件表面油漆覆蓋層的影響下，遲滯磁粉的流動(dòng)性，造成磁粉或磁懸液滯留表面，形成偽缺陷等因素，影響缺陷的有效檢出。

3 改進(jìn)探傷方法

探傷方法的正確與否直接決定了探傷檢測(cè)的質(zhì)量，只有針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和輔助傳動(dòng)部件疲勞裂紋發(fā)生的規(guī)律，采取有效的探傷措施和方法，才能提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和傳動(dòng)部件的使用壽命，杜絕折裂事故的發(fā)生。

3.1 正確選擇探傷儀 探傷規(guī)范選擇既要保證有足夠的外加磁場(chǎng)強(qiáng)度，又要減少偽磁痕的顯現(xiàn)，基于以上各種因素考慮，對(duì)于小修機(jī)車輔助傳動(dòng)這類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝配件，選用電磁軛提升力大于或等于34.32 N的馬蹄鐵磁粉探傷儀，采用交流連續(xù)法探傷即可保證探傷檢測(cè)質(zhì)量。該儀器操作簡(jiǎn)單，不受工件的幾何形狀限制，可以根據(jù)探傷部位隨時(shí)調(diào)整磁化方向和改變磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行分段檢查，有效地防止裂紋的漏檢。探傷前須用A1-15／50標(biāo)準(zhǔn)試片試驗(yàn)探傷靈敏度，盡量采用已知最小裂紋的部件試驗(yàn)磁痕顯示能力，以確保部件的磁化程度綜合顯示能力。

3.2 合理確定磁化電流 選用馬蹄鐵磁粉探傷儀并采用交流連續(xù)法磁化探傷時(shí)，確定電流值的選取以探傷部位A1-15／50標(biāo)準(zhǔn)試片顯示清晰為準(zhǔn)，工作有效電流值比飽和磁場(chǎng)有效電流值略小即可。交流電、連續(xù)法磁化即可滿足材質(zhì)、形狀各異的復(fù)雜工件探傷檢測(cè)，對(duì)表面開口缺陷有較高的檢測(cè)靈敏度，且退磁方便。

3.3 改進(jìn)磁化方法和磁場(chǎng)方向 根據(jù)裂紋易發(fā)生的位置和特點(diǎn)選擇主探傷面，將十字頭銷按旋轉(zhuǎn)方向放置并傾斜15°角，適當(dāng)調(diào)節(jié)探傷器磁極開度間距，選擇相鄰的2個(gè)銷柱磁化并使兩磁極與工件充分接觸，確保磁力線沿圓根裂紋部位傳播且使磁場(chǎng)方向垂直90°于裂紋區(qū)域（如圖3所示），以提高漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度，依次磁化4次，再軸向磁化2次，方可完成探傷檢查任務(wù)。將傳動(dòng)軸立式放置使叉接頭及環(huán)焊區(qū)朝上（如圖4所示），磁化時(shí)，對(duì)于叉接頭部位要盡量使磁力線垂直于塞焊區(qū)環(huán)面焊口部位和內(nèi)腕部裂紋趨向延伸方向，才能完全顯示裂紋，保證探傷質(zhì)量。其它工件磁化時(shí)，盡量使磁場(chǎng)方向與裂紋的趨于走向垂直，形成最大化的漏磁場(chǎng)；并進(jìn)行多方向交叉磁化，使磁粉易于流動(dòng)。

圖3 改變磁化方向后的磁路走向

圖4 叉接頭立式放置的探傷部位

3.4 選擇干法探傷提高磁痕顯示效果 雖然濕法探傷相對(duì)于干法探傷時(shí)靈敏度高，但對(duì)于窄細(xì)的線狀裂紋顯示不清，容易造成漏探的后果。因此，要根據(jù)工件形狀和裂紋特點(diǎn)的綜合因素考慮優(yōu)選干法探傷。干法探傷對(duì)各種形式裂紋能有效顯示，且磁痕顯示直觀清晰，能夠克服基底的模糊不清現(xiàn)象，易于觀察。所用磁粉須具有較高的磁導(dǎo)率和良好的流動(dòng)性，粒度要求為100～250目、磁性稱重為6～8 g，要盡量選擇較高比例的針狀或棒狀的優(yōu)質(zhì)磁粉，因其在漏磁場(chǎng)的作用下，磁粉的線狀鏈排列彌補(bǔ)了圓顆粒磁粉的不足，使磁痕顯示出一定的寬度。

有探傷條件的盡可能考慮優(yōu)選熒光磁粉。相對(duì)于黑磁粉來說，熒光磁粉檢驗(yàn)靈敏度高，可見度與對(duì)比度好，無論工件背景何種顏色，均呈現(xiàn)鮮亮的黃綠色熒光，易于辨認(rèn)和提高磁粉探傷質(zhì)量。

3.5 加強(qiáng)工件表面的清潔 對(duì)部件表面使用汽油徹底清洗殘存的油污，保證被檢面在磁粉探傷過程中清潔干燥。對(duì)于焊口表面油漆覆蓋層、銹蝕要用脫漆劑處理干凈，保證露出基本金屬體，以提高缺陷的有效檢出能力。

3.6 規(guī)范探傷操作過程 干粉探傷時(shí)，部件表面應(yīng)干燥并均勻涂抹滑石粉，將探傷器磁極適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)開度后放置于部件上進(jìn)行磁化，使用撒粉器均勻地施加適量干燥的磁粉于部件有效磁化范圍內(nèi)。施加磁粉時(shí)要注意勻細(xì)適量，防止過多的磁粉使襯度變壞、掩蓋磁痕顯示。磁軛的磁極間距應(yīng)控制在75～150 mm之間，磁化率每次保證有25 mm的重疊率。以小于30 mm/s的速度緩慢移動(dòng)探傷器，并同時(shí)注意觀察磁粉流動(dòng)和聚集的情況。如有異常變化時(shí)應(yīng)改變磁軛開度、調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度，移動(dòng)探傷器反復(fù)進(jìn)行多方位交叉探傷檢測(cè)，正確判斷各種磁痕特征。

4 結(jié)束語

只有正確地選擇磁化方法和優(yōu)質(zhì)的磁粉才能提高裂紋的檢出能力。通遼機(jī)務(wù)段赤峰整備車間采取上述探傷方法效果顯著。2011年來連續(xù)4個(gè)月檢測(cè)出小輔修機(jī)車輔助傳動(dòng)部件裂紋14例，其中工廠中修后走行8萬km以內(nèi)發(fā)生部件裂紋的就有8例，有效地遏制了輔助傳動(dòng)部件折裂事故的多發(fā)。