關(guān)于地鐵齒輪磁粉探傷磁化方法的研究

華彩虹

（廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東廣州 510430）

1 引言

地鐵車輛的傳動(dòng)系統(tǒng)由聯(lián)軸器、齒輪箱和牽引連接裝置構(gòu)成。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過聯(lián)軸器傳給齒輪箱主動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪帶動(dòng)從動(dòng)齒輪，從而驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行。由此可見，齒輪在車輛動(dòng)力傳遞過程中起著至關(guān)重要的作用。時(shí)代的進(jìn)步帶動(dòng)了城市軌道交通的發(fā)展，同時(shí)，列車運(yùn)行的時(shí)速和載重情況日益嚴(yán)苛，導(dǎo)致地鐵從動(dòng)齒輪的故障率顯著增加。為了解決這個(gè)問題，一方面可通過改進(jìn)齒輪質(zhì)量，提高其使用壽命；另一方面則應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確、高效地檢測出齒輪表面缺陷，選擇合理的探傷方法才是解決問題的關(guān)鍵所在。本文對床式探傷機(jī)的三種磁粉探傷方法進(jìn)行比較，結(jié)果如下。

2 磁化方法

磁粉檢測是將被檢測部件置于磁場中進(jìn)行磁化，如果部件表面和近表面存在缺陷，將形成漏磁場，從而吸附施加在工件表面的磁粉形成目視可見的磁痕，通過對磁痕的分析來判斷部件表面和近表面存在的缺陷。通常根據(jù)被檢測部件的尺寸大小、形狀結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)以及該部件過去受力情況，分析可能產(chǎn)生的部位和方向，選擇合適的磁化方法。常用的磁化方法包括：通電法、觸頭法、中心導(dǎo)體法、線圈法、磁軛法等。因?yàn)辇X輪上易萌生多方向裂紋，所以在項(xiàng)目中選擇將兩種方法復(fù)合使用，避免漏檢。

2.1 中心導(dǎo)體與線圈復(fù)合法

中心導(dǎo)體法指將一個(gè)導(dǎo)體放置在被檢工件的空心孔的中心線上，對導(dǎo)體通電，在被檢工件上形成周向磁場，有利于檢測軸向缺陷；線圈法指將被檢工件放置在通電線圈之間進(jìn)行磁化，形成縱向磁場，有利于檢測徑向缺陷[1]。兩種方法復(fù)合使用，可避免漏檢現(xiàn)象。

2.2 中心導(dǎo)體法與感應(yīng)電流復(fù)合法

感應(yīng)電流法利用的是電磁感應(yīng)原理，即將一塊鐵芯插入到被檢工件空心軸內(nèi)，被檢工件此時(shí)被用作是變壓器的次級線圈，所以當(dāng)鐵芯中的磁通量發(fā)生改變時(shí)，被檢工件將會出現(xiàn)感應(yīng)電流，在該電流的作用下，被檢工件又處于一個(gè)閉合的磁場[2]。

2.3 兩組線圈復(fù)合法

其中一組線圈的放置方法如磁化方法1中所述，另一組是線圈穿繞在被檢工件上，通電后對工件進(jìn)行磁化，形成一個(gè)圍繞工件的周向磁場。該方法同樣可以形成兩個(gè)磁場方向互相垂直的磁場，有利于缺陷的檢測。

3 磁化方法的比較與選擇

3.1 三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較

方法1：該方法的優(yōu)勢在于：①因?yàn)榇呕娏魇歉袘?yīng)產(chǎn)生，所以不會在工件表面產(chǎn)生電弧。②工件的各個(gè)表面均能產(chǎn)生周向磁場。③只需通電一次，就可以將工件全部磁化；該方法的弊端在于：①對于厚度值比較大的工件，內(nèi)表面的缺陷檢測靈敏度高于外表面缺陷檢測靈敏度。②工件長寬比對退磁以及靈敏度均有較大影響。③工件兩端的缺陷容易漏檢。

方法2：該方法的優(yōu)勢在于：①磁化電流沒有直接從工件流過，所以不存在電弧的危險(xiǎn)。②被檢工件的內(nèi)外表面以及端面均存在周向磁場。③只需通電一次就可以將整個(gè)被檢工件周向磁化。該方法的弊端在于：①當(dāng)工件有一定厚度時(shí)，內(nèi)外表面缺陷檢測靈敏度相差很大。②由于無法用儀表測出感應(yīng)電流大小，所以通常根據(jù)線圈匝數(shù)以及鐵芯的大小等數(shù)據(jù)來推算出磁場的大小[3]。③鐵磁軛費(fèi)用較高。

方法3：該方法的優(yōu)勢在于：①與前兩種方法一樣，工件表面不會產(chǎn)生電弧。②只需通電一次，就可將整個(gè)被檢工件進(jìn)行周向磁化。該方法的弊端在于：①該方法只適用于人工檢測，檢測效率低。②檢測線圈接觸點(diǎn)部位容易打火。

3.2 最優(yōu)方法的確定

中心導(dǎo)體法與繞電纜法均是形成圍繞被檢工件的周向磁場，導(dǎo)體和電纜均需要穿過被檢工件的內(nèi)孔，其中導(dǎo)體的長度與直徑均可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，所以適應(yīng)性強(qiáng)；但是剛性電纜的形狀是固定的，將會受到被檢工件形狀的影響，并且剛性電纜的接觸點(diǎn)位置容易出現(xiàn)打火放點(diǎn)的危險(xiǎn)[4]。

線圈法與感應(yīng)電流法產(chǎn)生的均是縱向磁場。其中線圈法是在線圈內(nèi)部感應(yīng)出縱向磁場，線圈的制作以及匝數(shù)的確定均比較簡單，成本低；感應(yīng)電流法則是通過在被檢工件中感應(yīng)出閉合磁場用于檢測橫向缺陷[2]。感應(yīng)電流的閉合磁路制作費(fèi)用較高，磁路截面確定后通常不易更改，同時(shí)也會受到被檢工件結(jié)構(gòu)影響。

綜上分析可知，中心導(dǎo)體與線圈復(fù)合法最適合用于地鐵從動(dòng)齒輪磁粉檢測。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證所選磁粉檢測方法的可行性，具體如下：在地鐵齒輪的齒面中、齒面端、齒孔中、齒孔端、齒幅中等部位粘貼可有“十”形試片，且試片與粘貼部位一定要密貼、平整，保證人工制作缺陷中一條刻線與被檢工件的軸線相平行。在周向電流6500A，縱向磁勢15000AT等磁化規(guī)范操作下，所貼試片上的磁痕均顯示清晰，特別是端面部位缺陷也可以被檢測出，彌補(bǔ)了線圈法的缺陷，檢測靈敏度高[2]。同時(shí)各部位的磁場強(qiáng)度也可以滿足要求，檢測無盲區(qū)。此外還應(yīng)注意兩點(diǎn)問題：①線圈的直徑要大于齒輪外徑；②在不觸碰被檢工件內(nèi)孔的前提下，應(yīng)盡可能增大中心導(dǎo)體直徑。

[1]楊繼斌，井 萍，沈 默.齒輪磁粉檢測方法研究及應(yīng)用[J].無損探傷，2016，40（05）：36～38.

[2]孫元德，姚榮文，章文顯，任好娟，劉仕遠(yuǎn)，趙桂明.地鐵從動(dòng)齒輪磁粉探傷磁化方案選擇及驗(yàn)證[J].機(jī)車車輛工藝，2012（04）：34～35.

[3]鄧嘉鳴.某內(nèi)燃機(jī)車牽引齒輪的磁粉探傷工藝及自動(dòng)探傷機(jī)的研制[J].無損檢測，2008（10）：763～765.

[4]陳金方.機(jī)車齒輪磁粉探傷方法的研究[J].機(jī)車車輛工藝，2000（02）：37～38.