壓縮機(jī)齒輪磁粉檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

陶所平，鐘文清，陸而勝，劉 浩，曹 燦，解朝暉

（1.合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽合肥 230031；2.合肥通用無損檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司，安徽合肥 230031；3.合肥通安工程機(jī)械設(shè)備監(jiān)理有限公司，安徽合肥 230031）

0 引言

在石化機(jī)械設(shè)備中，壓縮機(jī)的應(yīng)用極為廣泛。壓縮機(jī)齒輪在使用過程中長(zhǎng)期處于重負(fù)荷、高速度、強(qiáng)沖擊的狀態(tài)下運(yùn)行，容易產(chǎn)生疲勞裂紋。齒輪的安全運(yùn)行是保證整個(gè)壓縮機(jī)系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要因素，為保證齒輪長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，在設(shè)備檢修時(shí)如何快速高效發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋，是設(shè)備檢修時(shí)需重點(diǎn)考慮的因素。齒輪疲勞裂紋的檢測(cè)方法主要有滲透檢測(cè)和磁粉檢測(cè)，滲透檢測(cè)適用于檢查非松孔型材料表面開口型缺陷，磁粉檢測(cè)適用于檢查鐵磁性工件表面和近表面缺陷，齒輪表面會(huì)出現(xiàn)疲勞裂紋、磨損、斷齒等問題。齒輪規(guī)格大小和長(zhǎng)度不一且齒輪重量大不易搬動(dòng)，給現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)帶來很多不便（圖1）。怎樣檢測(cè)才能提高缺陷的檢出率，筆者根據(jù)齒輪檢測(cè)工作經(jīng)歷，列舉某壓縮機(jī)檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)的實(shí)際問題，為壓縮機(jī)齒輪檢測(cè)提供參考經(jīng)驗(yàn)，供同行參考。

圖1 壓縮機(jī)齒輪實(shí)物

1 磁粉檢測(cè)原理及特點(diǎn)

當(dāng)鐵磁性材料被磁化后，如果鐵磁性材料表面和近表面的磁力線發(fā)生局部畸變，便會(huì)在鐵磁性材料表面和近表面形成漏磁場(chǎng)。施加在鐵磁性材料表面和近表面的磁粉，在漏磁場(chǎng)作用下，磁粉聚集形成缺陷的位置、形狀和大小的顯示。

磁粉檢測(cè)適用于檢測(cè)鐵磁性材料制板材、復(fù)合板材、管材、棒材、管件、鑄件、鍛件、對(duì)接接頭、T 型接頭、角接接頭等材料的表面和近表面缺陷，也適用于鐵磁性材料制造的在用設(shè)備的表面和近表面缺陷檢測(cè)。磁粉檢測(cè)操作簡(jiǎn)單、靈活方便、檢測(cè)速度快，便于直接觀察，結(jié)果可靠，對(duì)鐵磁性材料表面裂紋等缺陷檢測(cè)靈敏度高，不污染環(huán)境。

2 磁粉檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

（1）工件的表面狀態(tài)對(duì)磁粉檢測(cè)的操作和靈敏度都有很大影響，因此磁粉檢測(cè)前工件表面要進(jìn)行預(yù)處理，要求清除工件表面油污、鐵銹、毛刺、氧化皮等。壓縮機(jī)在長(zhǎng)周期使用過程中，齒輪表面會(huì)有大量齒輪潤(rùn)滑油，要在檢測(cè)前清除干凈且不能對(duì)工件表面有損傷，常規(guī)去除油污方法有肥皂水、清洗劑、汽油、丙酮、四氯化碳等。肥皂水和清洗劑去除工件表面油污后會(huì)使工件表面產(chǎn)生銹蝕；汽油宜揮發(fā)，清洗工件表面油污時(shí)會(huì)使周圍環(huán)境中產(chǎn)生大量油氣混合物，容易產(chǎn)生自燃；丙酮具有特殊氣味，能溶解醋酸纖維和硝酸纖維，容易揮發(fā)和空氣形成爆炸混合物，易燃爆、不安全；四氯化碳常溫下是無色有毒液體，易揮發(fā)，不易燃，能溶解脂肪、油漆等多種物質(zhì)，只有在500以上時(shí)才與水反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳和有毒的光氣、氯氣和氯化氫氣體。因此齒輪表面檢測(cè)前，預(yù)處理油污去除宜選用四氯化碳。

（2）壓縮機(jī)齒輪處于長(zhǎng)周期、高負(fù)荷、高溫下疲勞運(yùn)行，在交變應(yīng)力作用下容易形成疲勞性細(xì)小缺陷，因此清洗齒輪表面不能雜亂無章清洗，以免在清洗過程中齒輪缺陷堵塞，或出現(xiàn)劃痕，導(dǎo)致齒輪在磁化過程中磁痕堆積產(chǎn)生偽顯示、非相關(guān)顯示，以及相關(guān)顯示不易分辨出哪些是真正的缺陷磁痕。因此要求齒輪表面油污清洗方向應(yīng)沿一個(gè)方向清洗，不可往復(fù)清洗。

3 磁化方法的選擇

（1）磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷磁痕顯示的能力，主要取決于施加在工件上的磁場(chǎng)大小和與缺陷的方向，還與缺陷的深寬比與形狀等因素有關(guān)。磁化方法一般分為軸向通電法、中心導(dǎo)體法、偏心導(dǎo)體法、觸頭法、線圈法和磁軛法。

（2）由于壓縮機(jī)齒輪長(zhǎng)周期、高負(fù)荷、疲勞運(yùn)行，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)齒輪尺寸大小、外形結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、各部位的應(yīng)力分布，分析齒輪表面可能產(chǎn)生疲勞缺陷的部位和方向，選擇合適的磁化方法。齒輪本身重量大，表面光潔度高，形狀和大小方向不一，軸向通電法和觸頭法檢測(cè)齒輪表面，容易產(chǎn)生電弧燒傷工件表面，不宜采用；中心導(dǎo)體法、偏心導(dǎo)體法檢測(cè)齒輪表面，只能發(fā)現(xiàn)齒輪縱向和端面徑向缺陷，其他方向缺陷不宜發(fā)現(xiàn)，不宜采用；線圈法檢測(cè)齒輪表面，只能發(fā)現(xiàn)齒輪表面橫向方向上的缺陷，齒輪表面其他方向不易發(fā)現(xiàn)，不宜采用；磁軛法檢測(cè)齒輪表面，非電直接接觸齒輪表面，不產(chǎn)生電弧燒傷工件，可發(fā)現(xiàn)齒輪表面上任何方向的缺陷。選擇磁軛法檢測(cè)齒輪，能夠保證檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，保障設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行。

（3）磁粉選擇。磁粉應(yīng)具有高磁導(dǎo)率，低矯頑力及低剩磁，磁粉顆粒大小應(yīng)適中，磁粉形狀應(yīng)有條形、橢圓形、球形和其他不規(guī)則的顆粒形狀混合在一起。磁粉的識(shí)別度包括磁粉的顏色、熒光亮度與工件表面顏色應(yīng)有比較高的對(duì)比度。磁粉種類很多，按磁痕觀察分為熒光磁粉和非熒光磁粉。非熒光磁粉是指在可見光下觀察磁痕顯示的磁粉，常用有四氧化三鐵黑磁粉和三氧化二鐵紅褐色磁粉，熒光磁粉是指在紫外光下觀察磁痕顯示的磁粉。非熒光磁粉檢測(cè)工件時(shí)，要求磁粉的顏色與工件表面的顏色有較高的對(duì)比度，磁痕顯示觀察容易；采用熒光磁粉檢測(cè)工件時(shí)，由于熒光磁粉在紫外光照射下，能發(fā)出波長(zhǎng)范圍在510550 nm，為人眼接受最敏感的黃綠色熒光，肉眼在紫外光下觀察，工件表面呈紫色，只有微弱的可見光本底，磁痕呈黃綠色，二者之間的對(duì)比度和亮度很高，容易觀察，檢測(cè)靈敏度高，也能提高檢測(cè)速度。選用熒光磁粉對(duì)齒輪表面缺陷的檢測(cè)率高，能確保齒輪表面磁粉檢測(cè)的可靠性。

（4）磁化操作控制。通常情況下承壓設(shè)備無損檢測(cè)（NB/T 47013.4—2015）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，工件磁化時(shí)間13 s 即可，由于齒輪形狀復(fù)雜，重量大不宜搬動(dòng)，磁鉗與齒輪表面不容易充分接觸好，磁化時(shí)間在13 s 內(nèi)，齒輪表面產(chǎn)生漏磁場(chǎng)小，缺陷檢出率低，保證齒輪表面所有方向上的缺陷磁痕顯示出來，要求現(xiàn)場(chǎng)操作人員不停的變換方位，找到最佳的方式進(jìn)行磁化工件，不停增加磁化時(shí)間使齒輪表面的漏磁場(chǎng)夠大。同一部位至少反復(fù)磁化二次，且磁粉或磁懸液必須在通電時(shí)間內(nèi)施加完畢，停施磁懸液后再通電數(shù)次，待磁痕形成并滯留下來時(shí)才可停止磁化，及時(shí)觀察磁痕形態(tài)，分辨出缺陷磁痕顯示并記錄或拍照。

4 案例分析

某石化公司壓縮機(jī)有84 個(gè)齒輪496個(gè)齒，最大齒輪外徑1600 mm，最小齒輪外徑160 mm，最大齒長(zhǎng)640 mm，最小齒長(zhǎng)75 mm。齒輪在2016 年檢修時(shí)采用著色滲透檢測(cè)方法檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)有缺陷顯示，在檢修結(jié)束開工3個(gè)月，出現(xiàn)齒輪斷裂情況，如圖2 所示。2018 年檢修時(shí)，首先采用著色滲透檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)缺陷顯示，考慮到2016 年檢修時(shí)著色滲透檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)缺陷，而開工后3 個(gè)月出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)嗔亚闆r。隨后考慮采取磁粉檢測(cè)方法對(duì)齒輪再次進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)各種磁粉檢測(cè)方法進(jìn)行分析對(duì)比后認(rèn)為，采用磁軛法對(duì)齒輪表面進(jìn)行濕熒光磁粉檢測(cè)較為符合現(xiàn)場(chǎng)操作條件?，F(xiàn)場(chǎng)采用磁軛法對(duì)齒輪表面進(jìn)行熒光磁粉檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)2 個(gè)壓縮機(jī)齒輪表面有裂紋缺陷磁痕顯示，一個(gè)齒輪齒槽裂紋缺陷顯示長(zhǎng)度約105 mm（圖3），另一個(gè)齒輪上有多處不同方向的裂紋缺陷磁痕顯示（圖4、圖5）。

5 結(jié)語(yǔ)

圖2 齒輪斷裂

圖3 齒槽裂紋缺陷磁痕顯示

圖4 不同方向上裂紋缺陷磁痕顯示1

圖5 不同方向上裂紋缺陷磁痕顯示2

通常為了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方便，對(duì)齒輪表面檢測(cè)采用著色滲透檢測(cè)。但是根據(jù)此案例分析，著色滲透檢測(cè)方法可能存在檢測(cè)靈敏度不夠的情況，對(duì)齒輪表面采用磁軛法熒光磁粉檢測(cè)，能夠有效發(fā)現(xiàn)齒輪表面裂紋缺陷磁痕顯示，檢測(cè)靈敏度高，能夠快速有效檢測(cè)出齒輪的疲勞裂紋，可以有效保障壓縮機(jī)設(shè)備的安全平穩(wěn)運(yùn)行，減少壓縮機(jī)的非計(jì)劃停機(jī)檢修次數(shù)，為企業(yè)節(jié)約檢測(cè)成本和時(shí)間。