內(nèi)燃機車輔助傳動部件磁粉探傷漏檢的對策研究

張鵬 鞠波 毛恩昌 李永偉 程旭

摘要：本文介紹了內(nèi)燃機車輔助傳動部件裂損的磁粉探傷步驟合理的采用磁化電流，有效的抗干擾，提升檢出能力，確保探傷質(zhì)量得到保障。

Abstract： This paper introduces the steps of magnetic particle flaw detection of damaged auxiliary transmission parts of diesel locomotive. Adopting reasonable magnetization current to resist interference effectively， improve detection ability， and ensure the quality of flaw detection.

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機車;輔助傳動部件;磁粉探傷漏檢

Key words： diesel locomotive;auxiliary transmission components;missed magnetic particle inspection

中圖分類號：U461.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）03-0142-03

0 ?引言

內(nèi)燃機車傳動的配件屬于萬向聯(lián)軸器的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其工作條件非常的惡劣，如柴油機經(jīng)常的啟動和停機，這即會產(chǎn)生較大的機械沖擊負(fù)荷。因此，完善相關(guān)的探傷漏檢工作非常重要，可以有效的降低事故的產(chǎn)生。

1 ?輔助傳動部件裂損的特征

根據(jù)部分裂紋磁痕以及機破事故裂頭的斷口進(jìn)行分析，能發(fā)現(xiàn)大部分情況下，裂紋的發(fā)生主要集中在四個部件，分別是十字頭銷、傳動軸叉接頭、花鍵軸以及花鍵套這四個部分，需要對這四個部分的破損特征進(jìn)行逐一分析，可以提高對輔助傳動部件裂損的了解。

第一，十字頭銷。在進(jìn)行制造的過程中，需要通過后期的磨削加工，如果磨削的過程中出現(xiàn)了應(yīng)力變化過大，則會直接破壞該工件表面的拉應(yīng)力，會出現(xiàn)在強大的外力作用之下，而導(dǎo)致該部件出現(xiàn)損壞，進(jìn)而產(chǎn)生疲勞微裂紋，裂紋主要集中在緣根部剪切力方向的某一點漸漸發(fā)展。在初期裂紋出現(xiàn)時，裂紋呈現(xiàn)的是一種極細(xì)極淺的狀態(tài)，并且磁粉聚集不多，顯示處于模糊狀態(tài)，能夠發(fā)現(xiàn)沿軸根部元周向均勻且稀疏地進(jìn)行分步，最終旋轉(zhuǎn)方向柱逐步擴展至元根全部被切斷，而從磁痕的特點上進(jìn)行顯示分析，能發(fā)現(xiàn)其整體相對較為平直，并且更加的細(xì)淺且長，其寬度處于均勻的狀態(tài)，兩頭并不尖銳，而根據(jù)磁痕聚集的狀態(tài)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其聚集不多，并且顯示整體模糊，一般按照沿軸根部的圓周方向進(jìn)行分布，在折裂的斷口上，其有著極為明顯的貝紋區(qū)。在多數(shù)情況下脆斷區(qū)占整個截面積的25%左右，但是在整體制造的過程中，個別的脆斷區(qū)齊會出現(xiàn)截面積高達(dá)40%的情況。第二，轉(zhuǎn)動軸叉接頭。在大多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)頭軸叉出現(xiàn)接頭裂紋時，其裂紋的發(fā)展形式都是由內(nèi)向外的，而其中常見的裂紋包括兩種不同的表現(xiàn)狀態(tài)，第一種表現(xiàn)狀態(tài)是在插頭根部沿著準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)的方向成45度角，漸漸地出現(xiàn)裂紋，并且裂紋不斷發(fā)展。由于轉(zhuǎn)動插頭在高速運轉(zhuǎn)之下，扭距會不斷地增加，進(jìn)而直接導(dǎo)致插頭出現(xiàn)第一種表現(xiàn)形式的裂紋，原因是插頭根部本身存在著極為明顯的薄弱區(qū)，這也是插頭的原始曲線出現(xiàn)問題，進(jìn)而導(dǎo)致的裂紋出現(xiàn)，而第二種則是在轉(zhuǎn)動軸叉工作的制作本身存在著沒有焊透，或者是由于焊區(qū)存在著一系列的細(xì)小裂紋，導(dǎo)致在后續(xù)進(jìn)行插頭旋轉(zhuǎn)的過程中，其旋轉(zhuǎn)方向出現(xiàn)問題，或者是由于旋轉(zhuǎn)角度過大而造成了焊口出現(xiàn)極為明顯的裂紋，裂紋的一端是根據(jù)剪切力的45度角風(fēng)向漸漸延伸的，或者是直接延伸到插頭根部，向著傾斜的方向發(fā)展，在極為巨大的扭距作用下，轉(zhuǎn)頭籌轉(zhuǎn)動軸差，一旦本身超過了其疲憊極限，也會形成極強的撕裂裂紋，甚至出現(xiàn)了轉(zhuǎn)動軸呈現(xiàn)折裂的現(xiàn)象。第三，花鍵軸。在多數(shù)情況下，花鍵軸會出現(xiàn)裂紋，其所在的部位都是花鍵軸的根部，其形成的裂紋是與剪切力方向45度角單方向進(jìn)行斜向發(fā)展，由于在發(fā)展的過程中也會出現(xiàn)一些例外，例如形成齲齒交叉發(fā)展，這是由于長期受到交變荷載作用而產(chǎn)生的結(jié)果。熱處理工藝對花建軸的使用壽命影響可謂是非常大。第四，花鍵套。在分析花鍵套的裂紋時，能發(fā)現(xiàn)其裂紋大多數(shù)再平衡槽內(nèi)，并且裂紋與剪切力有極為明顯的方向傾斜，多數(shù)情況下為45度角的傾斜，裂紋也不僅僅有一條，很有可能會有很多條，有一些裂紋是沿著花鍵套的根部按照圓周的方向結(jié)合機械加工產(chǎn)生的剩余剪切力進(jìn)而產(chǎn)生的龜裂紋，這是一種極為典型的疲勞裂紋，其主要是以萬向軸裂紋居多，自身的受力壓力較大，并且該裂紋具有極強極快的發(fā)展趨勢。

2 ?影響輔助傳動部件磁粉探傷的因素

在絕大多數(shù)情況下內(nèi)燃機車輔助傳動部件容易產(chǎn)生應(yīng)力集中部位容易出現(xiàn)疲勞裂紋，輔助傳動部件無論是其擴展速度快或者是危害性都十分的嚴(yán)重。在內(nèi)燃機車中對不同的部件，只有認(rèn)真分析該部件之所以出現(xiàn)裂紋發(fā)展規(guī)律，才能正確地選擇探傷磁化規(guī)范以及磁化角度，確保在內(nèi)燃機車輔助傳動部件中其探傷質(zhì)量得到提升。否則很容易出現(xiàn)由于對內(nèi)燃機車輔助傳動部件探傷方法不正確，導(dǎo)致其部件呈現(xiàn)探傷不徹底或者仍舊存在微小裂紋出現(xiàn)漏檢的情況，并且對其進(jìn)行裝車使用，其會造成輔助傳動部件的折裂事故。目前需要對造成輔助傳動部件磁粉探傷漏檢的原因進(jìn)行分析，能發(fā)現(xiàn)其主要呈現(xiàn)在以下接軌不同的方面，分別是：

2.1 磁化規(guī)范選擇與探傷靈敏度試驗有誤區(qū)

根據(jù)實際探傷的狀況進(jìn)行分析，能夠發(fā)現(xiàn)做好規(guī)范的選擇以及提高探傷的靈敏度，對于探傷的效果而言尤為重要。但是由于在進(jìn)行內(nèi)燃機車輔助傳動件磁粉探傷的過程中，無論是效果或是靈敏度都與磁場本身的強度，磁場的磁化方式以及工件表面的粗糙程度有著極為密切的關(guān)系，并且企業(yè)與磁粉本身的性能有著極強的聯(lián)系，在大量使用的過程中，能夠發(fā)現(xiàn)內(nèi)燃機各個部分，其探傷磁化的方法存在極大的區(qū)別，并且無論是靈敏度或者是缺陷，在進(jìn)行檢驗的過程中，能力也同樣不同，甚至說在針對同一個部件進(jìn)行裂紋探傷的過程中，及裂紋探傷的結(jié)果與效果也存在一定的區(qū)別。在探傷的過程中，所使用的機器所能夠提升的探傷能力，僅僅是提升了總磁場本身的強度，并無法說明磁場強度的最弱方向以及磁場強度本身的大小。例如，在進(jìn)行內(nèi)燃機探傷的過程中，如果提升力已經(jīng)達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但是機磁場強度仍舊較小，甚至無法滿足本次檢查缺陷的要求，就會導(dǎo)致在進(jìn)行檢查的過程中存在著一定的紕漏。以某標(biāo)準(zhǔn)試片為例，由于在檢查該標(biāo)準(zhǔn)試片時，能發(fā)現(xiàn)其本身屬于異形工件，在利用磁粉進(jìn)行探傷的過程中，由于靈敏度本身具有極強的局限性，無論是對長徑比或者是磁路上的磁場分布不均，都會導(dǎo)致其在進(jìn)行檢查探傷的過程中帶來不同的影響。因此，在內(nèi)燃機車輔助傳動部件探傷的過程中，無論選擇哪一種方式，其整體的磁化規(guī)范都有一定的局限性，特別是針對輔助傳動部件中的異形裝配件，由于解體后的材質(zhì)、形狀各異。為此，在當(dāng)前很難在短時間內(nèi)做到針對同一磁化規(guī)范解決所有內(nèi)燃機車部件的探傷問題。

2.2 探傷機的使用及磁化電流選擇不當(dāng)

通過大量的分析能發(fā)現(xiàn)，在實際應(yīng)用的過程中內(nèi)燃機車中的傳動軸屬于長度比較大的長桿類空心工件，在進(jìn)行磁化的過程中，采用多功能旋轉(zhuǎn)磁場軸向，為了在最短時間內(nèi)直接消除磁極與傳動軸接觸不良而產(chǎn)生的打火現(xiàn)象，需要在傳動軸兩端的磁極加入一定量的紫銅板或銅網(wǎng)。一旦縱向磁化的電流穿過工件的磁場及磁感應(yīng)線通過探頭到傳動軸的端部時，直接影響到內(nèi)燃機車輔助傳動部件其他部件的有效探測，其中最為明顯的就是對內(nèi)燃機車中的叉接頭塞焊區(qū)內(nèi)環(huán)面焊口部位裂紋的有效探測。在探傷的過程中，由于磁痕觀察的角度存在極為明顯的視覺盲區(qū)的問題，叉接頭塞焊區(qū)內(nèi)環(huán)面焊口部位是否裂紋難以在第一時間內(nèi)有著明顯的檢出，容易出現(xiàn)在檢驗過程中呈現(xiàn)漏探的現(xiàn)象。為此，在當(dāng)前需要采用的是旋轉(zhuǎn)磁場探傷花鍵套、十字頭銷、法蘭盤等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的盤餅類異型工件，但是這種探傷方式同樣存在著一定的缺陷，例如在探傷的過程中一旦磁化時發(fā)現(xiàn)任意方向的缺陷需要重新進(jìn)行探傷，不僅如此，由于內(nèi)燃機車輔助傳動部件中含有很多盤餅類異型工件探傷時各方向上的靈敏度不一致，十分容易造成根部磁化不足。為了盡可能的保證在磁場強度最弱的方向上其本身具有足夠的靈敏度，應(yīng)該不斷提高磁化電流。即便是選擇對隱性毛細(xì)裂紋進(jìn)行有效檢出也難以完全確保探傷的效果得到提升，而如果選擇剩磁法磁化方向單一探傷，其效果也不理想。

2.3 磁化方法和磁場方向選擇不合理

如果不能保證在磁化過程中的全面且充分的磁化，其勢必會影響內(nèi)燃機車輔助傳動部件中缺陷的檢出。磁粉探傷最基本的原理和要點是漏磁場對磁粉的吸引，即鐵磁性材料在外磁場的作用下會被漸漸的磁化，而由于磁力線在工件中其傳播方向與缺陷垂直于90°時其所形成的漏磁場最高，那么一旦出現(xiàn)了缺陷處漏磁場無法達(dá)到一定的強度，其檢驗效果就會不斷下降，由于無法完全吸附磁粉會導(dǎo)致漏檢情況的出現(xiàn)。通過現(xiàn)場跟蹤觀察可以發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)燃機車輔助傳動部件中的十字頭銷的探傷，多數(shù)情況下會利用對角線方向磁化方式進(jìn)行探傷，通過2次探傷即完成探傷檢查任務(wù)。

3 ?磁粉檢測-范圍

①本程序給出了使用交流電磁軛技術(shù)對鐵材料焊縫進(jìn)行檢查的一般要求。②本程序符合磁粉探傷漏檢的要求。

4 ?磁粉檢測-方法描述

①該方法涉及對要檢查的區(qū)域進(jìn)行磁化并將鐵磁顆粒應(yīng)用到表面。顆粒聚集在磁通泄漏區(qū)域并形成檢測到的不連續(xù)類型的特征指示。②當(dāng)線性間斷方向垂直于通量線時，可獲得最大靈敏度。③交流電磁軛技術(shù)僅限于檢測表面斷裂不連續(xù)性。

5 ?磁粉檢查-待檢查的零件

鐵素體材料的焊縫，無論是處于焊接狀態(tài)還是修整狀態(tài)，以及相關(guān)的熱影響區(qū)和母材在焊縫兩側(cè)至少一英寸內(nèi)的焊縫。

6 ?磁粉檢查-表面處理

①在測試之前，待檢查區(qū)域和至少一英寸的任一側(cè)應(yīng)沒有任何可能阻礙測試或掩蓋不可接受的不連續(xù)性的特征。這些包括但不限于熔渣、飛濺、油、氧化皮、粗糙表面和保護涂層。②當(dāng)表面不規(guī)則可能掩蓋不可接受的不連續(xù)性跡象時，可能需要通過研磨、機加工或其他方法進(jìn)行表面處理。③磁懸液的測試表面溫度不應(yīng)超過134？塒，干粉的測試表面溫度不應(yīng)超過600？塒。（對于干粉，測試表面要清潔干燥）。④對于使用磁懸液檢查的零件，如有必要，可用清潔劑輕輕蘸濕布對檢查區(qū)域進(jìn)行預(yù)清潔。⑤使用粉末或熒光磁懸液檢測零件時，①至④中詳述的表面光潔度就足夠了。⑥當(dāng)使用黑磁粉時，表面可以通過涂上一層薄而均勻的白色對比涂料來增強對比度。（圖1）

7 ?磁粉檢測-設(shè)備和消耗品控制

①磁軛的磁力應(yīng)至少每年檢查一次，或在任何損壞和/或修理后進(jìn)行檢查，在將使用的最大磁極間距下，磁軛應(yīng)能夠舉起至少10磅的重量。②磁粉只能一次性使用，消耗殆盡。應(yīng)注意避免可能的污染。③磁懸液也是一次性的，消耗性材料，使用前應(yīng)注意徹底攪拌磁懸液。④由磁粉混合而成的磁懸液在使用前應(yīng)進(jìn)行沉降試驗。沉降時間為30分鐘，固體的沉降量如下：熒光磁懸液0.1-0.4%;非熒光磁懸液1.2-2.4%。⑤被檢面（距濾光鏡面15英寸處）的黑光強度應(yīng)不小于1000μW/cm2。為滿足客戶的特定要求而增加的任何值應(yīng)在技術(shù)表中詳細(xì)說明。燈泡應(yīng)在使用前至少預(yù)熱5分鐘。⑥應(yīng)根據(jù)⑤使用校準(zhǔn)的黑光計至少每使用8小時檢查一次黑光強度。

8 ?磁性粒子檢查-照明條件

①在白光條件下進(jìn)行檢查時，檢查員應(yīng)確保零件表面的照明水平足夠（建議至少100英尺燭光或1000勒克斯）。如果與客戶達(dá)成一致，可以使用50英尺燭光（500勒克斯）照明進(jìn)行現(xiàn)場檢查。②紫外光下的檢測，背景白光水平應(yīng)小于20lux，被測表面的紫外光強度不小于1000μW/cm2。這些值的任何增加都應(yīng)在技術(shù)表中規(guī)定。③檢驗員在開始檢驗前應(yīng)留出至少5分鐘的暗適應(yīng)時間。④考官戴眼鏡或鏡片時，不得有光敏性。（圖2）

9 ?磁粉檢測-磁化場方向

①磁場應(yīng)在兩個大致相互垂直的方向上依次施加。②磁場的方向可以通過使用Burmah Castrol磁場指示器來確定。當(dāng)放置在通量方向上時，這將給出其最強的指示。③應(yīng)針對每個待檢查焊縫的幾何形狀確定磁場方向。

10 ?磁粉探傷漏檢-操作順序

①被檢表面按第6章①條準(zhǔn)備。②應(yīng)采用連續(xù)磁化技術(shù)。③確保在所有操作中桿面與表面保持最大接觸。④按照第9章中的描述定位磁極并打開磁場。⑤對于濕磁粉法，將磁懸液涂在被測區(qū)域上并讓其流過表面，以使磁粉最大程度地暴露在任何存在的磁漏中，多余的材料可以輕輕吹過表面以幫助解釋。⑥干磁粉的應(yīng)用方式應(yīng)該是在被檢查區(qū)域的表面上沉積一層輕薄、均勻、類似灰塵的涂層。多余的功率可能會輕輕吹過表面，以幫助解釋和增加磁性粒子暴露于任何存在的磁通量泄漏。⑦在步驟⑤或⑥之后保持磁場至少兩秒鐘并立即檢查。⑧與上述成約80°重復(fù)上述順序。⑨重復(fù)上述步驟以覆蓋被檢查的整個焊縫區(qū)域，確保被檢查區(qū)域之間的重疊至少為極間距的25%。⑩被檢查區(qū)域的最大距離應(yīng)限制在連接兩條腿的線路兩側(cè)的桿間距的四分之一。？輥？輯？訛被檢查的電線桿區(qū)域應(yīng)限制在連接兩條腿的線路兩側(cè)的電線桿間距的最大距離的四分之一。？輥？輰？訛極距應(yīng)限制在等于或小于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)重量提升試驗時使用的最大值，但不應(yīng)小于3英寸。（圖3）

11 ?磁粉探傷漏檢-指標(biāo)評估

①一個跡象可能是表面缺陷的證據(jù)。不必所有指示都相關(guān)。相關(guān)指示是由漏磁通引起的指示。由于不可接受的機械不連續(xù)性引起的相關(guān)指示將被注意、定位和確定尺寸。②任何被認(rèn)為不相關(guān)的指示應(yīng)重新檢查。只有主要尺寸大于十六分之一英寸的指示才被認(rèn)為是相關(guān)的。③內(nèi)襯標(biāo)志是長度大于寬度的標(biāo)志。圓形指示是長度等于或小于其寬度的三倍的形狀。④不合格的痕跡應(yīng)通過削片或磨削去除，如果修復(fù)的表面沒有銳利的缺口、角、磨痕，則應(yīng)重新測試。當(dāng)缺陷似乎被完全去除時，可以用相同的方法修復(fù)和重新檢查該區(qū)域。修復(fù)區(qū)域應(yīng)與周圍表面融為一體，以避免出現(xiàn)尖銳的缺口、裂縫或拐角。⑤如果需要，修復(fù)區(qū)域也應(yīng)通過另一種合適的無損檢測方法重新檢查。

12 ?磁粉探傷漏檢-驗收標(biāo)準(zhǔn)

以下給出的各種代碼相關(guān)指示的驗收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)普遍使用。使用它的檢查員要注意規(guī)范要求確實會發(fā)生變化，如果發(fā)生沖突，應(yīng)（以書面形式）將其提交給指定的部門經(jīng)理（NDT）。

12.1 適應(yīng)癥評估

①表面的機械不連續(xù)性將通過檢測介質(zhì)的保留來指示。所有指示都不一定是缺陷，因為某些冶金不連續(xù)性和磁導(dǎo)率變化也可能產(chǎn)生與檢測不可接受的不連續(xù)性無關(guān)的類似指示。②任何被認(rèn)為不相關(guān)的跡象應(yīng)重新檢查以驗證是否存在實際缺陷。表面處理可在重新檢查之前進(jìn)行。將掩蓋缺陷跡象的不相關(guān)跡象是不可接受的。③相關(guān)指示是由不可接受的機械不連續(xù)性引起的指示。線性指示是那些長度超過寬度三倍的指示。圓形指示是長度小于寬度三倍的圓形或橢圓形指示。④不連續(xù)性的指示可能大于導(dǎo)致它的不連續(xù)性;然而，指示的大小而不是不連續(xù)的大小是接受或拒絕的基礎(chǔ)。

12.2 驗收標(biāo)準(zhǔn)

以下相關(guān)跡象是不可接受的：①任何裂紋或線性跡象。②尺寸大于3/16英寸（5.0毫米）的圓形指示。③四個或更多圓形標(biāo)記在一條直線上，邊到邊間隔1/16英寸（2.0毫米）或更小。④在任何6平方英寸的表面上有10個或更多圓形痕跡，該區(qū)域的主要尺寸不超過6英寸（150毫米），該區(qū)域取自相對于被評估痕跡最不利的位置。

13 ?結(jié)語

只有合理的選擇磁化方法和優(yōu)質(zhì)的磁粉，才能提升檢出能力，有效的降低事故的產(chǎn)生。

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