淺析機車彈簧磁粉探傷原理及操作方法

王純剛　李連孝　謝鵬斌　馬中云

摘要：本文主要分析電力機車彈簧裂損的原因及裂紋容易產生位置，介紹磁粉探傷基本原理，提出了磁粉濕法探傷方法，并介紹缺陷判斷方法、特點以及探傷檢測時注意的問題。

關鍵詞：彈簧探傷；磁化；裂紋

引言

機車安全是鐵路發展過程中一個永恒的主題，機車設計了一系彈簧懸掛裝置和二系彈簧懸掛裝置。若一系彈簧由于裂損發生斷裂，將引起機車大部件的裂損，走行部震動導致緊固螺栓松動，造成機械走行部部件脫落，引發機車運用安全事故，嚴重威脅機車運用安全。若二系彈簧斷裂，將引發機車車體傾斜，當機車通過鐵路曲線時，造成列車顛覆事故。因此，在轉向架組裝前，必須對機車彈簧進行探傷檢查，確保機車運行安全。

1.彈簧斷裂的原因分析

彈簧表面裂紋、劃痕和凹陷等是造成彈簧斷裂、降低使用壽命的主要原因。機車一、二系彈簧斷裂主要分為脆性斷裂和疲勞斷裂兩種。脆性斷裂一般是由于原始材料存在的缺陷，在這些部位產生應力集中，并在應力作用下缺陷逐漸擴大，最后發生斷裂。疲勞斷裂是由于金屬材料在長期交變載荷和高頻率震動作用下產生的，因此疲勞斷裂應力一般比脆性斷裂應力小。

2.探傷方法的選擇

機車彈簧無損檢測常用方法有滲透法和磁粉探傷法兩種。滲透法的原理是利用毛細管作用為基礎，只能檢查表面開口性缺陷。在彈簧表面噴灑清洗劑后，再噴灑滲透劑等去除多余的滲透劑，再噴灑顯像劑，滲透劑能滲到彈簧表面的微小裂紋處，顯像劑能清楚顯示裂紋部位。磁粉探傷法的原理是鐵磁性材料或工件磁化后，由于工件表面和近表面的缺陷處磁力線發生局部畸變，逸出工件表面形成漏磁場并吸附施加在工件表面的磁粉，在合適的光照下形成目視可見的磁痕，從而顯示出缺陷的位置、形狀和大小。

由于滲透法只能檢測表面開口的缺陷，無法檢測彈簧近表面氣孔等缺陷，而且滲透檢測效率低，因此一般不適宜機車彈簧探傷。機車一、二系懸掛彈簧一般為鐵磁性材料，以HXD2型機車為例，一系懸掛彈簧材質為51CrV4，二系懸掛彈簧材質為52CrMoV4，它們都屬于鐵磁性材料，通過在彈簧周向和縱向產生復合磁場并對彈簧進行磁化，檢測表面和近表面缺陷。

3.機車彈簧磁粉探傷原理

3.1縱向缺陷檢測

縱向缺陷檢測方法一般利用直接通電法，用噴灑裝置將磁懸液澆注在彈簧后，通過氣動裝置將彈簧夾持在磁粉探傷機的兩極，通電磁化彈簧后產生磁場，彈簧表面有裂紋的地方磁力線被切斷，磁粉將在裂紋處堆積，熒光磁粉在紫光燈的照射下，顯示出缺陷的位置、形狀和大小。

3.2橫向缺陷檢測

橫向缺陷檢測采用中心導體法，通過氣動裝置將導體穿入彈簧中心連接，電流從導體上通過形成周向磁場，檢測出與彈簧鋼條垂直方向的裂紋。

4.各向磁化電流參數選擇

4.1通電圓柱體表面的磁場強度

由安培環路定律∮Hd1=∑I推導，若采用SI單位制，因圓周對稱，所以沿圓周積分得：H×2∏R=I

4.2通電圓柱導體外部r處的磁場強度

可由安培環路定理推導計算出： I=H×2∏r

若采用CGS單位制，1 Oe≈80A/m，半徑R和r用D代替，并將D的單位用mm表示，得出公式：

I=

4.3工件表面磁場強度要求

連續法探傷檢驗時，一般要求工件表面磁場強度至少達到2400A/m（30 Oe） 得：

I= = =7.5D≈8D（鐵路標準規定為10D）

可用此公式對不同車型不同參數的彈簧選擇合適的磁化電流。

例如HXD2電力機車一系彈簧縱向最小磁化電流I=8D=8×38.6=308.8 A，周向磁化時外圈表面磁場最弱，因此，周向最小磁化電流為I=8D=8×229.9=1936.8 A。

5.彈簧探傷操作步驟

5.1日常性能校驗。

每次開工前都要進行日常性能試驗，保證探傷質量。具體操作如下：

啟動磁懸液泵（讓磁懸液充分攪拌均勻）→開啟紫外燈→測量白光照度（將白光照度計探頭置于探測面進行測量，暗室白光照度應不大于20lx）→粘貼試片（將D型試片貼于磁場強度最弱的彈簧中央外表面）→測量紫外輻照度（待紫外線輻照度輸出穩定后，將紫外輻照計探頭置于探測面進行測量，距燈頭300mm處的紫外線輻照度不得低于1500μw/cm2）→取100ml磁懸液注入沉淀管→靈敏度測試（要求試片顯示清晰）、記錄磁化電流→測量剩磁（剩磁不得大于3Gs）→測量磁懸液濃度（油基磁懸液沉淀60min后，再觀察沉淀管底部的磁粉容積值，油基磁懸液的體積濃度應控制在0.1mL-0.7mL/100mL范圍內）。

5.2判傷

在探測過程中應保證彈簧轉動檢查1周以上，確保所有探傷部位不漏檢，發現可疑磁痕進行仔細辨別，可通過抹去磁痕重新復探進行確認，重新磁化彈簧前必須先退磁再磁化，當缺陷磁痕再次顯示且其位置、尺寸和形狀與第一次顯示的磁痕相同時，即可判定為缺陷磁痕，在彈簧該部位做出相應標記，與合格彈簧隔離存放待處理。

6.結束語

鐵路安全關系國家財產和人民的利益，機車彈簧探傷是機車安全運行前一道重要工序，提高無損檢測技術水平，才能確保機車生產順利進行和安全運行。

參考文獻：

[1]中國機械工程學會無損檢測學會編.磁粉探傷[M].北京：機械工業出版社，1987.

[2]任吉林.主編.電磁無損檢測[M].北京：航空工業出版社，1960 .

[3]復旦大學，上海師范大學物理系編.物理學（電磁學）[M] .上海：上海科學技術出版社，1979.