磁粉探傷技術在游樂設施零部件檢測中的應用

呂 俊，崔文斌

（中國煤炭科工集團上海有限公司，上海 200030）

0 引言

大型游樂設施主體結構一般采用Q345等一類低碳合金鋼作為主要材料，它具有綜合性好，低溫性能優越，冷沖壓性能、焊接性能和可切削性能好等特點。因此，磁粉檢測技術作為各種游樂設施的表面檢測手段被廣泛應用。

磁粉檢測技術早期用于航空、航海、汽車和鐵路等部門，用來檢測發動機，汽輪軸和其他高應力部件的疲勞裂紋。利用磁粉檢測技術檢測大型游樂設施中觀覽車類轎廂架壓蓋焊縫表面是否存在裂紋，分析缺陷對設備的危害和補救措施。

1 觀覽車轎廂架結構組成及壓蓋焊接缺陷檢測的重要性

（1）觀覽車轎廂結構組成。觀覽車主要部件有轎廂架、壓蓋、轎廂和螺栓組，見圖1。

圖1 觀覽車轎廂架

圖2 轎廂架壓蓋

（2）轎廂架壓蓋（圖2）。觀覽車轎廂架壓蓋由1塊圓形管材切割成半圓形，兩側各焊接1塊法蘭板，上部焊接2塊肋板增加剛度。觀覽車壓蓋采用6個8.8級M16高強度螺栓固定，每個螺栓的預緊力58 kN，單邊最大壓應力可達100 MPa，水平法蘭板所受力矩作用在焊縫上，因此該部位的焊接質量尤為關鍵。因為觀覽車轎廂掛軸完全依靠螺栓連接的形式固定在法蘭板上，一旦焊縫出現裂紋且沒有及時發現并采取必要措施，會發生由轎廂壓蓋斷裂導致的轎廂軸脫落的重大事故，因此有效合理的檢驗焊縫缺陷的方法尤為重要。焊縫中的缺陷，尤其是焊接裂紋，在使用過程中容易形成疲勞源，對承受疲勞載荷和壓力作用的焊接結構危害極大。

2 磁粉檢測方法

鐵磁性材料工件被磁化后，由于不連續性的存在，使工件表面和近表面的磁力線發生局部畸變而產生漏磁場，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。利用磁粉探傷技術能發現焊縫中的缺陷，保證檢驗質量和達到設計要求。

磁粉檢測表面缺陷，不僅靈敏度高、可靠、設備簡單，而且方便于現場檢測。大型焊接結構不同于機械零件，其尺寸、重量都很大，只能用便攜式設備分段檢測。磁軛法是特種設備焊縫檢測中常用的方法之一,為了檢出各個方向的缺陷，同一部位至少做2次相互垂直的檢測（圖3）。

圖3 磁軛法焊縫檢測的磁化方法

觀覽車設備長期暴露在室外氣候條件下，壓蓋在檢測前應清除焊縫被檢區及相鄰25 mm范圍內的銹蝕，焊渣及其他粘附磁粉的物質（圖4）。先使用靈敏度試片在被檢工件上驗證系統靈敏度和水斷試驗檢驗潤濕性能，再用磁懸液潤濕壓蓋表面后，通電磁化1～3 s，通電同時施加磁懸液，磁軛間距L≥75 mm，檢測有效區域為兩級連線兩側各1/4極距范圍內，停施磁懸液至少1 s后方可停止磁化。發現磁痕后立即觀察，并用草圖、照片等方式記錄缺陷的性質、形狀、尺寸及部位。

觀覽車壓蓋是表面粗糙的焊接件，由于工作表面凹凸不平，或者由于磁痕顏色與工件表面顏色對比度很低時，磁粉探傷時，缺陷難于被發現，容易造成漏檢。為了提高缺陷磁痕與工件表面顏色的對比度，探傷前可在工件表面上先涂一層白色薄膜，厚度（25～45）μm。然后磁化工件、噴灑黑磁粉，缺陷部位的表面磁粉就可以清晰可見，該方法省時、省工、操作方便、檢驗結果更加可靠，反差增強劑特別適合此類粗糙焊接件的檢測。最后根據記錄缺陷的性質、數量等，判定該焊縫的質量等級（表1），表1中L表示線性缺陷磁痕長度，單位mm；d表示圓形缺陷磁痕長度，單位mm。

圖4 清除銹蝕后的壓蓋

表1 焊接接頭質量分級

3 避免偽顯示和非相關顯示誤判

磁粉檢測時磁痕分析意義重大，正確的磁痕分析可以避免誤判。如果把非相關顯示和偽顯示誤判為相關顯示，會把合格的設備和工件報廢，造成不必要的經濟損失。

偽顯示通常出現在工件表面粗糙或工件表面有油污或不清潔所產生的磁痕顯示。觀覽車壓蓋在戶外使用時，其表面不可避免地會產生氧化皮和油漆斑點等，其邊緣上容易滯留磁粉形成磁痕顯示，通常仔細觀察磁痕或漂洗工件即可辨別出是偽顯示。另外，壓蓋焊縫熔合區之間凹陷處容易造成磁粉沉積，檢測時時常被誤認為相關顯示，需要仔細觀察辨認。

非相關顯示雖然是由漏磁場吸附磁粉產生的磁痕，但其產生原因并非來源于缺陷。觀覽車壓蓋法蘭板螺孔離焊縫較近，該部位的截面縮小，使一部分磁感應線離開和進入工件表面，形成漏磁場，吸附磁粉后形成非相關顯示的磁痕，它和相關顯示容易混淆，檢測時需要加以識別。

4 返修

焊縫缺陷在返修工藝工序過程中，對于形狀缺陷的焊縫，可用打磨的方法去除，若打磨超過允許限度應進行補焊。目前，大多數觀覽車轎廂架壓蓋產生的焊縫缺陷通常首先考慮打磨的方法，即能快速有效去除缺陷，又能滿足焊縫形狀達到規定要求。返修后應采取原磁粉檢測方案再次檢驗，同一位置返修次數不宜超過2次。

5 結語

觀覽車轎廂架壓蓋的磁粉檢驗過程和磁痕的判斷方法及后續返修工作，闡述無損探傷技術能有效并可靠解決大型游樂設施等特種設備的檢驗和驗收問題。希望能給從事大型游樂設施等特種設施的檢驗人員提供幫助和借鑒。