铁道车辆车轮辐板孔的磁记忆检测研究

1、铁道车辆车轮辐板孔的磁记忆检测研究万升云（中国南车集团武汉江岸车辆厂，武汉，430012）摘要 金属磁记忆检测技术能检测出铁磁构件的应力集中区，可以对铁磁构件的损伤进行早期诊断。研究了磁记忆检测技术在铁道机车承力部件上的应用，在对铁道机车车辆的辐板孔进行了磁记忆检测后，用磁粉检测进行了复检。结果表明，磁记忆技术可以有效发现表面裂纹等缺陷，而且能对铁道车辆车轮辐板孔产生破坏的可能性进行预测。关键词 金属磁记忆； 无损检测； 铁道车辆； 磁粉检测； 裂纹Metal Magnetic Memory Testing of the Wheels of Railbound VehiclesWan shen

2、gyun(Wuhan Jiangan Rolling Stock Works,CSR,Wuhan 430012,China)Abstract Metal Magnetic Memory Technology (MMMT)can find out the stress concentration zone and provide early diagnosis for ferromagnetic structure. The MMMT was applied to the components on railway vehicles. After that magnetic particle t

3、esting was also carried out.The results showed MMMT can find out the flaws such as crack on the surface of railway vehicles. It can predict the dangerous zone also.Keywords Metal magnetic memory; Non-destructive test; Railway vehicles; Magnetic testing; Crack1、 引言金属磁记忆方法（MMMT）是一种漏磁检测方法，其基本原理是记录和分析制件

4、和设备中缺陷（裂纹、夹杂、气孔等）或应力集中区表面自有漏磁场的分布情况。1997年在美国旧金山举行的第50届国际焊接学术会议上报导后，该方法得到了迅速发展和广泛应用1。利用高灵敏探头，金属磁记忆方法除了可以准确检测出已有的缺陷外，还能对应力集中区进行有效的检测，所以可以对腐蚀、疲劳和蠕变等缺陷行为进行早期的快速诊断2.4。相比较而言，其他传统的方法（超声波、磁粉、X-射线）大都用来寻找那些业已出现了的缺陷，不能预防设备的意外疲劳损伤，而这正是运行中的设备损坏和产生事故的主要根源之一。车轮作为铁道车辆的主要承力部件之一，属于车辆运行的关键部件（见图1）。高速余兴的车辆，一旦车轮崩裂，将导致铁轨损

5、坏、车辆颠覆等重大事故。笔者用金属磁记忆检测方法对车轮辐板孔进行了检测，随后用磁粉检测进行复检，并比较了两种方法在车轮辐板孔检测中的对应关系。2、 试验车轮材料为45钢。根据以往磁粉检测（MT）的经验，车轮最先出现裂纹等缺陷的地方一般在辐板孔孔附近，本文主要对内侧辐板孔孔附近区域进行检测。21、磁记忆检测本试验采用自制磁记忆检测装置，手动操作。主要技术参数为：测量范围±200A/m；测量通道数1个；最高分辨率1A/m。在缺陷区域或应力集中程度较大的区域漏磁场强度法向分量幅值Hy变化较剧烈3.4。以此为依据，可以用磁场梯度值Kx或Kz来评定该区域的缺陷或应力状况。Kx在数值上等于被评价

6、区域长度上磁场强度极大值Hymax和极小值Hymin的绝对值之和除以该长度1x（见式1）；Kz在数值上等于2次测量结果之间的读数最大差值Hymax和2次测量结果之间的距离1z之比（见式2）。一般来讲，在其它条件相同的情况下，梯度值K越大的区域存在的缺陷或应力就越大。本试验采用的检测仪可以自动记录检测区域的漏磁场强度Hy（A/m）以及磁场梯度值Kz（报警阈值设定为50，即Kz50就报警）。首先，对辐板孔进行磁记忆检测。探头垂直于轮面，其扫查的方向为：围绕辐板孔作周向移动，同时作径向来回小范围移动，走“S”型路线，慢慢通过辐板孔及其周边区域。在外磁场（如地磁场）的作用下，在缺陷位置和内应力相对集中

7、的地方，表面都会产生一定程度的漏磁场4。对工件表面漏磁场进行扫描检测，便可找出缺陷或应力集中区域，而到底是缺陷还是应力集中，还需要其他方法来验证。2.2、磁粉检测磁粉检测是基于缺陷产生的漏磁场与外加磁粉的磁相互作用。本试验采用荧光磁粉法。检测前，用砂轮对孔周围部位进行打磨，清除被检测表面的铁锈和油漆；然后上架磁化；磁化的同时施加荧光磁粉悬浮液；然后观察；观察完毕后再进行退磁处理。磁粉检测时，缺陷处磁粉会产生聚集而形成磁痕，可根据磁痕大小和走向对缺陷进行判断。3、 试验结果与分析3.1、磁记忆和磁粉检测结果一致两种方法检测结果一致，有两种情况：磁记忆检测有缺陷，磁粉检测也有缺陷；磁记忆检测没有发

8、现检测，磁粉检测也没有发现缺陷。(1) 均未发现缺陷如图2所示，对编号为183-12150的轮对左侧车轮辐板孔进行磁记忆检测，没有检测出缺陷（Kz50），随后的磁粉检测也没有发现缺陷。这说明，该辐板孔附近表层没有出现缺陷，内部应力集中现象也不甚明显，可以继续使用。(2) 均发现缺陷对043-03217号轮对右侧车轮辐板孔进行磁记忆检测，在孔一侧表现为强烈的磁记忆信号波动，反复过零点（如图3a），有6次Kz50，1次Kz100（如图3b）。后经磁粉检测后，在该处发现（如图3c）所示裂纹，该裂纹长达100mm，验证了磁记忆检测的结果。同样，在另一组检测中发现辐板孔两侧都有强烈的磁记忆信号过零，表明

9、孔两侧均为应力集中区域，有可能存在裂纹、夹杂、气孔等缺陷。随后磁粉探伤发现辐板孔两边都有裂纹，如图3所示。3.2、磁记忆和磁粉检测结果不一致(1) 如图4所示，辐板孔附近区域磁记忆信号明显异常，反复过零4次（如图4），有20多次Kz50（如图4），但磁粉检测并没有发现表面缺陷。根据磁记忆检测和磁粉检测的机理，磁记忆方法检测的是构件组织中业已出现的缺陷和由于蠕变和疲劳而产生的应力集中区，磁粉方法则主要用来检出测量材料和构件表面的缺陷或近表面下的隐匿缺陷，所以对埋藏较深的缺陷和即将产生缺陷的应力集中区无能为力。故类似图4中的的辐板孔附近可以认为内部有缺陷或者已经存在很大的应力，而这些应力容易在不久

10、的将来导致宏观缺陷。故应对此类车轮辐板孔进行备档，并定期复检。(2) 磁记忆信号无过零，但磁纺检测却有裂纹（如图5所示）。此种现象在整个试验中仅出现一例，可能裂纹裂开后应力释放的缘故，也可能是测量时缺陷与地磁场相对方位导致表面漏磁场的弱化，需要做进一步深入的研究。3.3、两种方法检测结果统计本次试验均采用了磁记忆和磁粉两种方法，总共检测了62个车轮。如果把都没有发现缺陷也归结为结果一致，可以把磁记忆检测和磁粉检测结果统计如下表1所示。对比结果可见，磁记忆检测结果和磁粉检测结果有较好的一致性，磁记忆检测的精度高于磁粉检测。4、 结束语金属磁记忆检测技术是一种新型的无损检测技术，它的优点在于高效、

11、高精度、低成本及独有的可预见性。磁记忆检测技术在铁道车辆承力部件上的应用前景广阔。它不仅能够检测出车轮辐板孔已经出现的缺陷，还能找出辐板孔上濒临损伤的区域，磁记忆检测的最大优势正在于此，为保证铁路行车安全，对铁道车辆车轮辐板孔进行无损检测时，可分如下步骤进行：(1) 用金属磁记忆技术进行快速扫查，并记录磁记忆信号过零的轮心号；(2) 对磁记忆信号有过零的轮心进行磁粉复检。对发现裂纹的车轮进行报废或打磨处理；对没有发现裂纹但有磁记忆信号过零的车轮备档，并定期用磁粉进行复检。参考文献1林俊明，林春景，林发炳等。基于磁记忆效应的一种无损检测新技术J。无损检测，2000，22(7)：2972992Dubov, A.A. Sudy of metal properties