1、鐵道車輛車輪輻板孔的磁記憶檢測研究萬升云（中國南車集團武漢江岸車輛廠，武漢，430012）摘要 金屬磁記憶檢測技術能檢測出鐵磁構件的應力集中區，可以對鐵磁構件的損傷進行早期診斷。研究了磁記憶檢測技術在鐵道機車承力部件上的應用，在對鐵道機車車輛的輻板孔進行了磁記憶檢測后，用磁粉檢測進行了復檢。結果表明，磁記憶技術可以有效發現表面裂紋等缺陷，而且能對鐵道車輛車輪輻板孔產生破壞的可能性進行預測。關鍵詞 金屬磁記憶； 無損檢測； 鐵道車輛； 磁粉檢測； 裂紋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、 引言金屬磁記憶方法（MMMT）是一種漏磁檢測方法，其基本原理是記錄和分析制件

4、和設備中缺陷（裂紋、夾雜、氣孔等）或應力集中區表面自有漏磁場的分布情況。1997年在美國舊金山舉行的第50屆國際焊接學術會議上報導后，該方法得到了迅速發展和廣泛應用1。利用高靈敏探頭，金屬磁記憶方法除了可以準確檢測出已有的缺陷外，還能對應力集中區進行有效的檢測，所以可以對腐蝕、疲勞和蠕變等缺陷行為進行早期的快速診斷2.4。相比較而言，其他傳統的方法（超聲波、磁粉、X-射線）大都用來尋找那些業已出現了的缺陷，不能預防設備的意外疲勞損傷，而這正是運行中的設備損壞和產生事故的主要根源之一。車輪作為鐵道車輛的主要承力部件之一，屬于車輛運行的關鍵部件（見圖1）。高速余興的車輛，一旦車輪崩裂，將導致鐵軌損

5、壞、車輛顛覆等重大事故。筆者用金屬磁記憶檢測方法對車輪輻板孔進行了檢測，隨后用磁粉檢測進行復檢，并比較了兩種方法在車輪輻板孔檢測中的對應關系。2、 試驗車輪材料為45鋼。根據以往磁粉檢測（MT）的經驗，車輪最先出現裂紋等缺陷的地方一般在輻板孔孔附近，本文主要對內側輻板孔孔附近區域進行檢測。21、磁記憶檢測本試驗采用自制磁記憶檢測裝置，手動操作。主要技術參數為：測量范圍±200A/m；測量通道數1個；最高分辨率1A/m。在缺陷區域或應力集中程度較大的區域漏磁場強度法向分量幅值Hy變化較劇烈3.4。以此為依據，可以用磁場梯度值Kx或Kz來評定該區域的缺陷或應力狀況。Kx在數值上等于被評價

6、區域長度上磁場強度極大值Hymax和極小值Hymin的絕對值之和除以該長度1x（見式1）；Kz在數值上等于2次測量結果之間的讀數最大差值Hymax和2次測量結果之間的距離1z之比（見式2）。一般來講，在其它條件相同的情況下，梯度值K越大的區域存在的缺陷或應力就越大。本試驗采用的檢測儀可以自動記錄檢測區域的漏磁場強度Hy（A/m）以及磁場梯度值Kz（報警閾值設定為50，即Kz50就報警）。首先，對輻板孔進行磁記憶檢測。探頭垂直于輪面，其掃查的方向為：圍繞輻板孔作周向移動，同時作徑向來回小范圍移動，走“S”型路線，慢慢通過輻板孔及其周邊區域。在外磁場（如地磁場）的作用下，在缺陷位置和內應力相對集中

7、的地方，表面都會產生一定程度的漏磁場4。對工件表面漏磁場進行掃描檢測，便可找出缺陷或應力集中區域，而到底是缺陷還是應力集中，還需要其他方法來驗證。2.2、磁粉檢測磁粉檢測是基于缺陷產生的漏磁場與外加磁粉的磁相互作用。本試驗采用熒光磁粉法。檢測前，用砂輪對孔周圍部位進行打磨，清除被檢測表面的鐵銹和油漆；然后上架磁化；磁化的同時施加熒光磁粉懸浮液；然后觀察；觀察完畢后再進行退磁處理。磁粉檢測時，缺陷處磁粉會產生聚集而形成磁痕，可根據磁痕大小和走向對缺陷進行判斷。3、 試驗結果與分析3.1、磁記憶和磁粉檢測結果一致兩種方法檢測結果一致，有兩種情況：磁記憶檢測有缺陷，磁粉檢測也有缺陷；磁記憶檢測沒有發

8、現檢測，磁粉檢測也沒有發現缺陷。(1) 均未發現缺陷如圖2所示，對編號為183-12150的輪對左側車輪輻板孔進行磁記憶檢測，沒有檢測出缺陷（Kz50），隨后的磁粉檢測也沒有發現缺陷。這說明，該輻板孔附近表層沒有出現缺陷，內部應力集中現象也不甚明顯，可以繼續使用。(2) 均發現缺陷對043-03217號輪對右側車輪輻板孔進行磁記憶檢測，在孔一側表現為強烈的磁記憶信號波動，反復過零點（如圖3a），有6次Kz50，1次Kz100（如圖3b）。后經磁粉檢測后，在該處發現（如圖3c）所示裂紋，該裂紋長達100mm，驗證了磁記憶檢測的結果。同樣，在另一組檢測中發現輻板孔兩側都有強烈的磁記憶信號過零，表明

9、孔兩側均為應力集中區域，有可能存在裂紋、夾雜、氣孔等缺陷。隨后磁粉探傷發現輻板孔兩邊都有裂紋，如圖3所示。3.2、磁記憶和磁粉檢測結果不一致(1) 如圖4所示，輻板孔附近區域磁記憶信號明顯異常，反復過零4次（如圖4），有20多次Kz50（如圖4），但磁粉檢測并沒有發現表面缺陷。根據磁記憶檢測和磁粉檢測的機理，磁記憶方法檢測的是構件組織中業已出現的缺陷和由于蠕變和疲勞而產生的應力集中區，磁粉方法則主要用來檢出測量材料和構件表面的缺陷或近表面下的隱匿缺陷，所以對埋藏較深的缺陷和即將產生缺陷的應力集中區無能為力。故類似圖4中的的輻板孔附近可以認為內部有缺陷或者已經存在很大的應力，而這些應力容易在不久

10、的將來導致宏觀缺陷。故應對此類車輪輻板孔進行備檔，并定期復檢。(2) 磁記憶信號無過零，但磁紡檢測卻有裂紋（如圖5所示）。此種現象在整個試驗中僅出現一例，可能裂紋裂開后應力釋放的緣故，也可能是測量時缺陷與地磁場相對方位導致表面漏磁場的弱化，需要做進一步深入的研究。3.3、兩種方法檢測結果統計本次試驗均采用了磁記憶和磁粉兩種方法，總共檢測了62個車輪。如果把都沒有發現缺陷也歸結為結果一致，可以把磁記憶檢測和磁粉檢測結果統計如下表1所示。對比結果可見，磁記憶檢測結果和磁粉檢測結果有較好的一致性，磁記憶檢測的精度高于磁粉檢測。4、 結束語金屬磁記憶檢測技術是一種新型的無損檢測技術，它的優點在于高效、

11、高精度、低成本及獨有的可預見性。磁記憶檢測技術在鐵道車輛承力部件上的應用前景廣闊。它不僅能夠檢測出車輪輻板孔已經出現的缺陷，還能找出輻板孔上瀕臨損傷的區域，磁記憶檢測的最大優勢正在于此，為保證鐵路行車安全，對鐵道車輛車輪輻板孔進行無損檢測時，可分如下步驟進行：(1) 用金屬磁記憶技術進行快速掃查，并記錄磁記憶信號過零的輪心號；(2) 對磁記憶信號有過零的輪心進行磁粉復檢。對發現裂紋的車輪進行報廢或打磨處理；對沒有發現裂紋但有磁記憶信號過零的車輪備檔，并定期用磁粉進行復檢。參考文獻1林俊明，林春景，林發炳等。基于磁記憶效應的一種無損檢測新技術J。無損檢測，2000，22(7)：2972992Dubov, A.A. Sudy of metal properties