关于地铁齿轮磁粉探伤磁化方法的研究

华彩虹

（广州铁路职业技术学院 广东广州 510430）

1 引言

地铁车辆的传动系统由联轴器、齿轮箱和牵引连接装置构成。电动机的转矩通过联轴器传给齿轮箱主动齿轮，主动齿轮带动从动齿轮，从而驱动车辆运行。由此可见，齿轮在车辆动力传递过程中起着至关重要的作用。时代的进步带动了城市轨道交通的发展，同时，列车运行的时速和载重情况日益严苛，导致地铁从动齿轮的故障率显著增加。为了解决这个问题，一方面可通过改进齿轮质量，提高其使用寿命；另一方面则应及时、准确、高效地检测出齿轮表面缺陷，选择合理的探伤方法才是解决问题的关键所在。本文对床式探伤机的三种磁粉探伤方法进行比较，结果如下。

2 磁化方法

磁粉检测是将被检测部件置于磁场中进行磁化，如果部件表面和近表面存在缺陷，将形成漏磁场，从而吸附施加在工件表面的磁粉形成目视可见的磁痕，通过对磁痕的分析来判断部件表面和近表面存在的缺陷。通常根据被检测部件的尺寸大小、形状结构、表面状态以及该部件过去受力情况，分析可能产生的部位和方向，选择合适的磁化方法。常用的磁化方法包括：通电法、触头法、中心导体法、线圈法、磁轭法等。因为齿轮上易萌生多方向裂纹，所以在项目中选择将两种方法复合使用，避免漏检。

2.1 中心导体与线圈复合法

中心导体法指将一个导体放置在被检工件的空心孔的中心线上，对导体通电，在被检工件上形成周向磁场，有利于检测轴向缺陷；线圈法指将被检工件放置在通电线圈之间进行磁化，形成纵向磁场，有利于检测径向缺陷[1]。两种方法复合使用，可避免漏检现象。

2.2 中心导体法与感应电流复合法

感应电流法利用的是电磁感应原理，即将一块铁芯插入到被检工件空心轴内，被检工件此时被用作是变压器的次级线圈，所以当铁芯中的磁通量发生改变时，被检工件将会出现感应电流，在该电流的作用下，被检工件又处于一个闭合的磁场[2]。

2.3 两组线圈复合法

其中一组线圈的放置方法如磁化方法1中所述，另一组是线圈穿绕在被检工件上，通电后对工件进行磁化，形成一个围绕工件的周向磁场。该方法同样可以形成两个磁场方向互相垂直的磁场，有利于缺陷的检测。

3 磁化方法的比较与选择

3.1 三种方法的优缺点比较

方法1：该方法的优势在于：①因为磁化电流是感应产生，所以不会在工件表面产生电弧。②工件的各个表面均能产生周向磁场。③只需通电一次，就可以将工件全部磁化；该方法的弊端在于：①对于厚度值比较大的工件，内表面的缺陷检测灵敏度高于外表面缺陷检测灵敏度。②工件长宽比对退磁以及灵敏度均有较大影响。③工件两端的缺陷容易漏检。

方法2：该方法的优势在于：①磁化电流没有直接从工件流过，所以不存在电弧的危险。②被检工件的内外表面以及端面均存在周向磁场。③只需通电一次就可以将整个被检工件周向磁化。该方法的弊端在于：①当工件有一定厚度时，内外表面缺陷检测灵敏度相差很大。②由于无法用仪表测出感应电流大小，所以通常根据线圈匝数以及铁芯的大小等数据来推算出磁场的大小[3]。③铁磁轭费用较高。

方法3：该方法的优势在于：①与前两种方法一样，工件表面不会产生电弧。②只需通电一次，就可将整个被检工件进行周向磁化。该方法的弊端在于：①该方法只适用于人工检测，检测效率低。②检测线圈接触点部位容易打火。

3.2 最优方法的确定

中心导体法与绕电缆法均是形成围绕被检工件的周向磁场，导体和电缆均需要穿过被检工件的内孔，其中导体的长度与直径均可以根据实际情况进行调整，所以适应性强；但是刚性电缆的形状是固定的，将会受到被检工件形状的影响，并且刚性电缆的接触点位置容易出现打火放点的危险[4]。

线圈法与感应电流法产生的均是纵向磁场。其中线圈法是在线圈内部感应出纵向磁场，线圈的制作以及匝数的确定均比较简单，成本低；感应电流法则是通过在被检工件中感应出闭合磁场用于检测横向缺陷[2]。感应电流的闭合磁路制作费用较高，磁路截面确定后通常不易更改，同时也会受到被检工件结构影响。

综上分析可知，中心导体与线圈复合法最适合用于地铁从动齿轮磁粉检测。

4 实验验证

我们进行了实验来验证所选磁粉检测方法的可行性，具体如下：在地铁齿轮的齿面中、齿面端、齿孔中、齿孔端、齿幅中等部位粘贴可有“十”形试片，且试片与粘贴部位一定要密贴、平整，保证人工制作缺陷中一条刻线与被检工件的轴线相平行。在周向电流6500A，纵向磁势15000AT等磁化规范操作下，所贴试片上的磁痕均显示清晰，特别是端面部位缺陷也可以被检测出，弥补了线圈法的缺陷，检测灵敏度高[2]。同时各部位的磁场强度也可以满足要求，检测无盲区。此外还应注意两点问题：①线圈的直径要大于齿轮外径；②在不触碰被检工件内孔的前提下，应尽可能增大中心导体直径。

[1]杨继斌，井 萍，沈 默.齿轮磁粉检测方法研究及应用[J].无损探伤，2016，40（05）：36～38.

[2]孙元德，姚荣文，章文显，任好娟，刘仕远，赵桂明.地铁从动齿轮磁粉探伤磁化方案选择及验证[J].机车车辆工艺，2012（04）：34～35.

[3]邓嘉鸣.某内燃机车牵引齿轮的磁粉探伤工艺及自动探伤机的研制[J].无损检测，2008（10）：763～765.

[4]陈金方.机车齿轮磁粉探伤方法的研究[J].机车车辆工艺，2000（02）：37～38.