3000型磁粉探伤机性能分析与技改建议

田晓春

（南京东车辆段徐州设备车间，江苏 徐州 221007）

1 引言

随着客运专线的开通和既有线路运能的释放，既有货车提速势在必行，提速对车辆的走行品质要求越来越高，作为走行部分的关键，轮对的质量好坏就直接决定着列车运行安全。如何保证轮对的质量可靠成为了车辆检修的关键和重中之重。目前轮对的检修探伤主要利用磁粉探伤对轮对车轴外露表面进行探伤，从而发现表面存在的疲劳裂纹，因而轮轴探伤机的性能直接影响着轮对探伤结果，影响着车辆的检修质量和运行安全。

2 3000型轮轴荧光磁粉探伤机的技术特点

2.1 设备结构

该机根据轮对结构特殊性，采用二路复合磁化技术，即轴向直接通电法、周向可开合式均匀分布的螺线管法，经一次性通电即可全方位复合磁化轮对的表面或近表面，有效地提高探伤的灵敏度和探伤效率。同时二路磁化电路均采用可控硅控制，达到磁化电流连续可调，有效地提高了探伤的质量。

该设备磁化电路包括：轮对周向磁化电路、轮对纵向磁化电路。其磁化主电路均采用晶闸管控制，通过可控硅触发电路，改变可控硅导通角以改变输出变压器次级电压，达到调节激磁电流大小的目的。

2.2 使用现状

根据铁道部探伤工艺要求，在参加设备的日常和季度性能鉴定中发现，标准试片在使用中，其右上和左下45°方向存在标准试片的圆线部分线段相对模糊或不清晰的现象，将给这个方向的轮轴裂纹的检测带来一定的隐患。

2.3 发生现象的原因分析

该型探伤机周向和纵向磁化均采用交流电进行磁化，磁化电源为三相交流电，其中AC相接纵向磁化电源变压器，BC相接周向磁化电源变压器，电源接法为二相式（不平衡）。磁化方法是：纵向磁化采用线圈法，周向磁化采用通电法进行磁化。

根据磁场叠加原理，在工件中某一点的磁场强度等于几种磁化方法在该点产生磁场的矢量和。旋转磁场形成的原理是：两个幅值相等、相互交叉、并具有一定电流相位差α的交流磁场对工件磁化，其矢量合成的磁场为随时间变化的旋转磁场，在平面上的轨迹呈圆形或椭圆形。如两个磁场分别为Hx和Hy：

因为电流相位差α＝120°，所以形成的旋转磁场如图1所示。

由此可见周向磁化与纵向磁化由于磁化相位差的原因，所产生的复合磁场其磁势能是偏重于合成轨迹 0°～90°和 180°～270°的范围的，而 90°～180°和270°～360°的范围其磁势能却非常薄弱。磁场在车轴上的分布通过试片显示，表现出为左上角和右下角显示非常清晰，而左下角和右上角显示却非常弱。

图1 两相磁场曲线

图2 不同瞬时的合成磁场

图3 合成磁场轨迹

图4 相位相差90°两路磁场曲线

图5 合成磁场轨迹

磁力线与缺陷角度垂直时所产生的漏磁场最大，最有利于缺陷的检出，而与缺陷所成角度平行时则无漏磁场产生，缺陷无法检出。该型探伤机由于复合磁场磁势分布不均匀的原因，而使裂纹与车轴轴线所成角度为135°和315°方向角时最利于检出，而裂纹与车轴轴线所成角度为 45°和225°方向角时磁力线多平行于裂纹，漏磁场过弱，裂纹显示不好，纵裂纹与横裂纹由于主磁场角度不与其垂直，不是最佳检出角度，其检出效果受到一定影响。

3 设备改进建议

两相相位差为120°的正弦交流电磁场，复合后形成椭圆形旋转磁场，不可避免地造成车轴探面磁场分布角度和磁势能分布区域的偏斜，如果能适当改变其中一相磁化电流的相位与另一相磁化电流的相位差，就可以形成均匀、全方位的复合磁场。

改进设想：在电源控制回路中利用移向器（将某一给定电压矢量旋转一个固定角度的装置称为移向器）将纵向磁化电源AC相中A相的相位后移30°，周向磁化电源BC相的相位保持不动，或者将纵向磁化电源AC相的相位保持不动，将周向磁化电源BC相上的B相相位后移150°，这样经移相后的A相与B相的相位差是π/2，其磁场分布如图4、5所示。

显然，合成磁场幅值为常数，H=H0，相位角与Hx相同，其轨迹是以H0为半径、角速度为ω的一个圆形旋转磁场。因而其磁场在车轴探面上的分布是均匀和全方位角的，不会形成磁场弱区。

4 结语

性能良好的磁粉探伤机能实现磁场均匀、全面覆盖被探测工件，不应存在明显探测弱区。现有的3000型探伤机如能适当调整两相磁化电流相位差，则磁场和磁势能就能均衡分布，探伤机的性能将更加完善，从而确保车辆运行的安全。

［1］任吉林.电磁检测［M］.北京：机械工业出版社，2000.

［2］中国机械工程学会无损检测分会.磁粉检测［M］.北京：机械工业出版社，2004.