浅析磁粉探伤机工作原理及修理方法

马栋

摘 要：无损探伤在制造业的重要性越来越高，影响到从安全生产到降低停机时间等方方面面，本文针对磁粉探伤设备，结合多年的现场经验以及理论知识，通过将探伤的工作机理与探伤机的实现相结合，打通两个专业的隔阂，得出一套科学适用的修理方案。

关键词：探伤;维修;磁化

结合多年铁路货车行业的发展历程，可以看到通过材质的选择以及实施全过程控制，在运用中已经极大消灭了车轴、车轮等关键部件的冷切事故的发生。这其中重要一环就是对裂纹进行无损检测，而检测的方式有很多种，除最常见的磁粉探伤外，还有超声探伤，射线探伤，涡流探伤等。本文则主要介绍其中磁粉探伤相关的设备工作原理与修理方法，因为它可以对工件进行整体探伤，相比于手持式探伤仪等具有更高的效率，更适合大批量工件的检测，且经过实践的验证能够有效达到裂纹检测的目的。

1 磁粉探伤机基本原理介绍

磁粉探伤机目前主要技术和结构已经相对稳定成熟，并以湿式为主，有荧光和白光两种观察方式。

（1）磁化的原理。磁粉探伤机通过给线圈加以中等强度的电流，形成较高强度的磁场，让磁场来影响被检测工件以及工件上所附着的细小磁粉颗粒排布，来对以铁为基础材料的工件进行表面裂纹检测。因为工件本体的材料与工件外部的空气，有不同的磁导率，若工件表面一定深度范围内存有裂纹、缺陷，则该处就会因磁导率的差异而导致磁力线不均匀，从而产生一个突变性磁压差，产生一个微小的S-N磁极对。将具有一定浓度的磁悬液喷洒于工件表面后，磁粉颗粒就会在缺陷处被磁极对吸附而形成磁痕（裂纹），明显区别于其它处的均匀附着，从而可用肉眼直接观察到缺陷所在。工件与磁场的连接方法也有通电法、中心导体法、支杆法、线圈或电缆缠绕法、磁轭法、感应电流法等方式。

（2）磁场的形成。磁场是电流通过线圈产生的，其方向、大小都受到电流的变化影响。根据建立在工件上的磁场不同，又可以分为轴向磁化、纵向磁化、以及复合的多向磁化。折到实际中裂纹显示方向、磁场方向、电流方向三者的关系可以见图1，在实际中是很容易将其混淆或者误判的。

（3）探伤机磁化的工作逻辑。因为探伤机本身除有磁化线圈、功率模块、触发模块外，还有本身的动作机构、控制系统、喷淋系统等，相互协同完成工作，系统的复杂会干扰对故障的判断。这里采用一种通用探伤机，将其内部主要的器件与电流建立起联系，可以清晰指示电流的流动方向，相互器件间的上下游关系，方便读者在判断问题时使用。不同的设备可能略有区别，但是逻辑原理是相通的，可以根据情况做调整。

2 维护管理

磁粉探伤机除可以参考通用设备的管理方式外，也有自己的特点，这主要因为其对可靠性和稳定性的要求相对要高，所以需要特殊照管。

（1）基础工作。明确维护保养的具体标准，编制操作规程，并且做好日常的状态识别，每日开工时进行一定的测试检查;另外为了工作的可靠，要与其它强磁场或动力电缆保持一定距离，地基要可靠稳固，并放置在相对较好的环境里，保持温湿度稳定避免阳光直射。如果可以，要安排相对稳定的人员来操作，熟悉设备的情况，并且经常学习交流探伤技能。

（2）检修力量支持。在基础之外需要专业的维修力量作为支持，既要有一定经验的维修人员做保障，还要有必要的图纸、手册等资料，及兆欧表、万用表等工具。因为观察“裂纹”是通过电流间接实现的，环节较多不够直观，就需要人定期对主变压器、磁化线圈进行绝缘测试，对电压、电流的稳定性进行观测，发现异常及时处理。此外因为磁悬液的使用导致局部湿度增高，甚至会有溅落到线圈处的情况，还需要专业人员来进行干燥等辅助工作。

3 主要修理方案

对于修理来说，最根本的主要是两方面，一是熟悉设备本身的结构和特性，二是要了解磁粉探伤的技术原理，这一点往往是难倒维修人员的关键，所以此文才从原理分析开始，从对裂纹的观察反推出器件的工作逻辑关系，提供跨两个专业的判断依据。这里根据对故障的统计和处理经验，总结了三条主要的判断检修方法，在应用中也可以与其它方法相结合来进行修理。

（1）先搞清楚问题。这一点非常重要，比探伤机本身的技术问题更为重要，修理时不要到现场第一时間就开始修，而是要从操作人员那里了解一手信息，何时发生，什么现象，作业有无变化等;再其次要进行观察和判断，检查异响和气味，检测绝缘电阻等;最后要建立自己的分析思路，一步一步来做，而不要盲目地到处下手，否则会更难以判断。经验来说，磁化电流不足和磁痕显示不佳，这两种问题占总故障率的50%以上，变压器和电缆的绝缘不佳及烧损占20%左右，其它非磁化直接相关的问题约占30%。

（2）流程分析法。根据之前了解的异常及测得的数据，通过图2的逻辑关系图就可以进行逻辑判断，因果分析，既可以从异常点下手，也可以根据现象沿着流程线反向查找。例如周向裂纹没有显示，可以根据图1反向查找对应的周向电流方向，再根据图2查找周向电流的流动过程，逐项判断直到找出中断的环节。同样判断磁化电流很小的问题，可以结合图2的电流虚线来看，测量各个环节上的压降，因为二次测总电势很低，其回路的阻值必须在毫欧级别才能实现上千安培的磁化电流，任何部位的阻值增大就会造成电流的急剧下降。

（3）替换法。有些问题可能仅仅通过以上的测量和逻辑判断来处理会比较繁琐，那么也可以根据经验，挑选概率比较高的部位，用相同的回路或器件相互替换比对，根据故障的转移情况做出更快速的诊断。比如电流一直很大不可调节，那就有功率模块击穿、触发模块损坏、短路等多种可能，在确保安全的前提下，可以分别替换这些模块，一旦现象出现变化就可以迅速确定问题点。另外实际中还有过试片圆环缺边的故障，之前的各种方法都不能有效解决，最终替换了电源相序，从UV/VW调整为WU/UV才恢复正常，而事后发现其所有器件均是完好的。

没有一种方案是可以处理所有故障的，核心还是要通过熟悉工作原理，掌握不同部件的工作逻辑关系，再辅以经验综合分析，才能够最终解决。

参考文献：

[1]宋润泽.电磁探伤[M].中国铁道出版社，1964年6月.

[2]中国铁路总公司.铁路货车轮轴组装检修及管理规则[M].中国铁道出版社，2016年9月第一版.