链轮磁粉检测可靠性的探讨

闫大方

（东风日产乘用车技术中心，广州 510800）

链轮是发动机配气机构的重要组成部分，扮演了一个“桥梁”的作用，将曲轴的动力通过链条传递给气门传动组。链轮由于本身结构特点，要求变形小，尺寸公差小，在压制成型、烧结和热处理过程中易产生变形开裂，尤其是齿部在热处理后更易产生肉眼无法直接发觉的细微裂纹，这些细微裂纹在拉力的作用下将会不断扩展直至齿部断裂，会缩短单品及整个链传动系统的使用寿命，并对车辆使用安全性造成隐患。

我公司的链轮为粉末冶金链轮，该类链轮具有良好的力学性能、尺寸精度和表面粗糙度。然而该类零件中的裂纹是非常致命的缺陷，供应商在生产过程中必须及时发现这一缺陷，避免不良部品流出。

供应商生产我公司的产品，采用以下的制造工序：

成型→烧结→齿部热处理→回火→裂纹检查→加工→防锈

由于是局部（仅齿部）的热处理工艺，易造成齿根部的应力集中，导致齿根部出现微裂纹，而这种微裂纹肉眼无法发觉。工序中的裂纹检查，主要是检查齿根部微裂纹缺陷。在成型、烧结工序中出现的裂纹缺陷一般都为肉眼可见，在齿部热处理工序前可被检查出来。

裂纹检查工序中供应商采用磁粉探伤技术，磁粉探伤是一种无损探伤技术，在锻造、焊接等领域的应用已经较为成熟。

由于我公司链轮的结构特点，必须保证在裂纹检查工序中，使用磁粉探伤可以将齿根部的缺陷发现，如果该检测方法失效，将造成不良品流出。

在实际的检查过程中出现以下现象：

链轮在磁化后，用手持式高斯计测量，部分齿尖部的磁感应强度达到了作业指导书的标准，但也出现部分齿尖部的磁感应强度未达到作业指导书的标准（在0.1 mT以下甚至0.0mT）。磁感应强度未达标准是否还可以检测出齿根部微裂纹？

本文就供应商采用磁粉探伤检测链轮齿根部微裂纹可靠性进行探讨。

1 理论分析

1.1 磁粉探伤基本原理

磁粉探伤是根据铁磁材料的性质发明的一种无损检测方法。铁磁性材料制成的零件经外加磁场磁化后，零件就有磁力线通过。如果零件本身没有缺陷，磁力线在其内部是均匀连续分布的。但是当零件内部存在缺陷时，如裂纹、夹杂、气孔等非铁磁性物质，其磁阻非常大，磁导率低，必将引起磁力线的分布发生变化。缺陷处的磁力线不能通过，将产生一定程度的弯曲。当缺陷位于或接近零件表面时，则磁力线不但在零件内部产生弯曲，而且还会穿过零件表面漏到空气中形成一个微小的局部磁场。这种由于介质磁导率的变化而使磁通泄漏到缺陷附近空气中所形成磁场，称作漏磁场，如图1所示。利用零件表面漏磁场吸附磁粉，在合适的光照下形成目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、大小、形状和严重程度，这就是磁粉探伤的原理。

1.2 圆周磁场理论分析

马蹄形磁铁如图2a所示，具有N极和S极。在磁铁外部，磁感应线从N极出发穿过空气进入S极，在磁铁内部，磁感应线从S极到N极闭合，它的两极能吸引铁磁性材料。

将上述磁铁弯曲，使两磁极靠的很近，如图2b所示，磁极间距变小，磁感应线离开磁极N，穿过空气又重新进入磁极S，产生漏磁场，漏磁场能强烈的吸附磁粉。

将磁铁两端再弯曲，使两极融合形成一圆环，如图2-c）所示，此时磁铁内既无磁极又不产生漏磁场，因而不能吸引铁磁性材料，但在磁铁内包容了一个圆周磁场或已被周向磁化。

如果已周向磁化的零件存在与磁感应线垂直的裂纹，则在裂纹两侧立即产生N极和S极，形成漏磁场，吸附磁粉形成磁痕，显示出裂纹缺陷，有裂纹处漏磁场分布及磁痕显示如图2d所示。

2 磁粉探伤过程

磁粉探伤的过程包括：磁化→施加磁粉→检查→脱磁

2.1 磁化

选择适当的磁化方法及磁化规范，然后利用磁粉探伤设备使零件带有磁性，产生漏磁场准备磁粉探伤。

2.2 施加磁粉

将磁粉（干法检验法）或磁悬液（湿法检验法）均匀地喷洒在零件表面上。

2.3 检查

对磁痕进行观察和分析，非荧光磁粉在明亮的光线下观察，荧光磁粉在柴外线灯照射下观察。

2.4 脱磁

使零件的剩磁为零的过程叫脱磁。

3 磁粉探伤方法

磁粉探伤可以分为干法磁粉探伤法和湿法磁粉探伤法。

1）干法是利用手筛将干燥的磁粉直接洒在工件上来显示缺陷磁痕的方法，在使用时，工人的劳动条件差，污染环境，喷洒不均匀容易造成漏检，所以应用较少。

2）湿法是利用液体作为载体把磁粉配制成磁悬液，然后喷洒在零件上来检验缺陷磁痕的方法，它克服了干粉法的不足，目前应用较广泛。

湿法又分为荧光湿法和非荧光湿法，按磁悬液又可细分为荧光水基、油基磁悬液和非荧光水基、油基磁悬液。

无论是荧光或非荧光磁悬液湿法磁粉探伤法，它主要是检验零件表面及近表面缺陷的一种检验方法。

4 实证分析

4.1 试验条件

检测方法：采用荧光水基湿法

零件：合格零件和齿根部裂纹样件

4.2 待解决问题

1）链轮在磁化后，部分齿尖部的磁感应强度没有达到作业指导书的标准，是否与零件装夹方向有关？

2）部分齿尖部的磁感应强度未达到标准（在0.1 mT以下甚至0.0 mT）是否可以检测出齿根部微裂纹？

4.3 试验过程

4.3.1 针对问题1

●如图3，分4个方向对合格零件装夹，采用中心导体法（芯棒法）磁化。

●如图4所示磁化时装夹状态，分2组磁化，第1组如图3所示A和B方向各4个,第2组如图3所示C和D方向各4个。

●如图5所示齿尖编号，磁化后用高斯计测定全部齿尖部磁感应强度。

4.3.2 针对问题2

●齿根部裂纹样件（在齿部热处理工序，未满足作业指导书标准所实际产生的不良品）。

●磁化后，测量磁感应强度，并用荧光水基湿法进行检查。

●脱磁后，用荧光水基湿法进行重复测试。

4.4 试验结果

4.4.1 针对问题1

从试验结果（见图6）看，零件形状、空隙度等特性会影响磁感应强度的测量数据。C符号附近的低磁感应强度与零件的空隙度有关，开口槽附近的低磁感应强度与零件形状有关。由于各零件齿尖部测量值趋势相同，故与零件装夹的方向无关，并且C符号附近的数值最低。

4.4.2 针对问题2

从试验结果（见图7）看，样件在磁化后，部分齿尖部的磁感应强度达到了作业指导书的标准，部分齿尖部的磁感应强度未达到标准（在0.1mT以下甚至0.0mT），也是可以通过磁粉探伤检测出齿根部的微裂纹。

从试验结果（见图8）看，样件脱磁后，重复测试，相同部位无法检测出微裂纹。

5 结论

综上所述，链轮在磁化后，部分齿尖部的磁感应强度没有达到作业指导书的标准，与零件装夹方向无关，是由零件形状、空隙度等特性影响的。部分齿尖部的磁感应强度未达到了作业指导书的标准，也是可以通过磁粉探伤将齿根部的微裂纹缺陷检查出，这是因为链轮在磁化后，在零件的内部产生磁场，如果齿根部出现微裂纹将产生漏磁场。

通过试验，验证了供应商采用磁粉探伤检测链轮齿根部微裂纹方法是完全可靠的。为避免齿根部微裂纹缺陷的产生，我公司要求供应商必须严格遵守齿部热处理工序作业指导书标准；为避免不良部品流出，我公司要求供应商对裂纹检查工序的人员、相关品保人员进行定期培训和考核。

［1］宋志哲.磁粉检测［M］.中国劳动社会保障出版社，2007.