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對(duì)于結(jié)構(gòu)閉合的環(huán)狀零件，通常采用中心導(dǎo)體法對(duì)其進(jìn)行磁粉檢測(cè)，其磁場(chǎng)強(qiáng)度也采用經(jīng)典方法進(jìn)行計(jì)算。但在生產(chǎn)中，常遇到另一類環(huán)狀零件，其結(jié)構(gòu)并不完全閉合，而留有一個(gè)較大的空氣間隙。由于空氣間隙的存在，零件磁路結(jié)構(gòu)的參數(shù)會(huì)發(fā)生較大的變化。如果采用常規(guī)的磁化方法，則會(huì)因?yàn)榇艌?chǎng)強(qiáng)度太小，使得缺陷處的磁痕顯示不清晰。

 

該怎么辦呢？

 

生產(chǎn)中遇到這種情況時(shí)，必須根據(jù)零件的使用要求，找出影響磁場(chǎng)強(qiáng)度大小的因素并改變磁粉檢測(cè)工藝，才能滿足零件磁粉檢測(cè)的要求。

 

1、磁路分析

 

以某產(chǎn)品擋圈零件為例，薄環(huán)開口擋圈零件的結(jié)構(gòu)如下圖所示，其為一個(gè)中間有較大空氣間隙的薄形環(huán)狀零件。該擋圈零件的作用是在軸上固定其他組合零件，防止其他零件在使用中產(chǎn)生滑移。

根據(jù)產(chǎn)品要求的不同，擋圈零件最大直徑在100mm左右，厚度均在5mm左右。其材料為65Mn彈簧鋼，熱處理工藝為820℃油淬，420℃回火。

 

從零件使用要求可以看出，影響產(chǎn)品失效的原因是斷裂。這種斷裂的方向通常是徑向的，即缺陷與圓環(huán)的切線方向垂直或成一個(gè)較大的角度。為此，檢測(cè)磁場(chǎng)的方向應(yīng)該與缺陷垂直或成一個(gè)較大的角度。對(duì)該薄環(huán)開口擋圈零件來說，應(yīng)該采用與環(huán)方向一致的中心導(dǎo)體周向磁化方法，這種磁化方法能發(fā)現(xiàn)環(huán)面內(nèi)外壁上的縱向缺陷和環(huán)側(cè)壁上的徑向缺陷。

 

但是，開口或不開口的零件不能采用相同的磁化規(guī)范，而且兩者之間還存在著相當(dāng)大的差異。

 

用磁路對(duì)該薄環(huán)開口擋圈零件進(jìn)行分析，磁路上各段的長度L與其磁場(chǎng)強(qiáng)度H的乘積為磁壓，并且各分段磁壓之和與磁路中電流產(chǎn)生的磁勢(shì)Fm相等，即：

 

H1L1＋H2L2＋…＋HnLn＝NI

 

ΣHi Li＝Fm

 

式中：N為線圈的匝數(shù)；I 為線圈的電流。

 

依據(jù)以上原理，對(duì)開口擋圈進(jìn)行中心導(dǎo)體法磁化，再對(duì)整個(gè)磁路進(jìn)行分析。

 

設(shè)開口擋圈空氣間隙為12mm，厚度為2mm。其磁路總長度L按外徑近似計(jì)算為0.157m。

 

1、如果擋圈沒有12mm的空氣間隙，整個(gè)零件是閉合回路。

 

標(biāo)準(zhǔn)GJB 2028-1994《磁粉檢驗(yàn)》中規(guī)定“當(dāng)連續(xù)檢查時(shí)，施加在零件上任何部位的磁場(chǎng)強(qiáng)度切向分量應(yīng)達(dá)到2.4kA/m”，選擇的磁化規(guī)范應(yīng)為I＝8D＝400A。

 

依據(jù)上面公式可知：

 

Fm＝NI＝Hi Li＝2400πD

 

式中：D為上圖中的?50mm。

 

中心導(dǎo)體磁化可視為1匝線圈對(duì)零件的磁化，則I也約為400A。從材料的磁化曲線中查得，此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B約為1.2T，相對(duì)磁導(dǎo)率μr 約為400。

 

相應(yīng)的磁化磁動(dòng)勢(shì)為380A·匝(中心導(dǎo)體磁化可視為單匝線圈對(duì)零件的磁化)，與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相符。

 

2、該擋圈磁路中有12mm的空氣間隙，則整個(gè)磁路參數(shù)就發(fā)生了大的變化。

 

磁路由原來的單一材料變成了兩種。磁路長度也變成了L＝L1＋L0，其中L1＝L－L0＝0.145m(L0＝0.012m)。

 

設(shè)空氣間隙中的磁場(chǎng)近似均勻，則B0≈B1。由于空氣間隙的相對(duì)磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率相近，故μr0＝1，材料磁導(dǎo)率的比值為1/400。

 

要使空氣間隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0也達(dá)到擋圈材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1，也就是說空氣間隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度H0應(yīng)為：

 

H0μr0＝H1μr＝B1

 

加在空氣間隙上的磁場(chǎng)強(qiáng)度為：

 

H0＝H1μr/μr0＝960000

 

而此時(shí)的總磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)為：

 

Fm＝H1L1＋H0L0＝11868

 

若采用中心導(dǎo)體法，則要約12000A電流才能滿足檢測(cè)要求，該電流約為原來電流的30倍。若仍采用原I＝8D的方法計(jì)算，則該薄環(huán)開口擋圈零件部分磁化將嚴(yán)重不足，會(huì)使缺陷處的磁痕顯示不清晰，甚至可能造成漏檢。其原因是空氣間隙造成了大的磁阻，消耗了過多的磁能量，造成薄環(huán)開口擋圈零件得不到充分的磁化。另外，設(shè)備也無法滿足磁化的要求。

 

2、磁化工藝優(yōu)化

 

由于磁化能量消耗主要是由空氣間隙影響的，因此可以設(shè)想采用鐵磁材料填充空間，以縮短空氣間隙長度的方法來改變磁阻，進(jìn)一步優(yōu)化磁化參數(shù)。

 

以鐵磁材料穿過兩孔連接零件，使薄環(huán)開口擋圈零件形成一閉合鐵磁回路(忽略連接處的間隙)，應(yīng)該是能改善磁化參數(shù)的。

 

用線切割的方法在擋圈零件上制作了7條人工缺陷，人工缺陷的位置及深度示意如下圖所示?？紤]薄環(huán)開口擋圈零件的表面狀態(tài)，采用連續(xù)法熒光磁粉檢測(cè)。

 

1、采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定的I＝8D＝8×50＝400A，對(duì)薄環(huán)開口擋圈零件(不閉合狀態(tài))用中心導(dǎo)體法磁化，在暗室中觀察，得到1、7號(hào)缺陷不顯示，2、3號(hào)缺陷顯示不清晰，4、5、6號(hào)顯示比較清晰的結(jié)果。

 

2、用鐵絲將間斷處連接起來，仍采用I＝400A對(duì)閉合擋圈零件進(jìn)行中心導(dǎo)體法磁化，在暗室中觀察的結(jié)果是1~7號(hào)缺陷均顯示清晰。

 

3、采用同樣的方法對(duì)不同直徑的擋圈制作同樣的人工缺陷，得到的結(jié)果是相同的。

 

通過以上試驗(yàn)可以說明：開口環(huán)形零件在磁化時(shí)，應(yīng)該考慮空氣間隙對(duì)磁化結(jié)果的影響。由于空氣間隙的存在，增大了磁路的磁阻，在間隙處產(chǎn)生了大的磁壓降，造成零件上的磁化不足，使得某些細(xì)微缺陷不能很好地檢測(cè)出來。