曲轴和凸轮轴作为发动机最为重要的两大运动零件，它们的质量直接影响发动机的性能，为了提高曲轴和凸轮轴的可靠性和使用寿命，必须采取切实有效的方法检查出其材料的缺陷或者制造工艺过程中存在成的缺陷。

磁粉探伤的概念

磁粉探伤是利用工件缺陷处的漏磁场与磁粉的相互作用，并利用了钢铁制品表面和近表面缺陷（如裂纹、夹渣和发纹等）磁导率和钢铁磁导率的差异性，磁化后这些材料不连续处的磁场将发生畸变，形成部分磁通泄漏处，在工件表面产生了漏磁场，从而吸引磁粉形成缺陷处的磁粉堆积——磁痕。在适当的光照条件下，显现出缺陷位置和形状，对这些磁粉的堆积现象加以观察和解释，就实现了磁粉探伤。

磁粉探伤主要分为周向磁化、纵向磁化和复合磁化。周向磁化采用直接通电，电流沿工件轴向通过，在工件上产生周向磁场，假如存在与磁力线相交的裂纹或近表面缺陷，则在裂纹两侧立即产生N和S两个磁极，部分磁通进入附近的空间，形成能吸附磁粉的漏磁场，由此可检测工件上的纵向裂纹。用线圈法对工件纵向磁化，产生轴向磁场，同理，可检测工件上的周向裂纹。同时施加周向和纵向磁化电流，即复合磁化，在工件表面和近表面形成交变的旋转矢量磁场，在连续法探伤检查时，可检测工件表面和近表面各个方向的裂纹和缺陷，如图1所示。

双轴的表面缺陷及磁痕特征

发动机的曲轴和凸轮轴毛坯件通常是由球墨铸铁铸造而成的，然后经过一系列的工序加工，其中包括车削、淬火和磨削等。从毛坯到成品过程中的众多环节，其加工尺寸都可以通过专用的量具、检具保证其加工尺寸的精度，但是内在的缺陷通过人工检测是不能完全排除的。曲轴和凸轮轴表面形成磁痕的原因是多方面的，包括铸造缺陷、机加工缺陷以及热处理缺陷。

1.铸造缺陷

（1）疏松 这是铸造曲轴和凸轮轴中常见的缺陷。由于在铸造过程中厚薄不均匀，金属液在凝固收缩过程中得不到及时补缩。磁痕出现在最后凝固的部位，如曲轴的曲柄等部位。疏松磁痕常见的是条状疏松，形状比较规则。

（2）皮下气孔 由于铸铁表面张力大，易形成氧化膜，阻碍铁液体内的气体排出，滞留于皮下而形成气孔。一般在轴类零件表皮下成群分布，呈球形、椭圆球状等。在机加工阶段有时能直接发现，其磁痕形状与本身形状相似。

（3）杂质 铸造过程中的铁水渣没有排干净，冷却时浮在浇注位置上表面、型芯的下面及铸件死角处，最后凝固而成，其磁痕堆积密。

（4）裂痕 由于金属液体在凝固收缩过程中，表面和内部冷却速度的不同，产生很大的铸造应力导致产生铸造裂纹，其磁痕细密清晰。

2.机加工缺陷

曲轴和凸轮轴在机加工中产生的缺陷主要为磨削裂纹。磨削裂纹是工件在磨削过程中由于砂轮变钝，砂轮的粒度和硬度与工件表面硬度不适应、冷却剂不适当、进给量过大以及磨损速度过快等因素造成磨削材料局部过热导致金属表面组织开裂。磁痕方向一般与磨削方向垂直。

3.热处理缺陷

曲轴和凸轮轴作为重要的运动部件，为了提高材料的疲劳强度和使用寿命需要对其进行淬火处理，在热处理过程中，在曲轴应力集中的部位，如双轴的圆角等处产生裂纹。其磁痕明显、清晰。

图2  轴类零件磁粉探伤机

双轴磁粉探伤的方法

奇瑞发动机公司对双轴的质量要求非常高，采用严格的产品控制计划对双轴进行100%探伤检测。根据曲轴和凸轮轴的生产工艺，一个工件在热处理后和磨削之后分别进行一次磁粉探伤，及时检测、剔除由于毛坯缺陷、热处理和机加工缺陷造成的不合格产品，严格保证产品的质量。

根据磁化规范经验公式，探伤时的磁化电流可以根据如下公式进行估算：

周向磁化：I=（5～10）D，式中I为周向磁化电流（A），D为工件直径（mm）；

纵向磁化：NI=[45000/(L/D)]式中NI为纵向磁化安匝/（AN），L为待磁化圆钢长度（mm），D为工件直径（mm）其中可以存在10%的变动量，都在工艺要求范围内。例如：奇瑞481曲轴直径为49mm，长度为490mm。在磁粉探伤时，其周向磁化电流I=245～490A，纵向磁化NI=4500AN。

图２为发动机曲轴和凸轮轴磁粉探伤机结构示意图。

磁粉探伤机采用机电一体化结构，主要由电器控制系统、夹持磁化装置、照明系统、磁悬液系统、荧光灯和自动退磁系统等几大部分组成。

1.电源控制系统

电源控制系统主要由控制操作面板和控制电路配电板组成。控制操作面板位于控制柜正面上部，包括电源开关、电源指示、周向和纵向电流显示表（数字显示表）、产量计数器及各功能按钮开关。控制电路配电板位于控制柜内部，其中包括主电路交流接触器、主电路保护电容、可控模块、可编程控制器（PLC）、各功能动作执行控制元器件、保护器件，周、纵向两套同步电源以及可控模块专用触发线路板。控制操作面板和控制电路配电板均采用端子连接，且每根线均标有线号，方便检查与维护。床边还设有手动功能键操作盒以方便操作。

2.夹持磁化装置

夹持磁化装置装有左/右电极箱、轨道、周、纵向主变压器、互感器、两只纵向磁化线圈、磁悬液喷淋、过滤及回收系统。左/右电极箱分别安装在床身轨道上，纵向磁化线圈安装在左、右电极箱上，右电极箱可在轨道上左右电动移动；轨道下面为磁悬液集液斗；周、纵向磁化主变压器和互感器置于床身下面；磁悬液贮液箱置于床身右侧。夹持装置每处都有可开启的门，方便维护、检查。周向采用工件直接通电进行周向磁化，检查纵向裂纹；纵向采用线圈进行纵向磁化，检查周向裂纹。周、纵向同时磁化则可全方位检查螺栓表面的周、纵向裂纹。探伤方法采用连续法，即边喷淋边磁化。

3.荧光灯、暗室

荧光灯需要具有紫外线照度强、照射范围大和使用寿命长等优点。固定吊装在暗室顶部，以方便操作者进行荧光观察评判。

暗室采用钢结构，美观大方、坚固耐用。暗室左、右、顶部及侧面按床身尺寸，采用优质钢板剪折、焊接而成。暗室顶部装有排风扇，确保空气流通。暗室内还装有摇头风扇一台。

4.磁悬液系统

磁悬液系统由贮液箱、喷淋泵电动机、管道、喷淋头、集液斗和滤网等组成，对工件进行喷淋、集液、滤清和回收以便循环利用。喷头采用多只喷嘴位于两电极上方，自上而下对工件喷淋，同时设有调节阀，保证工件充分湿润而不飞溅。喷淋泵电动机搅拌使磁悬液中磁粉充分悬浮，同时亦用于手动喷枪的喷淋，手动喷枪位于床身右端，由软管接出，便于手动操作。

5．退磁系统　　

退磁采用衰减方式，且周、纵向退磁同时进行，确保退磁效果好、速度快。

曲轴和凸轮轴磁粉探伤的工艺过程：根据工件尺寸，调整好两电极间距，选择好周向磁化电流，纵向磁化磁势，将工件装到托架上，此时即可对工件进行自动检测和手动检测。

结语

随着对汽车质量的要求越来越高，采用磁粉探伤技术来检测曲轴和凸轮轴等重要零部件逐步广泛应用，实践证明，该方法是一种实用性较好、检测速率较高的重要检测手段。