Page 42 - 无损检测2024年第六期

李丰芫，等：

风电机组齿轮的弱磁检测技术

组织中马氏体深度的能力，同时可以避免激励频率 变，磁感应强度也会在缺陷附近发生变化 [11-12] 。表
对巴克豪森噪声信号输出的影响。在对于造价相对 面缺陷和内部缺陷的弱磁检测信号对比如图1所示，
便宜或工作环境不苛刻的齿轮检测研究中，我国有 当缺陷位于齿轮表面时，因为空气的相对磁导率比
许多学者 [7-8] 用基于机器视觉判别的自动化系统取代 工件的相对磁导率小，则通过弱磁探头采集到的缺
了人工缺陷检测；基于振动分析的监测技术是目前 陷处的磁感应强度会变小，所以曲线呈现下凹的状
运用较广泛且成熟的一种监测方法，该技术通过对 态；当缺陷位于齿轮内部时，因为缺陷处的磁感应线
信号进行处理并提取特征信息来进行定位、定性，能 被排斥，所以缺陷上方的磁感应强度增大，采集到的
有效评估齿轮的运行状态 [9-10] ；此外可采用的无损检 磁感应曲线呈现上凸的磁异常现象。
测技术还有超声检测、油液分析、红外线成像、温度
传感器等。以上研究在风电机组齿轮检测和监测方
面已经取得一定成果，但均存在一定弊端，如：① 机
器视觉技术目前无法满足工业无损检测的灵敏度要
求，且对工作环境要求较高；② 监测方法多数需要
连贯、系统地使用整套设备，而国内的系统化研究起
步较晚，很少有风场配备整套的监测系统；③ 振动
分析对齿轮早期故障的预测有一定的局限性，往往 图 1 表面缺陷和内部缺陷的弱磁检测信号对比
需要协同使用其他检测手段；④ 巴克豪森噪声技术
只能检测出齿轮表面及近表面缺陷，对于内部缺陷 2 检测试验
的检测灵敏度不高且检测时间较长，操作复杂。 检测试验中所使用的 1#，2#试样材料为低合
针对目前风电机组齿轮检测的难点，提出一种 金高强度钢，牌号为 17Cr2Ni2Mo，其优异的耐腐
基于地磁场的被动式弱磁检测技术。该技术方法操 蚀性和抗疲劳性能使其常被作为齿轮、轴承等重要
作简易便捷，扫查速度快且灵敏度高，在检测过程中 机械部件的制造材料，1#，2#试样结构如图2，3所
不需要耦合或外加激励，所采用的弱磁探头能满足 示。其中1#试样的厚度为4 mm，有4处人工预制的
对表面缺陷和内部缺陷的检测需求。 表面裂纹缺陷；2#试样含有一处位置未知的磨削烧
伤。齿轮在疲劳磨损或应力集中处易萌生自然细小
1 弱磁检测原理

磁化是指使原来不具有磁性的物质获得磁性的
过程，磁化强度是描述物体磁性强弱程度的物理量。
外磁场强度相同的情况下，磁化率是影响磁化强度
与磁感应强度的唯一条件。当磁场中的磁介质发生
磁化时会产生附加磁场，而附加磁场和原磁场叠加
后的总磁感应强度与原磁场强度之间的关系可表
示为
)
B = µ (1+ XH = µµ H （1） 图 2 1# 试样结构示意（17Cr2Ni2Mo 合金钢板）
0 1 0 1
式中：B为磁感应强度；H为磁场强度；X 为物质的
1
磁化率；μ 为真空中磁导率，取4π×10 H·m ；μ 1
-7
-1
0
为相对磁导率，μ =1+X 。
1
1
在地磁场的作用下，任何处于其中的物质都会
发生或多或少的磁化。由式(1)可知，如果物质是连
续且均匀的，其磁导率也应是相同且无变化的。因
此，当齿轮不存在缺陷时各位置的磁导率相同，在地
磁场磁化下表面的磁感应强度也是均匀稳定的；反
之，若存在缺陷，那么在缺陷处的磁导率会发生突 图 3 2# 试样结构示意（风电机组齿轮）
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2024 年 第 46 卷 第 6 期
无损检测