淺談交流電磁軛的提升力與靈敏度

蔣桂通　閆留青　趙忠祥　王興國(guó)

【摘 要】磁軛法磁粉檢測(cè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、靈活，適用性強(qiáng)，適用于鐵磁性材料和大型鋼結(jié)構(gòu)件的表面和近表面探傷?？蓴y帶到車間、實(shí)驗(yàn)室和工作場(chǎng)地進(jìn)行探傷。海洋石油鋼結(jié)構(gòu)焊縫的磁粉檢驗(yàn)主要采用交流磁軛法，而影響磁軛法探傷靈敏度的主要因素為磁軛提升力，提升力是電磁體最重要的參數(shù)之一，它反映了磁體對(duì)工件的磁化能力。本文主要探討在進(jìn)行磁軛法探傷時(shí)影響磁軛提升力的幾個(gè)因素。

【關(guān)鍵詞】磁粉檢測(cè);磁軛提升力;探傷靈敏度

中圖分類號(hào)： TG115.284文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）17-0043-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.020

Discussion on Lifting Force and Sensitivity of ac Electromagnetic Yoke

JIANG Gui-tong YAN Liu-qing ZHAO Zhong-xiang WANG Xing-guo

（Offshore petroleum engineering co.， LTD.， Tianjin 300452， China）

【Abstract】The magnetic yoke method has simple structure， convenient operation， flexibility and adaptability. It is suitable for surface and near-surface flaw detection of ferromagnetic materials and large steel structural parts. It can be carried to the workshop， laboratory and workplace for flaw detection. The magnetic powder test of the weld of marine petroleum steel structure mainly adopts the AC yoke method， and the main factor affecting the sensitivity of the yoke method is the yoke lifting force. The lifting force is one of the most important parameters of the electromagnet， which reflects the Magnetization capability of the magnet to the workpiece. This paper mainly discusses several factors that affect the yoke lifting force when performing yoke detection.

【Key words】Magnetic particle detection; Yoke lifting force; Flaw detection sensitivity

1 磁軛法磁粉檢測(cè)原理

鐵磁性材料工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面和近表面的磁感應(yīng)線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，漏磁場(chǎng)吸附工件表面的磁粉，形成在合適光照下目視可見(jiàn)的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、形狀和大小。磁粉檢測(cè)原理如圖1所示。磁軛法磁粉檢測(cè)利用電磁軛與工件形成閉合磁路，從而對(duì)工件實(shí)施縱向磁化的方法。

圖1 磁粉檢測(cè)原理

在磁化時(shí)要計(jì)量出磁場(chǎng)的大小是非常困難的，所以在實(shí)用中采用磁軛磁化時(shí)的提升力來(lái)衡量磁化強(qiáng)度的大小。

2 提升力

提升力，是指電磁軛通電時(shí)對(duì)鐵磁性材料工件探傷的磁軛吸引力。需要強(qiáng)調(diào)的是，這里所指的提升力，是指磁軛腿在標(biāo)準(zhǔn)允許的最大極間距時(shí)的提升力，而非兩磁軛腿平行時(shí)的提升力，很多操作人員在測(cè)試磁軛提升力時(shí)并沒(méi)有注意到這一點(diǎn)。

提升力是電磁體最重要的參數(shù)之一，它反映了磁體對(duì)工件的磁化能力?？梢哉f(shuō)磁軛提升力直接影響磁粉探傷靈敏度。

標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于不同類型的電磁軛的提升力的要求是不同的：交流電磁軛至少應(yīng)有44N的提升力;直流電磁軛至少應(yīng)有177N的提升力;交叉磁軛至少應(yīng)有118N的提升力。

海洋鋼結(jié)構(gòu)磁粉檢測(cè)使用的主要是交流電磁軛。在使用時(shí)，交流電磁軛的兩磁腿間距應(yīng)控制在50mm-150mm之間，檢測(cè)的有效區(qū)域?yàn)閮蓸O連線兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)。并且當(dāng)使用磁軛最大間距時(shí)，交流電磁軛至少應(yīng)有44N（4.5kg）的提升力。

ASTM E709規(guī)定電磁軛的提升力至少每半年校驗(yàn)一次，并且每次出現(xiàn)損壞或檢修后都應(yīng)重新進(jìn)行校驗(yàn)。

3 影響磁軛法檢測(cè)靈敏度的幾個(gè)因素

3.1 磁軛提升力的影響

我們?cè)谟么跑椷M(jìn)行磁粉檢測(cè)之前，第一必要步驟就是測(cè)試提升力，只有在提升力滿足要求的情況下，此儀器才可以使用。所以說(shuō)，滿足要求的提升力是滿足靈敏度的必要條件。而提升力達(dá)到要求，靈敏度未必就百分百達(dá)到要求，靈敏度還受其他條件的影響。

3.2 磁粉檢測(cè)耗材的影響

對(duì)于磁粉檢測(cè)靈敏度，磁粉檢測(cè)耗材是除磁軛設(shè)備之外的第二大影響因素，如反差劑是否使用，反差劑的噴灑厚度，在必要使用反差劑提供背景反差的時(shí)候應(yīng)使用反差劑來(lái)增強(qiáng)反差，海洋石油鋼結(jié)構(gòu)焊縫的磁粉檢驗(yàn)主要使用白色反差劑和黑色磁懸液，反差劑的厚度一般在25-50um之間。磁懸液的濃度更是有嚴(yán)格的要求，每天或每八小時(shí)或每次配置新的磁懸液時(shí)都應(yīng)測(cè)定其濃度，并且在使用前要搖勻。ASTM E709規(guī)定，非熒光磁粉磁懸液的濃度為1.2-2.4ml/100ml，熒光磁粉磁懸液的濃度為0.1-0.4ml/100ml，磁懸液的濃度測(cè)試應(yīng)使用梨型瓶測(cè)試，并且注意測(cè)試熒光磁粉磁懸液和非熒光磁粉磁懸液的梨型瓶并非是同一個(gè)，兩者細(xì)分刻度是有區(qū)別的，應(yīng)用磁粉檢測(cè)靈敏度試片可以測(cè)定磁粉設(shè)備和磁懸液的系統(tǒng)靈敏度，并且可以找到一個(gè)最佳的磁懸液濃度范圍，這個(gè)范圍必須包含在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍之內(nèi)。

3.3 磁軛腿間距的影響

在探傷時(shí)電磁軛向工件施加一個(gè)外加磁場(chǎng)，使得工件局部也產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)，外加磁場(chǎng)越大，則表面缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)越強(qiáng)，探傷靈敏度越高，此時(shí)應(yīng)該注意，當(dāng)磁場(chǎng)大到一定程度的時(shí)候，并不是越大越好，因?yàn)檫^(guò)大的漏磁場(chǎng)會(huì)造成過(guò)顯示，影響真假缺陷的辨別。按ASTM E709要求，當(dāng)電磁軛的磁極間距為50-100mm時(shí)，交流電磁軛的提升力至少應(yīng)為44N。從這里我們可以看出磁極間距對(duì)提升力的大小是有影響的。當(dāng)磁路中產(chǎn)生的磁通一定時(shí)，由于磁阻的影響，工件表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)隨磁軛兩極間距變大而減弱。通常規(guī)定，交流磁軛的磁間距控制在50-150mm為佳。并且磁軛的兩條腿必須是可調(diào)節(jié)的，靈活的。

3.4 磁軛不同放置的影響

在海洋鋼結(jié)構(gòu)磁粉檢驗(yàn)中，磁軛的各種不同放置形式會(huì)在磁軛的提升力上有不同的反應(yīng)。磁頭與工件盡可能保持面接觸，面接觸磁化能力最強(qiáng)，線接觸磁化能力較弱，有可能達(dá)不到規(guī)定的提升力或靈敏度，點(diǎn)接觸磁化能力最弱。

為了檢查焊縫的縱向缺陷，磁軛應(yīng)該橫跨且垂直于焊縫;為了檢查焊縫的橫向缺陷，磁軛應(yīng)該放置在大致與焊縫平行的方向上。

在建造過(guò)程中，應(yīng)用磁粉檢驗(yàn)檢測(cè)各種角度的缺陷。即至少沿兩個(gè)互相垂直的方向磁化被檢工件。

對(duì)于縱向探傷，磁軛應(yīng)兩腳分開(kāi)并垂直于焊縫;對(duì)于橫向探傷，磁軛定位應(yīng)基本上平行于焊縫。

3.5 磁軛與工件間隙的影響

考慮到檢測(cè)時(shí)可能有的氧化皮、鐵銹、漆層等耦合不良，磁極與工件會(huì)產(chǎn)生間隙，導(dǎo)致耦合不良。隨著磁極和工件的間隙增大，使得工件上的感應(yīng)磁場(chǎng)減弱，提升力下降，靈敏度也就減弱?？梢哉J(rèn)為提升力能較好地反映出磁化不足，在檢測(cè)時(shí)，可以感覺(jué)磁軛對(duì)工件的提升力度，若相差較大，可以認(rèn)為這時(shí)磁化肯定不符合靈敏度要求。

4 總結(jié)

對(duì)于一定的設(shè)備與工件，磁軛提升力與鐵素體鋼板的磁導(dǎo)率、磁極間距、磁極間隙等有關(guān)。影響了提升力，就一定影響靈敏度，而要保證靈敏度，除保證提升力以外，還要有規(guī)范的操作手法，滿足要求的工件準(zhǔn)備，最佳的磁懸液濃度，可調(diào)的磁軛腿與復(fù)雜工件的接觸面，甚至合適的工件溫度等等。通過(guò)對(duì)提升力和靈敏度的討論，總結(jié)了影響磁軛法磁粉探傷靈敏度及提升力的主要因素，在實(shí)際工作中為保證磁軛法磁粉探傷有足夠的靈敏度，可以在這些方面加強(qiáng)注意和改善，以保證合格的提升力來(lái)進(jìn)行磁粉探傷。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]姚力，范呂慧.磁軛提升力指標(biāo)的分析和討論.無(wú)損檢測(cè)，2005，27（7）：345-348.