便攜式電磁軛探傷儀電流類型對無損檢測靈敏度的影響

肖成珺

(甘肅省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院，甘肅 蘭州 730050)

1 概述

磁粉檢測（Magnetic Particle Testing，MT），又稱磁粉探傷或磁粉檢驗(yàn)，屬于無損檢測五大常規(guī)方法之一，適用于檢測鐵磁性材料工件表面和近表面尺寸很小、間隙很窄（如可檢出長0.1mm、寬為微米級的裂紋）目視難以看出的缺陷?；诖欧厶絺淼拇跑椃ㄊ菑V泛應(yīng)用于焊縫區(qū)域的檢測常規(guī)方法，具有設(shè)備簡單、效率高、成本低、檢測靈敏度高的特點(diǎn)，且檢測的結(jié)果較為準(zhǔn)確，通過改變磁軛方位，可發(fā)現(xiàn)任何方向的缺陷，缺陷顯示直觀。電磁軛探傷儀是基于磁軛法的常見的用于化工過程中焊縫區(qū)缺陷檢測的便攜式設(shè)備，可由電池或電源供電，具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，特別適合于野外和高空作業(yè)，是特種設(shè)備檢測的最常用儀器，現(xiàn)已成為容器安裝過程和定期檢驗(yàn)內(nèi)部首選的檢測方法，檢測準(zhǔn)確性直接影響容器定檢的可靠性和容器的安全使用。

由于供電電源的類型影響待檢測工件內(nèi)部磁通量的分布特征，使得其對工件缺陷檢測靈敏性和準(zhǔn)確性具有重要影響。筆者在長期的實(shí)踐工作中，深刻地認(rèn)識到磁軛探傷儀供電電源的類型對明缺陷檢測結(jié)果具有重要的影響，因此，本位通過實(shí)驗(yàn)比較了直流電和交流電供電模式下磁軛探傷儀對缺陷檢測結(jié)果的靈敏性和準(zhǔn)確性的影響。

2 電磁軛探傷儀工作原理

電磁探傷（磁粉檢測）是利用電磁原理來發(fā)現(xiàn)金屬缺陷的檢驗(yàn)方法，通過將鐵磁材料的工件磁化，從而使工件缺陷處的磁阻顯著增大，工件表面和近表面的磁感應(yīng)線發(fā)生畸變而產(chǎn)生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，合適的光照下形成目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度。如圖1 所示，對于由磁性材料制成的工件，當(dāng)施加外部磁場時，如果內(nèi)部完美，不存在任何缺陷，則工件內(nèi)部各處的導(dǎo)磁場均勻分布；反之，當(dāng)存在裂縫、空氣泡、非磁性材料等缺陷時會導(dǎo)致其磁導(dǎo)率下降，從而使磁力線通過這些地方的時候?qū)⒂龅捷^大的磁阻，使得磁力線分布發(fā)生畸形改變，通過檢測磁場分布，精確定位缺陷區(qū)。磁粉的選擇對磁粉檢測結(jié)果的可行性和準(zhǔn)確性極為重要，既要有良好的磁吸附性能，又要有良好的流動性，且理想的磁粉應(yīng)由一定比例的條形，球形和其他的磁粉混合在一起使用。衡量磁粉性能的最根本的辦法還是通過綜合性能（系統(tǒng)靈敏度）試驗(yàn)的結(jié)果來衡量磁粉的性能[1]。

圖1 磁粉檢測原理示意圖

圖2 電磁軛局部磁化原理示意圖

圖2 為電磁軛探傷儀工作原理示意圖，即磁軛法。該方法用便攜式電磁軛兩磁極與工件接觸，使工件得到局部磁化，兩磁極間的磁感應(yīng)線在無缺陷趨于大體上為平行兩磁極的連線，然而當(dāng)焊縫上有缺陷存在時由于磁導(dǎo)率的改變而使得磁感應(yīng)線發(fā)生扭曲，從而用于發(fā)現(xiàn)與兩磁極連線垂直的焊縫缺陷[2]。磁軛的有效磁化范圍一般是以兩磁極間連線為長軸L（75～200mm 為宜），從兩極連線中心處向兩側(cè)各1/4L 為短軸的所包圍的面積。如果兩磁極間距太小，由于磁極附近磁通密度過大會產(chǎn)生過度背景掩蓋相關(guān)顯示，磁極間距過大會造成磁場強(qiáng)度不夠。故要求使用最大間距時，交流磁軛至少應(yīng)有45N 的提升力，直流電磁軛至少有177N 的提升力，以此來保證磁場強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 不同電流類型磁化實(shí)驗(yàn)

3.1 設(shè)備和器材

使用的設(shè)備和器材有：電磁軛探傷儀，CJE-12/220；靈敏度試片，A1-30/100；提升力試塊，45N(4.59kg) 和177N (18.06kg)；水基黑磁膏磁懸浮液，BH-1；待檢測工件，規(guī)格為300×340×5mm、300×340×12mm 和300×340×18mm 的Q235B 碳鋼板。

3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

本試驗(yàn)以厚度分別為5mm、12mm 和18mm 的待檢測工件為基礎(chǔ)工件，在其表面放置A1-30/100試片，在不同類型電流磁化的同時并施加磁懸液后，觀察試片上有無磁痕顯示來判定缺陷能否檢出，具體的試驗(yàn)步驟如下：

1）提升力（磁場強(qiáng)度）校驗(yàn)：電磁軛探傷儀接通電源線提供的220V 交流電和電池提供的直流電，分別用45N 和177N 的提升力試塊試驗(yàn)，電磁探傷儀均能提起，證明設(shè)備提升力滿足要求。

2）配置磁懸液：配置BH-1 黑磁膏磁懸液，檢查磁懸液的潤濕性能，使其滿足要求。

3）本實(shí)驗(yàn)所用的A1-30/100 靈敏度試片為NB/T47013.4[3]推薦的特種設(shè)備磁粉檢測選用試片，其結(jié)構(gòu)如圖3 所示，試片薄板的厚度為100μm，十字刻槽的深度為30μm。在試驗(yàn)過程中，首先將無人工刻槽面朝外，為使試片與工件被檢面接觸良好，用透明膠帶靠試片邊緣貼緊，然后通過以220V 交流電和電池提供的直流電電磁軛探傷儀分別磁化測試靈敏度試片，檢驗(yàn)是否能檢測出試片的人工缺陷。

圖3 A1-30/100 靈敏度試驗(yàn)片

4 結(jié)果與討論

由圖4 所示的不同厚度的待檢測工件上靈敏度試片的檢測結(jié)果可知，當(dāng)工件的厚度為5mm 時，以交流電和直流電為供電電源時試片上的磁痕均能清晰的顯示人工刻槽，即圖3 所示的刻槽的位置。然而對于厚度為12mm 和18mm 的工件，以交流電為磁化時，磁痕均能夠清晰的顯示刻槽的位置，而直流電則試片上無磁痕顯示。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

圖4 不同磁化電流條件下靈敏度試片磁痕顯示結(jié)果

表1 不同供電電源（磁化電流）條件下靈敏度試片磁粉測試結(jié)果

如圖5 所示，以直流電為電源磁化時，由于直流電產(chǎn)生的磁場滲入工件表面較深，有利于發(fā)現(xiàn)較深的缺陷，而在同樣的磁通量時，探測深度越大，磁通密度就越低，尤其在較厚的待測工件中這種現(xiàn)象更明顯。因此，對于較薄的待測工件（5mm，圖4b），以直流電為電源時，近表面的磁通量較為密集，從而可使薄板上的磁粉能夠清晰的顯示缺陷位置；而對于較厚的待測工件（12mm，圖4d 和18mm，圖4f），近表面磁通量密度降低，從而導(dǎo)致表面的磁粉不能夠清晰的顯示缺陷的位置。盡管直流電磁軛的提升力能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但測量工件表面的磁場強(qiáng)度和A1 型標(biāo)準(zhǔn)試片上的磁痕顯示往往都到不到要求。

圖5 直流電磁軛在鋼板中的磁通分布

以交流電為供電電源時，由于交流電具有集膚效應(yīng)，交流電方向在不斷地變化，使得交流電磁軛產(chǎn)生的磁場方向也不斷的變化，而這種磁場方向的變化可攪動磁粉，有助于磁粉遷移，從而提高磁粉檢測的靈敏度，因此，對較厚待測工件，交流電為電源時，電磁探傷儀亦對表面缺陷有較高的靈敏度。ASME 規(guī)范第V 卷也特別強(qiáng)調(diào)，除了厚度小于6 mm 的材料之外，在相等的提升力條件下，對表面缺陷的探測使用交流電磁軛優(yōu)于直流[4]。

表面缺陷對特種設(shè)備安全長周期運(yùn)行威脅較大，所以對鍋爐、壓力容器的鐵磁性材料的焊縫表面檢測優(yōu)先選擇進(jìn)行磁粉檢測，一般最好采用交流電磁軛，但對于薄壁小于6mm 的壓力管道來說，利用直流電磁軛既可以發(fā)現(xiàn)叫深層的缺陷，又兼顧表面及近表面缺陷的檢測，彌補(bǔ)了交流電磁軛的不足，所以對于小于6mm 的薄壁壓力管道應(yīng)采用直流電磁軛。

5 結(jié)束語

電磁軛探傷儀是石油化工工程中焊縫區(qū)缺陷檢測的常用便攜式檢測設(shè)備，目前為了使用更加方便便捷，大多磁軛探傷機(jī)改有充電電池供電。然而依據(jù)電源的電流類型對其檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性有著顯著的影響。本文通過試驗(yàn)研究探討了電磁軛探傷儀供電電源的電流類型對檢測結(jié)果的影響，結(jié)果表明，檢測表明和近表面缺陷交流電具有較好的靈敏度，對于厚度較小的工件（一般小于6mm），直流電和交流電均能滿足靈敏度要求，而對于較厚的工件直流電將無法滿足。