厚壁合金鋼管磁性探傷后的退磁技術

孟令華，韓曉華，趙洪賢

（山東省科學院 激光研究所，濟寧 272100）

在渦流及漏磁無損檢測中，因檢測需要，必須要加磁場對鋼管進行磁化，導致磁化后的鋼管存在剩磁。鋼管的剩磁對后續加工存在很大的影響，比如：①剩磁會影響到某些儀器和儀表的工作精度和功能。② 剩磁所吸附的磁粉在后續工序中，如機加工和表面涂層，會引起動部件的磨損。③ 剩磁可導致切屑附粘在表面，破壞表面精度和使刀具鈍化。④在試件尚需電焊時，剩磁會引起電弧偏吹或游離。⑤ 可能干擾無損檢測［1－5］。所以必須要對檢測過的鋼管進行退磁。

針對厚壁合金鋼管的退磁困難，設計制造了采用分段式直流交流的退磁設備，對T20等合金材料的高壓合金無縫鋼管進行退磁，取得了很好的效果。

1 鋼管的傳統退磁方法及存在的問題

傳統的退磁方式有：

（1）交流電退磁 該方法是將試件放入通有工頻交流電的線圈前，以一定速度通過線圈。采用交流電退磁時，試件所承受的退磁強度峰值應大于檢測時所用峰值。交流電退磁方法對較小普通工件效果良好，但是由于交流場有明顯的集膚效應，試件深處的剩磁仍可保持，試件直徑大于50mm時尤其如此［1－5］。

（2）交直流電退磁 退磁分為交流退磁和直流退磁。交流退磁通過交變磁場，能不斷改變工件中的磁疇結構，從而不斷削弱工件中的剩磁，但是交流退磁存在集膚效應，難以退掉鋼管內部的剩磁。直流退磁可以給鋼管加一個反向磁場，根據鋼管剩磁的大小方向可以調整直流退磁器電流的大小去改變鋼管的剩磁。這樣對大部分普通材質的鋼管效果都不錯，但是對合金材料和厚壁的鋼管總有一些鋼管有剩磁，有的合金鋼管甚至很大，并且因為合金材料合金的不均勻等原因甚至造成鋼管兩端磁場一樣，中間不一樣的現象。

此外還有振蕩電流退磁法和磁軛退磁法等方法，但都不適合在線大批量的生產應用。

采用以上幾種方法對厚壁合金鋼管退磁，一般剩磁都在10Gs以上，甚至能達到20Gs以上，按照JB／T 6641—1993《滾動軸承 殘磁及其評定方法》標準，最小規格的軸承剩磁應＜4Gs，遠遠達不到客戶要求。

2 鋼管退磁方法的改進

對普通的碳素管用普通的交直流退磁器就能達到要求，但是對于某些大直徑、厚壁、合金材料管，退磁效果就不能令人滿意。采用新型的瞬時可變直流加可變頻交流退磁方法可使厚壁合金材料鋼管取得令人滿意的退磁效果，工業應用前景良好。

采用分段式直流交流退磁法，并對直流退磁法和交流退磁法做了改進，具體改進如下：

2.1 直流退磁

直流退磁采用功能上較新穎的恒流型、分段式直流退磁電源。該產品適用于場地受到條件的限制，磁飽和裝置與交、直流裝置之間的距離間隔很近，常規產品無法有效地退磁的場所。該產品能調節、設定各種數據，適應各種鐵磁性材質的管棒材，具有操作簡單、可靠、顯示直觀、精度高等特點。

如圖1所示，根據鋼管的磁場變化，在鋼管磁場發生位置安放兩個傳感器，當鋼管到達傳感器時輸出一個信號，從而對鋼管不同部位使用不同電流，達到更佳的退磁效果。

圖1 直流分段退磁示意圖

直流退磁裝置采用分段退磁的方法，保證退磁的最佳效果。為保證實際運行時不會隨鋼管的大小規格和探傷速度而變化，采用兩只接近開關輸入信號，這樣S1（分段距離）／t1（延時）＝S2（接近開關間距離）／t2（通過接近開關的時間），分段距離的長度和速度無關。如圖2所示，控制一個繼電器轉換電路，使用兩個不同調壓器調節電壓變化，再通過兩個整流電路轉換成直流電源。用直流退磁時，退磁場的強度應高于檢測時所達到的數值，磁場方向應與檢測時的磁場方向相反。

圖2 整流電路圖

2.2 交流退磁

交流退磁采用大功率交流退磁裝置專用的退磁電源控制儀。

交流退磁線圈位于直流退磁器線圈的后面，通過交流電產生交變磁場，對鋼管進行退磁。電源帶有高精度電壓、電流、功率、頻率表。源表一體化，使交流退磁器能夠根據鋼管類型、材質、大小自由調整電壓、電流、功率、頻率，并采用西門子原裝高功率IGBT模塊組設計，降低電路復雜度，提高產品穩定性，減少電力損耗。大功率可以使鋼管退磁效率更高，并對厚壁管進行深層退磁，使鋼管不容易返磁，從而達到良好的退磁效果。圖3［1］所示為交流退磁的退磁曲線圖。再加上多項超隔離變壓器完全隔離市電與負載，以增加整機之功能，因此交流退磁功率較大，還需要采用風扇自動降溫，圖4所示為交流退磁結構示意圖，風扇位于線圈上方，方便維修。

圖3 交流電退磁原理圖

2.3 鋼管剩磁自動監測設備

圖4 交流退磁結構示意圖

在線監測儀是鋼管探傷線上不可缺少的剩磁監測工具。其安裝在渦流探傷設備的鋼管檢測線上，不影響渦流的檢測，能對鋼管的剩磁進行逐支檢查。儀器設定剩磁超量報警，顯示清晰，操作方便。探頭安裝于探頭架中，定位在保護機構上，鋼管運動位置由傳感器獲得信息，當管尾行至探頭的設定距離時，系統進入測量狀態。考慮到鋼管在運動過程中其軸線有可能偏離主測量頭，影響測量準確性，設置了偏移補償探頭，并設置溫度補償和零位漂移補償。探頭信號經過信號放大、數字處理、峰值鎖定后，送入數據綜合處理器，結合面板操作信息進行運算，結果送入數碼顯示及報警器。這樣就可以隨時觀測到鋼管的退磁狀況，從而調整退磁器的電流等參數，以達到退磁的最佳效果。

3 退磁能力

根據鋼管的磁場變化，調整鋼管不同部位直流退磁系統的電流，根據鋼管壁厚的變化，改變交流退磁裝置專用的退磁電源控制儀的頻率，以達到最佳的退磁效果［6］。這樣鋼管在20～100m／min的速度下通過分段式直流交流退磁器后，剩磁可達到≤1.5Gs，滿足JB／T 6641—1993《滾動軸承 殘磁及其評定方法》標準，完全能夠達到客戶要求。

采用φ89mm規格的退磁裝置每臺每年能退磁逾5萬噸鋼管，完全滿足在線工業化需求。在唐山鍋爐廠對T20材料的高壓合金無縫鋼管進行退磁，剩磁都能＜1.5Gs，用戶非常滿意，達到并超過了預期的目標。

4 結語

隨著無縫鋼管的種類及應用范圍的擴大，各種各樣用途的無縫鋼管要求會越來越高，對鋼管的剩磁要求也會越來越高，需要將更多的先進技術應用于生產實踐，同時也將生產實踐中獲得的成功經驗加以推廣，以提高我國無縫鋼管產業的技術水平。

［1］李家偉.無損檢測手冊［M］.北京：機械工業出版社，2002.

［2］王仲生.無損檢測診斷現場使用技術［M］.北京：機械出版社，2002.

［3］GB／T 7735—2004 鋼管自動渦流探傷檢驗方法［S］.

［4］YB／T 4083—2000 鋼管渦流探傷系統綜合性能測試方法［S］.

［5］王自明.無損檢測綜合知識［M］.北京：機械出版社，2004.

［6］程守洙.高等物理學［M］.北京：人民教育出版社，1982.