磁軛法對近表面缺陷的檢出能力

許遵言，周玉山，季龍華

(上海電氣核電設備有限公司，上海核電裝備焊接及檢測工程技術研究中心，上海 201306)

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磁軛法對近表面缺陷的檢出能力

許遵言，周玉山，季龍華

(上海電氣核電設備有限公司，上海核電裝備焊接及檢測工程技術研究中心，上海 201306)

磁粉檢測法可以檢測表面和近表面的缺陷，但每種檢測方法對近表面缺陷的檢測深度是不一樣的。美國ASME(美國機械工程師學會)規范明確規定，磁軛只能檢測表面開口的缺陷。由此可見，這種方法對于近表面缺陷的檢出能力是相當有限的。通過試驗研究，證實了這種觀點的正確性。

磁軛；近表面；檢出能力

磁粉檢測法可以檢測表面和近表面缺陷，由于采用觸頭法打火花時易燒傷工件，所以磁軛是磁粉檢測中使用最廣泛的設備。由于美國ASME(美國機械工程師學會)規范[1]明確規定，磁軛只能用于檢測表面開口的缺陷,所以這種方法對于近表面缺陷的檢出能力是相當有限的。

實際工作中，有時超聲檢測發現的近表面缺陷，用磁軛法卻發現不了，然而經稍稍打磨，缺陷就露出了表面，這也證明磁軛法對近表面缺陷檢測的局限性。

筆者通過對人工缺陷試樣和自然缺陷試樣進行檢測，以得到磁軛法對近表面缺陷檢測的大致深度。同時比較了交流電觸頭法、半波整流電觸頭法和磁軛法對人工缺陷試樣近表面缺陷的檢測深度。

1　設備和器材

使用的設備和器材有:交流磁軛，CJE-2A；交流電觸頭法磁粉檢測儀，CJD-1000；半波整流電觸頭法磁粉檢測儀，P1500；靈敏度試片，A1-30/100;水基磁懸液，HD-MBW;提升力試塊，4.5 kg。

2　缺陷試樣

2.1人工缺陷試樣

2.1.1埋藏槽試樣

使用2塊埋藏槽試樣(MT-3,MT-4)模擬近表面的面狀缺陷，每塊刻有10條槽，槽的長度和寬度相同。MT-3試塊槽的深度分別為0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0 mm，MT-4試塊槽的深度分別為2.5,3.0,3.5,4.0,4.5,5.0,5.5,6.0,6.5,7.0 mm，其結構如圖1,2所示。

圖1　埋藏槽試樣MT-3結構示意

圖2　埋藏槽試樣MT-4結構示意

2.1.2埋藏橫孔試樣

使用埋藏橫孔試樣TK8模擬近表面的體積型缺陷，厚度為8 mm，加工有φ1,φ1.5,φ2,φ3 mm的橫孔，深度為0.5,1.0,2,2.5,3 mm(僅含有φ1,φ1.5,φ2 mm孔)和3.5 mm(僅含有φ1 mm孔)，結構示意如圖3所示。

2.2自然缺陷試樣

試樣采用手工電弧焊焊接而成，尺寸325 mm×216 mm，厚度30 mm，如圖4所示。焊縫含有兩條未熔合和夾渣缺陷，其射線照相底片如圖5所示。

圖4　自然缺陷試樣外觀

圖5　自然缺陷試樣射線照相底片

3　試驗和結果

3.1人工缺陷試樣

試驗分別采用磁軛法、交流觸頭法和半波整流觸頭法進行，以比較每種方法檢測出的缺陷數量，從而得出相應的檢測深度。各種方法的檢測參數為：磁軛法的提升力大于4.5 kg，磁極間距130 mm；交流觸頭法的電流800 A，極間距160 mm；半波整流觸頭法的電流1 000 A，極間距200 mm；磁懸液體積分數為2.4%；靈敏度試片A1-30/100。

3.1.1埋藏槽試樣

在刻槽的反面進行檢測，檢測結果如表1,圖6所示。

表1　埋藏槽試樣的檢測結果

3.1.2埋藏橫孔試樣

磁痕顯示及其所代表孔徑和埋藏深度如表2,圖7所示。

在試樣上取一段約20 mm長的焊縫進行試驗，上面一條缺陷記為A1，下面一條缺陷記為A2，如圖8所示。

圖6　不同方法檢測MT-3埋藏槽試樣的缺陷顯示

圖7　不同方法檢測TK8埋藏橫孔試樣的缺陷顯示

圖8　自然缺陷試樣打磨位置示意

檢測方法磁痕顯示數顯示的孔徑/mm深度/mm磁軛法41.0,1.5,2.0,3.00.5,0.5,0.5,0.5交流電觸頭法81.0,1.5,2.0,3.01.0,1.5,2.0,3.00.5,0.5,0.5,1.0,1.0,1.0,1.0,1.0半波整流電觸頭法201.0,1.5,2.0,3.0,1.0,1.5,2.0,3.01.0,1.5,2.0,3.0,1.0,1.5,2.0,3.0,1.0,1.5,2.0,3.00.5,0.5,0.5,1.0,1.0,1.0,1.0,1.0,1.5,1.5,1.5,1.52.0,2.0,2.0,2.02.5,2.5,2.5,2.5

3.2自然缺陷試樣

試驗采用磁軛法，檢測參數同3.1節。

由于缺陷深度為7.2 mm，所以試驗時首先將試樣打磨到約3 mm，然后約每0.15 mm做一次磁粉檢測，直到發現缺陷顯示;接下來每約0.15 mm做一次磁粉檢測和滲透檢測，如兩種檢測方法發現顯示，表明缺陷已開口，試驗數據如表3所示。

表3　自然缺陷試樣驗數據

表3(續)

圖9　A1處打磨深7.31 mm,A2處打磨深7.45 mm時的缺陷顯示

圖10　A1處打磨深7.56 mm,A2處打磨深7.62 mm時的缺陷顯示

圖11　A1處打磨深7.61 mm,A2處打磨深7.69 mm時的缺陷顯示

4　試驗分析

(1) 對埋藏槽的檢測，磁軛法的檢測深度為0.6 mm，交流電觸頭法的檢測深度為1.2 mm，而半波整流電觸頭法的檢測深度可達2.0 mm。所以，檢測埋藏缺陷時，觸頭法要優于磁軛法，它具有更深的檢測能力，能發現埋藏得更深的缺陷。當然,這并不意味著在實際工作中它也能達到這一檢測深度，因為實際檢測深度還受到缺陷自身大小、取向和性質的影響。

(2) 對埋藏橫孔的檢測，磁軛法的檢測深度為0.5 mm，交流電觸頭法的檢測深度為1.0 mm，半波整流電觸頭法的檢測深度可達2.5 mm。這與埋藏槽的檢測深度大致相當。

(3) 對自然缺陷試樣檢測時,A1缺陷打磨深度至7.31 mm時出現磁痕顯示，至7.61 mm時缺陷肉眼可見，同時滲透檢測有部分顯示，表明缺陷已開口，所以磁軛對A1缺陷的檢測深度約為0.3 mm；對A2缺陷打磨深度至7.45 mm時出現磁痕顯示，至7.69 mm時缺陷肉眼可見，同時滲透檢測有顯示，表明缺陷已開口，所以磁軛對A2缺陷的檢測深度約為0.24 mm。

檢測中磁痕的出現并不是漸近的，即并不遵循從模糊到清晰這一過程。對A1缺陷來說，打磨至7.16 mm時還未見任何顯示，但打磨至7.31 mm時就出現了明顯的磁痕顯示，兩者相差僅0.15 mm。

5　結論

磁軛法可檢測表面開口的缺陷或者是淺表面的缺陷，檢測深度為0.25～0.6 mm。如要檢測距表面更深的缺陷，可采用觸頭法檢測。交流電觸頭法的檢測深度約為1.0 mm，半波整流電觸頭法的檢測深度約為2.0 mm。觸頭法的檢測深度與電流的大小有關,同時對工件表面的灼傷也相當嚴重。

[1]ASME 2013鍋爐及壓力容器規范 第Ⅴ卷 無損檢測[S].

Testing Ability of Subsurface Defects by Magnetic Method

XU Zun-yan, ZHOU Yu-shan, JI Long-hua

(Shanghai Electric Nuclear Power Equipment Co., Ltd.,Shanghai Engineering Research for Nuclear Power Equipment Welding and Examination, Shanghai 201306, China)

Magnetic testing may detect surface and subsurface defects. The detectable depth of each method is different. According to ASME Code, yoke technique shall only be applied to detect discontinuities that are open to the surface of the part. That is to say, this method has limited ability to detect subsurface defects. This article demonstrated this point of view by examination.

Yoke; Subsurface; Ability of detection

2015-05-28

上海市科委資助項目(No.14DZ2250300)

許遵言(1956-),男,教授級高工,主要從事核電、特種設備的檢測工作。

10.11973/wsjc201512003

TG115.28

A

1000-6656(2015)12-0010-04