電流波形和試塊對三相全波整流電磁粉檢測系統性能測試的影響

李本事，華　娜，趙希龍

(1.成都航利集團, 成都 611936；2.成都飛機制造有限公司， 成都 610091)

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電流波形和試塊對三相全波整流電磁粉檢測系統性能測試的影響

李本事1，華娜2，趙希龍1

(1.成都航利集團, 成都 611936；2.成都飛機制造有限公司， 成都 610091)

摘要：介紹如何通過試驗發現電流波形(峰值作用)與試塊兩個因素對磁粉檢測系統性能的重要影響；并通過分析其影響原理，幫助磁粉檢測人員更好地控制磁粉檢測系統的性能。結果表明，試塊對評價三相全波整流電磁粉檢測系統的性能有著重要影響，應確保用于系統性能測試的試塊符合標準要求。

關鍵詞：三相全波整流；系統性能；AS 5282試塊；電流波形;峰值作用

隨著國內企業與歐美航空企業業務往來的增多，行業內廣泛應用ASTM E 1444《Standard Practice for Magnetic Particle Testing》標準測試三相全波整流系統性能[1]。在ASTM E 1444中Ketos 01試塊和AS 5282試塊是磁粉檢測系統性能測試中最常用的兩種試塊。兩者外形尺寸相似，材料均為工具鋼；主要區別在于2005版ASTM E 1444標準中僅明確了Ketos 01試塊的外形尺寸，未明確試塊的材料標準和狀態，而2007版AS 5282《Tool Steel Ring for Magnetic Particle Inspection》標準中則詳細規定了AS 5282試塊的材料標準、熱處理狀態、硬度及孔邊漏磁場的范圍。用Ketos 01試塊時，要求測試1 400 A(3孔)、2 500 A(5孔)、3 400 A(6孔)三個點，用AS 5282試塊時，要求測試500 A(3孔)、1 000 A(5孔)、1 500 A(6孔)、2 500 A(7孔)、3 500 A(9孔)五個點， 其中AS 5282試塊因測試范圍更寬而得到更廣泛的認可。然而，使用AS 5282試塊測試時，部分FWDC(三相全波整流電)磁粉檢測系統達不到500 A顯示3孔的要求，在1 000 A以上則基本能滿足要求，故筆者認為有必要對磁粉檢測系統性能測試做深入研究，以確定FWDC磁粉檢測系統性能測試不達標的深層原因。

1FWDC系統性能測試試驗方法

1.1試驗條件

采用6000型三相全波整流磁粉探傷機進行試驗，電流表精度測試數據見表1。電流表精度滿足ASTM E 1444標準規定的“電流表精度應在±10%或50 A，以大者為準”的要求。

AS 5282試塊4塊， 其中A公司生產的試塊3塊，B公司生產的試塊1塊；磁懸液體積分數為0.25%(磁粉為符合AMS 3044《Magnetic Particles, Fluorescent, Wet Method, Dry Powder》標準的熒光磁粉，載液為符合AMS 2641《Magnetic Particle Inspection Vehicle》標準的輕質石)、無污染；黑光強度在規定距離上測得為3 200 μW·cm-2；經校驗合格的高斯計；用于精確測量通電時間和夾頭電流的分流器。

表1　電流表精度　A

1.2電流波形對系統性能測試的影響

通過改造三相全波整流電設備，獲得如圖1所示的三相全波整流電電流波形(以下均簡稱電流波形)。圖1所示電流波形均為通過可控硅整流(數字電路整流)獲得的三相全波整流電，圖1(a)的電流峰值為一瞬間脈沖，相同的磁化時間內，其峰值作用時間明顯少于圖1(b)所示的電流波形。

為驗證通電時間對磁化效果的影響，對同一試塊通500 A的磁化電流，連續施加磁懸液，按表2的通電方案磁化。

表2　試塊的通電磁化方案

磁化后，觀察AS 5282試塊各孔的磁痕顯示并拍照，顯示情況見表3。

圖1　三相全波整流電電流波形示意

電流波形通電次數與間隔時間磁痕顯示照片顯示情況描述圖1(a)每2.4s通電3次第3孔可見,第4孔無顯示圖1(a)第4.8s通電6次第3孔可見,第4孔無顯示圖1(a)每7.2s通電9次-通電時間由2.4s增加至4.8s,磁痕無明顯變化,故該試驗未進行圖1(b)每2.4s通電3次第3孔可見,第4孔無顯示

表3(續)

1.3試塊種類對系統性能測試的影響

1.3.1不同試塊顯示差異

由同一操作人員通500 A電流分別對4塊試塊采用濕熒光連續法測試系統性能，A公司3塊試塊的顯示情況分別是1#試塊3號孔無顯示(見圖2(a)),2#試塊3號孔顯示模糊(見圖2(b)),3#試塊4號孔顯示模糊(見圖2(c))，B公司試塊4號孔顯示清晰(見圖2(d))。

圖2　不同試塊的磁痕顯示

1.3.2試塊外形尺寸測量

為驗證試塊與AS 5282標準的符合性，分別測量了4塊試塊的最大外徑、孔徑、第一孔中心離邊緣的距離。測量結果見表4。

A公司試塊的孔徑小于AS 5282標準要求，1#試塊第1孔中心至外圓的距離小于AS 5282標準要求，3#試塊第1孔中心至外圓的距離大于AS 5282標準要求，B公司試塊的外形尺寸符合AS 5282要求。

表4　各試塊外形尺寸測量結果　mm

1.3.3修正試塊外形尺寸后的顯示

為進一步了解試塊尺寸對系統性能測試時顯示情況的影響，選取1#試塊，將其孔徑擴大至1.7 mm，外圓磨單邊去除0.1 mm。其尺寸變為最大外經126.8 mm(AS 5282標準要求外徑為(127±0.8) mm、孔徑1.7 mm、第一孔中心離邊緣的距離1.84 mm，外形尺寸符合AS 5282要求。用修正尺寸后的試塊再次按要求測試系統性能，通500 A電流時，3孔顯示清晰(見圖3(b))。再按AS 5282要求通1 500 A的三相全波整流電流對試塊充磁，用高斯計測量該試塊孔邊漏磁場強度，采用3次測量結果的平均值以減小誤差，測量數據見表5。并在AS 5282要求的磁場強度極限圖內做孔與剩余磁感應強度的曲線(見圖3(a))，發現孔邊剩余磁感應強度符合標準要求。

表5　改變試塊尺寸后孔邊漏磁場強度　×10-4 T

圖3　改變試塊尺寸后磁場和磁痕示意

2試驗結果分析

2.1電流波形對系統性能測試的影響分析圖1(a)所示的電流波形對第3號孔通電6次與通電3次,顯示無明顯變化，說明圖1(a)所示的瞬間脈沖峰值對磁粉檢測無實際意義。從圖1(b)所示電流波形可以看出其峰值較尖銳，通電6次的第3號孔的顯示明顯清晰于通電3次，通電9次與通電6次相比第3號孔的顯示無明顯變化，說明該電流波形峰值對試塊的磁化作用在通電6次后完全顯現。

眾所周知，磁化過程是外磁場將已經高度磁化的磁疇的磁矩從各個不同方向轉到外磁場方向或接近外磁場方向。此過程好比給一沖量使筆在桌面上旋轉90°，此時時間t必然大于0。同理，電流峰值作用不能瞬間充分體現，而是需要一定的作用時間。可由此推斷，要使電流的峰值充分體現出磁化作用，要給予峰值足夠的作用時間，只有峰值作用超過所需的最短作用時間才能充分體現其磁化作用。

對通過模擬電路整流獲得的三相全波整流電，其電流波形與理論波形接近，電流峰值平緩，很短的通電時間內峰值作用即可充分體現，電流峰值作用理論成立。對通過數字電路整流的三相全波整流電，電流波形依賴于可控硅等電器元件的性能，性能較差且峰值尖銳;在規定的磁化時間內，電流峰值作用時間不夠，無法充分體現出峰值的作用，在實際應用中則體現出電流有效值或平均值作用。筆者認為，大多數研究都忽略了峰值作用時間的影響。

2.2試塊(AS 5282試塊)對系統性能測試的影響分析通過以上試驗，可發現試塊的外形尺寸對評價三相全波整流電磁粉檢測系統性能有著重要影響。由磁場理論可知，磁化電流相同時，試塊的外徑越大，則磁化場越小；人工孔孔徑越小，孔邊漏磁場越小；孔的埋深越深，孔邊漏磁場越小。故試塊的外徑、孔徑及孔的埋深都直接影響到人工孔在試塊外表面上產生的漏磁場大小，進而影響顯示的孔數和清晰度。因此，對新購置的試塊，應從外徑、孔徑、孔的埋深、孔邊漏磁場強度等方面進行復驗，確保用于校驗三相全波整流電系統性能的試塊符合AS 5282標準要求。2.31 000 A以上系統性能測試效果良好的原因分析對可控硅整流的三相全波整流設備，其整流電波形隨導通角增大而改變。導通角小時，所得鋸齒波畸變大，隨著導通角增大鋸齒波畸變減小，導通角全開則波形接近模擬電路整流所獲得的三相全波整流電波形(如圖4所示)。同時，導通角隨輸出電流的增大而增大。故當電流在1 000 A以上時輸出的鋸齒波波形畸變減小(試驗所用設備約在600～700 A時，變為較理想的鋸齒波)，峰值作用能在規定的磁化時間內充分顯現。

圖4　模擬電路整流所得三相全波整流電波形

3結語

(1) “磁化過程中電流峰值起作用”的理論在電流波形為理想波形時成立，反之，則不一定是磁化電流的峰值作用。

(2) 對數字整流電設備，在調整電流波形時，也不宜過度提高電流峰值，否則電流波形過分畸變，峰值作用難以體現，缺陷發現能力不升反降。

(3) 試塊種類對評價三相全波整流電磁粉檢測系統性能有著重要的影響，應確保用于系統性能測試的試塊符合標準要求。

參考文獻:

[1]葉代平，蘇李廣，宋志哲，等.磁粉檢測[M].北京：機械工業出版社，2004.

Effect of the Current Waveform and the Specimen on Magnetic Particle Testing Performance in FWDC System

LI Ben-shi1, HUA Na2, ZHAO Xi-long1

(1.Chengdu Holy Group, Chengdu 611936, China; 2 CAC of Chengdu, Chengdu 610091, China)

Abstract：The performance of a magnetic particle testing system is affected by many factors, such as the waveform of the electric current (its peak value) and the test blocks in use. This article describes how to perform a series of tests to find the influences of current waveforms (peak effect)and testing on magnetic particle testing system performance. In the past, not enough attention was paid to these factors. The authors try to analyze the mechanism of magnetic particle inspection in order to help people to be able to better control magnetic particle testing system performance.

Key words:FWDC; System performance; AS 5282 sample; Current waveform; Peak effect

收稿日期：2015-08-09

作者簡介：李本事(1978-),男,本科,工程師,主要從事無損檢測技術工作。通信作者:李本事,E-mail: libenshi812@163.com。

DOI:10.11973/wsjc201605009

中圖分類號：TG115.28

文獻標志碼：A

文章編號：1000-6656(2016)05-0034-04