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

【摘 要】磁軛法磁粉檢測結構簡單、操作方便、靈活，適用性強，適用于鐵磁性材料和大型鋼結構件的表面和近表面探傷?？蓴y帶到車間、實驗室和工作場地進行探傷。海洋石油鋼結構焊縫的磁粉檢驗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之一，它反映了磁體對工件的磁化能力。本文主要探討在進行磁軛法探傷時影響磁軛提升力的幾個因素。

【關鍵詞】磁粉檢測;磁軛提升力;探傷靈敏度

中圖分類號： TG115.284文獻標識碼： A 文章編號： 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 磁軛法磁粉檢測原理

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

圖1 磁粉檢測原理

在磁化時要計量出磁場的大小是非常困難的，所以在實用中采用磁軛磁化時的提升力來衡量磁化強度的大小。

2 提升力

提升力，是指電磁軛通電時對鐵磁性材料工件探傷的磁軛吸引力。需要強調的是，這里所指的提升力，是指磁軛腿在標準允許的最大極間距時的提升力，而非兩磁軛腿平行時的提升力，很多操作人員在測試磁軛提升力時并沒有注意到這一點。

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

標準中對于不同類型的電磁軛的提升力的要求是不同的：交流電磁軛至少應有44N的提升力;直流電磁軛至少應有177N的提升力;交叉磁軛至少應有118N的提升力。

海洋鋼結構磁粉檢測使用的主要是交流電磁軛。在使用時，交流電磁軛的兩磁腿間距應控制在50mm-150mm之間，檢測的有效區域為兩極連線兩側各50mm范圍內。并且當使用磁軛最大間距時，交流電磁軛至少應有44N（4.5kg）的提升力。

ASTM E709規定電磁軛的提升力至少每半年校驗一次，并且每次出現損壞或檢修后都應重新進行校驗。

3 影響磁軛法檢測靈敏度的幾個因素

3.1 磁軛提升力的影響

我們在用磁軛進行磁粉檢測之前，第一必要步驟就是測試提升力，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，滿足要求的提升力是滿足靈敏度的必要條件。而提升力達到要求，靈敏度未必就百分百達到要求，靈敏度還受其他條件的影響。

3.2 磁粉檢測耗材的影響

對于磁粉檢測靈敏度，磁粉檢測耗材是除磁軛設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候應使用反差劑來增強反差，海洋石油鋼結構焊縫的磁粉檢驗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格的要求，每天或每八小時或每次配置新的磁懸液時都應測定其濃度，并且在使用前要搖勻。ASTM E709規定，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，磁懸液的濃度測試應使用梨型瓶測試，并且注意測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，兩者細分刻度是有區別的，應用磁粉檢測靈敏度試片可以測定磁粉設備和磁懸液的系統靈敏度，并且可以找到一個最佳的磁懸液濃度范圍，這個范圍必須包含在標準允許的范圍之內。

3.3 磁軛腿間距的影響

在探傷時電磁軛向工件施加一個外加磁場，使得工件局部也產生一定的磁場，外加磁場越大，則表面缺陷產生的漏磁場越強，探傷靈敏度越高，此時應該注意，當磁場大到一定程度的時候，并不是越大越好，因為過大的漏磁場會造成過顯示，影響真假缺陷的辨別。按ASTM E709要求，當電磁軛的磁極間距為50-100mm時，交流電磁軛的提升力至少應為44N。從這里我們可以看出磁極間距對提升力的大小是有影響的。當磁路中產生的磁通一定時，由于磁阻的影響，工件表面的磁場強度會隨磁軛兩極間距變大而減弱。通常規定，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節的，靈活的。

3.4 磁軛不同放置的影響

在海洋鋼結構磁粉檢驗中，磁軛的各種不同放置形式會在磁軛的提升力上有不同的反應。磁頭與工件盡可能保持面接觸，面接觸磁化能力最強，線接觸磁化能力較弱，有可能達不到規定的提升力或靈敏度，點接觸磁化能力最弱。

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

在建造過程中，應用磁粉檢驗檢測各種角度的缺陷。即至少沿兩個互相垂直的方向磁化被檢工件。

對于縱向探傷，磁軛應兩腳分開并垂直于焊縫;對于橫向探傷，磁軛定位應基本上平行于焊縫。

3.5 磁軛與工件間隙的影響

考慮到檢測時可能有的氧化皮、鐵銹、漆層等耦合不良，磁極與工件會產生間隙，導致耦合不良。隨著磁極和工件的間隙增大，使得工件上的感應磁場減弱，提升力下降，靈敏度也就減弱。可以認為提升力能較好地反映出磁化不足，在檢測時，可以感覺磁軛對工件的提升力度，若相差較大，可以認為這時磁化肯定不符合靈敏度要求。

4 總結

對于一定的設備與工件，磁軛提升力與鐵素體鋼板的磁導率、磁極間距、磁極間隙等有關。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，還要有規范的操作手法，滿足要求的工件準備，最佳的磁懸液濃度，可調的磁軛腿與復雜工件的接觸面，甚至合適的工件溫度等等。通過對提升力和靈敏度的討論，總結了影響磁軛法磁粉探傷靈敏度及提升力的主要因素，在實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注意和改善，以保證合格的提升力來進行磁粉探傷。

【參考文獻】

[1]國防科技工業無損檢測人員資格鑒定與認證培訓教材編審委員會編.磁粉檢測.北京：機械工業出版社，2004.

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