便攜式電磁軛探傷儀電流類型對(duì)無損檢測(cè)靈敏度的影響

肖成珺

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

1 概述

磁粉檢測(cè)（Magnetic Particle Testing，MT），又稱磁粉探傷或磁粉檢驗(yàn)，屬于無損檢測(cè)五大常規(guī)方法之一，適用于檢測(cè)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(jí)的裂紋）目視難以看出的缺陷。基于磁粉探傷原理的磁軛法是廣泛應(yīng)用于焊縫區(qū)域的檢測(cè)常規(guī)方法，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、效率高、成本低、檢測(cè)靈敏度高的特點(diǎn)，且檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)方法，檢測(cè)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(cè)工件內(nèi)部磁通量的分布特征，使得其對(duì)工件缺陷檢測(cè)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(shí)到磁軛探傷儀供電電源的類型對(duì)明缺陷檢測(cè)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(duì)缺陷檢測(cè)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(cè)）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(chǎng)，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(duì)于由磁性材料制成的工件，當(dāng)施加外部磁場(chǎng)時(shí)，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(chǎng)均勻分布；反之，當(dāng)存在裂縫、空氣泡、非磁性材料等缺陷時(shí)會(huì)導(dǎo)致其磁導(dǎo)率下降，從而使磁力線通過這些地方的時(shí)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(cè)磁場(chǎng)分布，精確定位缺陷區(qū)。磁粉的選擇對(duì)磁粉檢測(cè)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(dòng)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(cè)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(shí)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(huì)產(chǎn)生過度背景掩蓋相關(guān)顯示，磁極間距過大會(huì)造成磁場(chǎng)強(qiáng)度不夠。故要求使用最大間距時(shí)，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(chǎng)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(cè)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(cè)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(shí)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(chǎng)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(cè)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(cè)試靈敏度試片，檢驗(yàn)是否能檢測(cè)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(cè)工件上靈敏度試片的檢測(cè)結(jié)果可知，當(dāng)工件的厚度為5mm 時(shí)，以交流電和直流電為供電電源時(shí)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(duì)于厚度為12mm 和18mm 的工件，以交流電為磁化時(shí)，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(cè)試結(jié)果

如圖5 所示，以直流電為電源磁化時(shí)，由于直流電產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(shí)，探測(cè)深度越大，磁通密度就越低，尤其在較厚的待測(cè)工件中這種現(xiàn)象更明顯。因此，對(duì)于較薄的待測(cè)工件（5mm，圖4b），以直流電為電源時(shí)，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(duì)于較厚的待測(cè)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(cè)量工件表面的磁場(chǎng)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(shí)，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(chǎng)方向也不斷的變化，而這種磁場(chǎng)方向的變化可攪動(dòng)磁粉，有助于磁粉遷移，從而提高磁粉檢測(cè)的靈敏度，因此，對(duì)較厚待測(cè)工件，交流電為電源時(shí)，電磁探傷儀亦對(duì)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(duì)表面缺陷的探測(cè)使用交流電磁軛優(yōu)于直流[4]。

表面缺陷對(duì)特種設(shè)備安全長周期運(yùn)行威脅較大，所以對(duì)鍋爐、壓力容器的鐵磁性材料的焊縫表面檢測(cè)優(yōu)先選擇進(jìn)行磁粉檢測(cè)，一般最好采用交流電磁軛，但對(duì)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(cè)，彌補(bǔ)了交流電磁軛的不足，所以對(duì)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(cè)的常用便攜式檢測(cè)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(duì)其檢測(cè)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(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，結(jié)果表明，檢測(cè)表明和近表面缺陷交流電具有較好的靈敏度，對(duì)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(duì)于較厚的工件直流電將無法滿足。