關于ISO標準磁軛法檢測焊縫的探討

張國林 黃增文

摘? ? 要：本文基于ISO標準磁軛法檢測技術在修造船廠的應用，結合筆者的現場經驗，分別對磁極間距、有效磁化區域、系統靈敏度驗證、有效磁化區域的重疊、固定長度焊縫的最少磁化次數作了詳細闡述，列舉了現場磁軛檢測技術存在的一些不合理做法，并對其進行糾正，對于磁軛法檢測焊縫的操作具有現實的指導意義。

關鍵詞：ISO標準；磁軛；磁粉；檢測技術；焊縫

中圖分類號：U672.9? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Discussion on ISO Standard Magnetic Yoke

Method for Detecting Welds

ZHANG Guolin，? HUANG Zengwen

（ China Merchants Heavy Industry （Shenzhen） Co.， Ltd.，? ?Shenzhen? 518054 ）

Abstract： The article is based on the application of ISO standard magnetic yoke testing technology in shipyard inspection， and combines the author's on-site experience to provide a detailed explanation of magnetic pole spacing， effective magnetization area， system sensitivity verification， overlap of effective magnetization area and minimum magnetization times for fixed length welds. It lists some unreasonable practices in on-site magnetic yoke testing technology and corrects them. It has practical guiding significance for the operation of magnetic yoke method for inspecting welds.

Key words： ISO standards;? magnetic yokes;? magnetic powder;? testing techniques;? welds

1? ? ?前言

ISO為國際標準化組織的簡稱，是目前應用最為廣泛的標準體系之一。當船舶入籍雙船級社時，存在著標準和規范互不認可的情況，此時ISO標準就顯現出其包容性，通常與各船級社協商之后，均會認可基于ISO標準編制的工藝規程。基于ISO規程的現場技術的執行，有時會存在一些不合理的做法，本文對ISO 17638（關于焊縫無損檢測磁粉檢測技術應用的標準）中磁軛法技術現場的應用，進行探討。

磁粉檢測是利用鐵磁性材料被磁化后產生的漏磁場對磁粉的吸引，檢測材料表面和近表面不連續的一種無損檢測方法[1]。磁軛法是磁粉檢測中最常見的技術，由于磁軛使用的便捷性，成為應用最廣泛的磁化設備，不僅操作方便、工藝簡單、檢測效率高， 而且具有較高的靈敏度[2]。作為檢測鐵磁性材料表面最有效的方法之一，其在現場能否正確有效地執行，直接影響產品的質量。

便攜式電磁軛磁化是應用最廣泛的磁化技術之一，兩磁極間的磁力線大體上平行于磁極連線，故在垂直于焊縫的方向上磁化有利于發現平行于焊縫的不連續。磁力線兩極連線間最密，兩極外側最稀疏，如圖1所示。

筆者在工作中，發現有一些磁粉檢測人員未恰當執行ISO 17 638焊縫檢測的要求。為此，本文針對平板對接焊縫和角焊縫在磁極間距、有效磁化區域、系統靈敏度驗證、有效磁化區域的重疊、固定長度焊縫的最少磁化次數方面進行了探討。

2? ? ?磁極間距

首先，我們須弄清磁極間距、最大磁極間距、有效磁極間距和實際磁極間距的概念：

1）磁極間距：指兩磁極之間的距離，在磁粉檢測中通常是指磁軛磁化工件時，兩磁極內側磁場所經過路徑的距離；

2）最大磁極間距：指滿足規定的提升力，且切向磁化強度在2 kA/m ～ 6 kA/m時磁軛所對應的磁極間距；

3）有效磁極間距：指在滿足規定的提升力、磁化強度和系統靈敏度驗證后的磁極間距；

4）實際磁極間距：指現場檢測對象時實際所使用的間距，在現場應用中實際磁化間距就是指磁極間距。

以上各磁極間距必須滿足以下關系：實際磁極間距≤有效磁極間距≤最大磁極間距。

實際應用中如果違背以上關系，可能會導致不符合標準的規定或磁化區域邊緣靈敏度不足。ISO中規定的磁極間距為最大磁極間距，如圖2所示；平板對接焊縫現場磁極間距，如圖3所示；角焊縫現場磁極間距，如圖4所示。

在現場監督中，對磁極間距理解不恰當主要有以下幾種情況：

1）簡單的認為磁極間距就是兩磁極之間的連線距離，導致檢測效率降低、漏檢、有效磁化區域邊緣的靈敏度達不到要求；

2）測量磁極間距時從磁軛接觸工件面的內側邊緣中心開始，磁極間距的測量值大于正確值，導致有效磁化區域變大，有效磁化區域邊緣的靈敏度達不到要求；

3）對最大磁極間距的誤解，最大磁極間距應該是滿足磁極間距的定義且使用磁軛時用到的最大磁極間距，而非磁軛能張開的最大距離。應用提升力試塊進行校正時，交流磁軛應在最大磁極間距時提升力不低于44 N。對于一些便攜式磁軛，隨著便攜式電源電量的減少或者使用時間的延長，提升力會出現下降，所以磁軛應隨時進行驗證，確定滿足提升力的最大磁極間距，現場磁化要求不能超過最大磁極且不低于75 mm。

4）測量磁化磁極間距錯誤，在實際現場應用中，工件表面不一定是規則的，可能是圓形、弧形或其他形狀，這時的磁極間距的測量應是沿著磁化材料磁阻較低的區域磁力線通過的路徑。對于均勻的鐵磁性材料，通常是兩磁極內側中心磁力線沿磁化材料表面所經過的最短路程。

3? ? ?有效磁化區域

有效磁化區域是建立在有效磁極間距基礎上的區域，數值上等于有效磁化長度與有效磁化寬度的乘積：

對接焊縫檢測縱向缺陷的有效磁化區，為沿焊縫長度方向的磁化寬度（0.5 d） 乘以沿磁力線方向上的磁化長度（d-50）。由于磁極周圍25 mm的區域磁場過大造成的磁粉堆積造成判斷困難，因此兩個磁極要除去50 mm的距離，如圖5所示。

現場監督過程中，發現對有效磁化區域的錯誤理解主要有以下幾點：

1）認為磁極間距就是有效磁化長度，未將磁極附近25 mm的區域去除；

2）對標準規定的有效磁化區域未進行靈敏度的驗證。有效磁化區域一定要進行靈敏度驗證，如果按照標準要求的靈敏度驗證失敗，則應適當調整最大磁極間距，直至靈敏度符合要求。靈敏度驗證時，靈敏度試片應貼至標準有效磁化區域中磁場最弱的區域。

4? ? ?靈敏度驗證

使用某品牌便攜式直電式磁軛對提升力試塊進行磁化驗證，實驗數據來自符合有效磁化區域中磁化最弱的磁極連線中心兩側各d/4處，若此區域的靈敏度符合要求，才能保證整個有效磁化區域所有位置滿足靈敏度的要求。

現場監督中，發現對系統靈敏度驗證的錯誤理解主要有以下兩點：

1）靈敏度試片放置的位置錯誤。未將靈敏度試片貼至檢測區域中最難磁化的位置，比如直接貼在平板上或熱影響區驗證。焊縫最難磁化的位置包括：焊接熄弧與起弧的搭接部位、T型焊縫、十字焊縫的交接部位等，應根據實際檢測條件確定；

2）靈敏度試片未噴涂反差增強劑。由于焊縫表面深色氧化物的原因，大多數焊道都會使用白色的反差增強劑，靈敏度試片也應使用反差增強劑，因為靈敏度試驗相當于檢測對象對比試驗，與檢測條件應保持盡可能一致或者嚴于檢測條件。

5? ? ?有效磁化區域的重疊

為防止兩次有效磁化區域之間的區域不產生漏檢，通常在磁軛法磁粉檢測工藝中規定相應的重疊。ISO沒有規定具體重疊量化數據，但規定了相鄰磁極同向磁化投影最大間距b。

5.1? ?平板對接焊縫垂直交叉磁化技術

如圖6所示：假設重疊覆蓋在焊縫方向投影為x，兩次交叉磁化的角度為90°，交叉磁化時磁極間距為d，相鄰磁軛同一磁化方向投影最大間距為b，則可得出重疊覆蓋計算公式：

x = dcos 45°- b≥ dcos 45°- 0.5 d≈0.21 d

5.2? ?T型角焊縫磁化技術

由于T型角焊縫結構的影響，采用分別磁化檢測縱向缺陷和橫向缺陷，如圖7所示。假設：檢測縱向缺陷時，重疊為x1，磁極間距為d1，相鄰磁極縱向缺陷磁化投影最大間距為b1;檢測橫向缺陷時，重疊為x2，磁極間距為d2，相鄰磁極橫向缺陷磁化投影最大間距為b2。則可得出檢測縱向與橫向缺陷時重疊的計算公式：

x1=0.5 d-b1≥0

x2=d2-b2≥50 mm

5.3? ?插入式管焊縫磁化技術

插入式管焊縫與T型角焊縫類似，磁化技術要求如圖8所示。假設：檢測縱向缺陷時，重疊為x1，磁極間距為d1，相鄰磁極縱向缺陷磁化投影最大間距為b1;檢測橫向缺陷時，重疊為x2，磁極間距為d2，相鄰磁極橫向缺陷磁化投影最大間距為b2。則可得出檢測縱向與檢測橫向缺陷時重疊的計算公式：

x1=0.5 d-b1≥0

x2=d2-b2≥50 mm

磁化時需注意，與T型角焊縫不同，檢測橫向缺陷時，磁軛應放置在平板側而非管側。

5.4? ?TKY管接點焊縫磁化技術

使用磁軛法對TKY管接點焊縫檢測，是磁軛技術的難點。由于與磁軛接觸的管面是變化的不規則弧形，會導致磁軛與檢測工件表面貼合面積減小[3]，因此在執行此技術時，磁軛端頭應盡量與工件貼合，且要符合標準規定的磁化驗證，如不符合磁化驗證，可換取與工件表面形狀接近的磁頭或改用其他技術。

磁軛法磁化技術要求如圖9所示：假設檢測縱向缺陷時重合覆蓋為x1，磁極間距為d1，相鄰磁極縱向缺陷磁化投影最大間距b1;檢測橫向缺陷時的重合覆蓋為x2，磁極間距為d2，相鄰磁極橫向缺陷磁化投影最大間距b2。則可得出檢測縱向與橫向缺陷時重合覆蓋的計算公式：

x1=0.5 d-b1≥0

x2=d2-b2≥50 mm

磁化時需注意，與T型角焊縫不同，磁軛應放置在平板側而非管側。

圖9? TKY管接點焊縫磁化技術

6? ? ? 固定長度焊縫的最少磁化次數

6.1? ? 固定長度對接焊縫交叉磁化的最小磁化次數

假設對接焊縫長度為L，最小磁化次數為N，單個方向磁化次數為n， 由上文可知，重合長度為0.21 d。通過現場經驗總結，有以下方程：

將n值取整帶入（2）式，即可得出最少磁化次數N。

案例：某符合磁化要求的磁軛，間距d=120 mm，對長度L=1 m的對接試板焊縫進行檢測，求使用交叉磁化技術時的最少磁化次數？

已知：L=1 000 mm ，d=120 mm，單方向最少磁化次數n為：

6.2? 固定長度T型角焊縫的最小磁化次數

T型角焊縫由于結構的影響，不能像平板對接焊縫一樣實施與焊縫成近似45°的交叉磁化技術。為保證檢測區域有足夠的磁化強度，磁軛需和工件有良好的接觸，因此將T型角焊縫的磁化分為兩個部分：對縱向缺陷檢測的磁軛連線垂直焊縫的磁化；對橫向缺陷檢測的平行焊縫的磁化（以下簡稱垂直磁化和平行磁化）。假設T型角焊縫長度為L，最小磁化次數為N，垂直磁化最小磁化次數為N1，平行磁化最小磁化次數為N2。

（1）固定長度T型角焊縫垂直磁化最少次數

由上文可知，重合長度x1≥0，需要的磁化次數最少，因此長度為L的T型角焊縫垂直磁化最少次數為：

（2）固定長度T型角焊縫平行磁化最少次數

由上文可知，重疊長度x2≥50，取臨界值x2=50 mm時需要的磁化次數最少，因此長度為L的T型角焊縫平行磁化最少次數為：

將式（5）和式（6）相加，即可得出固定長度為L的T型角焊縫最少磁化次數為：

N= N1+N2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

案例：符合磁化要求的磁軛，對長度L=1 m的T型角焊縫進行檢測。檢測縱向缺陷磁極間距d1=180 mm、d2=200 mm，求最少的磁化次數？

已知：L=1 000 mm，d1=120 mm，d2=120 mm ，則：

檢測縱向缺陷最少磁化次數N1為

檢測橫向缺陷最少磁化次數N2為

將N1和N2相加，即可得出最小磁化次數為：

N=N1+N2

7? ? 結論

本文章基于ISO標準中磁軛法磁粉檢測技術要求，對磁軛法技術的磁極間距、有效磁化區域、系統靈敏度驗證、有效磁化區域的重疊、固定長度焊縫的最少磁化次數作了詳細論述，解釋了標準中規定的相關要求，歸納了有效磁化區域的重疊、固定長度焊縫的最少磁化次數的相關公式，方便了磁粉檢測工藝的執行，并通過現場實際監督工作的驗證，不僅指導了現場技術的正確執行，而且對現場磁粉檢測工作質量的監督提供了有效依據，從而達到對焊縫質量的保證。

參考文獻

[1]任吉林，林俊明. 電磁無損檢測[M].北京：科學出版社，2009．

[2]姚 力， 范呂慧. 便攜式磁軛法及交叉磁軛法磁粉檢測技術的發展現狀[J]. 無損檢測， 2017.39（12）.

[3]刁海波，孫曉明等. 磁軛放置方式對磁粉檢測靈敏度影響的有限元分析[J]. 無損檢測， 2014.36（12）.