磁粉探伤三个问题的讨论

1、第九届M T P T 年会 磁粉探伤三个问题的讨论 赵洪，王海峰 ( 中日合资美柯达探伤器材有限公司，上海2 0 0 4 3 7 ) 摘要：本文对影响磁粉探伤机复合磁化实际效果的因素、探伤灵敏度要求以及磁探机退磁能力 和_ T - 件退磁后剩磁测量仪器的选择等三问题作了探讨，认为对这些问题的深入认识有利于对设 备的正确评价和有效利用。 近几年来，通过售前的沟通洽谈和售中、售后的技术服务接触了不少磁探机用 户，感到不少用户，特别是刚开展磁粉探伤工作的企业，在对磁探设备的功能及 测试等问题上还存在一些认识歧见，不利于对设备的正确评价和有效利用。为此 选其中几个问题进行探讨，提出浅见，抛砖引玉，谨供同行参考。 在磁探机上实现复合磁化的方法很多，对于最基本的有2 个磁化方向的设备， 常见的有： 工件通电( 交流) 周向磁化+ 线圈( 交流或直流) 纵向磁化； 工件通电( 交流) 周向磁化+ 磁轭( 交流或直流) 纵向磁化； 环形工件穿棒通电周向磁化+ 交变磁通感应绕环截面纵向磁化。 此外，还有非接触式的多向交叉交流线圈对工件的磁化，以及比较先进的有 多对电、磁触头的多向复合磁化等。 很多用户以

2、为只要购买了能进行复合磁化的磁探设备，则不管工件形状如何， 将其上机夹持后经一次复合磁化，工件上各部位、各方向的所有不连续均应被检 出。这是一种误解。 从磁探原理得知，由于磁化方向与不连续面垂直时，漏磁场最大，当磁化方 向与不连续面平行时，不产生漏磁场；只有在磁化方向与不连续面有足够大的交 角时，该不连续处才有可能形成对磁粉探伤有意义的漏磁场；因此当复合磁化时， 方向随时间变化的旋转磁场或摆动磁场，方向轨迹里必须包括基本与不连续面垂 直的方向，该不连续才有可能被检出。其次即使磁化方向满足要求了，该方向的 磁化场强度和有效磁场也必须足够大，才能使不连续处形成足够大的漏磁场，使 之被检出。 复合磁化时磁场方向转动或摆动的轨迹与产生复合磁场的方式有关，也与两 个方向磁场大小的匹配有关。 试讨论几个影响复合磁化实际效果的又容易忽视的问题。 1在磁化方向上的退磁场的影响 铁磁材料工件在外加磁场中磁化时，如磁力线不能在其内部闭合，则将在其表 面形成宏观磁极，这些磁极在工件内部会形成与外加磁场方向相反的退磁场。此 时，有效磁场强度 H # = H o - - H4 H 。是磁化方向的退磁场，与工件在

3、此方向的形状系数有关，即所谓长宽比( 磁 化方向的长度垂直于磁化方向的宽度) 。长宽比L J D 越小，退磁场越大，同样的外 一1 4 第九届M T P T 年会 加磁场条件下，有效磁场强度也越小。在形成退磁场的方向，要保证达到一定的 有效磁场强度，磁化场强度或磁化电流必须相应增大，退磁场越大，需增大量也 越大。 工件在机上如果采用线圈方式纵向磁化，则该方向必须考虑退磁场的影响。 对形状最简单的圆棒形工件而言，如果采用交流通电+ 交流磁轭的复合磁化 方式，工件周向无退磁场，在纵向除两端小范围外也可看作无磁极，不产生退磁 场，即使这样，如果此复合磁化是通过周、纵向磁化电流的1 2 0 0 相位差来实现的， 那么工件表面每一点，旋转磁场的强度，在各个方向也是不同的，除非两个方向 的峰值磁场经仔细匹配，一般情况下其轨迹是椭圆形，即在各个方向上磁化也是 不均匀的。如工件外圆带齿( 如齿轮) 或带纵向肋，则圆周方向的磁化还必须考虑凸 出的齿部或肋部退磁场的影响。 实际工件往往不是直圆棒形的，由于形状的关系，在接触式通电通磁的设备上 进行复合磁化，常会遇到须考虑退磁场的情况。如曲轴、凸轮轴的纵向磁

4、化就是 如此。 在采用非接触式复合磁化情况下，如使用交叉线圈来磁化轴类工件，虽然按理 论，在线圈中央空间产生的是椭圆形旋转磁化场，工件放进去之后，朝各个方向 的形状系数不同，顺着轴的方向退磁场很小，而垂直于轴的方向退磁场很大，即 使两个线圈的磁化电流经过刻意匹配，最后在该工件上各位置、各方向的有效磁 场强度不可能均匀，常差别很大。 显然除了极少形状简单且对于所用磁化方法不会产生退磁场的工件，由于退 磁场的存在，大多数工件在复合磁化时会遇到在某些方向上磁场较弱的情况。调 节与确定磁化电流规范时应予以充分注意。 2 产生复合磁场的两个单向磁场，其大小搭配的影响 即使形状较简单的工件，采用的磁化方法不产生退磁场，如果两个方向的磁 化场未仔细调节匹配的话，就会出现某个强势方向的磁场抑制了另一方向磁化 场的现象。在分别作单向磁化，用A 型试片调整好相应的磁化电流规范后，如果 还是保持原来的规范进行复合磁化，可能会出现只能单方向显示的现象。 有这样的例子： 某厂原来用全交流磁探机探连杆等毛坯锻件，增添了交直流磁探机后，工人 反映，虽然贴在工件上的标准灵敏度试片( 探伤工艺规程要求6 0 1 0 0

5、 ) 的显示依旧很 好，但对零件上纵向的微细发纹的检测能力却降低了。厂方以为是设备质量问题 向制造商作了反映。我们到现场检查后发现：根本不是设备质量问题，原因在于 两个方向磁化规范未能合理调节。 原来的设备纵向磁化采用交流开路磁轭方式，新增设备采用直流闭路磁轭方 式。两者不但磁动势( 磁轭线圈额定磁化电流匝数) 不同，纵向磁化磁路的总磁阻 相差更是很大。 根据磁路欧姆定理：磁通量中= 磁动势磁路总磁阻 由于交流感抗影响，交流开路磁轭方式的额定磁动势比直流闭路磁轭小； 而交流开路磁轭方式的磁路总磁阻却比直流闭路磁轭大许多： 采用直流闭路磁轭方式的磁探机可以在工件上产生很大的直流纵向磁场，即 纵向磁化能力很强，对检出相对危险性更大的横向缺陷很有利。但由于是小电流 高匝数的磁轭线圈，磁化电流稍增加一点，磁动势就会增加很多，纵向磁场也会 】5 一 第九届M T P T 年会 增大很多。 由于用户沿用原来全交流机的周、纵向磁化电流规范，造成磁动势加大，因 纵向磁路总磁阻减小很多，这样就造成了过强的纵向磁场，与交变的周向磁场合 成后的摆动磁场将主要接近于纵向方向，从而影响对沿夹持方向的细微缺陷如发

6、 纹的检出。见下图： 佟慧， 6 0 1 0 0 试片人工缺陷的深宽比大，在同样磁场的条件下，产生的漏磁场大， 所以尽管磁化方向变得不利，仍可显示；而发纹缺陷深宽比小，对磁化方向的变 化显得敏感。 我们指导用户，适当增大周向磁化电流，减小纵向磁化电流，就解决了问题。 对有些特别小而短的、又要求检测出纵向微细发纹的工件，在采用闭路磁轭 纵向磁化的设备上，有可能出现这样的情况：纵向磁化电流己调得d , N 不能再调， 仍嫌纵向磁动势大( 因匝数高) ，而周向磁化电流因端头接触面小又不宜加大，两个 方向的磁场无法通过合理搭配来满足复合磁化条件下检测出微细发纹的要求，此 时应分别进行周、纵向磁化。 3 对于大多数工件，一次复合磁化不能保证工件上各部位、各方 向达到同样的灵敏度 在某些情况下，不光是某些方向上由于退磁场的影响，有效磁场变小：对某 些工件而言，如仅以一种夹持方式进行复合磁化，由于磁化方法的限制，工件上 的某些部位上，某方向的不连续面可能总是不能与磁场方向形成有利交角，因此 该方向的不连续无法检出。 如曲轴类工件，对于常规的磁探机，无论是单向磁化还是复合磁化，曲拐大 面上只能检测出径

7、向裂纹，而不能保证检出周向裂纹，因为后者的裂面与周向磁 场和纵向磁场都平行。 可以通过在工件的各个部位贴A 型试片的办法来发现这个问题。 出现这样的情况，需要明确：这不是设备的复合磁化功能无效，是你自己对它 的复合磁化功能太理想化了。即使是国外名牌设备，只要是采用同样磁化方法的， 也会碰到同样问题。 解决的办法有： 针对具体工件设计制造多向复合磁化的专用设备，一般这是不现实的。 利用通用型设备的磁化技术，根据工件具体要求，增加磁化次数( 复合或单向) ， 甚至配置手提磁轭作补充手段，这比较容易做到，缺点是增加每个工件的探伤工 时。 事实上，对于形状复杂的工件，国外某些磁探工艺就是推荐多方向分步磁化， 而我国铁道系统某单位做的试验也证明了并不是所有工件都适合用复合磁化。 此外，结合探伤工件的冶金、加工特点，注意对检出缺陷的统计总结，摸索工 件上多发缺陷的出现规律；同时了解工件的受力情况，在此基础上选择合适的复 合磁化方式与次数，更能兼顾磁探可靠性和经济性。 3 1 对探伤灵敏度的要求 一1 6 第九届M T P T 年会 现在客户在提出磁粉探伤机项目的技术要求时，几乎都要提出探伤灵敏度要

8、 求，其实这也不尽合理。设备按J B T8 2 9 0 磁粉探伤机标准规定的条件检验合 格后，则其磁化能力( 额定磁化电流或磁动势) 、电流表显示精度、电气可靠性都得 到了确认。在设备技术条件中笼统地提出灵敏度指标之所以不合理，是因为在设 备的上述条件达到后，探伤灵敏度能达到多少更取决于根据工件实际条件采用的 磁化方法、磁化规范、检验方法与工艺、磁悬液性能、照明条件和探伤人员的经 验等多项因素。现在有许多新开展磁探工作的企业，在尚无正式磁探资格人员的 情况下购进设备投入使用，之后常常会提出设备灵敏度是否符合要求的疑问。实 际上，只要电流表指示无异常，就大可不必怀疑设备的能力，首要的是抓紧探伤 人员的技术培训。其实道理很简单，就象一台机床，有人用它3 n T 出精度很高的 零件。也有人用它却只能加工出废品。 在使用设备对各种工件探伤，编制工件的磁探图表时，现在有2 个误区：一是 似乎要求越高越好，如果用A 型试片表示，好象不用1 5 1 0 0 就不放心；二是不管 工件形状多么复杂，要求每个部位都要达到一样的灵敏度，而且往往要求设备一 次复合磁化就达到该目的。 对于第一个问题，需要明白：

9、对具体工件按多高的灵敏度来决定其规范，要看 工件的材料和热处理状态、它在使用中的受力情况以及它的表面状态等。例如对 中碳钢锻件毛坯件，用6 0 1 0 0 灵敏度来定探伤规范就够了。即对机械强度不高、 断裂韧性( K 】c ) 较高、表面粗糙度较大的工件灵敏度应订得低些，反则反之。 表面粗糙度较大的工件，其加工余量较大，表面有些微小缺陷是可以在机械 加工中去掉的。灵敏度要求定的太高，非相关显示大量出现，增加检查难度甚至 造成冤判报废；同时还更容易引发复合磁化时两个方向磁化不均衡的问题。 对于第二个问题，需要让更多的用户明白：对于复杂形状的工件，各部位、各 方向被磁化到同一水平是难以做到的；另外，工件在磁粉探伤机上也总有磁悬液 不能良好覆盖的被夹、被托部位；因而要求通过极少次数的单向或复合磁化使工 件，特别是形状复杂的工件上的各个部位达到同样的探伤灵敏度是不现实的。因 此，需要了解工件的关键部位，重要的是要通过合适的磁化方法与规范来保证这 些部位的探伤灵敏度。比如对曲轴，首先是要保证I 区和I I 区的各个方向的探伤 灵敏度。 美英有关标准里，同一个航空熔模铸件上，磁探对缺陷的验收等级可分5 级， 这对磁探工艺规程的编制是有利的；我国大多数行业尚无此条件，但我们可从中 得到有益启示。 3 2 设备的退磁能力和剩磁测量仪器 ( 1 ) 设备的退磁能力 一般求购磁探设备的单位对设备的退磁能力，往往要求达到0 2 m T ，这个问 题也值得探讨。 a 要了解之所以需要退磁的原因，不是每一种探伤工件都需要退磁和退到该 剩磁程度的。 b 工件的退磁效果，与退磁电流种类、磁场衰减速率和( 直流退磁的) 变极频率 以及工件的磁特性有关。直流磁化的工件，其退磁明显难于交流磁化的工件；对 于曲轴、凸轮轴等工件，同一工件上不同部位实施了不同的热处理工艺的，即同 一工件不同部位存在不同磁特性的，退磁难度也增大( 因要找到兼容的磁场衰减速 率和直流退磁的变极频率) 。采用直流磁化的某些形状复杂、不同部位硬度差异较 大的工件，利用通用磁探机上的直流退磁功能或交流退磁机来退磁，剩磁往往达 一1 7 第九届M T P T 年会 不到O 2 m T 的要求。 c J B T8 2 9 0 磁粉探伤机标准虽然规定了设备的退磁装置应能将剩磁减小

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