孟令華，韓曉華，趙洪賢

（山東省科學(xué)院 激光研究所，濟(jì)寧 272100）

在渦流及漏磁無(wú)損檢測(cè)中，因檢測(cè)需要，必須要加磁場(chǎng)對(duì)鋼管進(jìn)行磁化，導(dǎo)致磁化后的鋼管存在剩磁。鋼管的剩磁對(duì)后續(xù)加工存在很大的影響，比如：①剩磁會(huì)影響到某些儀器和儀表的工作精度和功能。② 剩磁所吸附的磁粉在后續(xù)工序中，如機(jī)加工和表面涂層，會(huì)引起動(dòng)部件的磨損。③ 剩磁可導(dǎo)致切屑附粘在表面，破壞表面精度和使刀具鈍化。④在試件尚需電焊時(shí)，剩磁會(huì)引起電弧偏吹或游離。⑤ 可能干擾無(wú)損檢測(cè)［1－5］。所以必須要對(duì)檢測(cè)過(guò)的鋼管進(jìn)行退磁。

針對(duì)厚壁合金鋼管的退磁困難，設(shè)計(jì)制造了采用分段式直流交流的退磁設(shè)備，對(duì)T20等合金材料的高壓合金無(wú)縫鋼管進(jìn)行退磁，取得了很好的效果。

1 鋼管的傳統(tǒng)退磁方法及存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的退磁方式有：

（1）交流電退磁 該方法是將試件放入通有工頻交流電的線(xiàn)圈前，以一定速度通過(guò)線(xiàn)圈。采用交流電退磁時(shí)，試件所承受的退磁強(qiáng)度峰值應(yīng)大于檢測(cè)時(shí)所用峰值。交流電退磁方法對(duì)較小普通工件效果良好，但是由于交流場(chǎng)有明顯的集膚效應(yīng)，試件深處的剩磁仍可保持，試件直徑大于50mm時(shí)尤其如此［1－5］。

（2）交直流電退磁 退磁分為交流退磁和直流退磁。交流退磁通過(guò)交變磁場(chǎng)，能不斷改變工件中的磁疇結(jié)構(gòu)，從而不斷削弱工件中的剩磁，但是交流退磁存在集膚效應(yīng)，難以退掉鋼管內(nèi)部的剩磁。直流退磁可以給鋼管加一個(gè)反向磁場(chǎng)，根據(jù)鋼管剩磁的大小方向可以調(diào)整直流退磁器電流的大小去改變鋼管的剩磁。這樣對(duì)大部分普通材質(zhì)的鋼管效果都不錯(cuò)，但是對(duì)合金材料和厚壁的鋼管總有一些鋼管有剩磁，有的合金鋼管甚至很大，并且因?yàn)楹辖鸩牧虾辖鸬牟痪鶆虻仍蛏踔猎斐射摴軆啥舜艌?chǎng)一樣，中間不一樣的現(xiàn)象。

此外還有振蕩電流退磁法和磁軛退磁法等方法，但都不適合在線(xiàn)大批量的生產(chǎn)應(yīng)用。

采用以上幾種方法對(duì)厚壁合金鋼管退磁，一般剩磁都在10Gs以上，甚至能達(dá)到20Gs以上，按照J(rèn)B／T 6641—1993《滾動(dòng)軸承 殘磁及其評(píng)定方法》標(biāo)準(zhǔn)，最小規(guī)格的軸承剩磁應(yīng)＜4Gs，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到客戶(hù)要求。

2 鋼管退磁方法的改進(jìn)

對(duì)普通的碳素管用普通的交直流退磁器就能達(dá)到要求，但是對(duì)于某些大直徑、厚壁、合金材料管，退磁效果就不能令人滿(mǎn)意。采用新型的瞬時(shí)可變直流加可變頻交流退磁方法可使厚壁合金材料鋼管取得令人滿(mǎn)意的退磁效果，工業(yè)應(yīng)用前景良好。

采用分段式直流交流退磁法，并對(duì)直流退磁法和交流退磁法做了改進(jìn)，具體改進(jìn)如下：

2.1 直流退磁

直流退磁采用功能上較新穎的恒流型、分段式直流退磁電源。該產(chǎn)品適用于場(chǎng)地受到條件的限制，磁飽和裝置與交、直流裝置之間的距離間隔很近，常規(guī)產(chǎn)品無(wú)法有效地退磁的場(chǎng)所。該產(chǎn)品能調(diào)節(jié)、設(shè)定各種數(shù)據(jù)，適應(yīng)各種鐵磁性材質(zhì)的管棒材，具有操作簡(jiǎn)單、可靠、顯示直觀、精度高等特點(diǎn)。

如圖1所示，根據(jù)鋼管的磁場(chǎng)變化，在鋼管磁場(chǎng)發(fā)生位置安放兩個(gè)傳感器，當(dāng)鋼管到達(dá)傳感器時(shí)輸出一個(gè)信號(hào)，從而對(duì)鋼管不同部位使用不同電流，達(dá)到更佳的退磁效果。

圖1 直流分段退磁示意圖

直流退磁裝置采用分段退磁的方法，保證退磁的最佳效果。為保證實(shí)際運(yùn)行時(shí)不會(huì)隨鋼管的大小規(guī)格和探傷速度而變化，采用兩只接近開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)，這樣S1（分段距離）／t1（延時(shí)）＝S2（接近開(kāi)關(guān)間距離）／t2（通過(guò)接近開(kāi)關(guān)的時(shí)間），分段距離的長(zhǎng)度和速度無(wú)關(guān)。如圖2所示，控制一個(gè)繼電器轉(zhuǎn)換電路，使用兩個(gè)不同調(diào)壓器調(diào)節(jié)電壓變化，再通過(guò)兩個(gè)整流電路轉(zhuǎn)換成直流電源。用直流退磁時(shí)，退磁場(chǎng)的強(qiáng)度應(yīng)高于檢測(cè)時(shí)所達(dá)到的數(shù)值，磁場(chǎng)方向應(yīng)與檢測(cè)時(shí)的磁場(chǎng)方向相反。

圖2 整流電路圖

2.2 交流退磁

交流退磁采用大功率交流退磁裝置專(zhuān)用的退磁電源控制儀。

交流退磁線(xiàn)圈位于直流退磁器線(xiàn)圈的后面，通過(guò)交流電產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，對(duì)鋼管進(jìn)行退磁。電源帶有高精度電壓、電流、功率、頻率表。源表一體化，使交流退磁器能夠根據(jù)鋼管類(lèi)型、材質(zhì)、大小自由調(diào)整電壓、電流、功率、頻率，并采用西門(mén)子原裝高功率IGBT模塊組設(shè)計(jì)，降低電路復(fù)雜度，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性，減少電力損耗。大功率可以使鋼管退磁效率更高，并對(duì)厚壁管進(jìn)行深層退磁，使鋼管不容易返磁，從而達(dá)到良好的退磁效果。圖3［1］所示為交流退磁的退磁曲線(xiàn)圖。再加上多項(xiàng)超隔離變壓器完全隔離市電與負(fù)載，以增加整機(jī)之功能，因此交流退磁功率較大，還需要采用風(fēng)扇自動(dòng)降溫，圖4所示為交流退磁結(jié)構(gòu)示意圖，風(fēng)扇位于線(xiàn)圈上方，方便維修。

圖3 交流電退磁原理圖

2.3 鋼管剩磁自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備

圖4 交流退磁結(jié)構(gòu)示意圖

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀是鋼管探傷線(xiàn)上不可缺少的剩磁監(jiān)測(cè)工具。其安裝在渦流探傷設(shè)備的鋼管檢測(cè)線(xiàn)上，不影響渦流的檢測(cè)，能對(duì)鋼管的剩磁進(jìn)行逐支檢查。儀器設(shè)定剩磁超量報(bào)警，顯示清晰，操作方便。探頭安裝于探頭架中，定位在保護(hù)機(jī)構(gòu)上，鋼管運(yùn)動(dòng)位置由傳感器獲得信息，當(dāng)管尾行至探頭的設(shè)定距離時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)?？紤]到鋼管在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中其軸線(xiàn)有可能偏離主測(cè)量頭，影響測(cè)量準(zhǔn)確性，設(shè)置了偏移補(bǔ)償探頭，并設(shè)置溫度補(bǔ)償和零位漂移補(bǔ)償。探頭信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、數(shù)字處理、峰值鎖定后，送入數(shù)據(jù)綜合處理器，結(jié)合面板操作信息進(jìn)行運(yùn)算，結(jié)果送入數(shù)碼顯示及報(bào)警器。這樣就可以隨時(shí)觀測(cè)到鋼管的退磁狀況，從而調(diào)整退磁器的電流等參數(shù)，以達(dá)到退磁的最佳效果。

3 退磁能力

根據(jù)鋼管的磁場(chǎng)變化，調(diào)整鋼管不同部位直流退磁系統(tǒng)的電流，根據(jù)鋼管壁厚的變化，改變交流退磁裝置專(zhuān)用的退磁電源控制儀的頻率，以達(dá)到最佳的退磁效果［6］。這樣鋼管在20～100m／min的速度下通過(guò)分段式直流交流退磁器后，剩磁可達(dá)到≤1.5Gs，滿(mǎn)足JB／T 6641—1993《滾動(dòng)軸承 殘磁及其評(píng)定方法》標(biāo)準(zhǔn)，完全能夠達(dá)到客戶(hù)要求。

采用φ89mm規(guī)格的退磁裝置每臺(tái)每年能退磁逾5萬(wàn)噸鋼管，完全滿(mǎn)足在線(xiàn)工業(yè)化需求。在唐山鍋爐廠對(duì)T20材料的高壓合金無(wú)縫鋼管進(jìn)行退磁，剩磁都能＜1.5Gs，用戶(hù)非常滿(mǎn)意，達(dá)到并超過(guò)了預(yù)期的目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著無(wú)縫鋼管的種類(lèi)及應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，各種各樣用途的無(wú)縫鋼管要求會(huì)越來(lái)越高，對(duì)鋼管的剩磁要求也會(huì)越來(lái)越高，需要將更多的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，同時(shí)也將生產(chǎn)實(shí)踐中獲得的成功經(jīng)驗(yàn)加以推廣，以提高我國(guó)無(wú)縫鋼管產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平。

［1］李家偉.無(wú)損檢測(cè)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［2］王仲生.無(wú)損檢測(cè)診斷現(xiàn)場(chǎng)使用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械出版社，2002.

［3］GB／T 7735—2004 鋼管自動(dòng)渦流探傷檢驗(yàn)方法［S］.

［4］YB／T 4083—2000 鋼管渦流探傷系統(tǒng)綜合性能測(cè)試方法［S］.

［5］王自明.無(wú)損檢測(cè)綜合知識(shí)［M］.北京：機(jī)械出版社，2004.

［6］程守洙.高等物理學(xué)［M］.北京：人民教育出版社，1982.