王玉雄,譚云華,吳志波,謝 進(jìn),郝春霞

(東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司，自貢 643000)

磁粉檢測(cè)是以微粒狀鐵磁性材料,即磁粉作為磁場(chǎng)感應(yīng)器，利用其聚集形成的磁痕來顯示磁化工件表面或近表面不連續(xù)的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度的一種無損檢測(cè)方法。該方法廣泛應(yīng)用于鐵磁性金屬原材料、零部件、結(jié)構(gòu)件、焊接件等的質(zhì)量檢測(cè)和質(zhì)量控制中。因其對(duì)表面或近表面缺陷的檢出率高、缺陷顯示直觀、操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)成本低、檢測(cè)速度快，故成為鐵磁性材料表面或近表面缺陷檢測(cè)的主要方法。

磁粉檢測(cè)原理[1]為：鐵磁性材料在外加磁場(chǎng)的激勵(lì)下，會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生很強(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；如果被檢鐵磁性材料表面或近表面存在不連續(xù)，則磁力線會(huì)在不連續(xù)處發(fā)生局部畸變而泄漏，泄漏的磁力線具有很強(qiáng)的磁粉吸附能力，在不連續(xù)處形成對(duì)應(yīng)的不連續(xù)磁痕顯示。

如果工件表面顏色與磁粉顏色對(duì)比度較差，會(huì)使磁痕顯示難以識(shí)別，從而造成漏檢。故，為了提高缺陷磁痕與工件表面顏色的對(duì)比度，提高缺陷的檢出率，實(shí)施磁粉檢測(cè)前可在工件表面噴涂一層白色的反差增強(qiáng)劑，干燥后再對(duì)工件進(jìn)行磁粉檢測(cè)。

雖然噴涂反差增強(qiáng)劑提高了觀察對(duì)比度，但噴涂的反差增強(qiáng)劑太厚會(huì)對(duì)缺陷的檢出率產(chǎn)生一定影響。為了確保較高的反差對(duì)比度，且不因?yàn)榉床钤鰪?qiáng)劑厚度太厚而影響缺陷檢出率，筆者進(jìn)行了試驗(yàn)，來分析反差增強(qiáng)劑厚度對(duì)缺陷檢出率的影響。

1 涂層對(duì)磁粉檢測(cè)影響的機(jī)理

涂層厚度的增加會(huì)使漏磁場(chǎng)的形狀和大小發(fā)生顯著變化。在一定范圍內(nèi)，缺陷形成的最大漏磁場(chǎng)強(qiáng)度與覆層厚度成反比，即隨著覆層厚度的增加，漏磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度將急劇下降，漏磁場(chǎng)作用在磁粉上的力減小，從而導(dǎo)致磁粉檢驗(yàn)靈敏度下降。但如果將被檢件的覆層厚度控制在一定范圍內(nèi)，則既能提高工件表面顏色與磁粉顏色的對(duì)比度，又能保證檢測(cè)靈敏度。

2 試驗(yàn)過程和試驗(yàn)結(jié)果

2.1 試件的設(shè)計(jì)與制作

NB/T 47013.4-2015 《承壓設(shè)備無損檢測(cè) 第4部分：磁粉檢測(cè)》規(guī)定交流磁軛至少應(yīng)有45 N的提升力；ASME 《鍋爐及壓力容器建造規(guī)則》規(guī)定交流磁軛至少應(yīng)有4.5 kg的提升力。

選用20鋼鍛件，加工外形尺寸為300 mm×60 mm×34 mm(長×寬×高)的長方體試塊，試塊質(zhì)量略大于4.5 kg。制成的試塊可用于缺陷的檢測(cè)深度測(cè)試和交流磁軛法提升力測(cè)試。其中，提升力是指磁軛在磁極間距最大時(shí)對(duì)鐵磁性材料的吸引力，且提升力隨著磁極間距的減小而增大，當(dāng)提升力要求不小于45 N時(shí)，即需要保證磁軛能對(duì)試塊施加的吸引力不小于45 N，也就是說當(dāng)磁軛能夠?qū)①|(zhì)量不小于4.6 kg(重力系數(shù)取9.8 N·kg-1時(shí))的試塊吸起時(shí)，便能保證磁軛的提升力不小于45 N。

圖1 模擬裂紋缺陷試塊結(jié)構(gòu)示意

圖2 模擬條渣缺陷試塊結(jié)構(gòu)示意

模擬裂紋試塊，條渣試塊(見圖1，2)的制作步驟為：首先在試塊長度方向中部位置，離上表面6.5 mm處加工條形通孔，條形通孔的延伸方向垂直于試塊的前后側(cè)面，直徑為1 mm，條形通孔貫穿于試塊的前后側(cè)面，即條形通孔的長度為60 mm；然后通過在條形通孔內(nèi)穿絲加工出條形槽體，條形槽體的寬度分別為0.1，0.5 mm，高度為3.0 mm，長度也為60 mm；再在試塊上表面銑出檢測(cè)面，使條形槽體到檢測(cè)面的距離從0連續(xù)變化到3.0 mm，即埋藏缺陷深度的最大值為3.0 mm。

圖3 模擬條孔缺陷試塊結(jié)構(gòu)示意

模擬條孔試塊(見圖3)的制作步驟為：首先在試塊長度方向中部位置，離上表面6.5 mm處加工條形通孔，條形通孔的延伸方向垂直于試塊的前后側(cè)面，直徑為1 mm，然后在試塊上表面銑出檢測(cè)面，使條形槽體到檢測(cè)面的距離從0連續(xù)變化到3.0 mm，即埋藏缺陷深度的最大值為3.0 mm。

2.2 試驗(yàn)條件

(1) 檢測(cè)設(shè)備：MP-100交流磁軛探傷機(jī)，交流電提升力大于45 N；

(2) 磁懸液：型號(hào)為SMT，沉淀濃度為1.2{|2.4 mL/100 mL；

(3) 反差增強(qiáng)劑：FA-5型增強(qiáng)劑；

(4) 靈敏度試片：A1-15/100型試片；

(5) 環(huán)境條件：檢測(cè)表面光照度大于1 000 Lx。

圖4 試驗(yàn)設(shè)備及器材實(shí)物

2.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)時(shí)磁間距采用固定值150 mm，先將磁軛放在試塊上面，磁化后提起試塊驗(yàn)證設(shè)備的提升力；然后將磁懸液噴在試塊表面進(jìn)行水?dāng)嘣囼?yàn)，來驗(yàn)證磁懸液的潤濕能力，再在試塊表面用A1-15/100試片測(cè)試靈敏度，驗(yàn)證儀器和磁懸液是否符合要求。再在試塊表面噴涂不同厚度的反差增強(qiáng)劑[2]，用測(cè)厚儀測(cè)量試塊表面不同厚度反差增強(qiáng)劑的厚度并記錄，然后進(jìn)行磁粉檢測(cè)，記錄試塊上缺陷的顯示長度，根據(jù)相似三角形的原理計(jì)算得出缺陷的埋藏深度H，如式(1)所示。

H=3l/60

(1)

式中：H為缺陷顯示深度，mm；l為缺陷顯示長度，mm。

例：當(dāng)顯示如圖5所示，缺陷顯示長度為20 mm時(shí)，代入式(1)，得到H為1 mm。

圖5 缺陷顯示圖例

2.4 試驗(yàn)結(jié)果及缺陷深度

得到的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

從表1可看出，在未施加反差增強(qiáng)劑，且缺陷尖端寬度為0.1 mm時(shí)，檢測(cè)的缺陷深度可以達(dá)到1.2 mm；當(dāng)缺陷尖端寬度為0.5 mm時(shí)，檢測(cè)的缺陷深度可以達(dá)到1.05 mm；當(dāng)條狀缺陷尖端(形狀)為φ1 mm圓柱形時(shí)，缺陷的檢測(cè)深度只有0.7 mm。

表1 反差增強(qiáng)劑厚度影響試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)反差增強(qiáng)劑厚度小于11 μm時(shí)，其對(duì)缺陷的檢出率幾乎無影響；當(dāng)反差增強(qiáng)劑厚度達(dá)到22 μm時(shí)，檢測(cè)缺陷深度逐漸減?。划?dāng)反差增強(qiáng)劑厚度為38 μm時(shí)，尖端寬度為0.1 mm的模擬裂紋缺陷的檢測(cè)深度為未噴涂反差增強(qiáng)劑時(shí)的87.5%，尖端寬度為0.5 mm的模擬條渣缺陷的檢測(cè)深度為未噴涂反差增強(qiáng)劑時(shí)的90%，而尖端為φ1 mm的模擬條孔缺陷的檢測(cè)深度為未噴涂反差增強(qiáng)劑時(shí)的92%。當(dāng)反差增強(qiáng)劑厚度為122 μm時(shí)，尖端寬度為0.1 mm的模擬裂紋缺陷的檢測(cè)深度為未噴涂反差增強(qiáng)劑時(shí)的70.8%，尖端寬度為0.5 mm的模擬條渣缺陷的檢測(cè)深度為未噴涂反差增強(qiáng)劑時(shí)的71.4%；尖端為φ1 mm的模擬條孔缺陷的檢測(cè)深度為未噴涂反差增強(qiáng)劑時(shí)的71.4%。

當(dāng)反差增強(qiáng)劑厚度為223 μm時(shí)，尖端為φ1 mm的模擬條孔缺陷磁痕顯示變得模糊；當(dāng)反差增強(qiáng)劑厚度為544 μm時(shí)，寬度為0.5 mm的模擬條渣缺陷磁痕顯示變得模糊；當(dāng)反差增強(qiáng)劑厚度為646 μm時(shí)，寬度為0.1 mm的模擬裂紋缺陷磁痕顯示變得模糊。

當(dāng)反差增強(qiáng)劑厚度為544 μm時(shí)，尖端為φ1 mm的模擬條孔缺陷磁粉不能檢出；當(dāng)反差增強(qiáng)劑厚度為646 μm時(shí)，寬度為0.5 mm的模擬條渣缺陷磁粉不能檢出；當(dāng)反差增強(qiáng)劑厚度為708 μm時(shí)，寬度為0.1 mm的模擬裂紋缺陷磁粉不能檢出。

3 結(jié)語

(1) 未施加反差增強(qiáng)劑時(shí)，對(duì)于埋藏的條狀缺陷，靠近檢測(cè)面的缺陷越尖銳，檢測(cè)深度越深;靠近檢測(cè)面的缺陷越圓滑，檢測(cè)深度越淺。

(2) 不同厚度的反差增強(qiáng)劑對(duì)磁粉檢測(cè)會(huì)造成不同程度的影響。在檢測(cè)工件表面僅施加一層反差增強(qiáng)劑(約11 μm)時(shí)，反差增強(qiáng)劑厚度對(duì)缺陷的檢出影響較小。靠近檢測(cè)面的缺陷越尖銳，施加反差增強(qiáng)劑的厚度對(duì)埋藏缺陷的檢出影響越大。

(3) 埋藏缺陷尖端越圓滑，表面噴涂的反差劑越厚，磁粉越不易檢出。