張海龍，程衛(wèi)國，李 輝，胡才望，蔡黎明

（1.鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司，北京 100081；2.大冶特殊鋼有限公司，湖北 黃石 435001；3.浙江久立特材科技股份有限公司，浙江 湖州 313009）

1 磁粉檢測的漏磁場

磁粉檢測是利用漏磁場吸附磁粉形成磁痕顯示進行探傷。所謂漏磁場，就是鐵磁性材料磁化后，在不連續(xù)處或磁路截面變化處，磁感應(yīng)線離開和進入表面時形成的磁場。如果在磁化了的工件上存在不連續(xù)性或裂紋，則磁感應(yīng)線優(yōu)先通過磁導(dǎo)率高的工件，這就迫使部分磁感應(yīng)線從缺陷下面繞過，形成磁感應(yīng)線的壓縮。但是，工件上這部分可容納的磁感應(yīng)線數(shù)目也是有限的，又由于同性磁感應(yīng)線相斥，所以部分磁感應(yīng)線從不連續(xù)中穿過，另一部分磁感應(yīng)線遵循折射定律幾乎垂直從工件表面進入空氣中繞過缺陷又折回工件，形成了漏磁場[1-2］。漏磁場對磁粉的吸附可看成是磁極的作用，如果有磁粉在磁極區(qū)通過，則將被磁化，呈現(xiàn)出N極和S極，并沿著磁感應(yīng)線排列起來。當磁粉的兩極和漏磁場的兩極相互作用，磁粉就會被吸附并加速移動到缺陷上去，缺陷處吸附磁粉如圖1所示。漏磁場的磁力作用在磁粉微粒上，其方向指向磁感應(yīng)線最大密度區(qū)，即指向缺陷處。由于漏磁場的寬度要比缺陷實際的寬度大數(shù)倍至數(shù)十倍，磁痕寬度與缺陷寬度如圖2所示，所以磁痕對缺陷寬度具有放大的作用，由此目視不可見的缺陷轉(zhuǎn)變?yōu)槟恳暱梢姷拇藕凼怪菀子^察出來。

圖1 缺陷處吸附磁粉示意

圖2 磁痕寬度與缺陷寬度示意

2 影響漏磁場的因素

前述可知，磁粉檢測方法是通過檢測漏磁場來檢測缺陷的?？梢姡┐艌龅拇笮z測效果有著重要的影響，理論和實踐均證明，影響漏磁場的因素主要有以下幾方面[3-4］。

（1）漏磁場的大小與工件的磁化程度有關(guān)。一般來說，外加磁場強度一定要大于產(chǎn)生最大磁導(dǎo)率μm對應(yīng)的磁場強度Hμm，使磁導(dǎo)率減小，磁阻增大，漏磁場增大。由于缺陷的幾何形位千差萬別地存在于不同的工件中，必須要使漏磁場大到缺陷清晰顯示的程度，因此，磁場強度決定了工件磁化程度，即磁感應(yīng)強度。磁感應(yīng)強度和缺陷漏磁場的對應(yīng)關(guān)系如圖3所示。由圖3可知，當磁感應(yīng)強度較低，漏磁場偏小，增加緩慢；當鐵磁性材料的磁感應(yīng)強度達到飽和值的80%左右，漏磁場不僅幅值較大，而且隨著磁感應(yīng)強度的增加會迅速增大。

圖3 磁感應(yīng)強度與漏磁場的關(guān)系

（2）缺陷位置對漏磁場的影響。同樣的缺陷，位于工件表面處時，產(chǎn)生的漏磁場大，如圖4所示的a位置；若位于工件的近表面，漏磁場將顯著減小，如圖4所示的b位置；若位于工件表面很深處，則幾乎沒有漏磁場泄漏出工件表面，如圖4所示的c位置。缺陷深度與漏磁場的關(guān)系曲線如圖5所示，漏磁通密度隨著缺陷深度的增加而增大。

圖4 缺陷位置對漏磁場的影響

圖5 缺陷深度與漏磁場的關(guān)系曲線

（3）缺陷方向?qū)β┐艌龅挠绊?。缺陷主平面與磁場垂直時產(chǎn)生的漏磁場最強（圖6a）；當缺陷與磁場的夾角由90°逐漸減小，漏磁場的變化規(guī)律如圖6（b）所示；當缺陷主平面與磁場平行，由于缺陷對磁力線的通過幾乎沒有影響，所以漏磁場近似為0，如圖6（c）所示。缺陷傾角與漏磁場的關(guān)系曲線如圖7所示。

圖6 不同方向缺陷與磁場的漏磁場

圖7 缺陷傾角與漏磁場的關(guān)系曲線

（4）缺陷寬度對漏磁場的影響。當缺陷寬度相同，漏磁場隨著缺陷深度的增加而增大，反之漏磁場減小。深寬比越大，漏磁場也越大，缺陷越容易被發(fā)現(xiàn)。若缺陷寬度較大，漏磁場的幅度顯著降低。

3 旋轉(zhuǎn)磁場在磁粉檢測中的應(yīng)用

由上述分析可知，在一定的磁場強度下，缺陷位置、取向及深寬比是影響缺陷形成漏磁場的主要因素，又由磁粉檢測原理可知，磁粉檢測只能檢測鐵磁性材料表面及近表面缺陷[5-13］，所以，對于深寬比一定的缺陷，在工件中的取向?qū)z測結(jié)果的影響就顯得更加重要了。實際檢測時，若只采用一種磁化方向，勢必會導(dǎo)致缺陷漏檢；若采用兩個磁化方向分別磁化，則會影響檢測效率，且也不能保證與磁化方向呈一定角度的缺陷被有效檢出。因此，為了檢測鐵磁性工件各個方向的缺陷，在進行磁粉檢測時，常采用旋轉(zhuǎn)磁場。

3.1 旋轉(zhuǎn)磁場的合成及原理

3.1.1 旋轉(zhuǎn)磁場的合成

實際應(yīng)用中，縱向磁化采用線圈，周向磁化采用磁軛（兩個磁化板），同時施加交流電進行磁化。如果把縱向磁化線圈的磁場設(shè)為x方向，周向磁化板的磁場設(shè)為y方向（相位滯后，在某一時刻的垂直交叉磁場的合成如圖8所示，合成磁場呈一扇形。由于x、y方向的磁場在交流電的作用下方向不斷地變化，磁場沿著O點360°進行合成，形成旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場是一矢量場。

圖8 垂直交叉磁場的合成

3.1.2 旋轉(zhuǎn)磁場形成原理

式中H0——初始磁場強度，T；

Hx——縱向磁化線圈的磁場強度，T；

Hy——周向磁化板的磁場強度，T。

那么，在垂直交叉的縱向磁場Hx和周向磁場Hy的中心處，兩個磁場合成后的磁場H為：

由H=H0可知，合成磁場幅值為常數(shù)，相位角φ隨時間變化，其軌跡是以H0為半徑、角速度為ω的一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場（在離中心較遠處，由于兩個磁場的幅值不相等，合成的磁場應(yīng)為橢圓形）。兩磁場的變化曲線如圖9（a）所示，合成磁場軌跡如圖9（b）所示。

圖9 旋轉(zhuǎn)磁場形成原理

3.2 鋼管鋼棒垂直交叉磁粉檢測裝置

當兩個垂直交叉的磁場放置在被檢工件上并通以幅值、頻率相同，相位相差的交流電，縱向磁場和周向磁場在交流電的作用下，磁場在工件上會得到隨時間變化的旋轉(zhuǎn)磁場[14-15］。鋼管鋼棒垂直交叉磁粉檢測裝置如圖10所示。

圖10 鋼管鋼棒垂直交叉磁粉檢測裝置

4 旋轉(zhuǎn)磁場檢測實例

利用圖10所示的檢測裝置對不同規(guī)格鋼管進行復(fù)合磁化（旋轉(zhuǎn)磁場），設(shè)備型號為CJW-24000AT，檢測方式為鋼管螺旋前進。其中，對Φ168 mm×25 mm規(guī)格鋼管外表面進行熒光濕磁粉檢測時，檢測參數(shù)按表1進行設(shè)置，實際檢測效果如圖11所示。

圖11 鋼管、鋼棒專用熒光磁粉探傷檢測效果

表1 水基熒光濕磁粉旋轉(zhuǎn)磁場檢測時的參數(shù)

此類設(shè)備投入使用以來，共探傷各種外徑的鋼管13 610支，發(fā)現(xiàn)外表面各種取向的缺陷2 582支，經(jīng)修磨復(fù)探后合格2 535支，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，為工廠降低了質(zhì)量風險及經(jīng)濟損失。采用復(fù)合磁化檢測鋼管的磁粉檢測結(jié)果見表2。

表2 采用復(fù)合磁化檢測鋼管的磁粉檢測結(jié)果

5 結(jié) 語

（1）由于缺陷幾何形位對漏磁場的影響，常規(guī)的磁粉探傷容易造成缺陷漏檢。旋轉(zhuǎn)磁場對工件360°方向的缺陷有相同的靈敏度，在鋼管、鋼棒的磁粉檢測應(yīng)用中優(yōu)勢明顯，確保了磁粉檢測對鋼管、鋼棒表面各個方向缺陷檢測的可靠性。

（2）采用轉(zhuǎn)磁場磁化被檢工件時，縱向磁化電流值與周向磁化電流值的選擇，應(yīng)采用靈敏度試片進行測試，以靈敏度試片的磁痕顯示清晰為原則，保證復(fù)合磁化（旋轉(zhuǎn)磁場）的磁場強度滿足檢測要求。