磁粉检测技术应用及发展

磁粉检测技术应用及发展

屠振岳

甘肃省特种设备检验检测研究院，甘肃省兰州市  730050

摘要：目前我国经济水平和科技水平的快速发展，磁粉检测技术是利用铁磁性材料或工件磁化后,在不连续处漏磁场与磁粉相互作用,形成在合适光照下目视可见的磁痕,从而显示出缺陷位置、形状和大小的检测方法。磁粉检测对表面或近表面有很高的检测灵敏度、准确度和可靠性,与其他表面检测方法对比,其成本低、速度快、操作简单,合理使用几种磁化方法,可以检测出工件各个方向的缺陷。磁粉检测在工业领域的应用已有近百年的历史,方法日趋完善,目前广泛应用于航空、航天、机械、军工、造船、冶金、轨道交通等行业,在设备制造、检修、运行、产品质量的保证、提高生产效率、降低成本等领域发挥着越来越大的作用。

关键词:磁粉检测;特种设备;机械零件;自动化

引言

磁粉检测技术作为一种无损检测技术，因具有操作简单、缺陷显示直观等优势被广泛应用于钢结构中进行早期探伤，减轻或避免了钢结构发生突然破坏，在工程中拥有广阔的应用前景和很大的发展空间。目前在针对焊缝的常规检测方法中，磁粉检测凭借检测速度快、成本低、灵敏度高、工艺简单等诸多优点，在检测焊缝方面起着重要作用。对工件焊缝几何形状符合磁轭探伤仪跨焊缝放置条件和标准要求的，磁粉检测的检测精度比较高的。但是在现实检测中，经常由于工件的形状、焊缝的位置等条件不满足磁轭探伤仪跨焊缝放置或标准要求，导致磁粉检测精度无法保证，对于一些焊缝缺陷容易漏检，甚至有的时候不得不放弃磁粉检测，改用不能检测近表面缺陷的渗透检测，这对工件实际使用的安全性还是有一定影响的。

1磁粉检测技术原理

当铁磁材料或构件在外加磁场中被磁化，磁感应线会通过构件构成磁路。构件的表面因存在缺陷而产生不连续，导致磁感应线发生突变，使得构件表面产生“漏磁场”，从而在构件缺陷部位形成磁极。磁粉检测技术可通过探测构件表面的“漏磁场”情况来确定其缺陷的位置及形状。该试件已被与其裂纹垂直的磁场磁化。裂纹处空气介质的磁导率与钢材相差很大，磁感应线在裂纹处发生折射分为三部分：一部分磁感应线会直接从试件中通过；另外一部分磁感应线从裂纹中通过；还有一部分磁感应线经过裂纹上方后再进入钢材中，产生漏磁场。磁感应线在裂纹两端产生新的磁极。用磁粉检测试件损伤前，应先对试件施以外加磁场使其磁化。然后，在试件表面撒上一些磁粉，磁粉会被试件缺陷部位的“漏磁场”所吸引，附着在其表面。在一定亮度灯光照射下，洒在试件表面的磁粉会在磁力作用下沿磁场堆积，形成一定形状的“磁痕”，根据“磁痕”可判断试件表面的缺陷情况。“磁痕”可以放大缺陷显示。试件缺陷处和材料不连续处均会出现磁痕。磁粉在试件缺陷处形成的漏磁场中，因磁极吸而受力，磁粉是一个个活动的磁性体，它的两极会与漏磁场的两极相互作用，异性相吸产生力矩。同时，磁粉在力矩作用下，转向漏磁场最强的区域，沿磁感应线排列形成磁痕。漏磁场的方向可指明缺陷的位置。

2设备的磁粉检测

2.1锅炉的磁粉检测

在锅炉的正常稳定运行过程中,定检工作对其有着十分重要的作用,能够在很大程度上保证锅炉稳定、安全地持续工作。经过对锅炉制造材料和检测方法的分析,认为对于锅筒、集箱等缝隙的检测可使用磁轭法,而对于焊接缝隙之间的检测则需要用磁轭法或者触头法;锅炉的受热面因温度过高容易在角焊缝和熔合线上产生裂纹,因此必须对密封板角焊缝进行检测,才能保证锅炉安全正常的工作,为解决这一问题,设计了一组与密封板和管子相吻合的平磁极和凹磁极,对密封板角焊缝进行单方向磁化,让磁力线方向与裂纹相互垂直,利用这种特殊的方法对密封板角焊缝和近表面的径向裂纹进行检测,具有较高的灵敏度,很大程度上提高了锅炉的可靠性和安全性。

2.2飞机襟翼滑轨的磁粉检测

(1)周向磁化。为检测与滑轨纵轴平行的缺陷,调整磁轭两极的间距。(2)纵向磁化。为检测垂直于滑轨纵轴方向的缺陷,调整磁轭两极间距,分别与待检区域两侧的梁外端面接触,磁极间距不大于90mm,选择磁化类型为AC档。民航磁粉检测标准中还列出了另外一种确定磁场强度的方法,即在零件上的任何被检区域的最小切向磁感应强度不小于30Gs。为此,笔者设置不同的磁轭极间距来模拟实际工作环境,根据实际检测结果可知,当磁轭极间距小于00mm时,产生的磁感应强度大于30Gs。通过以上两种方式的验证可知,只要保持极间距不大于100mm,采用的电磁轭技术就可满足工作要求。磁粉检测后的退磁工序非常重要,剩磁超标将有可能使磨损后脱落的铁屑附粘在滑轨或滑架滚轮上,加剧滑轨表面的破坏。实践经验证明,电磁轭退磁是一种有效的退磁方法,特别是对于大型零部件在退磁机退磁后局部残存磁场的退磁,以及构件局部磁化后的退磁。

2.3不跨焊缝的磁粉检测

磁粉检测技术工作原理是铁磁性材料工件，受到外加磁极磁化作用后，在其工件有缺陷的位置会产生漏磁场，和喷洒在工件表面的磁粉之间相互作用，通过漏磁场吸附磁粉形成磁痕然后定位缺陷的形状、大小和位置。便携式磁轭法就是通过便携式磁轭机的两个磁轭头形成一个闭合回路，对工件表面进行局部磁化。此闭合回路的磁力线基本平行于两磁轭头的连线，由缺陷产生切割磁力线，然后才会产生漏磁场，为了发现平行于焊缝的缺陷，磁轭机的放置应垂直于焊缝，故常采用跨焊缝的磁轭方法。但是实际操作时，常常由于工件的形状、位置等条件的影响，无法满足跨焊缝对工件焊缝进行磁化。在能够利用的磁场中，还是有一部分磁力线平行于两磁轭头的连线，只能检测到垂直于焊缝方向的缺陷，同时该区域处于磁力线比较边缘的位置，磁力线稀疏，灵敏度无法保证。在靠近磁轭头的位置，又会因为有太多的非相关显示而不好判断磁痕。因此，需要找到一部分可利用磁力线，又不跟任何一个磁轭头过近，需进行试验来确定哪一部分磁力线是有效可利用的。

2.4风电塔架的磁粉检测控制

　1）普通交流便携磁轭式磁粉检测仪即可满足检测要求，仪器应达到标准要求磁轭的最大磁极间距且当使用磁轭最大间距时，交流电磁轭至少应有４５Ｎ的提升力。２）对风电塔架进行磁粉检测时，使用水基磁悬液可满足检测灵敏度要求，但在实际磁化时，不同的方位可能会影响磁粉检测的实施，尤其在进行仰视磁粉检测时，要注意电源线与磁粉检测仪连接处的插头密封性，防止水进入发生仪器短路或人员触电事故。3）磁粉检测的能力与施加磁场的大小、方向及裂纹的延伸方向有关。当工件磁化方向与裂纹延伸方向垂直时，裂纹处的漏磁场最大，检测灵敏度最高。因此在单磁轭检测过程中，应特别注意使用交叉检测方法。

结语

随着现代科学技术和先进制造业的飞速发展,诸多先进技术与磁粉检测技术相融合,产生了许多高效快捷的新技术,使磁粉检测技术朝着高自动化、数字化、智能化的方向发展。因此，磁粉检测技术目前只停留在对钢结构试件损伤的初步定性筛查方面。未来可通过改进仪器设备的方式，实现对钢结构损伤的定量分析，也可与其他无损检测手段结合来减少误判。

参考文献:

[1]邱春.磁粉检测在压力容器检验中的应用研究[J].福建冶金,2020,49(6):55-56.

[2]张峥,林郡,张惠芳,等.磁粉检测技术在在役压力容器检验中的应用[J].石油化工设备,2021,40(S2):34-36.

[3]林平来,李绪丰,吴喜来.带涂层压力容器的磁粉检测[J].中国特种设备安全,2020,26(11):40-42.