蒋桂通 闫留青 赵忠祥 王兴国
【摘 要】磁轭法磁粉检测结构简单、操作方便、灵活，适用性强，适用于铁磁性材料和大型钢结构件的表面和近表面探伤。可携带到车间、实验室和工作场地进行探伤。海洋石油钢结构焊缝的磁粉检验主要采用交流磁轭法，而影响磁轭法探伤灵敏度的主要因素为磁轭提升力，提升力是电磁体最重要的参数之一，它反映了磁体对工件的磁化能力。本文主要探讨在进行磁轭法探伤时影响磁轭提升力的几个因素。
【关键词】磁粉检测;磁轭提升力;探伤灵敏度
中图分类号： TG115.284文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）17-0043-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.020
Discussion on Lifting Force and Sensitivity of ac Electromagnetic Yoke
JIANG Gui-tong YAN Liu-qing ZHAO Zhong-xiang WANG Xing-guo
（Offshore petroleum engineering co.， LTD.， Tianjin 300452， China）
【Abstract】The magnetic yoke method has simple structure， convenient operation， flexibility and adaptability. It is suitable for surface and near-surface flaw detection of ferromagnetic materials and large steel structural parts. It can be carried to the workshop， laboratory and workplace for flaw detection. The magnetic powder test of the weld of marine petroleum steel structure mainly adopts the AC yoke method， and the main factor affecting the sensitivity of the yoke method is the yoke lifting force. The lifting force is one of the most important parameters of the electromagnet， which reflects the Magnetization capability of the magnet to the workpiece. This paper mainly discusses several factors that affect the yoke lifting force when performing yoke detection.
【Key words】Magnetic particle detection; Yoke lifting force; Flaw detection sensitivity
1 磁軛法磁粉检测原理
铁磁性材料工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁感应线发生局部畸变而产生漏磁场，漏磁场吸附工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。磁粉检测原理如图1所示。磁轭法磁粉检测利用电磁轭与工件形成闭合磁路，从而对工件实施纵向磁化的方法。
图1 磁粉检测原理
在磁化时要计量出磁场的大小是非常困难的，所以在实用中采用磁轭磁化时的提升力来衡量磁化强度的大小。
2 提升力
提升力，是指电磁轭通电时对铁磁性材料工件探伤的磁轭吸引力。需要强调的是，这里所指的提升力，是指磁轭腿在标准允许的最大极间距时的提升力，而非两磁轭腿平行时的提升力，很多操作人员在测试磁轭提升力时并没有注意到这一点。
提升力是电磁体最重要的参数之一，它反映了磁体对工件的磁化能力。可以说磁轭提升力直接影响磁粉探伤灵敏度。
标准中对于不同类型的电磁轭的提升力的要求是不同的：交流电磁轭至少应有44N的提升力;直流电磁轭至少应有177N的提升力;交叉磁轭至少应有118N的提升力。
海洋钢结构磁粉检测使用的主要是交流电磁轭。在使用时，交流电磁轭的两磁腿间距应控制在50mm-150mm之间，检测的有效区域为两极连线两侧各50mm范围内。并且当使用磁轭最大间距时，交流电磁轭至少应有44N（4.5kg）的提升力。
ASTM E709规定电磁轭的提升力至少每半年校验一次，并且每次出现损坏或检修后都应重新进行校验。
3 影响磁轭法检测灵敏度的几个因素
3.1 磁轭提升力的影响
我们在用磁轭进行磁粉检测之前，第一必要步骤就是测试提升力，只有在提升力满足要求的情况下，此仪器才可以使用。所以说，满足要求的提升力是满足灵敏度的必要条件。而提升力达到要求，灵敏度未必就百分百达到要求，灵敏度还受其他条件的影响。
3.2 磁粉检测耗材的影响
对于磁粉检测灵敏度，磁粉检测耗材是除磁轭设备之外的第二大影响因素，如反差剂是否使用，反差剂的喷洒厚度，在必要使用反差剂提供背景反差的时候应使用反差剂来增强反差，海洋石油钢结构焊缝的磁粉检验主要使用白色反差剂和黑色磁悬液，反差剂的厚度一般在25-50um之间。磁悬液的浓度更是有严格的要求，每天或每八小时或每次配置新的磁悬液时都应测定其浓度，并且在使用前要摇匀。ASTM E709规定，非荧光磁粉磁悬液的浓度为1.2-2.4ml/100ml，荧光磁粉磁悬液的浓度为0.1-0.4ml/100ml，磁悬液的浓度测试应使用梨型瓶测试，并且注意测试荧光磁粉磁悬液和非荧光磁粉磁悬液的梨型瓶并非是同一个，两者细分刻度是有区别的，应用磁粉检测灵敏度试片可以测定磁粉设备和磁悬液的系统灵敏度，并且可以找到一个最佳的磁悬液浓度范围，这个范围必须包含在标准允许的范围之内。
3.3 磁轭腿间距的影响
在探伤时电磁轭向工件施加一个外加磁场，使得工件局部也产生一定的磁场，外加磁场越大，则表面缺陷产生的漏磁场越强，探伤灵敏度越高，此时应该注意，当磁场大到一定程度的时候，并不是越大越好，因为过大的漏磁场会造成过显示，影响真假缺陷的辨别。按ASTM E709要求，当电磁轭的磁极间距为50-100mm时，交流电磁轭的提升力至少应为44N。从这里我们可以看出磁极间距对提升力的大小是有影响的。当磁路中產生的磁通一定时，由于磁阻的影响，工件表面的磁场强度会随磁轭两极间距变大而减弱。通常规定，交流磁轭的磁间距控制在50-150mm为佳。并且磁轭的两条腿必须是可调节的，灵活的。
3.4 磁轭不同放置的影响
在海洋钢结构磁粉检验中，磁轭的各种不同放置形式会在磁轭的提升力上有不同的反应。磁头与工件尽可能保持面接触，面接触磁化能力最强，线接触磁化能力较弱，有可能达不到规定的提升力或灵敏度，点接触磁化能力最弱。
为了检查焊缝的纵向缺陷，磁轭应该横跨且垂直于焊缝;为了检查焊缝的横向缺陷，磁轭应该放置在大致与焊缝平行的方向上。
在建造过程中，应用磁粉检验检测各种角度的缺陷。即至少沿两个互相垂直的方向磁化被检工件。
对于纵向探伤，磁轭应两脚分开并垂直于焊缝;对于横向探伤，磁轭定位应基本上平行于焊缝。
3.5 磁轭与工件间隙的影响
考虑到检测时可能有的氧化皮、铁锈、漆层等耦合不良，磁极与工件会产生间隙，导致耦合不良。随着磁极和工件的间隙增大，使得工件上的感应磁场减弱，提升力下降，灵敏度也就减弱。可以认为提升力能较好地反映出磁化不足，在检测时，可以感觉磁轭对工件的提升力度，若相差较大，可以认为这时磁化肯定不符合灵敏度要求。
4 总结
对于一定的设备与工件，磁轭提升力与铁素体钢板的磁导率、磁极间距、磁极间隙等有关。影响了提升力，就一定影响灵敏度，而要保证灵敏度，除保证提升力以外，还要有规范的操作手法，满足要求的工件准备，最佳的磁悬液浓度，可调的磁轭腿与复杂工件的接触面，甚至合适的工件温度等等。通过对提升力和灵敏度的讨论，总结了影响磁轭法磁粉探伤灵敏度及提升力的主要因素，在实际工作中为保证磁轭法磁粉探伤有足够的灵敏度，可以在这些方面加强注意和改善，以保证合格的提升力来进行磁粉探伤。
【参考文献】
[1]国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材编审委员会编.磁粉检测.北京：机械工业出版社，2004.
[2]姚力，范吕慧.磁轭提升力指标的分析和讨论.无损检测，2005，27（7）：345-348.
