磁粉檢測中快速斷電的原理、應(yīng)用和發(fā)展

COLLINS Brenda，EICK Chuck

（1.Magnaflux 美國磁通公司，格蘭維 60026；2.Royal Blue無損檢測服務(wù)有限公司，伊利諾伊）

快速斷電現(xiàn)象于20世紀50年代末期被發(fā)現(xiàn)，當中斷一個導(dǎo)體上的直流電流時，該導(dǎo)體周圍的磁場強度會快速降低為零。這種能量的快速變化，會在電路中產(chǎn)生一個和原來方向相反的電壓和電流。

在磁粉探傷中，快速斷電是指磁化電流的突然且快速地中斷或停止；快速斷電技術(shù)是指磁化結(jié)束階段，利用磁化電流的突然中斷而在被測工件上產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），從而實現(xiàn)對被縱向磁化的棒件末端的橫向缺陷進行檢測。當快速斷電被應(yīng)用到鐵磁性材料上時，該感應(yīng)電流的強度會極大地增強。而工件內(nèi)剩磁的增強，對檢測更加有利。

1 基本原理

在磁粉探傷（MT）中，快速斷電技術(shù)被用來在工件內(nèi)部產(chǎn)生一個感應(yīng)電流，以檢測被縱向磁化的棒狀工件端部的橫向缺陷。這種類型的缺陷，往往由于棒狀工件兩端有很強的極性而不容易被發(fā)現(xiàn)。通過使用快速斷電技術(shù)產(chǎn)生的感應(yīng)電流，使得可以用棒件端頭部位的磁場來檢測這一區(qū)域的橫向缺陷。

圖1 展示了一個已經(jīng)被縱向磁化的棒狀工件［1］。圖1（a）中顯示，在沒有快速斷電的情況下，工件兩端成為磁極。磁力線進入和離開工件靠近端面的區(qū)域時，磁力線和表面的夾角為90°。因此，工件的末端并沒有真正地被縱向磁化，而這一區(qū)域的橫向缺陷也不能被可靠地檢測出來。

在圖1（b）中，當相同工件被縱向磁化，并且在快速斷電技術(shù)的作用下，電流被迅速關(guān)斷。由此產(chǎn)生了一個感應(yīng)電流，而該電流在工件內(nèi)部的流動使工件的近表面產(chǎn)生了一個磁場，從而使得工件的每一個末端都被真正的縱向磁化。從而工件末端的橫向缺陷可以被檢測出來。

2 應(yīng)用與發(fā)展

最初具有快速斷電功能的磁粉探傷設(shè)備是通過斷開直流電流線圈的回路來實現(xiàn)的，但在觸頭上會出現(xiàn)電弧放電。雖然這樣做能保證電流可以迅速地衰減到零，并產(chǎn)生感應(yīng)電流，但會導(dǎo)致觸頭的顯著損耗。

圖1 工件內(nèi)部剩磁場的產(chǎn)生

研究人員將晶閘管整流器（SCRS）集成到設(shè)備當中，使得快速斷電更加容易被實現(xiàn)，如圖2所示。利用可控硅整流器的電流過零關(guān)斷特性，并配合使用一個二級高壓變壓器和一個開路電壓，開發(fā)了可控的快速斷電技術(shù)。它是現(xiàn)在磁粉探傷設(shè)備上實現(xiàn)快速斷電的主要技術(shù)。

圖2 在工廠中使用的快速斷電檢測器

和大多數(shù)磁粉探傷或其它無損探傷方法中應(yīng)用的技術(shù)一樣，快速斷電技術(shù)也需要遵循相應(yīng)的標準和規(guī)范。第一個標準是美國軍標，后來被歸入ASTM標準，ASTM E－1444和ASTM E－709標準規(guī)定，磁粉探傷設(shè)備上的快速斷電功能需要每6個月檢測一次［2－3］。當使用觸頭通電進行磁粉探傷時，ASTM標準僅要求當附加電纜繞成線圈時才進行檢查。

除了檢測棒狀工件末端的橫向缺陷，快速斷電也有其他應(yīng)用的地方?？焖贁嚯姷闹饕δ苁钱a(chǎn)生感應(yīng)電流，而感應(yīng)電流技術(shù)是一種非接觸式的磁粉探傷技術(shù)（該技術(shù)主要用于環(huán)形工件的探傷），感應(yīng)電流技術(shù)本身是另一種技術(shù)。當使用支桿觸頭或手提磁軛時，快速斷電技術(shù)并不適用，因為被測件只是磁路的一部分［4］。

快速斷電磁化技術(shù)的另一個應(yīng)用是，當由于被測工件結(jié)構(gòu)的變化而在其內(nèi)部產(chǎn)生較高的磁通密度時，會在被測工件上產(chǎn)生一個外部的磁極，從而產(chǎn)生磁場指示。例如：工件上內(nèi)花鍵、鍵槽或孔洞等。這些非相關(guān)顯示類型很可能掩蓋掉相關(guān)（缺陷）顯示?？焖贁嚯娂夹g(shù)可以幫助減少（如果不能消除）工件結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生的顯示。

剩磁高的鐵磁性材料的工件，非常適合使用快速斷電技術(shù)進行檢查。這類材料因快速斷電而產(chǎn)生的剩余磁場強度很強，這樣有利于使用剩磁法進行磁粉探傷，軸承套圈的磁粉探傷檢查就是一個很好的案例。

3 快速斷電檢查

快速斷電功能檢查可用來測量在一次感應(yīng)激磁（線圈）中磁場的衰減速度。ASTM 標準允許使用示波器或其他由設(shè)備制造商指定的適用技術(shù)進行快速斷電檢查。在1970年以前，相應(yīng)的磁粉探傷設(shè)備都是利用示波器來檢查的，要求技術(shù)員在現(xiàn)場觀察正弦波是否迅速衰減為零。然而，從20 世紀70年代開始，引進了快速斷電檢測器。該檢測器是一個小型的手持式設(shè)備，并能做出合格或不合格的判定。此檢測器由一個指示燈和感應(yīng)線圈組成。檢測時，技術(shù)員將檢測器放置在磁化線圈中。如果快速斷電功能正常，在激磁結(jié)束時檢測器上的指示燈就會亮起。這類檢測器至今仍然被頻繁使用，因為可以簡單快捷地判斷設(shè)備的斷電功能是否正常，如圖3所示。

圖3 快速斷電檢測器

在過去的幾年中，快速斷電檢測器也出現(xiàn)了一些新的設(shè)計。這類檢測器可以顯示快速斷電產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的數(shù)值。檢測實際電壓的功能使得可以用定量的方法來檢測并追蹤磁粉探傷設(shè)備上快速斷電功能的可靠性。這種定量檢測的能力是技術(shù)人員在檢查磁粉探傷設(shè)備時的首選。

4 結(jié)語

（1）快速斷電技術(shù)僅僅適用于使用三相全波直流電的磁粉探傷設(shè)備。

（2）通常只適用于磁探探傷設(shè)備上的線圈電路，除非電纜與激磁主機相連后，在工件上纏繞形成的線圈。

（3）快速斷電技術(shù)主要是用來發(fā)現(xiàn)被縱向磁化工件末端的橫向缺陷。

（4）快速斷電可作為感應(yīng)電流裝置的一項功能而被應(yīng)用。

［1］BETZ，C E.Principles of magnetic particle testing［J］.Illinois：Magnaflux Corp.，1967.

［2］ASTM，ASTM E 709.Standard guide for magnetic particle testing［M］，Pennsylvania：West Conshohocken，2008.

［3］ASTM，ASTM E 1444.Standard practice for magnetic particle testing［M］，Pennsylvania：West Conshohocken，2012.

［4］ASNT，Nondestructive testing handbook［M］，Ohio：Magnetic Testing，2008.