大型螺母鍛件磁粉檢測方法的試驗研究

關云峰

(中國第一重型機械股份公司重裝技術質量部，黑龍江161042)

大型螺母鍛件磁粉檢測方法的試驗研究

關云峰

(中國第一重型機械股份公司重裝技術質量部，黑龍江161042)

介紹了螺母類形狀鍛件的縱向磁化方法及復合磁化方法，解決了尺寸大，長徑比小的主螺母全表面多向磁化問題。

大型螺母鍛件；感應磁化；復合磁化

民用核電RPV的主螺母螺鍛件，由于其尺寸大，長徑比小，用螺管線圈法(將主螺母套入線圈中)無法解決螺母的縱向磁化問題。如筆者所在公司承制的AP1000RPV、重大專項RPV主螺母(尺寸?280 mm×?189 mm×204 mm)，即屬于此類件。為解決此類件磁化問題，在多次試驗的基礎上，我們選擇了感應縱向磁化法縱向磁化主螺母，采取了縱向感應磁化加中心導體法(復合磁化)解決主螺母全表面多向磁化問題。

1 磁化原理

1.1 縱向磁化原理

根據電磁感應原理，當穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中產生感生電流，而感生電流產生感應磁場。感生電流及所產生的感應磁場方向，可以用楞次定律來判斷[1]。如圖1所示，在線圈1、線圈2中通入交流電，線圈產生的縱向交變磁場在閉合回路(螺母)中的磁通不斷發(fā)生變化，從而在螺母中產生感生電流進而產生感應磁場。用楞次定律可以判定磁場的方向為縱向(沿螺母的軸向)，故可以檢測出螺母內外表面的周向缺陷。由于“快速斷電效應”[2]，螺母端面的周向缺陷亦可以檢出。

1.2 周向磁化原理

檢測螺母表面縱向缺陷，如圖1所示。在貫穿主螺母的芯棒中通直流電，用中心導體法檢測內外表面縱向缺陷及端面徑向缺陷[3]。

圖1 主螺母磁粉檢測原理圖Figure1 Schematic diagram of magnetic particle test for main screw nut

1.3 復合磁化原理

復合磁化檢測主螺母內外表面及端面任意方向缺陷，如圖1所示。檢測時在線圈1、線圈2中通交流電，同時芯棒中通直流電，實現(xiàn)主螺母內外表面及端面任意方向缺陷的磁粉檢測。

2 檢測輔具參數的設計

2.1 線圈參數設計

線圈直徑及線圈匝數的設計原則：由于與螺管線圈法(把螺母套入線圈中)不同，為使線圈不至于遮擋螺母內孔，線圈直徑應盡可能小，以方便內孔表面的磁痕觀察。線圈匝數在滿足磁場強度的前提下應盡可能少，以便減少線圈所占空間。

線圈參數選擇：經試驗，選擇線圈直徑為?230 mm×?100 mm，每個線圈匝數為4匝。線圈設計見圖2(a)。

2.2 芯棒設計

芯棒設計原則：(1)直徑應盡可能小，減少占用空間，以利于檢測時內孔壁磁痕的觀察。(2)芯棒材料磁導率應盡可能高，以便用較小的電流產生足夠大的磁場。(3)電阻率適宜，以減少電能消耗。

圖2 磁化線圈及芯棒設計尺寸Figure 2 Design size of magnetizing coil and core

芯棒設計參數：經試驗，選擇了磁導率較高、電阻率適宜的硅鋼片作為芯棒材料。為避免渦電流過大時芯棒過熱，采用硅鋼片疊壓式芯棒。芯棒尺寸為45 mm×45 mm×1 200 mm。芯棒設計形狀見圖2(b)。

線圈和芯棒實物如圖3。

3 檢測試驗及其效果

3.1 材料和設備

(1)設備：SCZQ6000FK磁粉檢測儀如圖4所示。

(2)磁粉：油基罐裝濕法熒光磁粉14AM(美國磁通生產)。

(3)黑光燈：ZB100F。

(4)標準試片：ASME2—234(邊長20 mm×20 mm，厚度50 μm，三個圓形槽深分別為20 μm、30 μm、40 μm)。

(5)磁場檢測儀：高斯計。

3.2 檢測試驗布置

檢測試驗布置如圖5。將磁化線圈及芯棒按圖1連接方式與磁粉檢測儀連接。

3.3 檢測工藝

3.3.1 表面準備

螺母表面粗糙度應≤6.3 μm。用清洗劑祛除螺母表面油污等。

3.3.2 磁化

磁化前將8個標準試片ASME2—234用膠帶分別貼在圖1所示螺母的①～⑧位置。

(1)縱向磁化

線圈1、2分別通以1 000 A、2 000 A、2 500 A交流電，芯棒直流電設置為0，針對每一個電流值，通電時間均為3 s。

圖3 線圈、芯棒實物圖Figure 3 Picture of coil and core

圖4 設備實物圖Figure 4 Picture of the equipment

圖5 試驗布置圖Figure 5 Experimental layout

用高斯計分別測出不同電流值時的螺母內外表面的磁場強度。選擇3×10-3T～6×10-3T之間磁場強度所對應的電流值，再次磁化。

搖勻磁懸液后，噴磁懸液至8個試片上。

暗區(qū)可見光照度不大于20 lx，借助黑光燈分別觀察圖1所示8個位置ASME2—234試片的磁痕顯示情況。

記錄圖1所示8個試片的三個周向磁痕均清析可辨時的最低電流值(磁場強度應在3×10-3T～6×10-3T之間)。試驗得出：電流值2 500 A，磁場強度約為5×10-3T，各部位試片周向磁痕均清晰可辨。

(2)周向磁化

周向磁化按3.3.2(1)方法步驟，芯棒通以1 500 A、2 500 A、2 800 A直流電，線圈1、2電流設置為0，通電時間3 s。

記錄試片縱向(端面徑向)磁痕均清晰可辨時的電流值。試驗得出：電流值2 800 A時，磁場強度約為5×10-3T，各部位試片周向磁痕均清晰可辨。

(3)復合磁化

復合磁化按3.3.2(1)所述方法步驟，線圈1、2通2 500 A交流電，芯棒通2 800 A直流電，通電時間3 s。

記錄試片圓環(huán)磁痕均清晰可辨時的電流值。試驗得出：縱向磁化電流值2 500 A時、周向磁化電流值2 800 A時，各部位試片圓周磁痕均清晰可辨。

3.4 退磁

3.4.1 縱向磁化

工件按充磁時的擺放位置不變。將縱向磁化電流調至2 500 A，周向磁化電流調至0，磁化時間3 s，進行縱向充磁。

3.4.2 超低頻電流自動退磁

將低頻電流調至1.56 Hz，退磁時間調至0～30 s，進行自動退磁。退磁后用高斯計在螺母端面測試剩磁，以低于3×10-4T為宜。當達不到退磁效果時，可以反復幾次退磁，直至達到退磁效果為止。

4 結論

以上試驗說明，對于上述螺母類形狀及尺寸不大于試驗件尺寸的其它螺母工件，本文所述試驗方法及實驗數據，足以滿足磁粉檢測靈敏度要求。從而解決了多年來對于螺母類形狀鍛件磁化效果達不到檢測靈敏度要求的技術難題。

[1] 趙凱華，陳熙謀.電磁學[M].(上下冊合并本)掃描版[ED2000.COM]，460.

[2] 中國特種設備檢驗學會.磁粉檢測[M].北京:中國勞動社會保障出版社，2008：64.

[3] 同[2]:60.

編輯 李韋螢

Experiment and Research for MT Method of Large-scale Nut Forging

GuanYunFeng

This paper introduces longitudinal magnetization method and resultant magnetization method for screw nut shaped forging and solves the problems of all surface multidirectional magnetization for main screw nut with large size and small length-diameter ratio.

large-scale nut forging; induced magnetization; resultant magnetization

2013—08—15

TG115.28+4

B