電流波形和試塊對(duì)三相全波整流電磁粉檢測(cè)系統(tǒng)性能測(cè)試的影響

李本事，華　娜，趙希龍

(1.成都航利集團(tuán), 成都 611936；2.成都飛機(jī)制造有限公司， 成都 610091)

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電流波形和試塊對(duì)三相全波整流電磁粉檢測(cè)系統(tǒng)性能測(cè)試的影響

李本事1，華娜2，趙希龍1

(1.成都航利集團(tuán), 成都 611936；2.成都飛機(jī)制造有限公司， 成都 610091)

摘要：介紹如何通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電流波形(峰值作用)與試塊兩個(gè)因素對(duì)磁粉檢測(cè)系統(tǒng)性能的重要影響；并通過分析其影響原理，幫助磁粉檢測(cè)人員更好地控制磁粉檢測(cè)系統(tǒng)的性能。結(jié)果表明，試塊對(duì)評(píng)價(jià)三相全波整流電磁粉檢測(cè)系統(tǒng)的性能有著重要影響，應(yīng)確保用于系統(tǒng)性能測(cè)試的試塊符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：三相全波整流；系統(tǒng)性能；AS 5282試塊；電流波形;峰值作用

隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)與歐美航空企業(yè)業(yè)務(wù)往來的增多，行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用ASTM E 1444《Standard Practice for Magnetic Particle Testing》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試三相全波整流系統(tǒng)性能[1]。在ASTM E 1444中Ketos 01試塊和AS 5282試塊是磁粉檢測(cè)系統(tǒng)性能測(cè)試中最常用的兩種試塊。兩者外形尺寸相似，材料均為工具鋼；主要區(qū)別在于2005版ASTM E 1444標(biāo)準(zhǔn)中僅明確了Ketos 01試塊的外形尺寸，未明確試塊的材料標(biāo)準(zhǔn)和狀態(tài)，而2007版AS 5282《Tool Steel Ring for Magnetic Particle Inspection》標(biāo)準(zhǔn)中則詳細(xì)規(guī)定了AS 5282試塊的材料標(biāo)準(zhǔn)、熱處理狀態(tài)、硬度及孔邊漏磁場(chǎng)的范圍。用Ketos 01試塊時(shí)，要求測(cè)試1 400 A(3孔)、2 500 A(5孔)、3 400 A(6孔)三個(gè)點(diǎn)，用AS 5282試塊時(shí)，要求測(cè)試500 A(3孔)、1 000 A(5孔)、1 500 A(6孔)、2 500 A(7孔)、3 500 A(9孔)五個(gè)點(diǎn)， 其中AS 5282試塊因測(cè)試范圍更寬而得到更廣泛的認(rèn)可。然而，使用AS 5282試塊測(cè)試時(shí)，部分FWDC(三相全波整流電)磁粉檢測(cè)系統(tǒng)達(dá)不到500 A顯示3孔的要求，在1 000 A以上則基本能滿足要求，故筆者認(rèn)為有必要對(duì)磁粉檢測(cè)系統(tǒng)性能測(cè)試做深入研究，以確定FWDC磁粉檢測(cè)系統(tǒng)性能測(cè)試不達(dá)標(biāo)的深層原因。

1FWDC系統(tǒng)性能測(cè)試試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)條件

采用6000型三相全波整流磁粉探傷機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，電流表精度測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。電流表精度滿足ASTM E 1444標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的“電流表精度應(yīng)在±10%或50 A，以大者為準(zhǔn)”的要求。

AS 5282試塊4塊， 其中A公司生產(chǎn)的試塊3塊，B公司生產(chǎn)的試塊1塊；磁懸液體積分?jǐn)?shù)為0.25%(磁粉為符合AMS 3044《Magnetic Particles, Fluorescent, Wet Method, Dry Powder》標(biāo)準(zhǔn)的熒光磁粉，載液為符合AMS 2641《Magnetic Particle Inspection Vehicle》標(biāo)準(zhǔn)的輕質(zhì)石)、無污染；黑光強(qiáng)度在規(guī)定距離上測(cè)得為3 200 μW·cm-2；經(jīng)校驗(yàn)合格的高斯計(jì)；用于精確測(cè)量通電時(shí)間和夾頭電流的分流器。

表1　電流表精度　A

1.2電流波形對(duì)系統(tǒng)性能測(cè)試的影響

通過改造三相全波整流電設(shè)備，獲得如圖1所示的三相全波整流電電流波形(以下均簡(jiǎn)稱電流波形)。圖1所示電流波形均為通過可控硅整流(數(shù)字電路整流)獲得的三相全波整流電，圖1(a)的電流峰值為一瞬間脈沖，相同的磁化時(shí)間內(nèi)，其峰值作用時(shí)間明顯少于圖1(b)所示的電流波形。

為驗(yàn)證通電時(shí)間對(duì)磁化效果的影響，對(duì)同一試塊通500 A的磁化電流，連續(xù)施加磁懸液，按表2的通電方案磁化。

表2　試塊的通電磁化方案

磁化后，觀察AS 5282試塊各孔的磁痕顯示并拍照，顯示情況見表3。

圖1　三相全波整流電電流波形示意

電流波形通電次數(shù)與間隔時(shí)間磁痕顯示照片顯示情況描述圖1(a)每2.4s通電3次第3孔可見,第4孔無顯示圖1(a)第4.8s通電6次第3孔可見,第4孔無顯示圖1(a)每7.2s通電9次-通電時(shí)間由2.4s增加至4.8s,磁痕無明顯變化,故該試驗(yàn)未進(jìn)行圖1(b)每2.4s通電3次第3孔可見,第4孔無顯示

表3(續(xù))

1.3試塊種類對(duì)系統(tǒng)性能測(cè)試的影響

1.3.1不同試塊顯示差異

由同一操作人員通500 A電流分別對(duì)4塊試塊采用濕熒光連續(xù)法測(cè)試系統(tǒng)性能，A公司3塊試塊的顯示情況分別是1#試塊3號(hào)孔無顯示(見圖2(a)),2#試塊3號(hào)孔顯示模糊(見圖2(b)),3#試塊4號(hào)孔顯示模糊(見圖2(c))，B公司試塊4號(hào)孔顯示清晰(見圖2(d))。

圖2　不同試塊的磁痕顯示

1.3.2試塊外形尺寸測(cè)量

為驗(yàn)證試塊與AS 5282標(biāo)準(zhǔn)的符合性，分別測(cè)量了4塊試塊的最大外徑、孔徑、第一孔中心離邊緣的距離。測(cè)量結(jié)果見表4。

A公司試塊的孔徑小于AS 5282標(biāo)準(zhǔn)要求，1#試塊第1孔中心至外圓的距離小于AS 5282標(biāo)準(zhǔn)要求，3#試塊第1孔中心至外圓的距離大于AS 5282標(biāo)準(zhǔn)要求，B公司試塊的外形尺寸符合AS 5282要求。

表4　各試塊外形尺寸測(cè)量結(jié)果　mm

1.3.3修正試塊外形尺寸后的顯示

為進(jìn)一步了解試塊尺寸對(duì)系統(tǒng)性能測(cè)試時(shí)顯示情況的影響，選取1#試塊，將其孔徑擴(kuò)大至1.7 mm，外圓磨單邊去除0.1 mm。其尺寸變?yōu)樽畲笸饨?jīng)126.8 mm(AS 5282標(biāo)準(zhǔn)要求外徑為(127±0.8) mm、孔徑1.7 mm、第一孔中心離邊緣的距離1.84 mm，外形尺寸符合AS 5282要求。用修正尺寸后的試塊再次按要求測(cè)試系統(tǒng)性能，通500 A電流時(shí)，3孔顯示清晰(見圖3(b))。再按AS 5282要求通1 500 A的三相全波整流電流對(duì)試塊充磁，用高斯計(jì)測(cè)量該試塊孔邊漏磁場(chǎng)強(qiáng)度，采用3次測(cè)量結(jié)果的平均值以減小誤差，測(cè)量數(shù)據(jù)見表5。并在AS 5282要求的磁場(chǎng)強(qiáng)度極限圖內(nèi)做孔與剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度的曲線(見圖3(a))，發(fā)現(xiàn)孔邊剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5　改變?cè)噳K尺寸后孔邊漏磁場(chǎng)強(qiáng)度　×10-4 T

圖3　改變?cè)噳K尺寸后磁場(chǎng)和磁痕示意

2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1電流波形對(duì)系統(tǒng)性能測(cè)試的影響分析圖1(a)所示的電流波形對(duì)第3號(hào)孔通電6次與通電3次,顯示無明顯變化，說明圖1(a)所示的瞬間脈沖峰值對(duì)磁粉檢測(cè)無實(shí)際意義。從圖1(b)所示電流波形可以看出其峰值較尖銳，通電6次的第3號(hào)孔的顯示明顯清晰于通電3次，通電9次與通電6次相比第3號(hào)孔的顯示無明顯變化，說明該電流波形峰值對(duì)試塊的磁化作用在通電6次后完全顯現(xiàn)。

眾所周知，磁化過程是外磁場(chǎng)將已經(jīng)高度磁化的磁疇的磁矩從各個(gè)不同方向轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向或接近外磁場(chǎng)方向。此過程好比給一沖量使筆在桌面上旋轉(zhuǎn)90°，此時(shí)時(shí)間t必然大于0。同理，電流峰值作用不能瞬間充分體現(xiàn)，而是需要一定的作用時(shí)間?？捎纱送茢?，要使電流的峰值充分體現(xiàn)出磁化作用，要給予峰值足夠的作用時(shí)間，只有峰值作用超過所需的最短作用時(shí)間才能充分體現(xiàn)其磁化作用。

對(duì)通過模擬電路整流獲得的三相全波整流電，其電流波形與理論波形接近，電流峰值平緩，很短的通電時(shí)間內(nèi)峰值作用即可充分體現(xiàn)，電流峰值作用理論成立。對(duì)通過數(shù)字電路整流的三相全波整流電，電流波形依賴于可控硅等電器元件的性能，性能較差且峰值尖銳;在規(guī)定的磁化時(shí)間內(nèi)，電流峰值作用時(shí)間不夠，無法充分體現(xiàn)出峰值的作用，在實(shí)際應(yīng)用中則體現(xiàn)出電流有效值或平均值作用。筆者認(rèn)為，大多數(shù)研究都忽略了峰值作用時(shí)間的影響。

2.2試塊(AS 5282試塊)對(duì)系統(tǒng)性能測(cè)試的影響分析通過以上試驗(yàn)，可發(fā)現(xiàn)試塊的外形尺寸對(duì)評(píng)價(jià)三相全波整流電磁粉檢測(cè)系統(tǒng)性能有著重要影響。由磁場(chǎng)理論可知，磁化電流相同時(shí)，試塊的外徑越大，則磁化場(chǎng)越?。蝗斯た卓讖皆叫?，孔邊漏磁場(chǎng)越??；孔的埋深越深，孔邊漏磁場(chǎng)越小。故試塊的外徑、孔徑及孔的埋深都直接影響到人工孔在試塊外表面上產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)大小，進(jìn)而影響顯示的孔數(shù)和清晰度。因此，對(duì)新購置的試塊，應(yīng)從外徑、孔徑、孔的埋深、孔邊漏磁場(chǎng)強(qiáng)度等方面進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，確保用于校驗(yàn)三相全波整流電系統(tǒng)性能的試塊符合AS 5282標(biāo)準(zhǔn)要求。2.31 000 A以上系統(tǒng)性能測(cè)試效果良好的原因分析對(duì)可控硅整流的三相全波整流設(shè)備，其整流電波形隨導(dǎo)通角增大而改變。導(dǎo)通角小時(shí)，所得鋸齒波畸變大，隨著導(dǎo)通角增大鋸齒波畸變減小，導(dǎo)通角全開則波形接近模擬電路整流所獲得的三相全波整流電波形(如圖4所示)。同時(shí)，導(dǎo)通角隨輸出電流的增大而增大。故當(dāng)電流在1 000 A以上時(shí)輸出的鋸齒波波形畸變減小(試驗(yàn)所用設(shè)備約在600～700 A時(shí)，變?yōu)檩^理想的鋸齒波)，峰值作用能在規(guī)定的磁化時(shí)間內(nèi)充分顯現(xiàn)。

圖4　模擬電路整流所得三相全波整流電波形

3結(jié)語

(1) “磁化過程中電流峰值起作用”的理論在電流波形為理想波形時(shí)成立，反之，則不一定是磁化電流的峰值作用。

(2) 對(duì)數(shù)字整流電設(shè)備，在調(diào)整電流波形時(shí)，也不宜過度提高電流峰值，否則電流波形過分畸變，峰值作用難以體現(xiàn)，缺陷發(fā)現(xiàn)能力不升反降。

(3) 試塊種類對(duì)評(píng)價(jià)三相全波整流電磁粉檢測(cè)系統(tǒng)性能有著重要的影響，應(yīng)確保用于系統(tǒng)性能測(cè)試的試塊符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

參考文獻(xiàn):

[1]葉代平，蘇李廣，宋志哲，等.磁粉檢測(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

Effect of the Current Waveform and the Specimen on Magnetic Particle Testing Performance in FWDC System

LI Ben-shi1, HUA Na2, ZHAO Xi-long1

(1.Chengdu Holy Group, Chengdu 611936, China; 2 CAC of Chengdu, Chengdu 610091, China)

Abstract：The performance of a magnetic particle testing system is affected by many factors, such as the waveform of the electric current (its peak value) and the test blocks in use. This article describes how to perform a series of tests to find the influences of current waveforms (peak effect)and testing on magnetic particle testing system performance. In the past, not enough attention was paid to these factors. The authors try to analyze the mechanism of magnetic particle inspection in order to help people to be able to better control magnetic particle testing system performance.

Key words:FWDC; System performance; AS 5282 sample; Current waveform; Peak effect

收稿日期：2015-08-09

作者簡(jiǎn)介：李本事(1978-),男,本科,工程師,主要從事無損檢測(cè)技術(shù)工作。通信作者:李本事,E-mail: libenshi812@163.com。

DOI:10.11973/wsjc201605009

中圖分類號(hào)：TG115.28

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-6656(2016)05-0034-04