關(guān)于ISO標(biāo)準(zhǔn)磁軛法檢測焊縫的探討

張國林 黃增文

摘? ? 要：本文基于ISO標(biāo)準(zhǔn)磁軛法檢測技術(shù)在修造船廠的應(yīng)用，結(jié)合筆者的現(xiàn)場經(jīng)驗，分別對磁極間距、有效磁化區(qū)域、系統(tǒng)靈敏度驗證、有效磁化區(qū)域的重疊、固定長度焊縫的最少磁化次數(shù)作了詳細(xì)闡述，列舉了現(xiàn)場磁軛檢測技術(shù)存在的一些不合理做法，并對其進行糾正，對于磁軛法檢測焊縫的操作具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：ISO標(biāo)準(zhǔn)；磁軛；磁粉；檢測技術(shù)；焊縫

中圖分類號：U672.9? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

Discussion on ISO Standard Magnetic Yoke

Method for Detecting Welds

ZHANG Guolin，? HUANG Zengwen

（ China Merchants Heavy Industry （Shenzhen） Co.， Ltd.，? ?Shenzhen? 518054 ）

Abstract： The article is based on the application of ISO standard magnetic yoke testing technology in shipyard inspection， and combines the author's on-site experience to provide a detailed explanation of magnetic pole spacing， effective magnetization area， system sensitivity verification， overlap of effective magnetization area and minimum magnetization times for fixed length welds. It lists some unreasonable practices in on-site magnetic yoke testing technology and corrects them. It has practical guiding significance for the operation of magnetic yoke method for inspecting welds.

Key words： ISO standards;? magnetic yokes;? magnetic powder;? testing techniques;? welds

1? ? ?前言

ISO為國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的簡稱，是目前應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)體系之一。當(dāng)船舶入籍雙船級社時，存在著標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范互不認(rèn)可的情況，此時ISO標(biāo)準(zhǔn)就顯現(xiàn)出其包容性，通常與各船級社協(xié)商之后，均會認(rèn)可基于ISO標(biāo)準(zhǔn)編制的工藝規(guī)程?；贗SO規(guī)程的現(xiàn)場技術(shù)的執(zhí)行，有時會存在一些不合理的做法，本文對ISO 17638（關(guān)于焊縫無損檢測磁粉檢測技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)）中磁軛法技術(shù)現(xiàn)場的應(yīng)用，進行探討。

磁粉檢測是利用鐵磁性材料被磁化后產(chǎn)生的漏磁場對磁粉的吸引，檢測材料表面和近表面不連續(xù)的一種無損檢測方法[1]。磁軛法是磁粉檢測中最常見的技術(shù)，由于磁軛使用的便捷性，成為應(yīng)用最廣泛的磁化設(shè)備，不僅操作方便、工藝簡單、檢測效率高， 而且具有較高的靈敏度[2]。作為檢測鐵磁性材料表面最有效的方法之一，其在現(xiàn)場能否正確有效地執(zhí)行，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

便攜式電磁軛磁化是應(yīng)用最廣泛的磁化技術(shù)之一，兩磁極間的磁力線大體上平行于磁極連線，故在垂直于焊縫的方向上磁化有利于發(fā)現(xiàn)平行于焊縫的不連續(xù)。磁力線兩極連線間最密，兩極外側(cè)最稀疏，如圖1所示。

筆者在工作中，發(fā)現(xiàn)有一些磁粉檢測人員未恰當(dāng)執(zhí)行ISO 17 638焊縫檢測的要求。為此，本文針對平板對接焊縫和角焊縫在磁極間距、有效磁化區(qū)域、系統(tǒng)靈敏度驗證、有效磁化區(qū)域的重疊、固定長度焊縫的最少磁化次數(shù)方面進行了探討。

2? ? ?磁極間距

首先，我們須弄清磁極間距、最大磁極間距、有效磁極間距和實際磁極間距的概念：

1）磁極間距：指兩磁極之間的距離，在磁粉檢測中通常是指磁軛磁化工件時，兩磁極內(nèi)側(cè)磁場所經(jīng)過路徑的距離；

2）最大磁極間距：指滿足規(guī)定的提升力，且切向磁化強度在2 kA/m ～ 6 kA/m時磁軛所對應(yīng)的磁極間距；

3）有效磁極間距：指在滿足規(guī)定的提升力、磁化強度和系統(tǒng)靈敏度驗證后的磁極間距；

4）實際磁極間距：指現(xiàn)場檢測對象時實際所使用的間距，在現(xiàn)場應(yīng)用中實際磁化間距就是指磁極間距。

以上各磁極間距必須滿足以下關(guān)系：實際磁極間距≤有效磁極間距≤最大磁極間距。

實際應(yīng)用中如果違背以上關(guān)系，可能會導(dǎo)致不符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定或磁化區(qū)域邊緣靈敏度不足。ISO中規(guī)定的磁極間距為最大磁極間距，如圖2所示；平板對接焊縫現(xiàn)場磁極間距，如圖3所示；角焊縫現(xiàn)場磁極間距，如圖4所示。

在現(xiàn)場監(jiān)督中，對磁極間距理解不恰當(dāng)主要有以下幾種情況：

1）簡單的認(rèn)為磁極間距就是兩磁極之間的連線距離，導(dǎo)致檢測效率降低、漏檢、有效磁化區(qū)域邊緣的靈敏度達不到要求；

2）測量磁極間距時從磁軛接觸工件面的內(nèi)側(cè)邊緣中心開始，磁極間距的測量值大于正確值，導(dǎo)致有效磁化區(qū)域變大，有效磁化區(qū)域邊緣的靈敏度達不到要求；

3）對最大磁極間距的誤解，最大磁極間距應(yīng)該是滿足磁極間距的定義且使用磁軛時用到的最大磁極間距，而非磁軛能張開的最大距離。應(yīng)用提升力試塊進行校正時，交流磁軛應(yīng)在最大磁極間距時提升力不低于44 N。對于一些便攜式磁軛，隨著便攜式電源電量的減少或者使用時間的延長，提升力會出現(xiàn)下降，所以磁軛應(yīng)隨時進行驗證，確定滿足提升力的最大磁極間距，現(xiàn)場磁化要求不能超過最大磁極且不低于75 mm。

4）測量磁化磁極間距錯誤，在實際現(xiàn)場應(yīng)用中，工件表面不一定是規(guī)則的，可能是圓形、弧形或其他形狀，這時的磁極間距的測量應(yīng)是沿著磁化材料磁阻較低的區(qū)域磁力線通過的路徑。對于均勻的鐵磁性材料，通常是兩磁極內(nèi)側(cè)中心磁力線沿磁化材料表面所經(jīng)過的最短路程。

3? ? ?有效磁化區(qū)域

有效磁化區(qū)域是建立在有效磁極間距基礎(chǔ)上的區(qū)域，數(shù)值上等于有效磁化長度與有效磁化寬度的乘積：

對接焊縫檢測縱向缺陷的有效磁化區(qū)，為沿焊縫長度方向的磁化寬度（0.5 d） 乘以沿磁力線方向上的磁化長度（d-50）。由于磁極周圍25 mm的區(qū)域磁場過大造成的磁粉堆積造成判斷困難，因此兩個磁極要除去50 mm的距離，如圖5所示。

現(xiàn)場監(jiān)督過程中，發(fā)現(xiàn)對有效磁化區(qū)域的錯誤理解主要有以下幾點：

1）認(rèn)為磁極間距就是有效磁化長度，未將磁極附近25 mm的區(qū)域去除；

2）對標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的有效磁化區(qū)域未進行靈敏度的驗證。有效磁化區(qū)域一定要進行靈敏度驗證，如果按照標(biāo)準(zhǔn)要求的靈敏度驗證失敗，則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整最大磁極間距，直至靈敏度符合要求。靈敏度驗證時，靈敏度試片應(yīng)貼至標(biāo)準(zhǔn)有效磁化區(qū)域中磁場最弱的區(qū)域。

4? ? ?靈敏度驗證

使用某品牌便攜式直電式磁軛對提升力試塊進行磁化驗證，實驗數(shù)據(jù)來自符合有效磁化區(qū)域中磁化最弱的磁極連線中心兩側(cè)各d/4處，若此區(qū)域的靈敏度符合要求，才能保證整個有效磁化區(qū)域所有位置滿足靈敏度的要求。

現(xiàn)場監(jiān)督中，發(fā)現(xiàn)對系統(tǒng)靈敏度驗證的錯誤理解主要有以下兩點：

1）靈敏度試片放置的位置錯誤。未將靈敏度試片貼至檢測區(qū)域中最難磁化的位置，比如直接貼在平板上或熱影響區(qū)驗證。焊縫最難磁化的位置包括：焊接熄弧與起弧的搭接部位、T型焊縫、十字焊縫的交接部位等，應(yīng)根據(jù)實際檢測條件確定；

2）靈敏度試片未噴涂反差增強劑。由于焊縫表面深色氧化物的原因，大多數(shù)焊道都會使用白色的反差增強劑，靈敏度試片也應(yīng)使用反差增強劑，因為靈敏度試驗相當(dāng)于檢測對象對比試驗，與檢測條件應(yīng)保持盡可能一致或者嚴(yán)于檢測條件。

5? ? ?有效磁化區(qū)域的重疊

為防止兩次有效磁化區(qū)域之間的區(qū)域不產(chǎn)生漏檢，通常在磁軛法磁粉檢測工藝中規(guī)定相應(yīng)的重疊。ISO沒有規(guī)定具體重疊量化數(shù)據(jù)，但規(guī)定了相鄰磁極同向磁化投影最大間距b。

5.1? ?平板對接焊縫垂直交叉磁化技術(shù)

如圖6所示：假設(shè)重疊覆蓋在焊縫方向投影為x，兩次交叉磁化的角度為90°，交叉磁化時磁極間距為d，相鄰磁軛同一磁化方向投影最大間距為b，則可得出重疊覆蓋計算公式：

x = dcos 45°- b≥ dcos 45°- 0.5 d≈0.21 d

5.2? ?T型角焊縫磁化技術(shù)

由于T型角焊縫結(jié)構(gòu)的影響，采用分別磁化檢測縱向缺陷和橫向缺陷，如圖7所示。假設(shè)：檢測縱向缺陷時，重疊為x1，磁極間距為d1，相鄰磁極縱向缺陷磁化投影最大間距為b1;檢測橫向缺陷時，重疊為x2，磁極間距為d2，相鄰磁極橫向缺陷磁化投影最大間距為b2。則可得出檢測縱向與橫向缺陷時重疊的計算公式：

x1=0.5 d-b1≥0

x2=d2-b2≥50 mm

5.3? ?插入式管焊縫磁化技術(shù)

插入式管焊縫與T型角焊縫類似，磁化技術(shù)要求如圖8所示。假設(shè)：檢測縱向缺陷時，重疊為x1，磁極間距為d1，相鄰磁極縱向缺陷磁化投影最大間距為b1;檢測橫向缺陷時，重疊為x2，磁極間距為d2，相鄰磁極橫向缺陷磁化投影最大間距為b2。則可得出檢測縱向與檢測橫向缺陷時重疊的計算公式：

x1=0.5 d-b1≥0

x2=d2-b2≥50 mm

磁化時需注意，與T型角焊縫不同，檢測橫向缺陷時，磁軛應(yīng)放置在平板側(cè)而非管側(cè)。

5.4? ?TKY管接點焊縫磁化技術(shù)

使用磁軛法對TKY管接點焊縫檢測，是磁軛技術(shù)的難點。由于與磁軛接觸的管面是變化的不規(guī)則弧形，會導(dǎo)致磁軛與檢測工件表面貼合面積減小[3]，因此在執(zhí)行此技術(shù)時，磁軛端頭應(yīng)盡量與工件貼合，且要符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的磁化驗證，如不符合磁化驗證，可換取與工件表面形狀接近的磁頭或改用其他技術(shù)。

磁軛法磁化技術(shù)要求如圖9所示：假設(shè)檢測縱向缺陷時重合覆蓋為x1，磁極間距為d1，相鄰磁極縱向缺陷磁化投影最大間距b1;檢測橫向缺陷時的重合覆蓋為x2，磁極間距為d2，相鄰磁極橫向缺陷磁化投影最大間距b2。則可得出檢測縱向與橫向缺陷時重合覆蓋的計算公式：

x1=0.5 d-b1≥0

x2=d2-b2≥50 mm

磁化時需注意，與T型角焊縫不同，磁軛應(yīng)放置在平板側(cè)而非管側(cè)。

圖9? TKY管接點焊縫磁化技術(shù)

6? ? ? 固定長度焊縫的最少磁化次數(shù)

6.1? ? 固定長度對接焊縫交叉磁化的最小磁化次數(shù)

假設(shè)對接焊縫長度為L，最小磁化次數(shù)為N，單個方向磁化次數(shù)為n， 由上文可知，重合長度為0.21 d。通過現(xiàn)場經(jīng)驗總結(jié)，有以下方程：

將n值取整帶入（2）式，即可得出最少磁化次數(shù)N。

案例：某符合磁化要求的磁軛，間距d=120 mm，對長度L=1 m的對接試板焊縫進行檢測，求使用交叉磁化技術(shù)時的最少磁化次數(shù)？

已知：L=1 000 mm ，d=120 mm，單方向最少磁化次數(shù)n為：

6.2? 固定長度T型角焊縫的最小磁化次數(shù)

T型角焊縫由于結(jié)構(gòu)的影響，不能像平板對接焊縫一樣實施與焊縫成近似45°的交叉磁化技術(shù)。為保證檢測區(qū)域有足夠的磁化強度，磁軛需和工件有良好的接觸，因此將T型角焊縫的磁化分為兩個部分：對縱向缺陷檢測的磁軛連線垂直焊縫的磁化；對橫向缺陷檢測的平行焊縫的磁化（以下簡稱垂直磁化和平行磁化）。假設(shè)T型角焊縫長度為L，最小磁化次數(shù)為N，垂直磁化最小磁化次數(shù)為N1，平行磁化最小磁化次數(shù)為N2。

（1）固定長度T型角焊縫垂直磁化最少次數(shù)

由上文可知，重合長度x1≥0，需要的磁化次數(shù)最少，因此長度為L的T型角焊縫垂直磁化最少次數(shù)為：

（2）固定長度T型角焊縫平行磁化最少次數(shù)

由上文可知，重疊長度x2≥50，取臨界值x2=50 mm時需要的磁化次數(shù)最少，因此長度為L的T型角焊縫平行磁化最少次數(shù)為：

將式（5）和式（6）相加，即可得出固定長度為L的T型角焊縫最少磁化次數(shù)為：

N= N1+N2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

案例：符合磁化要求的磁軛，對長度L=1 m的T型角焊縫進行檢測。檢測縱向缺陷磁極間距d1=180 mm、d2=200 mm，求最少的磁化次數(shù)？

已知：L=1 000 mm，d1=120 mm，d2=120 mm ，則：

檢測縱向缺陷最少磁化次數(shù)N1為

檢測橫向缺陷最少磁化次數(shù)N2為

將N1和N2相加，即可得出最小磁化次數(shù)為：

N=N1+N2

7? ? 結(jié)論

本文章基于ISO標(biāo)準(zhǔn)中磁軛法磁粉檢測技術(shù)要求，對磁軛法技術(shù)的磁極間距、有效磁化區(qū)域、系統(tǒng)靈敏度驗證、有效磁化區(qū)域的重疊、固定長度焊縫的最少磁化次數(shù)作了詳細(xì)論述，解釋了標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的相關(guān)要求，歸納了有效磁化區(qū)域的重疊、固定長度焊縫的最少磁化次數(shù)的相關(guān)公式，方便了磁粉檢測工藝的執(zhí)行，并通過現(xiàn)場實際監(jiān)督工作的驗證，不僅指導(dǎo)了現(xiàn)場技術(shù)的正確執(zhí)行，而且對現(xiàn)場磁粉檢測工作質(zhì)量的監(jiān)督提供了有效依據(jù)，從而達到對焊縫質(zhì)量的保證。

參考文獻

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[3]刁海波，孫曉明等. 磁軛放置方式對磁粉檢測靈敏度影響的有限元分析[J]. 無損檢測， 2014.36（12）.