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1、带漆钢板电磁铁干粉法磁粉探伤检测灵敏度与可靠性的实验研究夏纪真 李耀武* 雷天麟* 冯卫*南昌航空工业学院无损检测教研室注：本文原写于1999年4月，未曾发表过，现整理为电子版发布（2004.09.07）*李耀武、雷天麟、冯卫为南昌航空工业学院无损检测本科专业1999届毕业生，本课题为毕业设计课题摘要：本文通过实验测定带漆钢板漆层厚度对电磁铁干粉法磁粉探伤检测灵敏度的影响，确认随着漆层厚度的增加，缺陷检出率下降；在电磁铁单极提升力大于7.5Kg并在一定漆层厚度范围内，仍能可靠地发现深度0.51.0mm的人工刻槽缺陷。关键词：磁粉检测 电磁轭 干磁粉法一.前言在生产实践中，例如港口塔吊的吊臂、高
2、层建筑的钢板结构件、压力容器、储罐等都是重要的承力件，通常需要进行定期的现场在役检测以确保使用安全。这些构件上都涂有防锈漆，按照GB J205-83钢结构工程施工及验收规范的规定，室外构件一般要求涂覆四遍防锈油漆，其漆层厚度至少达到175微米。由于这种大型结构件难以按常规磁粉检测要求预先全面除漆，特别是其许多重要部位往往处于高空状态，因此选择电磁轭进行磁粉探伤是比较方便的，显示介质采用湿磁粉法时，在检测操作过程中磁悬液的流淌容易使操作人员的攀登、就位和操作造成不便甚至影响安全，故考虑采用干粉法进行磁粉探伤。检测的目标是要发现深度0.51.0mm的疲劳裂纹。在上述条件下，磁粉检测的灵敏度与可靠性
3、就是我们所关注的问题。二.检测方案的考虑磁粉检测的实质是通过对被检工件施加磁场使其磁化（整体磁化或局部磁化），在工件的表面和近表面缺陷处将有磁力线逸出工件表面而形成漏磁场，有磁极的存在就能吸附施加在工件表面上的磁粉形成聚集磁痕，从而显示出缺陷的存在。对于带漆工件，漆层对磁力线存在一定的磁阻，使得工件表面的漏磁场减弱，只有能穿越漆层逸出到表面的磁力线能形成漏磁场，并且必须有足够的强度能够吸附磁粉，才能显示磁痕，保障检测的灵敏度与可靠性。如图1所示。与磁场强度密切相关的电磁轭性能参数通常是以“提升力”和“励磁安匝数”作为主要的技术指标，我们曾试用提升力只有2.5Kg（实测结果）的马蹄形交流电磁铁，
4、在钢板上漆层厚度图1才22微米的情况下就已经基本丧失了检测灵敏度（按下面所述的试件），后来改用CYE-3A型旋转磁场交叉电磁轭，其四极合用情况下的提升力达到14Kg（实测结果），单极提升力可达到7.5Kg（实测结果），能够满足本试验的需要。本试验采用济宁产的空心球形磁粉（灰黑色，粒度80300目）作为显示介质。试样的制作：在一块厚度6mm，面积660x660mm2的20#钢板近边缘部分的板面上，用高速钢扁铲凿出0.5mmx10mm和1.0mmx13.4mm的两条V形槽作为人工缺陷。选用钙脂白色磁漆（主要成分为重体碳酸钙、锌钡白和熟油等），这是一种普通油漆，其颗粒较粗、均匀性较差，目的是在最普通
5、的情况下进行试验。每涂刷一次油漆，待其干涸后，用千分尺测量漆层厚度（钢板总厚度减去事先测定的钢板板材厚度），并进行一次粉探伤测试，记录观察结果，然后再涂刷一遍油漆，重复上述步骤，直到漆层厚度达到198微米。由于一直是在同一个缺陷部位测试，可以避免人工缺陷、钢板厚度以及钢板材料成分和冶金组织变化造成的影响。需要说明的是，由于刻槽是手工凿成的，其槽深在全长上还不够均匀一致，与设定值有一定误差，经测定结果如下：0.5mmx10mm1.0mmx13.4mm刻槽深度(mm)一端0.58；中间0.56；另一端0.36一端0.74；中间0.77；另一端1.05刻槽开口宽度(mm)0.500.70刻槽长度(m
6、m)10.013.4刻槽深宽比11.2一般认为缺陷的深宽比越大对磁粉探伤越有利，这是因为缺陷的深宽比越大，能产生的漏磁场越强，缺陷越容易被发现。在本实验中采用的人工缺陷的深宽比近于1，而且开口宽度较大，故处在不利的状态，然而却有助于考虑检测的可靠性，因为这种人工缺陷若能有效地检测出来，则对检测实际存在的自然缺陷应当更有可靠性。而且，由于缺陷开口宽度较大，在刷涂油漆时，必然有油漆把刻槽内的缝隙填满，缺陷内不再是空气介质，使得基体与缺陷的导磁率差异不是最大，这也是从最恶劣的检测条件来考虑的。还需要说明的是，之所以不采用涡流测厚仪测量漆层厚度的原因是该油漆的均匀性差，用7504型涡流涂层测厚仪测量发
7、现示值漂移太大，甚至达到50为米左右的误差，因此仍然采用千分尺做机械式测量，这样的测量结果误差较小。三.实验结果在每次测试时，对显示清楚的磁痕用游标卡尺测量磁痕长度并记录下来，在电磁轭提升力一定的条件下（7.5Kg），对应漆层厚度和磁痕长度的测量结果如图2所示。由图2可见，深度大的缺陷能在较厚的漆层情况下仍有清楚显示（长度变短，不过本实验中人工刻槽的深度不均匀也是影响因素之一），深度浅的缺陷在一定漆层厚度时就已经无法显示出来了。可以设想，如果所用电磁轭的提升力能在进一步提高，相信有可能在更厚的漆层情况下检测出较浅的裂纹。 四.讨论在常规的磁粉探伤中，经常使用A型灵敏度试片来校验磁粉探伤的灵敏度
8、，它要求与被检工件紧密接触（指与被检件的金属表面紧密接触），在本文的实验条件下，有漆层的存在，能否使用A型灵敏度试片校验检测灵敏度也是本实验需要做的工作。在每次测试时，也采用了A型灵敏度试片进行了实验，其摆放位置是固定的，以尽可能减少试验误差，如图3所示。实验结果见表1。图2表1 不同漆层厚度时A1试片的磁痕显示漆层厚度mA1 15/100A1 30/100A1 60/1000清晰清晰清晰15两个清晰圆弧清晰清晰33两个清晰圆弧清晰清晰57两个清晰圆弧清晰清晰66两个清晰圆弧清晰清晰88两个清晰圆弧清晰清晰99两个较清晰圆弧两个清晰圆弧清晰107两个清晰圆弧两个清晰圆弧清晰119两个清晰圆弧两
9、个清晰圆弧清晰131两个较清晰圆弧两个清晰圆弧清晰149两个淡短弧两个清晰圆弧清晰189两个稍淡短弧两个清晰圆弧清晰197两个稍淡短弧两个较清晰圆弧清晰237稍见短弧两个较短淡圆弧清晰244稍见磁痕两个较短淡圆弧清晰262不可见两个较短淡圆弧清晰注：显示磁痕因为成圆弧状而未予测量长度图3注：A型试片是用黄油粘贴在缺陷的中间位置，以试片上的圆环磁痕显示作参考，试片、缺陷和磁极的相对位置在每次测试时都保持不变，以求尽量减少测试误差；为了便于用千分尺测量漆层厚度，受千分尺结构尺寸所限，缺陷刻制在试板近边缘部分，因此所使用的四极旋转磁场电磁轭只能用上三只磁极，第四极悬空。由表1的结果来看，在对带漆钢板进行磁粉探伤时，仍有希望利用A型灵敏度试片作为检测灵敏度校验之用，但需要作进一步的定量验证工作（即A试片显示程度、裂纹检出和漆层厚度三者的对应关系）。五.结论根据以上试验结果，发现对于漆层厚度达到175m左右的钢板结构件采用电磁轭干粉法磁粉探伤时，要求电磁轭的单极提升力应当至少达到7.5Kg甚至更高，才能对深度1mm左右的疲劳裂纹有较可靠的检测灵敏度。