无损检测

无损检测NDT

Vol.26　No.2Feb.　2004

标准化

关于磁粉探伤标准中电磁轭　提升力涵义的讨论

林锡忠

(成都华林检测技术研究所,成都　610051)

摘　要:对磁粉探伤标准中所表述的电磁轭提升力涵义有两种不同的理解,一为提升力仅是

对设备的要求,而与灵敏度无关;二为提升力与灵敏度紧密相关。对该两种理解进行分析讨论,认为第二种理解更合乎其原意。

关键词:磁粉探伤;电磁轭;灵敏度;标准中图分类号:TG115.28　　　文献标识码:B　　　文章编号:100026656(2004)0220099204　　

ADISCUSSIONONTHEMEANINGOFELECTROMAGNETICYOKELIFTINGPOWER

INMAGNETICPARTICLETESTINGSTANDARD

LINXi2zhong

(ChengduHualinTestingTechniqueResearchInstitute,Chengdu610051,China)

Abstract:Therearetwokindsofunderstandingofthemeaningoftheelectromagneticyokeliftingpowerinmagneticparticletestingstandard.Thefirstisthattheliftingpowerisonlytherequirementforequipmentandhasnothingtodowithsensitivity,andthesecondisthatliftingpowerisrelatedtosensitivity.Theyarediscussedandthesecondisconsideredmoreconformable.

Keywords:Magneticparticletesting;Electromagneticyoke;Sensitivity;Standard

　　磁粉探伤标准规定,电磁轭必须达到一定的提

升力方为合格设备,才可用于磁粉探伤。在1980年举行的第二届全国磁粉探伤年会上,笔者对此规定提出了质疑;在1981年举行的第二届全国无损检测年会论文中,再次阐述了这一问题[1]。20多年来,笔者就此问题进行了一些探讨[2～8],近期在专题讨论会上,与同行讨论方知有关人员对标准中表述的提升力涵义还有不同理解,即没有共同的基点,无法作后续讨论。可见,对标准中表述的提升力涵义讨论清楚,是至关重要的,否则无法对提升力进行更深入的讨论。由于专题讨论会的规模有限,对标准中表述的提升力涵义讨论的广度和深度也很有限,因此,有必要在更大范围内进行更深入的讨论,以求得共识。

1.1　磁轭提升力的定义

按照磁粉检测有关术语的定义,提升力是指磁铁只借助其磁性吸力,可提升起某一重量的铁素体钢块的能力[9]。1.2　提升力与吸力的关系

提升力与吸力有关,但不等同。稍不注意就很容易误将两者等同起来。提升力是特殊情况下的磁性吸力,这个吸力是用于提起某一重量的铁素体钢块。也就是说,这个吸力是为平衡该钢块的重力P,而重力的方向始终是竖直向下的,则平衡它的该吸力F就只能竖直向上。在静止(或稳定)状态(重物不产生加速度),且磁场不随时间变化时,当磁性吸力的大小刚好等于该钢块重力的大小,即F=P时,重物将不落下,则此时磁性吸力的大小即为提升力的大小。若磁性吸力的大小是随时间变化的,即是时间t的函数F(t),则提升力的大小就与磁性瞬时吸力F(t)的大小不相同了,而为瞬时吸力的平

・99・

1　磁轭提升力的定义及与其吸力的关系

收稿日期:2003201229

© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

林锡忠:关于磁粉探伤标准中电磁轭提升力涵义的讨论

均值󰁫F(t),此时则不能再说提升力就是电磁铁的

(瞬时)吸力。可见,提升力与电磁铁吸力既有联系,

(电磁轭)的要求,而与灵敏度无关,那么,若进一步

推问,标准中为什么对设备(电磁轭)要有提升力要求,这意味着什么,是间接反映对设备的功率要求、结构要求、力学性能要求、耐磨性能要求还是操作方便,显然都不是。可见,除按第二种理解认为是用提

升力来间接反映设备(电磁轭)的磁化能力,即灵敏度方面的性能外,是难于作出较解释的。因此,归根结底,提升力是为满足一定的灵敏度而对设备提出的要求。

现在以部分标准为例,看它们是如何表述对设备的要求的。

(1)NJ320—1984标准[10]2.1款规定探伤设备(含电磁轭)应能……以适当的灵敏度进行有效的探伤工作。

这表明是灵敏度对设备的要求。没有适当灵敏度的设备,就不可能进行有效(可靠)的探伤,这样的设备就不能应用。

(2)JB/ZQ6101—1985标准[11]5.2款规定,如果能证明采用手提式电磁铁(交流或直流)磁轭探测裂纹状缺陷的灵敏度至少相当于采用直接磁化法的灵敏度,则可以把电磁铁磁轭用作磁化设备。这也表明有与直接通电磁化同等灵敏度的电磁轭就可应用。即对电磁轭(设备)要求的关键是其灵敏度。也就是说,灵敏度是对设备的关键要求。

(3)JB4730—1994标准[12]11.3.1.5款规定,为保证磁粉探伤的可靠性,应进行下列校验……当电磁轭极间距为200mm时,交流电磁轭至少应有44N的提升力;直流电磁轭至少应有177N的提

又与通常所说的电磁铁(瞬时)吸力有所区别。简言之,提升力的特点是方向竖直向上,大小为吸力的平均值。

2　对探伤标准中提升力涵义的两种不同理解

2.1　第一种理解

第一种理解认为,①标准中的提升力仅是对设

备(电磁轭)的要求,而与灵敏度无关,不是灵敏度对设备的要求。一般标准要求,当电磁轭的磁极间距为75～150mm时,交流电磁轭的提升力至少应为44N,直流电磁轭的提升力至少应为177N。满足此

提升力指标的电磁轭方为合格设备,才可用于磁粉探伤。②由于提升力与磁粉探伤灵敏度无关,因此,将提升力写在磁化规范中是不对的,它造成了人们概念上的混淆。磁粉探伤灵敏度是由多方面因素决定的,它应用灵敏度试片来测试。也就是说,提升力只反映设备性能好坏,而灵敏度试片才反映综合灵敏度的高低。提升力和灵敏度之间没有联系。2.2　第二种理解

第二种理解认为,①在标准中,提升力表面上是对设备(电磁轭)的要求,而实质上是灵敏度对设备的要求,是灵敏度借助于提升力来反映它对设备的要求。标准认为具有一定提升力的电磁轭就具有一定的磁化能力,它能提供一定的磁化场B,使工件产生磁感应强度B′,从而具有相应的探伤灵敏度。②根据电磁轭提升力与铁心中磁感应强度的关系式(见3.2.2节),提升力󰁫F与磁化场B相关,从而与工件的磁感应强度B′相关,进而与磁粉探伤灵敏度相关。因此,将提升力写入了磁化规范中。标准认为,使用达到规定提升力的电磁轭来磁化工件,就能使工件磁化到规定的程度,从而(在其它条件一定时)达到规定的探伤灵敏度。也就是说,提升力和灵敏度是紧密相联的,可借助于提升力来反映灵敏度。因而可借用提升力来标明磁化规范和电磁轭的磁化(灵敏度)性能。

升力。

这又表明为保证探伤可靠性,则要求电磁轭有一定的提升力。也就是说,标准认为有了一定的提升力,就可达到一定的灵敏度,从而可保证探伤的可靠性。

由上述各标准对设备的要求可知,为有效、可靠地进行探伤,其关键是电磁轭必须有一定的灵敏度。标准认为,可通过校验其提升力来反映它的灵敏度,当校验其提升力达到规定的指标时,则它的灵敏度也就达到了相应的指标。可见,对设备提升力的要求,实际上是对设备灵敏度的要求。即借设备提升力来反映其灵敏度的要求。

校验电磁轭灵敏度的方法较多,如对比法和磁通法等。有的标准认为,也可借用电磁轭的提升力

来校验其灵敏度(或称为提升力法),认为这比其它

3　讨论

下面就上述两种不同理解作进一步分析讨论。3.1　提升力与(磁化设备)电磁轭

不少标准的有关设备条款均要求电磁轭具有一定的提升力。如按第一种理解为提升力仅是对设备

・100・

© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

林锡忠:关于磁粉探伤标准中电磁轭提升力涵义的讨论

方法更简便。

3.2　提升力与磁化规范

度B′,从而影响探伤灵敏度。B是影响磁粉探伤综合灵敏度众多因素中的主要因素。因此,B对综合灵敏度有着重要的影响,探伤综合灵敏度的高低,主要取决于B。所以,探伤中常借助于调节B的大小来控制灵敏度。严格说,被控制的这个灵敏度是与

B有关的单项灵敏度,即磁化灵敏度。但在实际探

磁粉探伤时,必须对工件进行磁化才能显示缺陷。为了正确显示缺陷,必须达到适当的探伤灵敏度,即必须使工件有适当的磁感应强度,为此,必须规定与之有关参量的相应值,即磁化规范。3.2.1　综合灵敏度与单项灵敏度

伤中,其它因素都处于标准或一定状态,这时调节

B也就控制了(总的)综合灵敏度(常简称灵敏度)。

影响磁粉探伤灵敏度的因素很多,在各有关因素的共同作用下产生一个(总的)综合灵敏度。综合灵敏度虽取决于多个因素,但总可以固定其它因素,而取出某一个来讨论它与综合灵敏度的关系。这样,就可将多因素问题转化为单因素问题。一个单因素对综合灵敏度的影响,可视为关于该因素产生的单项灵敏度。综合灵敏度与各单项灵敏度有关,可视为由各单项灵敏度组成。也就是说,如果没有单项灵敏度,也就不存在综合灵敏度。如磁化方向,一般常说磁化方向与缺陷平行时,探伤灵敏度最低;垂直时,其灵敏度最高。这里指的灵敏度,就是关于磁化方向这一因素的单项灵敏度(或称方向灵敏度)。同样,与磁化状态有关的灵敏度,可称为磁化灵敏度;与设备状况有关的灵敏度,可称为设备灵敏度;与磁粉状态有关的灵敏度,可称为磁粉灵敏度等。若其它(条件)影响因素一定(处于最佳或标准状态),这些单项灵敏度也就标示了综合灵敏度。因此,也常将它们简称为(探伤)灵敏度。3.2.2　磁轭提升力与其铁心中的磁感应强度

磁粉探伤设备中都有一个磁化装置来磁化工件。电磁轭就是磁化工件的一种装置,它向工件施加(提供)磁场B,使工件具有一定的磁感应强度

B′。若一个电磁轭能给工件提供的磁场B较大,则

该电磁轭的磁化能力较强,其探伤灵敏度较高。3.2.4　磁化规范中与提升力有关的表述及分析

为更好理解提升力在磁化规范中的意义,下面仍以上述三个标准为例,摘录在其磁化规范中与提升力相关的表述,供分析讨论。

(1)NJ320标准第6款规定,不同零件和材料进行磁化时,其磁场强度的大小应根据经验公式和磁特性参数(或应用灵敏度试片),由测磁仪表的测试结果确定。在选用不同的检验方法和磁化方法时,零件被磁化后最终状态的磁性都应保证以下的磁感应强度,即连续法为0.6～0.8T(6000～8000Gs),剩磁法为0.8～1T(8000～10000Gs),磁

感应强度用特斯拉计进行测量。

其6.1款对周向磁化规定,当直接在圆柱形(或近似圆柱形)零件上通电流磁化时,剩磁法和连续法磁化电流值一般分别按下式计算

I=(20～30)DI=(8～10)D

若电磁轭内的磁感应强度是随时间t变化的,即为B(t),则电磁轭的提升力与铁心中的磁感应强度间有如下关系

1󰁫F(t)=KSB2m

μ0

(1)

式中　D———圆柱直径

6.2款对纵向磁化规定,用小型电磁铁磁化零

μ0—式中　——真空磁导率

μ0=4π×10

-7

H/m

件时,其磁化电流应根据试验确定。一般用交流电的电磁铁,在磁极间距为75～150mm时,其提升力应>68.6N(7kgf)。当用直流电时,其提升力应>98.1N(10kgf)。

(2)JB/ZQ6101标准8.5款规定,采用的最小

󰁫F(t)———电磁轭提升力,N

K———与B(t)波形有关的系数S———电磁轭铁心的截面积,m

2

Bm———电磁轭铁心内磁感应强度的峰值,T

由上式可知,当S和K一定时,提升力󰁫F则与铁心中的磁感应强度峰值的平方B2m成正比。

用电磁轭探伤时,是将电磁轭铁心中的磁场B加于工件,B即是磁化工件的磁化磁场。3.2.3　磁化磁场与灵敏度

磁场强度,应能显示所有……缺陷……。交流电磁铁磁轭,当两极间距为75～150mm时,至少应有45N的提升力,直流电磁铁磁轭……至少应有180N

的提升力。

(3)JB4730标准11.8.2款规定,轴向通电流磁化时,直流电连续法和剩磁法以及交流电连续法

・101・

磁化磁场强度B直接影响工件中的磁感应强

© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

林锡忠:关于磁粉探伤标准中电磁轭提升力涵义的讨论

磁化电流可分别按下式进行计算

I=(12～20)DI=(25～45)DI=(6～10)D

　　11.8.6.1款规定,采用磁轭磁化工件时,其磁化电流大小应根据灵敏度试片或提升力校验来确定。

由上述标准可知,无论选用何种检验方法和磁化方法,只要工件被磁化后的最终状态具有一定的磁感应强度B′即可。也就是说,此时就具有了相应的探伤灵敏度,可发现规定级别的缺陷,从而保证了探伤的可靠性。这里的灵敏度应该是就磁化而言的单项灵敏度(磁化灵敏度)。当其它条件(如磁粉、操作等)合乎各自规范时,磁化这一主要的单项灵敏度达到了要求,就使得总的综合灵敏度达到了要求,故保证了探伤可靠性。工件中的磁感应强度可以用特斯拉计测量,但是不方便,于是可采用一些更方便的间接方法来反映工件的磁感应强度,从而反映探伤灵敏度。

(1)由于有磁化电流2磁化磁场2工件感应磁场

磁化规范中就顺理成章了。

4　结语

综上所述,由式(1)可知电磁轭的提升力󰁫F与其磁感应强度B有关,B又影响工件中的磁感应强度B′,从而影响探伤灵敏度,也就是有󰁫F2B2B′2灵敏度的关系存在,即提升力与灵敏度有密切的联系,因此可用提升力来反映灵敏度。于是有:

(1)将提升力与磁化规范中的磁化电流和灵敏度试片一样,写入磁化规范中是合乎逻辑的。

(2)为满足磁化规范要求,即达到一定的磁化灵敏度,必须有与之相应的磁化设备来承担磁化任务,则要求电磁轭有与之相应的提升力。

可见,标准中提升力的涵义是,借助于提升力来反映电磁轭探伤时的磁化灵敏度,从而反映探伤灵敏度,故将提升力纳入磁化规范和设备的要求中。

上述讨论仅是为了说明标准中提升力的意义,从而为进一步讨论打下基础。至于目前标准中的提升力,能否担当得起反映灵敏度的“重任”,还有待进一步讨论。参考文献:

[1]　林锡忠.XK22型交直流磁力探伤仪[A].中国机械工

程学会无损检测学会第二届年会论文[C].北戴河:1981.[2]　林锡忠.关于采用电磁铁“提升力”来反映磁粉探伤灵

敏度的讨论[A].水电部第三届无损检测技术讨论会文集[C].桂林:1984.[3]　林锡忠.脉冲电流磁化时的探伤灵敏度与磁化电流峰

值的关系[J].无损检测,19,11(12):333-335.[4]　林锡忠.论电磁轭提升力[J].无损检测,2000,22(10):

439-441.[5]　林锡忠.再论电磁轭提升力[J].无损检测,2002,24

(6):237-240.[6]　林锡忠.论旋转磁场式Π形电磁轭的提升力[J].无损

检测,2003,25(10):515-518.[7]　林锡忠.四论电磁轭提升力[A].第八届全国无损检测

大会暨国际无损检测技术研讨会[M/CD].苏州:2003.

[8]　林锡忠.论电磁轭提升力与磁粉探伤灵敏度的关系

[A].第一届国际机械工程学术会议论文集[C].北京:机械工业出版社,2000.242.[9]　美国无损检测学会编,美国无损检测手册译审委员会

译.美国无损检测手册・磁粉卷[M].上海:世界图书出版公司,1994.63.[10]　NJ320—1984,内燃机零、部件磁粉探伤方法[S].[11]　JB/ZQ6101—1985,锻钢件的磁粉检验方法[S].[12]　JB4730—1994,压力容器无损检测[S].

2探伤灵敏度的关系存在,因而可用磁化电流值来间

接反映探伤灵敏度。如对圆柱工件直接通电的周向磁化法,根据工件中的磁感应强度与工件中的电流I和该圆柱的直径D有关,要使工件能获得一定的磁感应强度,其直径越大,所需的磁化电流越大;且显示方式不同,所需的电流也不一样。于是,规定了能满足工件中产生一定磁感应强度(即探伤灵敏度)的I与D的关系式。也就是说,达到了规范的磁化电流值,就可达到规定的磁化灵敏度,从而达到规定的探伤灵敏度。

(2)对于电磁轭,标准认为有提升力2磁化磁场2工件中的感应磁场2探伤灵敏度的关系存在,因而可用电磁轭提升力来间接反映探伤灵敏度。也就是说,使用具有一定提升力的电磁轭来磁化工件,就能达到规范的磁化灵敏度,从而达到一定的探伤灵敏度。

(3)由于有灵敏度试片2磁化磁场2工件中的感应磁场2探伤灵敏度的关系存在,因而也可用灵敏度试片来反映探伤灵敏度。

可见,直接通电的磁化电流值、电磁轭的提升力值以及灵敏度试片的比值在磁化规范中都起到了相同的作用。即同是反映磁化灵敏度的高低,从而反映探伤灵敏度的高低。因此,将电磁轭提升力写入

・102・

© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.