厚壁合金钢管磁性探伤后的退磁技术

2012-10-23孟令华韩晓华赵洪贤

无损检测 2012年10期

孟令华，韩晓华，赵洪贤

（山东省科学院激光研究所，济宁 272100）

在涡流及漏磁无损检测中，因检测需要，必须要加磁场对钢管进行磁化，导致磁化后的钢管存在剩磁。钢管的剩磁对后续加工存在很大的影响，比如：①剩磁会影响到某些仪器和仪表的工作精度和功能。② 剩磁所吸附的磁粉在后续工序中，如机加工和表面涂层，会引起动部件的磨损。③ 剩磁可导致切屑附粘在表面，破坏表面精度和使刀具钝化。④在试件尚需电焊时，剩磁会引起电弧偏吹或游离。⑤ 可能干扰无损检测［1－5］。所以必须要对检测过的钢管进行退磁。

针对厚壁合金钢管的退磁困难，设计制造了采用分段式直流交流的退磁设备，对T20等合金材料的高压合金无缝钢管进行退磁，取得了很好的效果。

1 钢管的传统退磁方法及存在的问题

传统的退磁方式有：

（1）交流电退磁该方法是将试件放入通有工频交流电的线圈前，以一定速度通过线圈。采用交流电退磁时，试件所承受的退磁强度峰值应大于检测时所用峰值。交流电退磁方法对较小普通工件效果良好，但是由于交流场有明显的集肤效应，试件深处的剩磁仍可保持，试件直径大于50mm时尤其如此［1－5］。

（2）交直流电退磁退磁分为交流退磁和直流退磁。交流退磁通过交变磁场，能不断改变工件中的磁畴结构，从而不断削弱工件中的剩磁，但是交流退磁存在集肤效应，难以退掉钢管内部的剩磁。直流退磁可以给钢管加一个反向磁场，根据钢管剩磁的大小方向可以调整直流退磁器电流的大小去改变钢管的剩磁。这样对大部分普通材质的钢管效果都不错，但是对合金材料和厚壁的钢管总有一些钢管有剩磁，有的合金钢管甚至很大，并且因为合金材料合金的不均匀等原因甚至造成钢管两端磁场一样，中间不一样的现象。

此外还有振荡电流退磁法和磁轭退磁法等方法，但都不适合在线大批量的生产应用。

采用以上几种方法对厚壁合金钢管退磁，一般剩磁都在10Gs以上，甚至能达到20Gs以上，按照JB／T 6641—1993《滚动轴承残磁及其评定方法》标准，最小规格的轴承剩磁应＜4Gs，远远达不到客户要求。

2 钢管退磁方法的改进

对普通的碳素管用普通的交直流退磁器就能达到要求，但是对于某些大直径、厚壁、合金材料管，退磁效果就不能令人满意。采用新型的瞬时可变直流加可变频交流退磁方法可使厚壁合金材料钢管取得令人满意的退磁效果，工业应用前景良好。

采用分段式直流交流退磁法，并对直流退磁法和交流退磁法做了改进，具体改进如下：

2.1 直流退磁

直流退磁采用功能上较新颖的恒流型、分段式直流退磁电源。该产品适用于场地受到条件的限制，磁饱和装置与交、直流装置之间的距离间隔很近，常规产品无法有效地退磁的场所。该产品能调节、设定各种数据，适应各种铁磁性材质的管棒材，具有操作简单、可靠、显示直观、精度高等特点。

如图1所示，根据钢管的磁场变化，在钢管磁场发生位置安放两个传感器，当钢管到达传感器时输出一个信号，从而对钢管不同部位使用不同电流，达到更佳的退磁效果。

图1 直流分段退磁示意图

直流退磁装置采用分段退磁的方法，保证退磁的最佳效果。为保证实际运行时不会随钢管的大小规格和探伤速度而变化，采用两只接近开关输入信号，这样S1（分段距离）／t1（延时）＝S2（接近开关间距离）／t2（通过接近开关的时间），分段距离的长度和速度无关。如图2所示，控制一个继电器转换电路，使用两个不同调压器调节电压变化，再通过两个整流电路转换成直流电源。用直流退磁时，退磁场的强度应高于检测时所达到的数值，磁场方向应与检测时的磁场方向相反。

图2 整流电路图

2.2 交流退磁

交流退磁采用大功率交流退磁装置专用的退磁电源控制仪。

交流退磁线圈位于直流退磁器线圈的后面，通过交流电产生交变磁场，对钢管进行退磁。电源带有高精度电压、电流、功率、频率表。源表一体化，使交流退磁器能够根据钢管类型、材质、大小自由调整电压、电流、功率、频率，并采用西门子原装高功率IGBT模块组设计，降低电路复杂度，提高产品稳定性，减少电力损耗。大功率可以使钢管退磁效率更高，并对厚壁管进行深层退磁，使钢管不容易返磁，从而达到良好的退磁效果。图3［1］所示为交流退磁的退磁曲线图。再加上多项超隔离变压器完全隔离市电与负载，以增加整机之功能，因此交流退磁功率较大，还需要采用风扇自动降温，图4所示为交流退磁结构示意图，风扇位于线圈上方，方便维修。

图3 交流电退磁原理图

2.3 钢管剩磁自动监测设备

图4 交流退磁结构示意图

在线监测仪是钢管探伤线上不可缺少的剩磁监测工具。其安装在涡流探伤设备的钢管检测线上，不影响涡流的检测，能对钢管的剩磁进行逐支检查。仪器设定剩磁超量报警，显示清晰，操作方便。探头安装于探头架中，定位在保护机构上，钢管运动位置由传感器获得信息，当管尾行至探头的设定距离时，系统进入测量状态。考虑到钢管在运动过程中其轴线有可能偏离主测量头，影响测量准确性，设置了偏移补偿探头，并设置温度补偿和零位漂移补偿。探头信号经过信号放大、数字处理、峰值锁定后，送入数据综合处理器，结合面板操作信息进行运算，结果送入数码显示及报警器。这样就可以随时观测到钢管的退磁状况，从而调整退磁器的电流等参数，以达到退磁的最佳效果。

3 退磁能力

根据钢管的磁场变化，调整钢管不同部位直流退磁系统的电流，根据钢管壁厚的变化，改变交流退磁装置专用的退磁电源控制仪的频率，以达到最佳的退磁效果［6］。这样钢管在20～100m／min的速度下通过分段式直流交流退磁器后，剩磁可达到≤1.5Gs，满足JB／T 6641—1993《滚动轴承残磁及其评定方法》标准，完全能够达到客户要求。

采用φ89mm规格的退磁装置每台每年能退磁逾5万吨钢管，完全满足在线工业化需求。在唐山锅炉厂对T20材料的高压合金无缝钢管进行退磁，剩磁都能＜1.5Gs，用户非常满意，达到并超过了预期的目标。