磁粉检测中快速断电的原理、应用和发展

2014-01-10COLLINSBrendaEICKChuck

无损检测 2014年10期

COLLINS Brenda，EICK Chuck

（1.Magnaflux 美国磁通公司，格兰维 60026；2.Royal Blue无损检测服务有限公司，伊利诺伊）

快速断电现象于20世纪50年代末期被发现，当中断一个导体上的直流电流时，该导体周围的磁场强度会快速降低为零。这种能量的快速变化，会在电路中产生一个和原来方向相反的电压和电流。

在磁粉探伤中，快速断电是指磁化电流的突然且快速地中断或停止；快速断电技术是指磁化结束阶段，利用磁化电流的突然中断而在被测工件上产生感应电流（涡流），从而实现对被纵向磁化的棒件末端的横向缺陷进行检测。当快速断电被应用到铁磁性材料上时，该感应电流的强度会极大地增强。而工件内剩磁的增强，对检测更加有利。

1 基本原理

在磁粉探伤（MT）中，快速断电技术被用来在工件内部产生一个感应电流，以检测被纵向磁化的棒状工件端部的横向缺陷。这种类型的缺陷，往往由于棒状工件两端有很强的极性而不容易被发现。通过使用快速断电技术产生的感应电流，使得可以用棒件端头部位的磁场来检测这一区域的横向缺陷。

图1 展示了一个已经被纵向磁化的棒状工件［1］。图1（a）中显示，在没有快速断电的情况下，工件两端成为磁极。磁力线进入和离开工件靠近端面的区域时，磁力线和表面的夹角为90°。因此，工件的末端并没有真正地被纵向磁化，而这一区域的横向缺陷也不能被可靠地检测出来。

在图1（b）中，当相同工件被纵向磁化，并且在快速断电技术的作用下，电流被迅速关断。由此产生了一个感应电流，而该电流在工件内部的流动使工件的近表面产生了一个磁场，从而使得工件的每一个末端都被真正的纵向磁化。从而工件末端的横向缺陷可以被检测出来。

2 应用与发展

最初具有快速断电功能的磁粉探伤设备是通过断开直流电流线圈的回路来实现的，但在触头上会出现电弧放电。虽然这样做能保证电流可以迅速地衰减到零，并产生感应电流，但会导致触头的显著损耗。

图1 工件内部剩磁场的产生

研究人员将晶闸管整流器（SCRS）集成到设备当中，使得快速断电更加容易被实现，如图2所示。利用可控硅整流器的电流过零关断特性，并配合使用一个二级高压变压器和一个开路电压，开发了可控的快速断电技术。它是现在磁粉探伤设备上实现快速断电的主要技术。

图2 在工厂中使用的快速断电检测器

和大多数磁粉探伤或其它无损探伤方法中应用的技术一样，快速断电技术也需要遵循相应的标准和规范。第一个标准是美国军标，后来被归入ASTM标准，ASTM E－1444和ASTM E－709标准规定，磁粉探伤设备上的快速断电功能需要每6个月检测一次［2－3］。当使用触头通电进行磁粉探伤时，ASTM标准仅要求当附加电缆绕成线圈时才进行检查。

除了检测棒状工件末端的横向缺陷，快速断电也有其他应用的地方。快速断电的主要功能是产生感应电流，而感应电流技术是一种非接触式的磁粉探伤技术（该技术主要用于环形工件的探伤），感应电流技术本身是另一种技术。当使用支杆触头或手提磁轭时，快速断电技术并不适用，因为被测件只是磁路的一部分［4］。

快速断电磁化技术的另一个应用是，当由于被测工件结构的变化而在其内部产生较高的磁通密度时，会在被测工件上产生一个外部的磁极，从而产生磁场指示。例如：工件上内花键、键槽或孔洞等。这些非相关显示类型很可能掩盖掉相关（缺陷）显示。快速断电技术可以帮助减少（如果不能消除）工件结构变化产生的显示。

剩磁高的铁磁性材料的工件，非常适合使用快速断电技术进行检查。这类材料因快速断电而产生的剩余磁场强度很强，这样有利于使用剩磁法进行磁粉探伤，轴承套圈的磁粉探伤检查就是一个很好的案例。

3 快速断电检查

快速断电功能检查可用来测量在一次感应激磁（线圈）中磁场的衰减速度。ASTM 标准允许使用示波器或其他由设备制造商指定的适用技术进行快速断电检查。在1970年以前，相应的磁粉探伤设备都是利用示波器来检查的，要求技术员在现场观察正弦波是否迅速衰减为零。然而，从20 世纪70年代开始，引进了快速断电检测器。该检测器是一个小型的手持式设备，并能做出合格或不合格的判定。此检测器由一个指示灯和感应线圈组成。检测时，技术员将检测器放置在磁化线圈中。如果快速断电功能正常，在激磁结束时检测器上的指示灯就会亮起。这类检测器至今仍然被频繁使用，因为可以简单快捷地判断设备的断电功能是否正常，如图3所示。