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磁性无损检测技术中的磁化技术

在磁性无损检测技术中磁化是实现检测的第一步.它决定着被测量对象(如裂纹)能否产生出足够的可被测量和可被分辨的磁场信号,同时也影响着检测信号的性能特性和检测装置的结构特性。被测构件的磁化由磁化器实现,主要包括磁场源和磁回路等几个主要部分.因此,针对被测构件的结构特点和测量目的,选择源磁场和设计磁回路是磁化器优化设计的关键。本文从磁化方式、磁化强度选择、磁路分析以及磁化器结构设计等几个方面对磁性检测技术中的磁化技术进行了论述。
l磁化方式
磁化方式按所用励磁磁源分为下述几种:
(1)交流磁化在被测构件中,交流磁场易产生集肤效应和涡流,且磁化的深度随电流频率的增高而减小.因此在MLF法中这种磁化方法只能检测构件表面或近表层裂纹等缺陷,但交流磁化强度容易控制,大功率50Hz交流电流源易于获得,磁化器结构简单,成本低廉。
(2)直流磁化分为直流脉动电流磁化法和直流恒定电流磁化法。前者在电气实现上比后者简单,一般用于剩余磁场检测法中构件的磁化,在有源磁场检测中,这一磁化会在检测信号中产生很强的交流磁场信号,增加检测信号处理的复杂性,降低检测信号的信噪比。直流恒定电流磁化法对电流源具有较高的要求,激威电流一般为几安培甚至上百安培。与交流磁化方式一样,直流磁化法磁化强度可通过控制电流的大小方便地调节,但随着连续使用时间的加长,电磁铁的发热是难以避免的。
(3)永磁磁化永磁磁化以永久磁铁作为励磁源,它是一种不需电流源的磁化方式,与直流恒定电流磁化方式具有相同的特性,但在磁化强度的调整上不及直流磁化方式方便,其磁化强度一般通过磁路设计来保证。在永磁磁化方式中,永久磁铁可以采用永磁铁氧体、铝镍钴永磁探伤机及稀土永磁等,永磁铁氧体价格低廉、矫顽力高但剩磁低;铝镍钻永磁剩磁高但矫顽力低;稀土永磁价格较贵,但矫顽力很大,剩磁较高,是永磁材料发展上的第三代材料口]。对于不同的永久磁铁,在磁路设计上应根据各自的磁特性,充分发挥其优点,以使磁路达到最优。由于永久磁铁,特别是稀土永磁,具有磁能积高、体积小、重量轻及无需电源等特点,在磁性检测中将得到很好的应用。以永久磁铁为磁源的磁性检测装置具有使用方便、灵活、体积小及重量轻等特点,所以永磁磁化方式是在线磁性检测设备中磁化被测构件的优选方式。在励磁磁源选择后,随着磁源在磁路中的布置位置不同又可产生多种方法。在这些方法的实施中软磁材料是不可缺少的,起着引导磁场和减小磁阻等作用。软磁材料有电工钢片、坡莫合金、工业纯铁和低碳钢等。在交流磁化中选用电工钢片}在恒定磁场磁化中可选择多种软磁材料,其中以工业纯铁和低碳钢价格最便宜,且机械加工性能较好0]。但注意,其中通过的磁感应强度应<2T。在磁路设计中软磁材料截面积尺寸的选择以不产生饱和为原则,确保软磁材料的高磁导率。
(4)复合磁化在上述几种磁化方式中,一个独立的磁化回路只磁粉探伤机能沿某一方向磁化铁磁构件,即单向磁化。单向磁化在检测中存在不足,例如,MLF法测量铁磁构件中的裂纹而磁化方向垂直于裂纹走向时,其产生的漏磁场信号最大,而当它平行于裂纹走向时,漏磁场很小,甚至微弱到难以检测。为能对不同走向的裂纹等缺陷的检测获得最大且相同的灵敏度.可让磁化场方向周期性变化,这就必须采用复合磁化方法。复合磁化时将直流磁场与直流磁场、直流磁场与交流磁场、交流磁场与交流磁场成一定角度(如相互垂直)合成磁场,从而形成所需方向或不断变化的可控的磁化方向来磁化构件。显然,这类磁化器的结构复杂,且控制电路要求较高。
(5)综合磁化在某些测量中(如MMF检测),直流磁场难以激发出检测信号,而只用交流磁化又会受到磁导率急剧变化的影响。因而需要用到直流和交流磁场综合磁化方式,即先用直流励磁器将被测构件磁化到近饱和区域,此时材料的磁导率变化成缓慢下降的直线,再在直流磁场上叠加一交变磁化场激发,从而获得线性度较好的输出信号。通常称此时的直流磁场为偏磁场,它的主要作用是减小磁导率变化和材料局部不均匀的影响,这种磁化方式在钢铁型材料的在线检测中得到广泛应用。


 

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