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闭合磁路线圈法在磁粉检测中的应用

2014/11/13 20:21:44  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

  邱志宇 杨剑

  (四川斯奈克玛航空发动机维修公司 )

  摘 要:通过对线圈法探伤时磁场分布的分析,探讨了使用闭合磁路对零件进行延长,以增强在零件中的磁场,达到更好的磁化效果的目的。分析了闭合磁路线圈法的原理,并通过试验验证了该方法的可行性。

  1 引言

  在进行GE叶片磁粉探伤时,需要进行纵向磁化,纵向磁化一般采用线圈法。由于许多叶片的长径比较小,所以需要采用一定的延长棒增大长径比以满足磁化要求。现在采用的是将两个叶片沿纵向连接来增大长径比,进行线圈磁化。但有些叶片体积大,在进行线圈磁化时,操作十分不便。现寻求一种将零件夹持在闭合磁路中的探伤方法,以此来解决常规操作的不便,并探讨该方法的可行性。

  2 理论分析

  2.1 纵向磁化传统理论

  线圈磁化时,零件受线圈产生的磁场H1感应;同时由于零件在磁场作用下两端形成N、S极,会产生另一个附加磁场H2(如图1所示)。在空间中任意一点的磁场强度向量是磁化场H1和附加磁场H2的向量之和。即任意一点的磁场强度H=H1+H2。在零件内H2与线圈产生的磁场H1方向相反,降低了线圈磁场的作用。通常把H2叫做退磁场,其大小可以表示为:

  式中 N—退磁因子

  Pm—零件表面的面磁荷密度

  μ0—空气的磁导率

  由(1)式可知,退磁场H2与退磁因子N成正比。而零件不同的长径比是影响零件退磁因子大小的关键因素。表1为长椭球形状零件的退磁因子与长径比的关系。

  由表1可以看出,退磁因子随着长径比的增加而减小。这就是在线圈磁化时为什么长条形零件比短粗形零件容易磁化的原因。

  2.2 延长棒纵向磁化方法

  实际检测中在遇到短粗形零件时,为了使之易于磁化或满足磁化要求,就给零件加上延长棒。这时磁场如图2所示[2]:

  从图2可知,在磁场H1的作用下,在短圆棒和延长棒的两端分别形成了磁极S1、N1和S2、N2。由于在使用延长棒时,延长棒都应紧贴零件,即N1、S2之间的距离L很小,远小于零件的尺寸。所
以在零件上任意一点产生的磁位可由磁偶极子的远场公式求得:

  式中  m—空间某点的磁位

  qm—磁偶极子的强度

  L—磁偶极子两极之间的距离

  θ—空间某点与磁偶极子中点连线和磁偶极子连线的角度

  μ0—空气的磁导率

  r—空间与磁偶极子之间的距离

  由于在零件的各点上其r值都远远大于L。所以N1、S2在零件各个点上产生磁位 m都约等于0。因此零件受到的退磁场主要是受S2、N1两个磁极的影响。这就相当于把零件的长度增加到S2、N1之间的长度。由此可以增加零件的长径比,降低退磁因子。这就是在线圈法时使用延长棒的原理。

  2.3 闭合磁路线圈法理论分析

  由延长棒的原理可知,利用延长棒靠近零件端的磁极来抵消零件的一个磁极。将零件夹持在一个闭合磁路中,如图3所示。在磁场H1的作用下,在零件上会形成磁极S1、N1,而在闭合磁路上会形成磁极S2、N2。将零件上的磁极S1、N1和闭合磁路上的磁极S2、N2重新组合。S1、N2一组,S2、N1一组。可发现:在零件被闭合磁路夹持紧的情况下,S1、N2之间的距离L1和S2、N1之间的距离L2都很小。所以,它们在零件上任意点产生的磁位都约为0。也就是说,零件上由S1、N1产生的退磁场已经被闭合磁路上的S2、N2产生的磁场抵消掉了。这时,在进行线圈磁化时就无需考虑退磁场的影响,而只考虑线圈产生的磁场。零件也可以不再考虑其长径比,而直接将其夹入闭合磁路中进行磁化。

  3 实证分析

  3.1 试验条件

  为了证明上述原理是否正确,我们根据其原理拟订了一个试验。如图4所示,将一个圆棒形的零件用电缆缠绕,此时的电缆相当于一个线圈的作用。然后,将零件夹在和不夹在一个闭合磁路中分别磁化。然后用A型灵敏度试片测试零件上的磁化效果。由上述分析可知,要得到同样的显示效果,夹在闭合磁路中磁化比未夹在闭合磁路中磁化需要的电流要低。而同样电流下,夹在闭合磁路中磁化要比未夹在闭合磁路中磁化的显示明显。

  试验采用的设备、材料如下:磁化设备:H-850(磁通公司产)磁粉:14 A(磁通公司产),加WA-2B水调节剂

  试片:A型灵敏度试片(JB/T 6065)1#、2#、3#

  紫外灯:ZB 100F型紫外灯

  电缆:普通磁化用电缆,在零件上绕三匝

  闭合磁路装置:一个闭合式电磁铁

  零件: 40×100铁棒

  3.2 试验结果

  试验结果如表2所示。

  3.3 试验结果分析

  由表2可以看出,夹在闭合磁路中,要达到与未夹在闭合磁路中磁化时同样的效果,其所用的电流要小。而且,夹在闭合磁路的缺陷显示要比未夹在闭合磁路中磁化的缺陷显示明显。这与前面的理论分析一致,同时证明了在线圈磁化时将零件夹入一个闭合磁路来代替延长棒是可行的。

  在试验过程中,我们还发现未夹在闭合磁路中磁化时,试片上的显示如表2中的图(a),显示与零件横向有一定夹角,说明磁场的方向并不完全沿着零件的纵向。而夹在闭合磁路磁化时,试片上的显示如图(b),其显示明显沿着零件的横向。分析其原因:可能是由于未夹在闭合磁路中时磁场在离开线圈时已经开始发散,磁路的方向也因此产生畸变,造成显示偏向。而在采用闭合磁路时,由于闭合磁路有一定的导向作用,磁路的方向始终是沿着零件的纵向,显示的方向性也就很好。可以看出:夹在闭合磁路磁化相对于未夹在闭合磁路中磁化更有利于发现零件端头的横向缺陷。

  4 应用

  在CFM56发动机的车间维修手册中,有种“Pole piece coil”法,该方法是利用两个线圈形成的磁极,将零件夹持在中间形成连续的磁路。从而改善长径比小的零件的磁化效果。这两种方法的基本原理和思路是相同的,都是利用磁路来改善零件的磁化效果。所以闭合磁路线圈法应能在发动机的磁粉检查中得到广泛的应用。

  在实践中,该方法已经在420厂的GE叶片的磁粉探伤中得到应用。明显改善了GE叶片线圈探伤的灵敏度。

  5 结论

  由前面的理论分析和试验结果可以得出:如果在线圈磁化时,将零件夹持在闭合磁路中,用较小的电流就可以得到更好的效果。也就是说,用该法来代替延长棒法是可行的。因此,我们给磁粉探伤机上加一个闭合磁路夹具,以便在进行零件的纵向磁化时,将零件夹入此夹具中,就如同直接通电法将零件夹在两电极板之间一样,可以提高检测灵敏度及检测速度。

  参考文献:

  [1] 陶旺斌,周在杞.电磁检测.航空工业出版社,1995

  [2] 王海名,陈建生,等.磁粉探伤.机械工业出版社,1993


 

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