CN102253116A

CN102253116A - 聚磁式感应磁化装置及磁化方法

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Publication number: CN102253116A
Application number: CN2011101029713A
Authority: CN
Inventors: 叶代平; 刘长青
Original assignee: SICHUAN XINGTIANYUAN MATERIAL INSPECTION TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SICHUAN XINGTIANYUAN MATERIAL INSPECTION TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2011-11-23

Abstract

本发明公开了一种聚磁式感应磁化装置及磁化方法，涉及工件磁粉探伤检测技术。本发明的设计要点是在通电导体外套上一聚磁罩壳，由于聚磁罩壳由软磁材料制成，流失在空气中的磁场将对聚磁罩壳进行磁化，磁化后的磁场再对工件进行二次磁化，以增强工件所在的磁场。本发明磁化工件时，工件无电接触，具有防止工件的电灼伤和工件过热的优点；由于采用局部磁化，具有消耗的电能较小，减少磁化设备的大功率变压器、整流装置和控制电器的优点；同时使磁化过程不再受工件长度和直径大小的限制。本发明主要用于工件磁粉探伤检测的磁化过程。

Description

聚磁式感应磁化装置及磁化方法

技术领域

本发明涉及工件磁粉探伤检测技术，具体涉及一种工件磁化方法及装置。

背景技术

在工件检测探伤技术领域，人们常用磁粉探伤检测技术来检测铁磁性工件表面或近表面的裂纹以及其他缺陷，如：铁、镍、钴等材料制成的工件。磁粉探伤的基本原理是：将待测物体通电或者置于磁场中进行磁化，若物体表面或表面附近有缺陷（裂纹、折叠、夹杂物等）存在，由于它们是非铁磁性的，对磁力线通过的阻力很大，磁力线在这些缺陷附近会产生漏磁。当将导磁性良好的磁粉（通常为磁性氧化铁粉）施加在物体上时，缺陷附近的漏磁场就会吸住磁粉，堆集形成可见的磁粉迹痕，从而把缺陷显示出来。

作为磁粉探伤检测技术的一个关键环节是对工件进行磁化。现有技术采用的工件磁化方法是对于长轴类（如钢管、钢棒等）工件的纵向缺陷检测通常采用给工件通电（又称为通电法）或在工件中心放置一通电导体（此方法又称为中心导体法，主要用于管或有中心孔的零件）的方法进行整体磁化。

对于通电法和中心导体法，直径为d的圆管试件表面磁场强度为

H=I/(π×d)

即磁场强度与电流大小成正比，与工件直径成反比。

如果工件长度较长，由于其电阻增大，在相同电流下，工件表面的磁场强度将降低；同样，工件直径增大，其磁场强度也将减少。为了保证工件表面达到一定的磁场，必须增加电流以保证磁化电流的数值。这样，不得不增加电源的功率。在一些大型工件磁化时，磁化电流往往达到上万安培。不仅大量消耗了能源，在频繁工作时，还将对周围用电器具造成大的干扰。

除了通电法和中心导体法外，目前还采用了触头法或磁轭法对工件进行磁化，但这种方法，一是效率太低，一是容易产生打火灼伤工件表面，且表面磁场不稳定。

实际上，对大而长的工件进行检测观察是分步分片进行的，对局部观察的结果进行叠加从而实现对工件的整体检测。而以上检测方法，磁化为整体进行，观察为局部，这样，不仅造成了能源的浪费，还增加了设备的制造和安装费用。同时，由于工件长时间通电，还可能对工件造成损害（如通电过热、局部灼伤等）。

目前还采用了一种工件磁化方法是，将通电导体置于待磁化工件表面附近的区域，通电导体周围产生磁场，工件置于该磁场中得到磁化。这种方法由于磁路的不闭合，导体产生的磁场将不完全集中于铁磁试件，形成非闭合的发散状态，一般将此现象称为平行感应磁化（即近体磁化）。如图1所示，通电导体产生的磁场只有很小的一部分被磁化试件利用。由于磁场的发散，要磁化试件表面也需要很大的电流，而且表面磁场也不稳定。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足提出一种基于聚磁式平行感应磁化原理的工件磁化方法及装置。

本发明采用的技术方案是这样的：一种聚磁式感应磁化装置，包括磁化电源，其特征在于，还包括导电体与聚磁罩壳；所述导电体与磁化电源组成闭合回路；所述聚磁罩壳套于导电体外；聚磁罩壳的横截面为非闭合的环形结构或非闭合的框结构，且聚磁罩壳的两端不封闭。

优选地，所述聚磁罩壳横截面为非闭合圆环形或非闭合的矩形框形。

优选地，聚磁罩壳在与横截面垂直的方向上的长度小于或等于300mm。

优选地，所述通电导体与聚磁罩壳不接触。

优选地，所述聚磁罩壳与导电体之间通过连接体进行无磁连接并且聚磁罩壳与导电体之间的距离可通过连接体调整。

优选地，所述聚磁罩壳横截面非闭合处两端点的直线距离小于或者等于30mm。

优选地，所述导电体是但不限于是圆柱体形或者管状。

优选地，所述聚磁罩壳材料为软磁材料。

优选地，所述磁化电源为交流电流源或者半波整流电流源或者单相全波整流电流源或三相全波整流电流源。

上述聚磁式感应磁化装置的磁化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在导电体外套上一横截面为非闭合环形结构或框形结构的聚磁罩壳；

步骤2：给导电体通电；

步骤3：使通电后的导电体靠近待磁化工件，且聚磁罩壳的缺口指向待磁化工件，以保证聚磁罩壳与待磁化工件能够组成环形磁路，且导电体产生磁场的磁力线能够在该磁路中形成闭合磁力线圈；所述导电体、聚磁罩壳的缺口与待磁化工件的表面保持平行。

优选地，所述导电体位于聚磁罩壳中，且靠近待磁化工件表面处；所述导电体与聚磁罩壳不接触。

优选地，所述聚磁罩壳横截面的环形结构的弧长或框形结构的周长大于或等于为聚磁罩壳和待磁化工件组成的磁路总长度的80%。

优选地，所述聚磁罩壳的缺口与待磁化工件之间具有磁路间隙；所述磁路间隙的总长度小于或等于聚磁罩壳和待磁化工件组成的磁路总长度的5%。

优选地，所述磁路间隙的总长度小于或等于聚磁罩壳和待磁化工件组成的磁路总长度的3%。

优选地，所述聚磁罩壳的缺口与待磁化工件之间具有磁路间隙；所述单个磁路间隙的长度小于或等于5mm。

优选地，所述导电体位于聚磁罩壳中，且导电体中心轴线与待磁化工件表面的距离为导电体半径与磁路间隙总长度之和；所述导电体与聚磁罩壳不接触。

优选地，还包括步骤4：保持通电后的导电体与聚磁罩壳的相对位置不变，待磁化工件相对导电体与聚磁罩壳运动，以保证待磁化工件检测面全面磁化，在磁化工件的过程中导电体、聚磁罩壳两者与工件表面的距离均同时保持不变。

优选地，所述待磁化工件为带圆弧形状的工件，所述步骤4中，保持通电后的导电体与聚磁罩壳的相对位置不变，使聚磁罩壳的缺口指向工件的圆弧外表面或者工件的圆弧内表面，并转动待磁化工件，以保证待磁化工件检测面全面磁化，转动待磁化工件的同时导电体、聚磁罩壳两者与工件表面的距离均同时保持不变，。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.工件无电接触、感应磁化，防止了工件的电灼伤和工件过热；

2.由于采用局部磁化，相对消耗的电能较小，减小了磁化设备的大功率变压器、整流装置和控制电器；使磁化过程不再受工件长度和直径大小的限制。

3.采用由软磁材料制成的聚磁罩壳，流失在空气中的磁场将对环罩进行磁化，磁化后的磁场再对工件进行二次磁化，工件中的磁场将大大加强，磁化效果好。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是现有平行感应磁化原理图。

图2是本发明中聚磁式平行感应磁化装置结构图。

图3是本发明聚磁罩壳、导电体及工件三者相对位置分布示意图。

图4是利用本发明对平面工件磁化的示意图。

图5是利用本发明对圆弧面工件外表面磁化的示意图。

图6是利用本发明对圆弧面工件内表面磁化的示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图2，聚磁式平行感应磁化装置包括磁化电源、聚磁罩壳、导电体，所述磁化电源与导电体构成闭合电路，用于向导电体供电产生磁场，所述聚磁罩壳套于导电体外，其横截面为未封闭的环形结构或者框形结构，且聚磁罩壳的两端不封闭，导电体位于聚磁罩壳内且聚磁罩壳与导电体不接触。所述磁化电源可以是各种磁化电源形式，具体可以是但不限于是交流电流源、半波整流电流源或者单相的三相全波整流电流源。所述导电体的形状可以是圆柱体形或管状。

通过对聚磁罩壳材质的选用、缺口大小的调节可以调控磁化磁场的强度，进而实现对检测范围和检测灵敏度的控制。

（1）聚磁罩壳的材料

聚磁罩壳材料为软磁材料，如电工用钢DT3、DT4等或用高导磁硅钢片叠制，在条件不具备时，也可采用低碳钢（20以下）。

（2）聚磁罩壳的形状

聚磁罩壳两端不封闭，且其横截面为不闭合的环状结构或者框状结构，环状结构具体可以是圆环或者椭圆环；框状结构具体可以是矩形框、三角形框等多边形框。

（3）聚磁罩壳尺寸

应根据检测工件和要求设计，环罩的横截面环状或框状结构的周长（详见图3中的l ₁）应与整个磁路长度相适应,一般应占整个磁路总长度的80%及以上。

聚磁罩壳的厚度应与罩壳材料中通过的磁通量相适应，一般应在材料磁通密度B值的饱和值附近。其值与磁化电流的大小和类型有关。

聚磁罩壳的长度，即聚磁罩壳在与横截面垂直的方向上的长度或称检测工作面的宽度应视工件及检测要求而定，一般不宜大于300mm。

聚磁罩壳横截面非闭合处两端点的直线距离（图3中l ₂的长度）应视检测形状确定。平面或圆弧面（外圆或内圆面）各不相同，不同直径的圆面也不一样，一般应进行实际测试。其原因是平面、凸面和凹面磁化时磁通的表面分布不一样。如果圆的外径过小，其凸面较大，其表面磁化局部可能不足。一般情况下，可选在10～30mm宽度。

所述总磁路长度为聚磁罩壳横截面的非闭合环状结构或框状结构对应的完整环状结构或框状结构的周长与磁路间隙总长度δ之和。

在利用聚磁式平行感应磁化技术对工件进行磁化时，具体方法步骤是：

步骤1：在导电体外套上一横截面为非闭合环形结构或框性结构的聚磁罩壳；

步骤2：给导电体通电；

步骤3：使通电后的导电体靠近待磁化工件，且聚磁罩壳的缺口指向待磁化工件，以保证聚磁罩壳与待磁化工件能够组成环形磁路，且导电体产生磁场的磁力线能够在该磁路中形成闭合；所述导电体、聚磁罩壳的缺口与待磁化工件的表面保持平行；

步骤4：保持通电后的导电体与聚磁罩壳的相对位置不变，同时保持导电体与聚磁罩壳与待磁化工件表面距离不变，使待磁化工件相对导电体与聚磁罩壳平行运动，以保证待磁化工件检测面全面磁化。

导电体通电，在其四周感应出磁场，由于聚磁罩壳由软磁材料制成，流失在空气中的磁场将对聚磁罩壳进行磁化，磁化后的磁场再对工件进行二次磁化，即平板磁场将大大加强。如图2所示。

聚磁式平行感应磁化技术是一种局部磁化使用的技术。它实际是利用铁磁性工件与聚磁罩壳组成的磁路的闭合性来实现磁化的，并通过对局部检查的叠加，从而对整体工件实施磁化检测。

在对工件磁化的过程中，以下要素将会影响磁化效果：

（1）磁路间隙：磁路间隙的总长度通过实验确定，既要保证工件表面得到充分磁化，又尽可能不在聚磁罩壳缺口形成的磁极上沾附过多的磁粉，但间隙越大，需要的电流也要增加。优选地方案是磁路间隙总长度δ（δ＝2d）不大于整个磁路总长度的3～5%，通常磁路间隙的高度d值最好控制在5mm以内。详见图3。

（2）通电导体的位置：聚磁罩壳的磁场是由环罩中通电导体产生的，但导体不宜置于正中心，放置位置应接近于工件表面以获得较大磁场。导电体轴线与工件表面距离h可用下式确定

h=R+2d

式中R为通电导体半径，d为上述磁路间隙的高度。详见图3。

（4）环罩罩壳与通电导体间的连接

罩壳与通电导体间的连接应采用无磁绝缘材料连接，如木头或塑料，例如在聚磁罩壳与通电导体上设置螺孔，再采用无磁绝缘材料螺杆将聚磁罩壳与通电导体进行连接，且二者的距离可以通过螺杆调整。

图4是利用聚磁式平行感应磁化技术对平板工件进行磁化的示意图。为了使工件表面全部磁化，可以使聚磁罩壳与导电体不动，移动平板工件。

图5是利用聚磁式平行感应磁化技术对带圆弧面工件外表面进行磁化的示意图。本聚磁式平行感应磁化技术可以对带圆弧形状的工件，如钢管、钢棒及其制成的工件磁化，此时，工件应当以其中心对称轴作旋转式前进，这样才能对工件表面实施全部磁化。

图6是利用聚磁式平行感应磁化技术对带圆弧面工件内表面进行磁化的示意图。本聚磁式平行感应磁化技术还可以对管形工件的内表面进行磁化。此时，工件应当以其中心对称轴作旋转式前进。这样才能对工件内表面实施全部磁化。对于管形工件的内表面磁化，在采用偏置中心导体法时磁化效果最好。

为了均匀磁化工件，在上述三种磁化工件的过程中，在移动待磁化工件时，应该保持聚磁罩壳与导电体两者到工件表面的距离不改变。磁化过程中，聚磁罩壳、通电导体可以与现有的探伤机作有效的机械与电气连接，以更好的实现聚磁罩壳、导电体及工件之间位置固定及调整。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种聚磁式感应磁化装置，包括磁化电源，其特征在于，还包括导电体与聚磁罩壳；所述导电体与磁化电源组成闭合回路；所述聚磁罩壳套于导电体外；聚磁罩壳的横截面为非闭合的环形结构或非闭合的框结构，且聚磁罩壳的两端不封闭。

2.根据权利要求1所述的一种聚磁式感应磁化装置，其特征在于，所述聚磁罩壳横截面为非闭合圆环形或非闭合椭圆环形或非闭合矩形框。

3.根据权利要求1或2所述的一种聚磁式感应磁化装置，其特征在于，所述聚磁罩壳横截面非闭合处两点的直线距离范围为10～30mm。

4.根据权利要求1所述的一种聚磁式感应磁化装置，其特征在于，聚磁罩壳在与横截面垂直的方向上的长度小于或等于300mm。

5.根据权利要求1所述的一种聚磁式感应磁化装置，其特征在于，所述通电导体与聚磁罩壳不接触。

6.根据权利要求1或5所述的一种聚磁式感应磁化装置，其特征在于，所述聚磁罩壳与导电体之间通过连接体进行无磁连接并且聚磁罩壳与导电体之间的距离可通过连接器调整。

7.根据权利要求1所述的一种聚磁式感应磁化装置，其特征在于，所述导电体是但不限于是圆柱体形或者管状。

8.根据权利要求1或2或4或5或6所述的一种聚磁式感应磁化装置，其特征在于，所述聚磁罩壳材料为软磁材料。

9.根据权利要求1或2或4或5或6所述的一种聚磁式感应磁化装置，其特征在于，所述磁化电源为交流电流源或者半波整流电流源或者单相全波整流电流源或三相全波整流电流源。

10.权利要求1至9任意一项所述的一种聚磁式感应磁化装置的磁化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤2：给导电体通电；

步骤3：使通电后的导电体靠近待磁化工件，且聚磁罩壳的缺口指向待磁化工件，以保证聚磁罩壳与待磁化工件能够组成环形磁路，且导电体产生磁场的磁力线能够在该磁路中形成闭合；所述导电体、聚磁罩壳的缺口与待磁化工件的表面保持平行。

11.根据权利要求10所述的一种聚磁式感应磁化方法，其特征在于，所述导电体位于聚磁罩壳中，且靠近待磁化工件表面处；所述导电体与聚磁罩壳不接触。

12.根据权利要求11所述的一种聚磁式感应磁化方法，其特征在于，所述导电体位于聚磁罩壳中，且导电体中心轴线与待磁化工件表面的距离为导电体半径与磁路间隙总长度之和；所述导电体与聚磁罩壳不接触。

13.根据权利要求10所述的一种聚磁式感应磁化方法，其特征在于，所述聚磁罩壳的缺口与待磁化工件之间具有磁路间隙；所述磁路间隙的总长度小于或等于聚磁罩壳和待磁化工件组成的磁路总长度的5%。

14.根据权利要求13所述的一种聚磁式感应磁化方法，其特征在于，所述磁路间隙的总长度小于或等于聚磁罩壳和待磁化工件组成的磁路总长度的3%。

15.根据权利要求10所述的一种聚磁式感应磁化方法，其特征在于，所述聚磁罩壳横截面的环形结构的弧长或框形结构的周长大于或等于为聚磁罩壳和待磁化工件组成的磁路总长度的80%。

16.根据权利要求10所述的一种聚磁式感应磁化方法，其特征在于，所述聚磁罩壳的缺口与待磁化工件之间具有磁路间隙；所述单个磁路间隙的长度小于或等于5mm。

17.根据权利要求10所述的一种聚磁式感应磁化方法，其特征在于，还包括步骤4：保持通电后的导电体与聚磁罩壳的相对位置不变，待磁化工件相对导电体与聚磁罩壳运动，以保证待磁化工件检测面全面磁化，在磁化工件的过程中导电体、聚磁罩壳两者与工件表面的距离均同时保持不变。

18.根据权利要求17所述的一种聚磁式感应磁化方法，其特征在于，所述待磁化工件为带圆弧形状的工件，所述步骤4中，保持通电后的导电体与聚磁罩壳的相对位置不变，使聚磁罩壳的缺口指向工件的圆弧外表面或者工件的圆弧内表面，并转动待磁化工件，以保证待磁化工件检测面全面磁化，转动待磁化工件的过程中导电体、聚磁罩壳两者与工件表面的距离均同时保持不变。