CN104458899A - 大型螺母锻件磁粉检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型螺母锻件磁粉检测装置及检测方法，检测装置是底座固定在磁粉探伤机的上面，带手轮转动的双滚轮部件固定在底座中间，在带手轮转动的双滚轮部件两侧的底座上分别固定有带支架磁化线圈，芯棒穿过两个带支架磁化线圈与磁粉探伤机连接，待检测螺母锻件穿在芯棒上并置于两个带支架磁化线圈之间，其下面外表面与带手轮转动的双滚轮部件的两个滚轮可滚动连接。芯棒的两端与芯棒电源连接，两个带支架磁化线圈串联后与磁化线圈电源连接。芯棒为硅钢片叠压式，其截面为方形。带支架磁化线圈的线圈与芯棒是同心摆放，待检测螺母与芯棒摆放位置采用偏心放置。是一种使螺母表面产生纵向磁化和周向磁化的磁化装置并能完成多向磁场磁化的检测。

Description

大型螺母锻件磁粉检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种大型螺母锻件磁粉检测装置及检测方法，属于无损检测技术领域。

背景技术

对于尺寸较大螺母类形式的锻件，目前国内实行的检测方法为：线圈法纵向磁化（即将螺母放入较大直径的线圈形成的纵向磁场中进行磁化），检测螺母表面的周向缺陷。中心导体法周向磁化，检测螺母表面的纵向缺陷。但由于大型螺母直径大，厚度大，长径比小，上述方法及其复合磁化效果均达不到技术条件规定的灵敏度要求。核电压力容器大型主螺母的磁粉检测方法问题，成为加快核电产品国产化的技术瓶颈之一。目前，国内关于大型螺母磁粉检测方法的专利和详细的技术文献至今还未发现。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种大型螺母锻件磁粉检测装置及检测方法，通过由带支架磁化线圈、芯棒、带手轮转动的双滚轮部件组成的磁化装置实现待检测螺母锻件表面产生感应电流进而产生纵向磁场磁化、周向磁化、周向磁化＋感应电流纵向磁化的多向磁场磁化的检测方法。有效解决核电压力容器主螺母锻件及其它大型螺母锻件（材质为铁磁性材料）的磁粉检测问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：大型螺母锻件磁粉检测装置及检测方法，检测装置是由底座、带支架磁化线圈、芯棒、带手轮转动的双滚轮部件组成。底座固定在磁粉探伤机的上面，带手轮转动的双滚轮部件固定在底座中间，在带手轮转动的双滚轮部件两侧的底座上分别固定有带支架磁化线圈，芯棒穿过两个带支架磁化线圈其左端通过连接件与磁粉探伤机连接，其右端通过法兰盘与磁粉探伤机连接，待检测螺母锻件穿在芯棒上并置于两个带支架磁化线圈之间，其下面外表面与带手轮转动的双滚轮部件的两个滚轮可滚动连接。芯棒的两端通过磁粉探伤机上相对应的控制开关与芯棒电源连接，两个带支架磁化线圈内测的两个接线端子相连接，其外侧的两个接线端子通过其磁粉探伤机上相对应的控制开关与磁化线圈电源连接。所述的芯棒为硅钢片叠压式，其截面为方形。所述的带支架磁化线圈的线圈与芯棒是同心摆放，待检测螺母与芯棒摆放位置采用偏心放置。

其检测方法是：

（一）、表面准备

待检测螺母锻件表面粗糙度应≤6.3μm。将待检测螺母锻件表面用清洗剂祛除油污等。

（二）、磁化

    磁化前将8个标准试片ASME2-234用胶带分别贴在图6待检测螺母锻件的①②③④⑤⑥⑦⑧位置。

纵向磁化：串联的两个带支架磁化线圈的线圈通交流电，芯棒电流设置为0，通电时间为3秒。

用高斯计测螺母内外表面的磁场强度。选择30—60高斯之间磁场强度所对应的电流值，约2500A，再次磁化。

喷磁悬液：磁化同时摇均磁悬液并喷磁悬液至8个试片上。

磁痕观察：观察区环境可见光照度不大于20lx，借助黑光灯分别观察①②③④⑤⑥⑦⑧位置ASME2-234试片的磁痕显示情况，可以看出，每个试片的近乎周向磁痕均清析可辨。

 周向磁化：芯棒通直流电，两个磁化线圈电流设置为0，通电时间3秒。重复纵向步骤并观察，选择30—60高斯之间磁场强度所对应的电流值，约2500A，再次磁化，每个试片的近乎轴向磁痕、端面近乎径向磁痕均清晰可辨。

多向磁化：两个磁化线圈通2500A交流电，芯棒通2500A直流电，通电时间3秒。重复周向或纵向步骤并观察，试片圆环磁痕均清晰可辨。

以上磁化亦可以采用纵向直流＋周向交流的方法，其灵敏度效果相同

（三）、退磁、后处理。

装置设计原则是：

（1）磁化线圈：为使线圈不至于遮挡螺母内孔，线圈直径应尽可能小，以方便内孔表面的磁痕观察。线圈匝数在满足磁场强度的前提下应尽可能少，以便减少线圈所占空间。

（2）芯棒：a、直径应尽可能小，减少占用空间，以利检测时的内孔壁磁痕观察。b、芯棒材料磁导率应尽可能高，以便用较小的电流产生足够大的磁场。c、电阻率适宜。

（3）检测时待检测螺母、磁化线圈、芯棒相对摆放位置：待检测螺母与磁化线圈、芯棒摆放位置采用偏心放置。

 具体设计参数是：磁化线圈参数： 线圈直径为φ230mm×φ100mm,数量两个，每个线圈匝数为4匝。芯棒参数：材质为硅钢片，叠压式芯棒。芯棒尺寸为45mm×45mm×1200mm。

本发明的有益效果是：待检测螺母锻件与芯棒摆放位置采用偏心放置，通过手轮转动双滚轮带动待检测螺母转动，具有检测速度快，观察方便。另外使用电流低对设备功率要求低，电磁辐射小。灵敏度高，能满足RCC-M及ASME检测相关规定，在核电压力容器大型主螺母CAP1400磁粉检测时测试，螺母内外表面、端面其纵向、周向磁场均可达30—60Gs之间。多向磁化效果好、螺母全表面一次性检测完成，在CAP1400主螺母磁粉检测时8个测试ASME 2-234试片上20%、30%、40%圆形切槽均清晰可辨。是一种使螺母表面产生感应电流进而产生纵向磁场磁化、周向磁化、周向磁化＋感应电流纵向磁化的装置并能完成多向磁场磁化的检测。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1是本发明大型螺母锻件磁粉检测装置及检测方法的结构示意图。

图2是图1的带支架磁化线圈的结构示意图。

图3是图2的侧视结构示意图。

图4是图1的芯棒的结构示意图。

图5是图4的侧视结构示意图。

图6是图1的8个标准试片ASME 2-234待检测螺母锻件摆放位置的结构示意图。

图7是磁化的中心导体法原理的示意图。

图8是纵向磁化原理的磁场方向示意图。

图9是待检测螺母检测时磁场方向示意图。

图10是图9的侧视检测时磁场方向示意图。

附图标记：

1、底座   2、带支架磁化线圈  3、芯棒  4、带手轮转动的双滚轮部件

5、待检测螺母锻件  21、接线端子  31、磁粉探伤机  32、连接件

33、法兰盘。

具体实施方式

请参阅图1至图10，大型螺母锻件磁粉检测装置及检测方法，检测装置是由底座、带支架磁化线圈、芯棒、带手轮转动的双滚轮部件组成。底座1固定在磁粉探伤机31的上面，带手轮转动的双滚轮部件4固定在底座1中间，在带手轮转动的双滚轮部件4两侧的底座1上分别固定有带支架磁化线圈2，芯棒3穿过两个带支架磁化线圈2其左端通过连接件32与磁粉探伤机31连接，其右端通过法兰盘33与磁粉探伤机31连接，待检测螺母锻件5穿在芯棒3上并置于两个带支架磁化线圈2之间，其下面外表面与带手轮转动的双滚轮部件4的两个滚轮可滚动连接。芯棒3的两端通过磁粉探伤机31上相对应的控制开关与芯棒电源连接，两个带支架磁化线圈2内测的两个接线端子21相连接，其外侧的两个接线端子21通过其磁粉探伤机31上相对应的控制开关与磁化线圈电源连接。所述的芯棒3为硅钢片叠压式，其截面为方形。所述的带支架磁化线圈2的线圈与芯棒3是同心摆放，待检测螺母5与芯棒3摆放位置采用偏心放置。

材料和设备：

设备：SCZQ6000FK磁粉探伤机。

磁粉：油基罐装湿法荧光磁粉14AM（美国磁通生产）。

黑光灯：ZB100F。

标准试片：ASME 2-234（边长20mm×20mm，厚度50μm，三个圆形槽深分别为20μm、30μm、40μm）。

磁场检测仪：高斯计。

其检测方法是：

（1）表面准备

待检测螺母锻件5表面粗糙度应≤6.3μm。将待检测螺母锻件5表面用清洗剂祛除油污等。

（2）磁化

 磁化前将8个标准试片ASME 2-234用胶带分别贴在图6待检测螺母锻件5的①②③④⑤⑥⑦⑧位置上。

纵向磁化：串联的两个带支架磁化线圈2的线圈通交流电，芯棒3电流设置为0，通电时间为3秒。

用高斯计测待检测螺母锻件5内外表面的磁场强度（GS）。选择30—60高斯之间磁场强度所对应的电流值（约2500A），再次磁化。

喷磁悬液：磁化同时摇均磁悬液并喷磁悬液至8个试片上。

磁痕观察：观察区环境可见光照度不大于20lx，借助黑光灯分别观察①②③④⑤⑥⑦⑧位置ASME2-234试片的磁痕显示情况，可以看出，每个试片的近乎周向磁痕均清析可辨。

周向磁化：芯棒3通直流电，两个带支架磁化线圈2电流设置为0，通电时间3秒。

重复纵向步骤并观察，选择30—60高斯之间磁场强度所对应的电流值（约2500A），再次磁化，每个试片的近乎轴向磁痕、端面近乎径向磁痕均清晰可辨。

多向磁化：两个带支架磁化线圈2通2500A交流电，芯棒3通2500A直流电，通电时间3秒。

重复周向或纵向步骤并观察，试片圆环磁痕均清晰可辨。

以上磁化亦可以采用纵向直流＋周向交流的方法，其灵敏度效果相同

（3）退磁、后处理。

磁化检测方法原理说明：

（1）、周向磁化原理

如图7所示，当芯棒中通电流时，在螺母表面及端面产生周向磁场，其磁感应强度值为内孔壁高于外孔壁，磁场强度可由下式表达：

                         H=I/2πR

      H---磁场强度（A/m)    I---芯棒中的电流值（A)   螺母半径---m

采用中心导体法对螺母进行磁化时，可以采用直流电（DC)或三相全波整流电（FWDC),也可以采用交流电（AC)。灵敏度确定可以通过调节输入电流值，用高斯计在观察区域测量或使用灵敏度试片确定。此方法可以有效地检测出螺母锻件内外表面及近表面的轴向缺陷，亦可以检测出端面表面及近表面的径向缺陷。

（2）、纵向磁化原理

根据电磁场理论，当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，闭合回路中就产生感应电流，感应电流的周围产生感应磁场。感应电流及感应磁场的方向可以用右手定则来判断.

如图8所示，当线圈L1、线圈L2通交流电流（AC)时，由于交流电的波动性，通过闭合回路（待检测螺母锻件）的磁通量发生变化，在螺母中产生周向感生电流，进而产生纵向磁场，其方向如图9图10所示。

当线圈L1、线圈L2通直流电（DC)或三相全波整流电（FWDC)时，由于通电时间为3秒间断通电，其电流值亦会出现从无到大、从大到无的变化过程，使得通过闭合回路（待检测螺母锻件）的磁通量发生变化，同样产生如图9图10所示方向的磁场。

可知，采用感应电流法对螺母进行磁化时，可以采用直流电（DC)或三相全波整流电（FWDC),也可以采用交流电（AC)。灵敏度确定可以通过调节输入电流值，用高斯计在观察区域测量或使用灵敏度试片确定。此方法可以有效地检测出螺母锻件内外表面及近表面的周向缺陷。当使用直流（DC)电或三相全波整流电时(FWDC)，由于快速断电产生的断电效应，使得螺母端面的磁场方向近乎于径向，使得螺母端面表面及近表面周向缺陷亦得以检出。

（3）、多向磁化原理

在螺母检测时，同时使用周向磁化技术和纵向磁化技术(周向使用AC,轴向使用FWDC或者相反），可得到多向磁化技术。直流（DC)或三相全波整流（FWDC)得到的磁场大小相对保持不变，交流（AC)产生的磁场大小随时间变化，两者的合成磁场是一个不断摆动的摆动磁场。在螺母的内外表面及端面情形均如此。在任意瞬间，螺母不同部位的磁场大小和方向并不相同，这就使在所有可能的方向上显示缺陷迹象。

Claims (4)

1.一种大型螺母锻件磁粉检测装置及检测方法，检测装置是由底座、带支架磁化线圈、芯棒、带手轮转动的双滚轮部件组成，其特征在于：底座（1）固定在磁粉探伤机（31）的上面，带手轮转动的双滚轮部件（4）固定在底座（1）中间，在带手轮转动的双滚轮部件（4）两侧的底座（1）上分别固定有带支架磁化线圈（2），芯棒（3）穿过两个带支架磁化线圈（2）其左端通过连接件（32）与磁粉探伤机（31）连接，其右端通过法兰盘（33）与磁粉探伤机（31）连接，待检测螺母锻件（5）穿在芯棒（3）上并置于两个带支架磁化线圈（2）之间，其下面外表面与带手轮转动的双滚轮部件（4）的两个滚轮可滚动连接；芯棒（3）的两端通过磁粉探伤机（31）上相对应的控制开关与芯棒电源连接，两个带支架磁化线圈（2）内测的两个接线端子（21）相连接，其外侧的两个接线端子（21）通过其磁粉探伤机（31）上相对应的控制开关与磁化线圈电源连接。

2.根据权利要求1所述的大型螺母锻件磁粉检测装置及检测方法，其特征在于：其检测方法是：

（一）表面准备

待检测螺母锻件（5）表面粗糙度应≤6.3μm，将待检测螺母锻件（5）表面用清洗剂祛除油污等；

（二）磁化

    磁化前将八个标准试片ASME2-234用胶带分别贴在待检测螺母锻件（5）的①②③④⑤⑥⑦⑧位置；

    纵向磁化：串联的两个带支架磁化线圈（2）的线圈通交流电，芯棒（3）电流设置为0，通电时间为3秒；

   用高斯计测待检测螺母锻件（5）内外表面的磁场强度；选择30—60高斯之间磁场强度所对应的电流值，约2500A，再次磁化；

   喷磁悬液：磁化同时摇均磁悬液并喷磁悬液至8个试片上；

   磁痕观察：观察区环境可见光照度不大于20lx，借助黑光灯分别观察①②③④⑤⑥⑦⑧位置ASME2-234试片的磁痕显示情况，可以看出，每个试片的近乎周向磁痕均清析可辨；

    周向磁化：芯棒（3）通直流电，两个带支架磁化线圈（2）电流设置为0，通电时间3秒；重复纵向步骤并观察，选择30—60高斯之间磁场强度所对应的电流值，约2500A，再次磁化，每个试片的近乎轴向磁痕、端面近乎径向磁痕均清晰可辨；

    多向磁化：两个带支架磁化线圈（2）通2500A交流电，芯棒（3）通2500A直流电，通电时间3秒；重复周向或纵向步骤并观察，试片圆环磁痕均清晰可辨；

以上磁化亦可以采用纵向直流＋周向交流的方法，其灵敏度效果相同；

（三）退磁、后处理。

3.根据权利要求1所述的大型螺母锻件磁粉检测装置及检测方法，其特征在于：所述的芯棒（3）为硅钢片叠压式，其截面为方形。

4.根据权利要求1所述的大型螺母锻件磁粉检测装置及检测方法，其特征在于：所述的带支架磁化线圈（2）的线圈与芯棒（3）是同心摆放，待检测螺母（5）与芯棒3摆放位置采用偏心放置。