CN106093183A - 一种提高磁轭法磁粉检测灵敏度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高磁轭法磁粉检测灵敏度方法，包括以下步骤：1）按照比例配制专用导磁胶；2）根据被检曲面工件的尺寸和形状以及磁极的尺寸计算磁靴的理论尺寸与实际尺寸；3）用薄纸板制作纸质根据被检工件曲面的形状制作固化模具；4）完成磁靴固化；5）实施检测。本发明通过在磁轭磁极末端固化弹性导磁靴，来降增加曲面工件与磁极间的有效接触面积以及补偿接触部位的表面粗糙度，从而降低磁阻、增加磁通量，来提高检验灵敏度。本发明具有成本低，操作简单的优点。

Description

一种提高磁轭法磁粉检测灵敏度方法
技术领域
本发明涉及一种提高曲面工件磁轭法磁粉检测灵敏度的方法，属于无损检测领域。
背景技术
对于电力、化工等行业的压力容器、集箱等部件的铁磁性管座角焊缝，一般应采用磁轭法磁粉检测进行表面及近表面缺陷的检验，如图1所示。磁轭法磁粉检测时，被检工件的形状尺寸以及表面粗糙度对磁粉检测灵敏度具有很大的影响，这是由于工件曲率的大小影响磁极与工件表面的接触状况，从而对检测灵敏度产生影响。
平面工件的磁轭法磁粉检测时，磁极与工件之间为面接触，磁力线能均匀的进入工件；而对于圆柱形或球形曲面工件而言，磁极与工件之间为线接触或点接触（如图2所示），磁极上未与工件紧密接触部位的磁力线不能直接进入工件，而是要先经过空气再进入工件，由于空气的磁阻率远大于磁极磁阻根据磁路定理（式2），此时进入工件的磁通量将大大降低，从而降低检验灵敏度。
Φ=NI/（Rm1+Rm2） 式2
式中 NI——磁动势
Rm1——磁极磁阻
Rm1——磁路经过的其它介质磁阻（空气、涂层等）
磁极与工件的非均匀接触导致磁场发生畸变，也会导致检验灵敏度降低。
此外，在磁极与工件接触部位处的工件的表面粗糙的也会对检验灵敏度产生影响，细致的工件表面比粗糙的工件表面具有更大的有效接触面积以及更小的接触间隙。这也正是NB/T47013.4等标准规范对磁轭法磁粉磁粉检测时对工件表面粗糙度以及磁极与试件表面间隙做出规定的原因之一。
发明内容
本发明的目的是一种提高曲面工件磁轭法磁粉检测灵敏度的方法，通过在磁轭磁极末端固化弹性导磁靴，来降增加曲面工件与磁极间的有效接触面积以及补偿接触部位的表面粗糙度，从而降低磁阻、增加磁通量，来提高检验灵敏度。
本发明采用如下步骤的技术方案：
1）按照比例配制专用导磁胶：粘接剂、固化剂、增韧剂以及导磁填料按照质量百分比(10%~20%)：(2%~6%)：(1%~4%)：(70%~80%)的比例进行配置；
本发明专利采用的导磁胶包括但不限于以上配方，其配方至少应包含粘接剂、固化剂、增韧剂以及导磁填料，配置比例的确定应基于以下因素的考虑：
（1）固化形成的弹性磁靴为不规则的形状，不同厚度处固化收缩应力不同；
（2）导磁胶不需太强的粘接能力，但需要尽可能高的磁导率，故在保证磁靴强韧性的前提下，应尽量提高导磁填料的比例；
（3）固化形成的磁靴在工作时只承受磁极与工件间的循环压应力，故应适当调高增韧剂比例。
2）根据被检曲面工件的尺寸和形状以及磁极的尺寸计算磁靴的理论尺寸与实际尺寸；
根据磁阻定理（式1），磁靴的厚度越小、磁靴与曲面工件接触的面积越大，则磁阻越小，但出于磁靴的强韧性以及导磁填料的颗粒直径考虑，磁靴中心处的厚度尺寸T0（最薄部位）应为1—2mm；磁靴弧面的理论尺寸D0即为曲面（柱面、球面）工件的外形尺寸D，磁靴的理论宽度尺寸A0即为磁极的尺寸A。
R=L/(μs) 式1
式中 L为磁阻元件长度；
μ为磁阻元件磁导率；
s为磁阻元件面积
由于在实际应用过程中，磁靴在磁极与工件间的压应力下会发生侧向膨胀变形，因此，自然状态下磁靴的实际弧面外形尺寸D0实际应在理论值的基础上进行修正，修正系数取η1=0.95；考虑膨胀变形以及浇注成型的需要，磁靴的实际宽度尺寸A0实际可根据磁极的尺寸A进行修正，修正系数1.1~1.2；磁靴中心处的厚度尺寸T0可取理论值。
当被检工件为集箱或筒形压力容器上的管-管角焊缝时，则在确定大直径管侧（筒体侧）磁靴尺寸D0时，应在最大曲率半径和最小曲率半径间取平均值。
3）根据被检工件曲面的形状制作固化模具；
根据磁靴的实际形状尺寸，并考虑到固化时的收缩（粘结剂质量百分比为15%左右时，收缩率一般为4%），应根据磁靴的实际尺寸进行修正，修正系数取η2=1/（1-4%）=1.04。考虑到尺寸误差、η1与η2乘积约为1以及可操作性，可直接根据被检工件的曲面形状尺寸制作模具，即在实际制作时以工件作为模具底面；刚性磁极嵌入磁靴的深度K取0.5~2倍的磁极尺寸A即可。
以边长为A的方形刚性磁极检测外径为D的管座-平板角焊缝为例，确定管侧磁靴的尺寸：
T0实际=T0=1mm；
D0实际=D；
A0实际=A*1.1；
K=A。
4）将磁轭的磁极置于模具内，使磁极端面中心与模具水平面中心重合，并使磁极端面水平高度距模具曲面中心高度为T0=1mm~2mm，在模具内浇注导磁胶，导磁胶在模具内固化后，在磁极上形成弹性磁靴；用水浸泡、软化、去除模具，磁靴固化完成；
5）实施检测。
进一步地，以E-44环氧树脂作为粘结剂，以105缩胺作为固化剂，以液体端羧基丁腈作为增韧剂，以1um羧基铁粉作为导磁填料。
进一步地，采用的模具材料包括纸质但不限于纸质，还包括塑料或金属。
本发明的有益效果：
本发明通过在磁轭磁极末端固化弹性导磁靴，来降增加曲面工件与磁极间的有效接触面积以及补偿接触部位的表面粗糙度，从而降低磁阻、增加磁通量，来提高检验灵敏度。本发明具有成本低，操作简单的优点。
附图说明
图1为本发明检测原理整体示意图；
图2为本发明检测原理磁极接触示意图；
图3为常规检测时磁极接触示意图；
在附图中：1-曲面工件、2-磁极、3-弹性导磁层或弹性磁靴、4-待检焊缝区、5-磁轭、6-平面工件、7-空气间隙、T0-磁靴中心处的厚度尺寸、A0-磁靴的理论宽度尺寸、A-磁极的尺寸、K-刚性磁极嵌入磁靴的深度。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明的技术原理：
本发明通过在磁极末端固化一层弹性导磁层，即弹性磁靴，来提高曲面工件磁轭法磁粉检测灵敏度，其技术原理基于三方面：
1）采用专门配置的导磁胶在刚性磁极2上固化，使刚性磁极2末端形成一个与曲面工件1形状相吻合的弹性磁靴，相当于以弹性磁靴3填入了刚性磁极2与曲面工件1间的空气间隙7，由于导磁胶固化形成的弹性磁靴3的磁阻率远小于空气间隙7的磁阻率，根据磁路定理（式2），整个磁路磁阻将有效的减小，进入工件的磁通量将有效增大，使检测灵敏度得到有效提高。
2）在刚性磁极2与工件1间产生的磁力的作用下，刚性磁极2末端的弹性磁靴3将发生弹性变形，使工件1与磁极2间的有效接触面积达到最大，磁力线能更均匀的进入工件1，与刚性磁极2与曲面工件1直接接触时相比（如图2），减弱了磁场畸变，从而使检测灵敏度得到有效提高。
3）在弹性磁靴3的作用下，刚性磁极2与曲面工件1之间的微观表面凹凸被完全弥补，相当于表面粗糙度几乎为零，从而检测灵敏度得到提高。
一种提高磁轭法磁粉检测灵敏度方法，主要包括以下步骤：
1）按照比例配制专用导磁胶：以E-44环氧树脂作为粘结剂、以105缩胺作为固化剂、以液体端羧基丁腈作为增韧剂、以1um羧基铁粉作为导磁填料，按照质量百分比(15%：3%：2%：80%)的比例进行配置；
本发明专利采用的导磁胶包括但不限于以上配方，其配方至少应包含粘接剂、固化剂、增韧剂以及导磁填料，配置比例的确定应基于以下因素的考虑：
（1）固化形成的弹性磁靴为不规则的形状，不同厚度处固化收缩应力不同；
（2）导磁胶不需太强的粘接能力，但需要尽可能高的磁导率，故在保证磁靴强韧性的前提下，应尽量提高导磁填料的比例；
（3）固化形成的磁靴在工作时只承受磁极与工件间的循环压应力，故应适当调高增韧剂比例。
2）根据被检曲面工件的尺寸和形状以及磁极的尺寸计算磁靴的理论尺寸与实际尺寸；
根据磁阻定理（式1），磁靴的厚度越小、磁靴与曲面工件接触的面积越大，则磁阻越小，但出于磁靴的强韧性以及导磁填料的颗粒直径考虑，磁靴中心处的厚度尺寸T0（最薄部位）应为1—2mm；磁靴弧面的理论尺寸D0即为曲面（柱面、球面）工件的外形尺寸D确定，磁靴的理论宽度尺寸A0即为磁极的尺寸A。
R=L/(μs) 式1
式中 L为磁阻元件长度；
μ为磁阻元件磁导率；
s为磁阻元件面积；
由于在实际应用过程中，磁靴在磁极与工件间的压应力下会发生侧向膨胀变形，因此，自然状态下磁靴的实际弧面外形尺寸D0实际应在理论值的基础上进行修正，修正系数取η1=0.95；考虑膨胀变形以及浇注成型的需要，磁靴的实际宽度尺寸A0实际可根据磁极的尺寸A进行修正，修正系数1.1~1.2；磁靴中心处的厚度尺寸T0可取理论值。
当被检工件为集箱或筒形压力容器上的管-管角焊缝时，则在确定大直径管侧（筒体侧）磁靴尺寸D0时，应在最大曲率半径和最小曲率半径间取平均值。
3）用薄纸板制作纸质根据被检工件曲面的形状制作固化模具；
根据磁靴的实际形状尺寸，并考虑到固化时的收缩（粘结剂组分为15%左右时，收缩率一般为4%），应根据磁靴的实际尺寸进行修正，修正系数取η2=1/（1-4%）=1.04。考虑到尺寸误差、η1与η2乘积约为1以及可操作性，可直接根据被检工件的曲面形状尺寸制作模具，即在实际制作时以工件作为模具底面；刚性磁极嵌入磁靴的深度K取0.5~2倍的磁极尺寸A即可。
本发明专利采用的模具材料包括纸质但不限于纸质，但应以来源广泛、易于去除为原则。
以边长为A（25mm）的方形刚性磁极检测外径为D（89mm）的管座-平板角焊缝为例，确定管侧磁靴的尺寸：
T0实际=T0=1mm；
D0实际=D=89mm；
A0实际=A*1.1=27.5mm；
K≈A=25mm。
4）将磁轭的磁极置于模具内，使磁极端面中心与模具水平面中心重合，并使磁极端面水平高度距模具曲面中心高度为T0=1mm~2mm，在模具内浇注导磁胶，导磁胶在模具内固化后，在磁极上形成弹性磁靴；用水浸泡、软化、去除纸质模具，磁靴固化完成；
5）按照工艺要求进行灵敏度验证，并实施检测。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种提高磁轭法磁粉检测灵敏度方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照比例配制专用导磁胶：粘接剂、固化剂、增韧剂以及导磁填料按照质量百分比(10%~20%)：(2%~6%)：(1%~4%)：(70%~80%)的比例进行配置；
2）根据被检曲面工件的尺寸和形状以及磁极的尺寸计算磁靴的理论尺寸与实际尺寸；
根据磁阻定理（式1），磁靴中心处的厚度尺寸T0（最薄部位）为1—2mm；磁靴弧面的理论尺寸D0即为曲面（柱面、球面）工件的外形尺寸D，磁靴的理论宽度尺寸A0即为磁极的尺寸A；
R=L/(μs) 式1
式中 L为磁阻元件长度；
μ为磁阻元件磁导率；
s为磁阻元件面积；
自然状态下磁靴的实际弧面外形尺寸D0实际应在理论值的基础上进行修正，修正系数取η1=0.95；考虑膨胀变形以及浇注成型的需要，磁靴的实际宽度尺寸A0实际可根据磁极的尺寸A进行修正，修正系数1.1~1.2；磁靴中心处的厚度尺寸T0可取理论值；当被检工件为集箱或筒形压力容器上的管-管角焊缝时，则在确定大直径管侧（筒体侧）磁靴尺寸D0时，应在最大曲率半径和最小曲率半径间取平均值；
3）根据被检工件曲面的形状制作固化模具；
4）将磁轭的磁极置于模具内，使磁极端面中心与模具水平面中心重合，并使磁极端面水平高度距模具曲面中心高度为T0=1mm~2mm，在模具内浇注导磁胶，导磁胶在模具内固化后，在磁极上形成弹性磁靴；用水浸泡、软化、去除模具，磁靴固化完成；
5）实施检测。
2.根据权利要求1所述的一种提高磁轭法磁粉检测灵敏度方法，其特征在于，以E-44环氧树脂作为粘结剂，以105缩胺作为固化剂，以液体端羧基丁腈作为增韧剂，以1um羧基铁粉作为导磁填料。
3.根据权利要求1所述的一种提高磁轭法磁粉检测灵敏度方法，其特征在于，采用的模具材料包括纸质但不限于纸质，还包括塑料和金属。
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