交變磁場技術(shù)在工件檢測(cè)中的應(yīng)用

□ 張祥蘭 □ 馬文進(jìn)

1.吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 吉林吉林 132013

2.吉林524廠檢測(cè)中心 吉林吉林 132022

1 檢測(cè)原理分析

如圖1所示，用一交變磁場磁化試件的局部區(qū)域，當(dāng)缺陷進(jìn)入交變磁場內(nèi)，會(huì)在表面產(chǎn)生泄漏磁場梯度異常區(qū)，采用磁敏元件檢測(cè)這些磁場的畸變，就能獲得缺陷信號(hào)［4］。由于試件也是良導(dǎo)體，在交變磁場的感應(yīng)下，試件也將產(chǎn)生感應(yīng)電流，并同時(shí)生成附加的感生磁場與原有的泄漏磁場合成復(fù)合磁場。由于交流電磁場檢測(cè)法傳感器與試件的耦合是以電磁波的方式傳遞，所以它們之間無需像超聲波法要借助耦合劑，可直接穿透非導(dǎo)體涂層、鐵銹、甚至不太厚的不銹鋼覆蓋層。

圖1 交變磁場檢測(cè)法原理

交變磁場檢測(cè)法就是用磁敏元件來收集泄漏復(fù)合磁場畸變，體現(xiàn)出表面裂紋存在和深淺。設(shè)計(jì)好勵(lì)磁器磁路和用高導(dǎo)磁率材料制作磁敏元件聚磁器，可以提高檢測(cè)靈敏度。這是一種快速而準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)裂紋的方法，能對(duì)裂紋作定性和半定量評(píng)估［1］。

吉林524廠生產(chǎn)的某裝置中的沖壓類工件如圖2所示，因制造工藝等原因在工件根部產(chǎn)生裂紋，采用交變磁場技術(shù)方法進(jìn)行檢測(cè)，效果非常好。

圖2 根部產(chǎn)生裂紋的工件

2 檢測(cè)探頭

探頭是在被檢導(dǎo)體表面將磁學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成信號(hào)的磁敏傳感器，它還包含了交流電磁場勵(lì)磁器。導(dǎo)體上施加磁場時(shí)會(huì)出現(xiàn)一種物理現(xiàn)象：隨著磁場的增減，導(dǎo)體的阻值也產(chǎn)生變化，該現(xiàn)象稱磁阻效應(yīng)，利用這種效應(yīng)制成的元件稱為磁敏電阻。金屬和半導(dǎo)體材料都有磁阻效應(yīng)，但半導(dǎo)體材料磁阻效應(yīng)顯著，故目前生產(chǎn)的磁敏電阻都是用半導(dǎo)體材料制成，且易于集成［2］。

過程原理是：無磁場時(shí)，元件電流密度矢量呈直線狀，當(dāng)磁場垂直加在元件表面時(shí)，由于霍爾效應(yīng)，電流密度矢量與電場方向偏離了θ角（霍爾角），電流經(jīng)過的路程就變長了，于是電阻值也就增加了。電阻增加的大小與元件的形狀有關(guān)，即所謂形狀效應(yīng)，如圖3所示。

圖3 磁阻傳感器的工作原理

探頭可以由霍爾元件、磁阻元件或線圈等構(gòu)成，為了提高探測(cè)靈敏度，選擇含有集成放大器的晶片軟封裝器件，有利于檢測(cè)精度提高。

3 對(duì)比試樣制作

用于制作對(duì)比試樣的試件與被探傷工件的公稱尺寸相同，化學(xué)成分、表面狀況及熱處理狀態(tài)相似，即有相似的電磁特性。對(duì)比試樣上在根部開有一處環(huán)向裂紋深0.15 mm，寬0.12 mm，長4 mm；另一處環(huán)向裂紋，深0.35 mm，寬0.12 mm，長6 mm，對(duì)比試樣如圖4所示，對(duì)比試樣根部直徑為16 mm，壁厚4 mm。

圖4 對(duì)比試樣

4 實(shí)際檢測(cè)結(jié)果及分析

工件上無缺陷的部位只產(chǎn)生雜波信號(hào)，1號(hào)裂紋的缺陷波形在幅值上比雜波信號(hào)波形要大 （如圖5所示）。2號(hào)裂紋的缺陷波形在幅值上比1號(hào)裂紋的缺陷波形要大，其形狀明顯與1號(hào)波形不同。可見：1號(hào)裂紋、2號(hào)裂紋的缺陷波形在幅值上和圖形形狀上都可清晰辨出。

圖5 1號(hào)缺陷與2號(hào)缺陷的對(duì)比圖形

5 結(jié)束語

檢測(cè)結(jié)果表明，采用交變磁場技術(shù)對(duì)此種情況下的工件缺陷檢測(cè)是一種非常有效的方法，此方法可有效抑制提離信號(hào)，減小雜波的干擾。被檢測(cè)表面不需處理，不需耦合劑等。此技術(shù)利用平面阻抗圖分析，具有適用性好、檢測(cè)速度快、靈敏度高、測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確等特點(diǎn)。可非常直觀地對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行分析，各種信息很便于區(qū)分。可有效地發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷，完全可應(yīng)用于工程實(shí)際檢測(cè)中，從而提高生產(chǎn)效率。

［1］ 吳前驅(qū).表面無損檢測(cè)［M］.北京：水利電力出版社，1991.

［2］ 任吉林.電磁無損檢測(cè)［M］.北京：航空工業(yè)出版社，1989.