反差增強劑厚度對磁粉檢測缺陷檢出率的影響

王玉雄,譚云華,吳志波,謝 進,郝春霞

(東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司，自貢 643000)

磁粉檢測是以微粒狀鐵磁性材料,即磁粉作為磁場感應器，利用其聚集形成的磁痕來顯示磁化工件表面或近表面不連續(xù)的位置、大小、形狀和嚴重程度的一種無損檢測方法。該方法廣泛應用于鐵磁性金屬原材料、零部件、結構件、焊接件等的質(zhì)量檢測和質(zhì)量控制中。因其對表面或近表面缺陷的檢出率高、缺陷顯示直觀、操作簡便、檢測成本低、檢測速度快，故成為鐵磁性材料表面或近表面缺陷檢測的主要方法。

磁粉檢測原理[1]為：鐵磁性材料在外加磁場的激勵下，會在內(nèi)部產(chǎn)生很強的磁感應強度；如果被檢鐵磁性材料表面或近表面存在不連續(xù)，則磁力線會在不連續(xù)處發(fā)生局部畸變而泄漏，泄漏的磁力線具有很強的磁粉吸附能力，在不連續(xù)處形成對應的不連續(xù)磁痕顯示。

如果工件表面顏色與磁粉顏色對比度較差，會使磁痕顯示難以識別，從而造成漏檢。故，為了提高缺陷磁痕與工件表面顏色的對比度，提高缺陷的檢出率，實施磁粉檢測前可在工件表面噴涂一層白色的反差增強劑，干燥后再對工件進行磁粉檢測。

雖然噴涂反差增強劑提高了觀察對比度，但噴涂的反差增強劑太厚會對缺陷的檢出率產(chǎn)生一定影響。為了確保較高的反差對比度，且不因為反差增強劑厚度太厚而影響缺陷檢出率，筆者進行了試驗，來分析反差增強劑厚度對缺陷檢出率的影響。

1 涂層對磁粉檢測影響的機理

涂層厚度的增加會使漏磁場的形狀和大小發(fā)生顯著變化。在一定范圍內(nèi)，缺陷形成的最大漏磁場強度與覆層厚度成反比，即隨著覆層厚度的增加，漏磁場感應強度將急劇下降，漏磁場作用在磁粉上的力減小，從而導致磁粉檢驗靈敏度下降。但如果將被檢件的覆層厚度控制在一定范圍內(nèi)，則既能提高工件表面顏色與磁粉顏色的對比度，又能保證檢測靈敏度。

2 試驗過程和試驗結果

2.1 試件的設計與制作

NB/T 47013.4-2015 《承壓設備無損檢測 第4部分：磁粉檢測》規(guī)定交流磁軛至少應有45 N的提升力；ASME 《鍋爐及壓力容器建造規(guī)則》規(guī)定交流磁軛至少應有4.5 kg的提升力。

選用20鋼鍛件，加工外形尺寸為300 mm×60 mm×34 mm(長×寬×高)的長方體試塊，試塊質(zhì)量略大于4.5 kg。制成的試塊可用于缺陷的檢測深度測試和交流磁軛法提升力測試。其中，提升力是指磁軛在磁極間距最大時對鐵磁性材料的吸引力，且提升力隨著磁極間距的減小而增大，當提升力要求不小于45 N時，即需要保證磁軛能對試塊施加的吸引力不小于45 N，也就是說當磁軛能夠?qū)①|(zhì)量不小于4.6 kg(重力系數(shù)取9.8 N·kg-1時)的試塊吸起時，便能保證磁軛的提升力不小于45 N。

圖1 模擬裂紋缺陷試塊結構示意

圖2 模擬條渣缺陷試塊結構示意

模擬裂紋試塊，條渣試塊(見圖1，2)的制作步驟為：首先在試塊長度方向中部位置，離上表面6.5 mm處加工條形通孔，條形通孔的延伸方向垂直于試塊的前后側(cè)面，直徑為1 mm，條形通孔貫穿于試塊的前后側(cè)面，即條形通孔的長度為60 mm；然后通過在條形通孔內(nèi)穿絲加工出條形槽體，條形槽體的寬度分別為0.1，0.5 mm，高度為3.0 mm，長度也為60 mm；再在試塊上表面銑出檢測面，使條形槽體到檢測面的距離從0連續(xù)變化到3.0 mm，即埋藏缺陷深度的最大值為3.0 mm。

圖3 模擬條孔缺陷試塊結構示意

模擬條孔試塊(見圖3)的制作步驟為：首先在試塊長度方向中部位置，離上表面6.5 mm處加工條形通孔，條形通孔的延伸方向垂直于試塊的前后側(cè)面，直徑為1 mm，然后在試塊上表面銑出檢測面，使條形槽體到檢測面的距離從0連續(xù)變化到3.0 mm，即埋藏缺陷深度的最大值為3.0 mm。

2.2 試驗條件

(1) 檢測設備：MP-100交流磁軛探傷機，交流電提升力大于45 N；

(2) 磁懸液：型號為SMT，沉淀濃度為1.2{|2.4 mL/100 mL；

(3) 反差增強劑：FA-5型增強劑；

(4) 靈敏度試片：A1-15/100型試片；

(5) 環(huán)境條件：檢測表面光照度大于1 000 Lx。

圖4 試驗設備及器材實物

2.3 試驗方法

試驗時磁間距采用固定值150 mm，先將磁軛放在試塊上面，磁化后提起試塊驗證設備的提升力；然后將磁懸液噴在試塊表面進行水斷試驗，來驗證磁懸液的潤濕能力，再在試塊表面用A1-15/100試片測試靈敏度，驗證儀器和磁懸液是否符合要求。再在試塊表面噴涂不同厚度的反差增強劑[2]，用測厚儀測量試塊表面不同厚度反差增強劑的厚度并記錄，然后進行磁粉檢測，記錄試塊上缺陷的顯示長度，根據(jù)相似三角形的原理計算得出缺陷的埋藏深度H，如式(1)所示。

H=3l/60

(1)

式中：H為缺陷顯示深度，mm；l為缺陷顯示長度，mm。

例：當顯示如圖5所示，缺陷顯示長度為20 mm時，代入式(1)，得到H為1 mm。

圖5 缺陷顯示圖例

2.4 試驗結果及缺陷深度

得到的試驗結果如表1所示。

從表1可看出，在未施加反差增強劑，且缺陷尖端寬度為0.1 mm時，檢測的缺陷深度可以達到1.2 mm；當缺陷尖端寬度為0.5 mm時，檢測的缺陷深度可以達到1.05 mm；當條狀缺陷尖端(形狀)為φ1 mm圓柱形時，缺陷的檢測深度只有0.7 mm。

表1 反差增強劑厚度影響試驗結果

當反差增強劑厚度小于11 μm時，其對缺陷的檢出率幾乎無影響；當反差增強劑厚度達到22 μm時，檢測缺陷深度逐漸減小；當反差增強劑厚度為38 μm時，尖端寬度為0.1 mm的模擬裂紋缺陷的檢測深度為未噴涂反差增強劑時的87.5%，尖端寬度為0.5 mm的模擬條渣缺陷的檢測深度為未噴涂反差增強劑時的90%，而尖端為φ1 mm的模擬條孔缺陷的檢測深度為未噴涂反差增強劑時的92%。當反差增強劑厚度為122 μm時，尖端寬度為0.1 mm的模擬裂紋缺陷的檢測深度為未噴涂反差增強劑時的70.8%，尖端寬度為0.5 mm的模擬條渣缺陷的檢測深度為未噴涂反差增強劑時的71.4%；尖端為φ1 mm的模擬條孔缺陷的檢測深度為未噴涂反差增強劑時的71.4%。

當反差增強劑厚度為223 μm時，尖端為φ1 mm的模擬條孔缺陷磁痕顯示變得模糊；當反差增強劑厚度為544 μm時，寬度為0.5 mm的模擬條渣缺陷磁痕顯示變得模糊；當反差增強劑厚度為646 μm時，寬度為0.1 mm的模擬裂紋缺陷磁痕顯示變得模糊。

當反差增強劑厚度為544 μm時，尖端為φ1 mm的模擬條孔缺陷磁粉不能檢出；當反差增強劑厚度為646 μm時，寬度為0.5 mm的模擬條渣缺陷磁粉不能檢出；當反差增強劑厚度為708 μm時，寬度為0.1 mm的模擬裂紋缺陷磁粉不能檢出。

3 結語

(1) 未施加反差增強劑時，對于埋藏的條狀缺陷，靠近檢測面的缺陷越尖銳，檢測深度越深;靠近檢測面的缺陷越圓滑，檢測深度越淺。

(2) 不同厚度的反差增強劑對磁粉檢測會造成不同程度的影響。在檢測工件表面僅施加一層反差增強劑(約11 μm)時，反差增強劑厚度對缺陷的檢出影響較小。靠近檢測面的缺陷越尖銳，施加反差增強劑的厚度對埋藏缺陷的檢出影響越大。

(3) 埋藏缺陷尖端越圓滑，表面噴涂的反差劑越厚，磁粉越不易檢出。