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鋼鍛件閥門(mén)磁粉檢測(cè)工藝方法探討
信息來(lái)源:四川理化計(jì)量無(wú)損檢測(cè)有限責(zé)任公司  ‖  發(fā)稿作者:管理員   ‖  發(fā)布時(shí)間:2015年8月28日  ‖  查看3464次  ‖  

鋼鍛件球閥閥門(mén)磁粉檢測(cè)工藝方法探討

伍曉宏  林云(四川省理化計(jì)量無(wú)損檢測(cè)有限責(zé)任公司   610100)

劉  鵬       (濱特爾閥業(yè)(四川)有限公司  品保部  610225)

  要:文章給出了鋼鍛件成品閥門(mén)磁粉探傷工藝方法優(yōu)化及磁化規(guī)范的制定方法,討論了環(huán)形工件纏繞電纜法有效磁化范圍的確定,及線圈法磁粉檢測(cè)設(shè)備磁化電流與線圈匝數(shù)的關(guān)系。

關(guān)鍵詞:磁粉檢測(cè)、纏繞電纜法、電纜匝數(shù)、磁化電流、有效磁化范圍。

 

一、             引言

 

1.1項(xiàng)目情況

濱特爾閥業(yè)(四川)有限公司生產(chǎn)一批用于緬泰項(xiàng)目的法國(guó)FCT品牌的閥門(mén),材質(zhì)為A105,輸送介質(zhì)為油氣∕水,工作壓力為1.96~9.3MPa,工件溫度為-29~90℃的公稱通徑為2~18″的鋼鍛件球閥閥門(mén),其結(jié)構(gòu)如圖1所示,為一件中體、兩件左右體的三體式結(jié)構(gòu)。

該閥門(mén)坯件是A 105鋼坯模鍛制造,初鍛溫度為1200℃,終鍛溫度為800℃,鍛壓比為4.5。


1 三體式鍛鋼閥門(mén)結(jié)構(gòu)圖

1.2存在的問(wèn)題:

為了防止產(chǎn)品在鍛壓過(guò)程中產(chǎn)生裂紋、折疊、分層等表面缺陷,對(duì)產(chǎn)品使用安全和壽命構(gòu)成危害,客戶要求對(duì)該批鍛件閥門(mén)在成品階段按ASME  V卷《無(wú)損檢測(cè)》進(jìn)行磁粉檢測(cè),按ASME第Ⅷ《壓力容器建造規(guī)程》強(qiáng)制性附錄6、8進(jìn)行表面質(zhì)量評(píng)判驗(yàn)收。

驗(yàn)收條件為:1、不允許任何裂紋和白點(diǎn);2、不允許線性缺陷磁痕顯示;3、不允許≥5mm圓形缺陷顯示;4、同一直線上不允許有≥4個(gè),間距≤1.5mm的圓形缺陷顯示。

由于該批鍛件閥門(mén)具有:檢測(cè)時(shí)機(jī)為精加工成品階段檢驗(yàn),表面粗糙度Ra0.8~12.5μm,工件幾何形狀復(fù)雜,截面厚度變化大,要求對(duì)工件表面100%檢測(cè)等特點(diǎn)。

如果采用磁軛磁化,觸頭磁化或通電法磁化等方式都會(huì)存在檢測(cè)效率低、操作困難、程序繁鎖等問(wèn)題。

在閥門(mén)制造行業(yè)沒(méi)有成熟的可借鑒的磁粉檢測(cè)工藝。為保證檢測(cè)結(jié)果科學(xué)、可靠,我們?cè)噲D從磁粉檢測(cè)工藝規(guī)范試驗(yàn)入手,優(yōu)化制定針對(duì)該批鍛件閥門(mén)的合理的磁粉檢測(cè)工藝。

 

二、             檢測(cè)工藝方法的優(yōu)化選擇

2.1根據(jù)施加磁粉的時(shí)機(jī)選擇:

經(jīng)實(shí)測(cè)該批被檢工件的剩磁強(qiáng)度Br0.1mT,不滿足剩磁法檢測(cè)條件Br0.8T(矯頑力Hc1000A/m)檢測(cè)條件,只適合采用連續(xù)法檢測(cè)。

連續(xù)法的適用范圍:1、形狀復(fù)雜的工件;2、剩磁強(qiáng)度Br0.8T(矯頑力Hc1000A/m)較低的工件;3、檢測(cè)靈敏度要求較高的工件。

連續(xù)法的優(yōu)點(diǎn):1、適用于任何鐵磁性材料;2、具有最高的檢測(cè)靈敏度;3、可用于多向磁化;4、交流磁化不受斷電相位的影響;5、能發(fā)現(xiàn)表面、近表面缺陷;6、適用于干法、濕法檢驗(yàn)。

 

2.2檢測(cè)場(chǎng)地、磁粉、照明條件的選擇:

被檢工件表面光潔度高,如果不能妥善包裝,在運(yùn)輸過(guò)程中存在較大的損傷風(fēng)險(xiǎn),特別是閥門(mén)密封面在長(zhǎng)距離轉(zhuǎn)運(yùn)途中容易造成磕碰損傷,在工廠現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)不需要包裝和也不需要長(zhǎng)距離轉(zhuǎn)運(yùn),減少了轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)也減小了磕碰損傷風(fēng)險(xiǎn)。

被檢工件的表面狀態(tài)為機(jī)加成品狀態(tài),表面粗糙度Ra0.8~12.5μm,選擇濕法磁粉可獲得較高的檢測(cè)靈敏度。

在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件下采用白光照明觀察既容易實(shí)現(xiàn),同時(shí)在金屬光澤的背景下亦能獲得理想的缺陷磁痕顯示,從而滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的檢測(cè)靈敏度。

 

2.3根據(jù)磁化電流類(lèi)型選擇:

該批被檢閥門(mén)的截面厚度在9mm~90mm之間,根據(jù)電流集膚深度的表達(dá)式可知:電流的集膚深度隨電流頻率的增加而減小。

電流集膚深度的表達(dá)式:

f:電流的頻率Hz

σ:電導(dǎo)率

μr:磁導(dǎo)率

如果采用直流電或全波整流電磁化,根據(jù)上式:直流電或整流電的滲入深度較50Hz的交流電大,如用直流電或整流電磁化工件,在相同外加磁場(chǎng)強(qiáng)度下直流電或整流電在被檢表面的電流密度和磁力線密度將大幅度降低。

該批工件的被檢截面厚度≫6mm,即使外加磁場(chǎng)強(qiáng)度足以滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求,即使被檢表面經(jīng)靈敏度試片校驗(yàn)人工缺陷磁痕顯示清晰完整,也會(huì)因?yàn)楸粰z表面磁力線密度的降低而造成表面缺陷的漏檢,而表面缺陷因其危害程度大,在磁粉檢測(cè)中是不允許漏檢的。

采用交流電磁化,由于交流電的趨膚效應(yīng),磁力線主要密集分布在工件表面,對(duì)表面缺陷的檢測(cè)靈敏度高,可保證表面缺陷的可靠檢出。同時(shí)由于50Hz的交流電的脈動(dòng)性,有利于磁粉的流動(dòng),也有利于磁粉受缺陷漏磁場(chǎng)的吸引向缺陷處遷陟,從而形成缺陷磁痕顯示,所以選擇交流電磁化。

綜上所述,該鍛件磁粉檢測(cè)磁化工藝方法應(yīng)選擇:交流電、濕法黑磁粉、連續(xù)法、白光照明條件下觀察檢測(cè)。

 

2.4根據(jù)磁化方法選擇

在磁粉檢測(cè)中為了檢測(cè)出不同方向的缺陷,對(duì)于同一檢測(cè)部位要求至少在約相互垂直的兩個(gè)方向分別磁化一次。對(duì)于環(huán)形或筒形工件而言,為了防止缺陷的漏檢,至少要在軸向(縱向)和周向(環(huán)向)各磁化一次。

常用的縱向磁化方式有:磁軛法、線圈法;

周向磁化方式有:軸向通電法、中心導(dǎo)體法(偏置芯棒法)、觸頭法等;

還有固定式磁粉探傷設(shè)備采用的擺動(dòng)磁場(chǎng)復(fù)合磁化法;以及交叉磁軛旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)復(fù)合磁化方法等。

擺動(dòng)磁場(chǎng)和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)復(fù)合磁化均能一次磁化檢出不同方向的缺陷,檢測(cè)效率最高。

但是,由于受閥門(mén)幾何形狀制約,如果用固定式設(shè)備擺動(dòng)磁場(chǎng)復(fù)合磁化,閥門(mén)中體和左右體都無(wú)法在固定式設(shè)備上妥善固定夾持;而且即使勉強(qiáng)夾持也不容易觀察到流道內(nèi)的缺陷顯示情況;同時(shí),也由于被檢工件的曲率半徑小,曲率大,如果用交叉磁軛旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁化,在工件流道內(nèi)、外表面由于工件曲率的原因,交叉磁軛的滾輪與工件表面呈線接觸,交叉磁軛的磁極與工作表面的空氣隙加大,磁阻增加,導(dǎo)入工件的磁通量減少,有效磁場(chǎng)強(qiáng)度降低,無(wú)法滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。故無(wú)法采用擺磁場(chǎng)或旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)復(fù)合磁化的方式磁化工件。

觸頭法、磁軛法受磁軛最小間距與工件外形尺寸小、曲率大的制約,磁軛不便在工件表面磁化操作;觸頭電極與被檢工件接觸部位磁力線密度大,易產(chǎn)生過(guò)度背景,以及觸頭電極與工件光潔表面不便加力及接觸不良等原因,操作不當(dāng)時(shí)易產(chǎn)生“打火”燒傷成品表面形成電弧坑,“打火”也容易造成工件表面“滲銅”等缺陷;由于工件流道內(nèi)的狹小空間限制,磁軛和觸頭支桿等都不便在流道內(nèi)實(shí)施磁化操作和磁痕觀察。

閥門(mén)的中體、左右體為環(huán)形、筒形結(jié)構(gòu),如圖2所示在外表面采用纏繞電纜法可實(shí)現(xiàn)軸向開(kāi)路磁化,如圖3所示在流道內(nèi)采用纏繞電纜法可實(shí)現(xiàn)周向閉路磁化。

          

2 繞電纜縱向開(kāi)路磁化                     繞電纜周向閉路磁化

結(jié)合上述條件,該鍛件閥門(mén)的磁化方法應(yīng)選擇:纏繞電纜法縱向、周向磁化檢測(cè)為佳。

 

三、             磁化規(guī)范的制定

3.1繞電纜法縱向開(kāi)路磁化

如圖所示對(duì)工件進(jìn)行纏繞電纜法縱向開(kāi)路磁化,柔性線圈與工作緊密貼合,該方法屬高充填因素法,其磁化電流按下式計(jì)算:

I-磁化電流A(該值應(yīng)在所選擇設(shè)備的輸出電流的有效范圍內(nèi))

N-纏繞電纜的匝數(shù)(該值應(yīng)在所選擇設(shè)備的輸出功率的有效范圍內(nèi))

L-工件長(zhǎng)度mm(如有疊加含加長(zhǎng)工件長(zhǎng)度)

當(dāng)L/D02時(shí)為了削弱退磁場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響應(yīng)采用與被檢工件似的工件對(duì)被檢工作加長(zhǎng),這里采用左右體大法蘭與中體相聯(lián)接的對(duì)稱布置的疊加加長(zhǎng)增加長(zhǎng)徑比(L/D0)的方式。

D0-工件有效直徑mm   

D -工件外徑mm

Di-工件內(nèi)徑mm

外加磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)磁場(chǎng)計(jì)實(shí)測(cè)被檢表面切向磁場(chǎng)強(qiáng)度或C型靈敏度試片測(cè)試來(lái)確定。

有效磁化區(qū)域?qū)挾葹榫圈兩端向外延伸150mm Li=150×2=300mm,磁化次數(shù)為N=L/300×(1-10%) ;L表示工件被檢長(zhǎng)度。

(見(jiàn)下表1

3.2繞電纜法周向閉路磁化電流按下式計(jì)算,并以C型靈敏度試片實(shí)測(cè)為準(zhǔn)。

I-磁化電流A

N-繞電纜的匝數(shù)

Li-環(huán)形工件的中心線長(zhǎng)度(m     Li=πDm

Dm-環(huán)形工件的中心線直徑(m

外加磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)磁場(chǎng)計(jì)實(shí)測(cè)被檢表面切向磁場(chǎng)強(qiáng)度或C型靈敏度試片測(cè)試來(lái)確定。

磁化次數(shù)及一次有效磁化區(qū)域?qū)挾扔?span>C型靈敏度試片實(shí)測(cè)來(lái)確定。

(見(jiàn)下表2

四、             磁化檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析

4.1磁化規(guī)范計(jì)算:

以規(guī)格為4吋、14吋球閥中體、左右體及其組合為例,以圖2 方式對(duì)中體、左右體進(jìn)行繞電纜縱向開(kāi)路磁化,以圖3方式對(duì)中體進(jìn)行繞電纜周向閉路磁化。

根據(jù)3.1、3.2經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行磁化規(guī)范計(jì)算可得到表1縱向磁化、表2周向磁化規(guī)范:

1、以1件左右體+1件中體+1件中體+1件左右體的加長(zhǎng)堆疊方式纏繞電纜法縱向磁化時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的磁化規(guī)范

序號(hào)

工件尺寸

mm

工件堆疊長(zhǎng)度

mm

磁化規(guī)范

(安.匝)

1

14吋左右體

416×329×277

1386

4707

2

14吋中體

657×510×416

1386

6545

3

4吋左右體

117×76×181

650

3762

4

4吋中體

268×166×144

650

6869

 

2、以電纜繞在中體內(nèi)周向磁化中體時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的磁化規(guī)范

序號(hào)

工件尺寸

mm

工件長(zhǎng)度

mm

磁化規(guī)范

(安.匝)

1

14吋中體

657×510×416

416

3210

2

4吋中體

268×166×144

144

1583

 

4.2工件切向磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試及靈敏度試片測(cè)試:

檢測(cè)設(shè)備及器材為:CYD-3000型移動(dòng)式磁粉檢測(cè)儀,95mm2銅芯電纜6米,C型靈敏度試片, HT201 Gaussmeter磁強(qiáng)儀,TES-1339R照度計(jì),MT-BO黑油磁懸液。

以圖2 方式對(duì)中體、左右體組合進(jìn)行繞電纜縱向開(kāi)路磁化,以圖3方式對(duì)中體進(jìn)行繞電纜周向閉路磁化。

用HT201 Gaussmeter磁強(qiáng)儀,C型靈敏度試片分別測(cè)試被檢工件表面距離線圈端面50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm350mm、400mm450mm等不同部位的切向磁場(chǎng)強(qiáng)度和靈敏度試片人工缺陷磁痕顯示情況:

3、閥門(mén)中體、左右體及組合線圈法縱向磁化檢測(cè)數(shù)據(jù)表(電纜繞在中體上縱向磁化左右體)

14吋左右體

規(guī)

1700×2

工件加長(zhǎng)堆疊方式

左右體+中體+中體+左右體

縱向磁化長(zhǎng)度

1386mm

離線圈端面距離     mm

50

100

150

200

250

300

350

400

450

磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量切向磁場(chǎng)強(qiáng)度(G

210

121

101

44

10

9

41

/

/

C型試片靈敏度磁痕顯示

K

K

J

J

J

K

L

/

/

 

4吋左右體

規(guī)

1600×2

工件加長(zhǎng)堆疊方式

左右體+中體+中體+左右體

縱向磁化長(zhǎng)度

650mm

離線圈端面距離     mm

50

100

150

200

250

300

350

400

450

磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量切向磁場(chǎng)強(qiáng)度(G

136

119

49

/

/

/

/

/

/

C型試片靈敏度磁痕顯示

J

J

J

/

/

/

/

/

/

備注:J-試片顯示清晰  K-試片顯示不完整不清晰  L-試片不能顯示人工缺陷磁痕

 

4、閥門(mén)中體、左右體及組合線圈法縱向磁化檢測(cè)數(shù)據(jù)表(電纜繞在中體上縱向磁化另一個(gè)中體)

工 件 名 稱

14吋中體

磁 化 規(guī) 范

1700安×2

工件加長(zhǎng)堆疊方式

左右體+中體+中體+左右體

縱向磁化長(zhǎng)度

1386mm

離線圈端面距離     mm

50

100

150

200

250

300

350

400

450

磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量切向磁場(chǎng)強(qiáng)度(G

160

91

57

45

34

30

28

/

/

C型試片靈敏度磁痕顯示

K

K

J

J

J

K

L

/

/

 

工 件 名 稱

4吋中體

磁 化 規(guī) 范

2000安×2

工件加長(zhǎng)堆疊方式

左右體+中體+中體+左右體

縱向磁化長(zhǎng)度

650mm

離線圈端面距離     mm

50

100

150

200

250

300

350

400

450

磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量切向磁場(chǎng)強(qiáng)度(G

159

95

66

63

34

30

28

/

/

C型試片靈敏度磁痕顯示

K

K

J

K

K

K

L

/

/

 

5、閥門(mén)中體線圈法周向磁化檢測(cè)數(shù)據(jù)表

工 件 名 稱

14吋中體

磁 化 規(guī) 范

1600安×2

工件磁化方式

線圈繞在中體內(nèi)周向磁化中體

周向磁化長(zhǎng)度

2060mm

離線圈端面距離     mm

50

100

150

200

250

300

350

400

450

磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量切向磁場(chǎng)強(qiáng)度(G

130

81

58

45

37

30

26

21

17

C型試片靈敏度磁痕顯示

K

K

J

J

J

K

L

/

/

 

工 件 名 稱

4吋中體

磁 化 規(guī) 范

1800安×2

工件磁化方式

線圈繞在中體內(nèi)周向磁化中體

周向磁化長(zhǎng)度

842mm

離線圈端面距離     mm

50

100

150

200

250

300

350

400

450

磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量切向磁場(chǎng)強(qiáng)度(G

209

129

93

72

56

35

12

/

/

C型試片靈敏度磁痕顯示

K

K

K

J

J

J

J

/

/

 

五、             結(jié)論

 

通過(guò)檢測(cè)實(shí)踐和對(duì)表1~ 表5數(shù)據(jù)分析可以得出以下結(jié)論:

⑴、用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的磁化規(guī)范值,經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證基本符合:在有效磁化區(qū)域內(nèi)能獲得清晰的靈敏度試片磁痕顯示。只是有效磁化區(qū)域的寬度值比相關(guān)規(guī)范推薦值(150200mm)要大一些。如果按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的距線圈150200mm范圍內(nèi)靈敏度試片人工缺陷磁痕顯示清晰為度的話,所需的磁化規(guī)范值比用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的磁化規(guī)范值小。應(yīng)該是由于不同鐵磁性材料的磁導(dǎo)率差異造成的磁感應(yīng)強(qiáng)度不同而不同。所以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所得磁化規(guī)范值在檢測(cè)實(shí)施過(guò)程中要以靈敏度試片實(shí)測(cè)為準(zhǔn)是十分必要的。

⑵、靠近線圈部位的工件表面切向磁場(chǎng)強(qiáng)度大,靈敏度試片人工缺陷磁痕顯示并不清晰、完整。應(yīng)該與該部位磁力線密度過(guò)大磁場(chǎng)過(guò)飽和,靈敏度試片上人工缺陷磁痕與背景磁痕的襯度低、對(duì)比度小、靈敏度降低,造成靈敏度試片人工缺陷磁痕顯示不清晰不完整有關(guān)。實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)避免使用過(guò)大的磁化規(guī)范及在靠近線圈端面50mm范圍內(nèi)檢測(cè)與評(píng)價(jià)缺陷。

⑶、環(huán)形工件纏繞電纜法周向閉路磁化是一種磁力線不泄漏的磁化檢測(cè)方式,如果忽略損耗,理論上在該環(huán)形工件表面的切向磁場(chǎng)強(qiáng)度是不變的。但根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知,環(huán)形工件的表面切向磁場(chǎng)強(qiáng)度隨距離線圈的距離增加而呈降低的趨勢(shì)。環(huán)形件周向閉路磁化有效磁化范圍雖然不能保證一次磁化整個(gè)環(huán)形工件,但仍較縱向磁化有效范圍大得多,在檢測(cè)實(shí)踐中,周向閉路磁化的有效磁化范圍仍以靈敏度試片實(shí)測(cè)為準(zhǔn)。

⑷、根據(jù)ASME  V  T-764.1.3施加外加磁場(chǎng)的同時(shí),測(cè)量被檢工件表面的切身磁場(chǎng)強(qiáng)度大小在30~60G3~6mT)、(2.4~4.8KAm-1)范圍內(nèi)時(shí),為恰當(dāng)?shù)耐饧哟艌?chǎng)強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)當(dāng)被檢工件表面的切向磁場(chǎng)強(qiáng)度為30~60G時(shí),均能獲得清晰完整的靈敏度試片人工缺陷磁痕顯示。

⑸、磁粉探傷設(shè)備中的核心部件-變壓器是利用互感原理按低電壓大電流的降壓方式工作的。在變壓器容量、輸出功率一定的情況下,當(dāng)采用輸出電纜作為柔性線圈使用時(shí),電纜的纏繞匝數(shù)與磁化電流成反比,即:隨纏繞電纜匝數(shù)的增加磁探機(jī)輸出有效磁化電流將減小。

⑹、纏繞電纜法可方便實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)內(nèi)外表面的縱向、周向磁化,檢出各個(gè)方向的表面缺陷,檢測(cè)效率高,檢測(cè)結(jié)果可靠;內(nèi)、外表面磁痕觀察條件好,尤其是流道內(nèi)的磁痕顯示目視可達(dá)性好。

 

 

 

參考文獻(xiàn)

[1]《磁粉檢測(cè)》宋志哲  主編.-2.-北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2007

[2] ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)性規(guī)范.V《無(wú)損檢測(cè)》.2004.

 

              
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