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磁粉检测中的快速断路
发布:shadow   时间:2015/5/26 9:57:38   阅读:799 
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快速断路也称为迅速断路或受控断路,是指磁化电流的突然结束或停止。这种电流的断开会在工件中形成一种感应的瞬变(涡流)电流。快速断路过程的功能可以定义为对在感应(线圈)电流中,电磁场消失速度的测量。
 
快速断路发现于20世纪50年代末期,因为当时人们发现当直流电被切断时,导体周围的电磁场强度迅速下降至零。这种快速的能量变化,在该电路中产生了方向相反的电压和电流。这种电磁化端部直流电的突然断裂,在工件中形成了一种感应瞬变电流。这导致当在铁磁材料中使用快速断路时,感应电流将大幅度增加。这增强了工件内部的剩余磁场,从而为我们的检测提供了更好的视野。
 
最初具备快速断路特征的磁粉检测装置是通过断开直流电流线圈电路并牵引一个贯穿整个接触点的圆弧形电流而得到的。这确保了电流值迅速衰减至零从而形成感应瞬态电流。然而,这种技术会导致触点显著的磨损。
 
在随后的模型中(图1),研究人员将可控硅整流器(SCRs)整合于检测设备中,这使得快速断路的实现变得更容易。使用SCR在零电流通过时的关断时间,以及一个次级高压变压器和一个开路电压,研究人员开发出了受控断路。受控断路在目前使用的磁粉检测(MT)设备中,是生成快速断路的主要技术。
 
材料与测试:图1 在工厂中使用的快速断路检测器
图1 在工厂中使用的快速断路检测器
 
在磁粉检测中,快速断路技术是用来在一个工件内产生瞬变电流,从而在纵向磁化棒的端部检测其横向的不连续性。这些类型的不连续性通常因为磁棒两端的强极性而被掩盖。通过使用快速断路技术所得到的瞬态电流,就可以确保磁化棒端部形成稳定的磁场,从而使我们能够对这种横向不连续性进行检测。
 
图2示出了一个纵向磁化的磁棒(Betz,1967)。在图2(a)中,示出的是没有采取快速断路的电磁棒,其两个端点成为磁极,磁通量线的流入流出,几乎与磁棒表面成90度。因此,磁棒的两个端部并没有真正的纵向磁化,同时在这个区域的任何横向显示,可能都不能被可靠地检测出。
 
材料与测试:图2 磁棒内部剩余磁场的产生 (a)慢速断路;(b)快速断路瞬变电流。
图2 磁棒内部剩余磁场的产生
(a)慢速断路;(b)快速断路瞬变电流。
 
在图2(b)中,我们可以注意到当相同的工件以纵向磁化,同时经由快速断路处理而产生的一个瞬变感应电流使得整体电流迅速断开,该瞬态电流流入磁棒内部,从而形成一个近表面的磁场,使得该工件的端部真正的纵向磁化。这使得横向显示被发现于磁棒的端部。
 
在MT中应用的大多数技术或任何其他形式的无损检测中,都存在必须遵循的标准或规范。第一条标准是军用规格,其至今已纳入ASTM国际规范中。所以快速断路技术同样也必须遵守这些规则。ASTM E 1444和ASTM E 709要求对一个具有快速断路功能的磁粉检测设备每六个月进行一次检测(ASTM,2008;ASTM,2012)。如果技术人员将电缆连接并将它们缠绕为一个线圈,那么ASTM标准只要求对其端部进行检测。
 
为了进行这一检测,ASTM允许使用一个示波器或其他由设备制造商指定的适用技术来对一个设备进行检测。早在1970年以前,这些设备是通过一个示波器进行检测的,实际上当时人们也正是通过该示波器来观察到正弦波迅速衰减至零的。然而到了20世纪70年代,磁粉制造商推出了快速断路检测器。这些检测器是非常小的掌上型设备,它们能够给出一个合格/不合格的数据。这种检测器是由一个小灯泡和电感线圈组成的。技术人员会把检测器放在线圈中,如果快速断路起作用了,那么端部的磁力会点亮灯泡。这些仪器在今天仍使用非常频繁,因为对于一台设备快速断路功能的验证来说,它们非常简单易用(图3)。
 
材料与测试:图3 快速断路检测器
图3 快速断路检测器
 
在过去的几年中,研究人员开发出了一些新的速断测试仪,这些测试仪可以给出一个速断值的数字读数。实际上,这些检测器给出的是由快速断路产生的感应电压值。获取实际电压的能力促进了在磁粉检测设备中,一个用于探测和追踪快速断路良好性能或可能的衰退的定量方法的能力。这种定量能力对于那些审核MT设备的技术人员来说,是其在系统流程检查中的首选条件。
 
快速断路除了在上文中提到的磁棒端部横向裂纹中的使用外,在其他的应用程序中也得到使用。但快速断路最主要的一个功能是在感应电流技术中。感应电流技术是一种主要用于环形部件中的非接触MT技术。当然,这就涉及到另一个主题了。当所进行的检测使用支杆触头或磁轭时,快速断路的方法就无法适用了,因为这个时候试验样品是作为磁路的一个部分。
 
快速断路磁化技术的另一个应用,是当我们处理那些能够产生较高的内部磁通密度的结构变化的工件,这些变化能够产生一个磁痕显示的外部磁极时。这类结构改变的实例是在工件的内齿槽、键槽或孔洞中。这些非关联显示类型的问题是,它们可能会掩盖一个关联的显示。而快速断路的方法即使不能完全解决这一问题,仍有助于最小化结构变化对显示所带来的影响。
 
快速断路技术对那些由黑色金属制成的具有高保持力的工件的检测带来许多的益处。在这些材料中产生的磁场,受到快速断路过程的影响后,会产生一个非常强的剩余磁场。如果利用剩磁技术进行MT,那么这些剩余磁场则成为了快速断路的受益者。关于这方面应用中的一个案例是对轴承座圈的检测。
 
最后,我们需要注意的一些事情是:首先,快速断路只适用于三相全波直流电的检测设备中。第二,通常来说,仅在这些设备的线圈上进行测试,除非电缆连接至顶部,同时被卷成一个线圈。第三,快速断路主要的用途是,使我们能够在已经纵向磁化的工件端部发现横向不连续性。最后,快速断路可以视为是感应电流装置的一项功能。
 
致谢:图1和图3是由美国磁通公司所提供的。
 
原文出处:《The NDT Technician》第13卷第1期

作者:Brenda Collins和Chuck EICK


来源:材料与测试
译者:兔子小光
 
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