磁粉探伤中旋转磁场的研究与应用

　　1　交流磁场和直流磁场的产生及其特点

　　磁粉探伤中的电流磁化方法是利用通电电流在其附近空间中产生的磁场实现对构件的磁化。按磁化过程中采用电流的性质,可分为直流磁化和交流磁化等。

　　直流磁化时其磁场的大小和方向都是恒定不变的,磁场在构件内部的穿透深度较大,可检深度也相应增加。采用剩磁法检测时,构件中所产生的剩磁不受断电点的影响,操作方便。但该法在构件内部产生的反向磁场较强,会减弱磁化效果。

　　采用交流电流产生的磁场磁化构件时,由于集肤效应使得磁场聚集于构件表层,对于钢来说,当交流电的频率为50 Hz时,钢表面深度约为2.5 mm的范围内电流密度较大,因此使磁场聚集于构件表层,所以会提高构件表层缺陷的检测能力。而且对于变截面构件而言,交流磁化法在变截面处所产生的表面磁场较均匀,不会因为截面改变而产生很大的泄漏磁场。采用连续法检测时,随磁化电流不停改变方向的磁化场有利于磁粉克服颗粒间的粘附和摩擦作用,尽量使得磁粉只在泄漏磁场作用下运动。采用剩磁法检测时,构件剩磁的大小和方向会受到断电点相位的影响,断电点选择不当会使得剩磁很小,所以必须采用相位控制器控制断电点。

　　一个磁场可由其大小和方向表示出来,当两个磁场同时作用时其合磁场符合矢量叠加的平行四边形法则,磁粉探伤中交叉线圈和交叉磁轭形成摆动磁场和旋转磁场等均是利用了磁场的这个叠加原理。

　　2　交流磁轭产生的磁场及其分布

　　2.1　磁化场范围内的磁场方向和大小

　　磁轭法采用的磁轭有永久磁铁和电磁铁两种。磁粉探伤中的磁轭法是用固定式电磁轭两磁极夹住工件进行整体磁化,或用便携式电磁轭两磁极接触工件表面进行局部磁化,用于发现与两磁极连线近于垂直的不连续性。

　　电磁铁磁轭又可按其激励电流分为直流和交流两类。直流电磁轭产生的磁场在构件内均匀分布所以其表面或近表面区域的磁场强度较小,降低了表面缺陷的检出能力。一般厚度>5 mm的构件不宜采用直流磁化。交流电磁轭产生的磁场主要集中于构件的表面和近表面区域,对表面缺陷的检出率较高。

　　当前被广泛使用的交流电磁轭,基本上都采用50 Hz的交流电激磁,有的直接用220 V作为激磁电源,有的为了安全,把电压降低至36 V甚至更低。交流电磁轭有两种,一种是固定式的,一种是便携式的,这里只讨论便携式。

　　磁轭的两个磁极之间磁力线比较密集,且距磁极越近,其磁场强度越高。而磁场强度H的大小,是按照正弦规律变化的,即