关云峰

(中国第一重型机械股份公司重装技术质量部，黑龙江161042)

大型螺母锻件磁粉检测方法的试验研究

关云峰

(中国第一重型机械股份公司重装技术质量部，黑龙江161042)

介绍了螺母类形状锻件的纵向磁化方法及复合磁化方法，解决了尺寸大，长径比小的主螺母全表面多向磁化问题。

大型螺母锻件；感应磁化；复合磁化

民用核电RPV的主螺母螺锻件，由于其尺寸大，长径比小，用螺管线圈法(将主螺母套入线圈中)无法解决螺母的纵向磁化问题。如笔者所在公司承制的AP1000RPV、重大专项RPV主螺母(尺寸∅280 mm×∅189 mm×204 mm)，即属于此类件。为解决此类件磁化问题，在多次试验的基础上，我们选择了感应纵向磁化法纵向磁化主螺母，采取了纵向感应磁化加中心导体法(复合磁化)解决主螺母全表面多向磁化问题。

1 磁化原理

1.1 纵向磁化原理

根据电磁感应原理，当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中产生感生电流，而感生电流产生感应磁场。感生电流及所产生的感应磁场方向，可以用楞次定律来判断[1]。如图1所示，在线圈1、线圈2中通入交流电，线圈产生的纵向交变磁场在闭合回路(螺母)中的磁通不断发生变化，从而在螺母中产生感生电流进而产生感应磁场。用楞次定律可以判定磁场的方向为纵向(沿螺母的轴向)，故可以检测出螺母内外表面的周向缺陷。由于“快速断电效应”[2]，螺母端面的周向缺陷亦可以检出。

1.2 周向磁化原理

检测螺母表面纵向缺陷，如图1所示。在贯穿主螺母的芯棒中通直流电，用中心导体法检测内外表面纵向缺陷及端面径向缺陷[3]。

图1 主螺母磁粉检测原理图Figure1 Schematic diagram of magnetic particle test for main screw nut

1.3 复合磁化原理

复合磁化检测主螺母内外表面及端面任意方向缺陷，如图1所示。检测时在线圈1、线圈2中通交流电，同时芯棒中通直流电，实现主螺母内外表面及端面任意方向缺陷的磁粉检测。

2 检测辅具参数的设计

2.1 线圈参数设计

线圈直径及线圈匝数的设计原则：由于与螺管线圈法(把螺母套入线圈中)不同，为使线圈不至于遮挡螺母内孔，线圈直径应尽可能小，以方便内孔表面的磁痕观察。线圈匝数在满足磁场强度的前提下应尽可能少，以便减少线圈所占空间。

线圈参数选择：经试验，选择线圈直径为∅230 mm×∅100 mm，每个线圈匝数为4匝。线圈设计见图2(a)。

2.2 芯棒设计

芯棒设计原则：(1)直径应尽可能小，减少占用空间，以利于检测时内孔壁磁痕的观察。(2)芯棒材料磁导率应尽可能高，以便用较小的电流产生足够大的磁场。(3)电阻率适宜，以减少电能消耗。

图2 磁化线圈及芯棒设计尺寸Figure 2 Design size of magnetizing coil and core

芯棒设计参数：经试验，选择了磁导率较高、电阻率适宜的硅钢片作为芯棒材料。为避免涡电流过大时芯棒过热，采用硅钢片叠压式芯棒。芯棒尺寸为45 mm×45 mm×1 200 mm。芯棒设计形状见图2(b)。

线圈和芯棒实物如图3。

3 检测试验及其效果

3.1 材料和设备

(1)设备：SCZQ6000FK磁粉检测仪如图4所示。

(2)磁粉：油基罐装湿法荧光磁粉14AM(美国磁通生产)。

(3)黑光灯：ZB100F。

(4)标准试片：ASME2—234(边长20 mm×20 mm，厚度50 μm，三个圆形槽深分别为20 μm、30 μm、40 μm)。

(5)磁场检测仪：高斯计。

3.2 检测试验布置

检测试验布置如图5。将磁化线圈及芯棒按图1连接方式与磁粉检测仪连接。

3.3 检测工艺

3.3.1 表面准备

螺母表面粗糙度应≤6.3 μm。用清洗剂祛除螺母表面油污等。

3.3.2 磁化

磁化前将8个标准试片ASME2—234用胶带分别贴在图1所示螺母的①～⑧位置。

(1)纵向磁化

线圈1、2分别通以1 000 A、2 000 A、2 500 A交流电，芯棒直流电设置为0，针对每一个电流值，通电时间均为3 s。

图3 线圈、芯棒实物图Figure 3 Picture of coil and core

图4 设备实物图Figure 4 Picture of the equipment

图5 试验布置图Figure 5 Experimental layout

用高斯计分别测出不同电流值时的螺母内外表面的磁场强度。选择3×10-3T～6×10-3T之间磁场强度所对应的电流值，再次磁化。

摇匀磁悬液后，喷磁悬液至8个试片上。

暗区可见光照度不大于20 lx，借助黑光灯分别观察图1所示8个位置ASME2—234试片的磁痕显示情况。

记录图1所示8个试片的三个周向磁痕均清析可辨时的最低电流值(磁场强度应在3×10-3T～6×10-3T之间)。试验得出：电流值2 500 A，磁场强度约为5×10-3T，各部位试片周向磁痕均清晰可辨。

(2)周向磁化

周向磁化按3.3.2(1)方法步骤，芯棒通以1 500 A、2 500 A、2 800 A直流电，线圈1、2电流设置为0，通电时间3 s。

记录试片纵向(端面径向)磁痕均清晰可辨时的电流值。试验得出：电流值2 800 A时，磁场强度约为5×10-3T，各部位试片周向磁痕均清晰可辨。

(3)复合磁化

复合磁化按3.3.2(1)所述方法步骤，线圈1、2通2 500 A交流电，芯棒通2 800 A直流电，通电时间3 s。

记录试片圆环磁痕均清晰可辨时的电流值。试验得出：纵向磁化电流值2 500 A时、周向磁化电流值2 800 A时，各部位试片圆周磁痕均清晰可辨。

3.4 退磁

3.4.1 纵向磁化

工件按充磁时的摆放位置不变。将纵向磁化电流调至2 500 A，周向磁化电流调至0，磁化时间3 s，进行纵向充磁。

3.4.2 超低频电流自动退磁

将低频电流调至1.56 Hz，退磁时间调至0～30 s，进行自动退磁。退磁后用高斯计在螺母端面测试剩磁，以低于3×10-4T为宜。当达不到退磁效果时，可以反复几次退磁，直至达到退磁效果为止。

4 结论

以上试验说明，对于上述螺母类形状及尺寸不大于试验件尺寸的其它螺母工件，本文所述试验方法及实验数据，足以满足磁粉检测灵敏度要求。从而解决了多年来对于螺母类形状锻件磁化效果达不到检测灵敏度要求的技术难题。

[1] 赵凯华，陈熙谋.电磁学[M].(上下册合并本)扫描版[ED2000.COM]，460.

[2] 中国特种设备检验学会.磁粉检测[M].北京:中国劳动社会保障出版社，2008：64.

[3] 同[2]:60.

编辑 李韦萤

Experiment and Research for MT Method of Large-scale Nut Forging

GuanYunFeng

This paper introduces longitudinal magnetization method and resultant magnetization method for screw nut shaped forging and solves the problems of all surface multidirectional magnetization for main screw nut with large size and small length-diameter ratio.

large-scale nut forging; induced magnetization; resultant magnetization

2013—08—15

TG115.28+4

B