电流法检测单相交流电及磁滞迥线与磁化电流对应关系

图5.1-4 单相交流电的波形

1.所使用电流的类型

（1）单相交流电图5.1-4所示为单相交流电的波形，单相交流电流表指示的是电流的平均值（I_d），它与峰值（I_m）的关系是。单相交流电在很多应用中使用很有效，主要优点是：①只需要一个变压器即可将工业电源变为低压高电流的磁化电流，电路简单，价格便宜。②由于电流是交变的，集肤效应的存在使磁化所得磁通多集中于试件表面，这有助于表面缺陷漏磁场的形成，同时也使检测后的退磁变得容易。③所建立的磁场快速转换方向，这种脉动效应可使施加在试件表面的干磁粉产生扰动，增加了磁粉的活动性，更易为缺陷的漏磁场吸引形成强的指示。单相交流电的不足之处在于：在进行剩磁法检测时有剩磁强度不稳定的问题。图5.1-5表示磁滞迥线与试件中磁化电流的对应关系。可以看出，如果试件中单相交流电断在正弦周期的（π/2～π）、（3π/2～2π），试件可得最大剩磁Br，如果断电发生在（0～π/2）、（π～3π/2），则由于铁磁材料的磁滞特性剩磁将变小。例如在图5.1-5的点3处断电，剩余磁感应强度将是B_r′点，而B_r′＜B_r。剩磁大小与断电相位有关，大量试验证明在标准磁化规范下剩磁极弱的情况约占1%～2%，但对于重要的试件，这已是不能容许的了。现已开发出断电相位控制器可供采用。

图5.1-5 磁滞迥线与单相正弦交流电磁化时的对应关系

图5.1-6 单相半波整流电波形（实线部分）

（2）单相半波整流电图5.1-6所示为正弦单相半波整流电的波形，其电流平均值（I_d）、有效值（I）和峰值（I_m）的关系是I_d=I_m/π、I=I_m/2=1.57I_d。对于整流电，电流值常是用测量平均值的电流表指示的。这种电流的优点有：①具有直流电性质，峰值为平均值的3.14倍，可检测距表面较深处的缺陷。②交流分量较大，有利于干磁粉的扰动和迁移，从而有利于缺陷的显现。③由于不存在反方向的磁化场，剩余磁感应强度比较稳定。缺点则是因为电流不能反向而不能用于退磁，而其透入深度较大也使退磁比较困难。

（3）单相全波整流电图5.1-7为正弦单相全波整流电的波形，其电流平均值（I_d）、有效值（I）和峰值（I_m）的关系为。与单相半波整流电相比，这种电流具有电流大，脉动程度小等优点，使用较多，缺点是退磁也较困难。

图5.1-7 单相全波整流电波形（实线部分）

（4）三相全波整流电图5.1-8为正弦三相全波整流电的波形，其电流平均值（I_d）与峰值（I_m）的关系为I_d=3I_m/π。这种电流除具有单相全波整流电的所有优点外，由于电流分别从电源的三相引出，因此电源线负载可较小也较平衡，这就允许在设计时连接一个快速切断电路以改善纵向磁化试件两端横向缺陷的显现（参阅本章1.4.1节第6条）。

图5.1-8 正弦三相全波整流电的波形（实线部分）

图5.1-9 脉冲电流的波形图

（5）脉冲电流图5.1-9为脉冲电流波形图，通常是通过电容器的充、放电而获得的，电流值可达（1～2）×10⁴A。由于脉冲可以按预先确定的时间间隔出现，在接触点由电流引起的发热危险就很小。由于通电时间非常短（单个脉冲的持续时间可短至0.25s），只能用于剩磁法。实验证明，反复通电数次缺陷的检出效果较好。

（6）蓄电池直流电指由蓄电池组产生的直流电，如果电流的峰值相同，与其他类型电流相比，透入试件的深度最大。由于蓄电池需经常充电，使用不便，且退磁更困难，现已很少采用。

2.直接通电法

将试件夹在装置的两电极之间，使电流由电极从试件上直接通过从而在试件中形成周向磁场如图5.1-10所示。电极的设计应使试件既不因受压力过大而造成变形，也不致因接触不良、电阻过大而导致过热或烧伤。可用软铅板或铜网覆盖电极，但要考虑这些金属粘附或渗入试件的可能性，不允许使用锌板。

图5.1-10 直接通电法示意图(www.xing528.com)

3.支杆触头法

笨重的大部件难以夹在电极之间磁化，一般情况下可采用支杆触头法，如图5.1-11所示。优点是：①装置便携，易于对大型构件作现场检测；②对于表面下缺陷，此法的灵敏度优于其他方法，特别是采用半波整流电、干粉连续法时更是如此。局限性是：①所产生的磁场仅适用于支杆触头之间的部分及支杆触头附近，两触头之间相距很少大于300mm，通常只在150mm左右，因此必要时须重新放置触头以对试件所要求检测部位作整个检测；②因两触头之间所出现的外部场的干扰有时可使相关指示难作观测，有时，这会限制所用的电流；③必须特别小心以免烧伤触头下的试件，特别是对w（C）为0.3%～0.4%或以上的钢，在接触点下的热量可令材料产生非常硬的局部斑点从而影响以后的加工作业，由于这种热效应，实际的开裂也时有发生。

图5.1-11 支杆触头法示意图

4.芯棒法（穿棒法）

对于管材或环形件这类内表面与外表面检测同样重要的试件，可将导电芯棒穿入管材或环形件的孔中，使电流从芯棒上通过，以对试件作周向磁化，检测纵向缺陷，如图5.1-12所示。这种试件在直接通电磁化时，内壁处的磁感应强度可为零，而用芯棒法则可同时发现内、外表面的轴向缺陷及两端面的径向缺陷。由于内表面磁感应强度比外表面大，缺陷可显示得更清晰。

图5.1-12 芯棒法检测示意图

图5.1-13表示在同样直径实心芯棒中及其周围，在芯棒材料不同或通以不同类型电流时磁通密度的分布情况。图5.1-14为在铁磁性材料圆筒中通直流电的非铁磁性芯棒的情况。可见在圆筒内表面磁感应强度是最大的。在芯棒被放置得偏离圆筒试件轴线时，靠近芯棒的筒壁中的磁通密度可比远离芯棒的强得多。芯棒的直径与圆筒形试件的内径和壁厚无关，芯棒尺寸考虑的主要是电流的通过能力及易于装卸。

图5.1-13 相同直径实心芯棒中及其周围的磁通密度分布

图5.1-14 在铁磁性材料圆筒件中通直流电的非铁磁性芯棒内及其周围磁通密度的分布

5.线圈法

线圈法是将试件放在通有电流的螺线管中进行磁化的方法，如图5.1-15a所示。对于大型试件不能放入固定的螺线管中时，可在试件外面缠绕电缆，电流从电缆中通过以磁化试件，称为绕线法，如图5.1-15b、图5.1-15c所示。

6.感应电流法和速断磁化法

感应电流提供了在环形件中无需有电接触即可产生周向磁化电流的方法，图5.1-16a为一例。图中插在环形件孔中的层状软铁片可增强总的磁通匝连。感应电流法采用交流电，在试件中感生的电流大小取决于总的磁通匝连数和磁通的变化率，以及在环形试件中与电流通道相关的电阻抗。与此感生电流相关的环形磁场用以显示试件上的圆周形缺陷，如图5.1-16b所示。

感应电流法采用交流电，在可利用剩磁法检测并具有高顽磁性的试件（如大多数轴承环）上也可采用直流电，此时通过快速切断直流电源可在试件中由于磁通量的快速消失而感生一很大的周向单脉冲电流对试件进行磁化，称为速断磁化法。对于利用螺线管进行棒形试件纵向磁化时，速断磁化是不可少的。因为在试件的两端磁力线是发散地垂直于侧面，使端头横向缺陷难以很好显现，电流速断可在垂直于试件纵轴的截面上感生出电流，其磁场正好与横向缺陷构成一定角度，从而将其显示出来。

图5.1-15 线圈法磁化示意图

图5.1-16 环形件的感应电流磁化