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    荧光磁粉探伤法的发展与应用

    发布时间: 2014-04-09  点击次数: 2081次

    荧光磁粉探伤法的发展与应用
    荧光磁粉探伤是无损检测五大常规方法的一种,它是检验铁磁性材料表面或近表面缺陷的一种常用的手段。由于其检测灵敏度高,检测工艺简单、可靠,而被广泛采用磁粉探伤以其使用的磁粉材料分类,可分为普通磁粉探伤和荧光磁粉探伤两种。本文将重点介绍应用荧光磁粉进行探伤的一些体会。
      国内船舶工业企业磁粉探伤主要应用于船用铸、锻件的一些大型部件,如轴毂、舵叶、舵钮等上的一些重要部位,以及重要结构焊缝的表面质量检查。目前,这些企业大多数采用非荧光磁粉的探伤方法。而在国外,几乎所有的钢结构制造企业,都采用荧光磁粉探伤法我国飞机制造业及汽车制造业由于和国外接轨较早,因此,凡需要磁粉探伤的地方也几乎都采用了荧光磁粉探伤法。
      渤海造船厂从1995年为某钢厂制造250t大型转炉炉体开始采用荧光磁粉探伤以来,在实践中积累了大量的经验,证明荧光磁粉探伤法较传统的黑磁粉(或有色非荧光磁粉)探伤有许多优点,值得包括船舶制造企业在内的钢结构制造行业推广。

    1 荧光磁粉探伤法的特点
      荧光磁粉与非荧光磁粉的探伤原理完全相同,即先在被探伤的铁磁性工件上建立一个磁场,当工件表面或近表面材料有不连续缺陷时,会切割工件表面的磁力线,从而形成缺陷部位的漏磁场。这种漏磁场就会吸收颗粒细微的磁粉,形成肉眼可见的磁痕通过观察磁痕是否存在及其分布来确定工件表面(或近表面)有无缺陷和缺陷分布情况,并将其与相关标准规定的界限判断被检工件是否合格,以达到探伤的目的。荧光磁粉是在非荧光磁粉颗粒的外表面均匀涂敷了一层荧光物质制成的,因而荧光磁粉除了要具有良好的磁性和合适的粒度外,还应具有适宜的荧光强度荧光磁粉颗粒中的荧光物质在紫外线灯的照射下,发出黄绿色的荧光。具体而言,紫外线灯(即黑光灯)通电后,发出33O~390nm的长波紫外线,荧光磁粉面的荧光物质,在紫外线灯照射下,产生电子跃迁,从而激发出 5l0~550nm的黄绿色可见光。在磁粉探伤中,被检工件磁化时,如工件表面或近表面存在裂纹、气孔等缺陷,该缺陷处的漏磁场将吸引聚集探伤过程中施加的磁粉,形成磁痕,这种带荧光物质的磁粉在紫外线灯的照射下,激发出对人眼十分敏感的黄绿色可见光,从而达到探伤的目的。


      荧光磁粉探伤法与非荧光磁粉探伤法比较,有如下的特点。
      (1)荧光磁粉探伤法对比率高。由于磁粉探伤主要依据观察缺陷形成的磁痕来判断缺陷的存在与否及其分布严重程度。因此,磁痕与周围背景之间的亮度或颜色差别是十分重要的,这种差别称为对比度。它们对光的反射的相对量称为对比率,其间之差别越大越容易识别。在强光下人跟对光强度的微小区别不敏感但对颜色识别能力很强,而在黑暗中人跟对颜色的识别能力很差,却能看到徽弱的亮光。磁粉探伤时若采用非荧光的黑色磁粉,假定其磁性工件表面喷涂了白色的反光增强剂,认为它是纯白色,从纯白色表面上反射的zui大光强度约为人射白光强度的99,从zui黑的磁痕表面上反射的zui小光强度约为人射白光强度的3。这表明,黑白之间所得到的zui大对比度率为33:l。而实际上这种比值不易得到,有试验表明,黑白对比率通常为9:1,而荧光磁粉显示与不发光的背景之间的对比率却很高,即使在周围环境有微弱的自光存在,这个对比率值仍可达到300;1,在较暗的背景时,对比率高达1000:1。这种对比率的较大差别,使得荧光磁粉探伤具有较高的裂纹俘获效率。
      (2)荧光磁粉探伤法灵敏度高。我们曾作如下试验:采用美国PARKER公司FC800型荧光磁粉配制的油悬液,对ASME标准中工具钢人工缺陷试验环,以中心导体法通以2500A的直流电,可以发现环内部的孔序为8号的横孔(该横孔孔径0.7ram,距外圆表面14.2mm) 而在相同的磁化条件下,用非荧光磁粉法则不能发现8号横孔,这说明了荧光磁粉法灵敏度比非荧光磁粉法灵敏度要高。
      (3)荧光磁粉适合暗处与作业空间狭窄部位的磁粉探伤。由于荧光磁粉探伤法对比率高,适合暗处作业,特别是大型船舶双层底环境中的磁粉探伤作业,以及一些特别狭窄部位的作业。比如某钢厂250t、300t转炉托圈内部结构的四周角焊缝,空间狭小,人眼不易靠近,采用非荧光磁粉探伤时磁痕观察困难,容易使缺陷漏检,但采用了荧光磁粉法检验,由于人眼对暗处的荧光磁粉的黄绿色磁痕十分敏感,观察者不用贴近工件也不会引起缺陷漏检。也可以减轻人眼长期观察的疲劳,降低磁粉探伤人员的劳动强度。
      (4)荧光磁粉探伤法必须使用紫外线灯。由荧光磁粉探伤原理可知,在实施荧光磁粉探伤时必须配备的紫外线灯,这给探伤工作带来一些不便(一般荧光磁粉探伤不适应单人作业)。另外,由于紫外线灯幅射长波紫外线,对人体皮肤及眼晶体有伤害作用,在使用紫外线灯时必须注意光束能直接照射人眼或皮肤。

    黑光探伤灯:
    荧光磁粉探伤,要求紫外线辐射照度,在工件处不低于1000t~W/cm。美国SPECTROLINE生产的SB100系列CF紫外线灯,采用220V、 50Hz、0.8A交流电源,输出紫外线中心波长365nm,可产生宽射束直径12.7cm,且有1665t~W/cm可见光。使用时灯泡前装滤光片,用以增加荧光对比率。紫外线灯有热光源灯和冷光源灯。热光源紫外线灯(如sB一100型)的缺点是在使用过程中意外断电,需要停顿一会后才能再点燃(约 10rain),同时点燃后产生热量多,不宜在小环境中,特别是船舶的双层底内使用,也不宜一次长时间使用,热量过大后灯丝软化,震动会引起灯泡损坏。冷光源灯,点燃后产生热量低,意外断电,再次通电后约]0s可达到zui大输出量。重量轻,输出能量大.适合于各种复杂环境,长时间连续作业。还有种充电电池供电的紫外线灯,可以免去220V交流电源,适用于无电源场合临时检测,但一次充电仅使用lh,不适宜长时间连续作业。
      2.4 照度计
      为确保被检工件表面紫外线辐射照度满足1000~-W/cm要求,必须每季度对紫外线灯辐出度进行定期测定。测试采用DSE一100X照度计及与之配套的 DIX一356可变换传导器。测量时,将传导器放在被测工件表面位置,开启紫外线灯,待稳定后仪器读数屏上显示的数字即为紫外线灯辐出度,其单位为 eW/cm。
      3 荧光磁粉探伤法与非荧光磁粉探伤法的对比试验
      (1)在试件表面贴以42(30/100)试片,两种探伤方法均可以发现试验片的人工缺陷槽。
      (2)分别对14组试棒和试板上的人工缺陷,进行两种探伤方法的试验。结果是,通常情况下荧光磁粉法和非荧光磁粉法灵敏度均能满足要求,但对于一些细小微裂纹,荧光磁粉法灵敏度高于非荧光磁粉法。
      4 荧光磁粉法探伤注意事项
      4.1 磁悬液的浓度
      磁悬液浓度是指每升液态载体中所含的荧光磁粉的克数。配制磁悬液时,必须严格按制造厂给出的配方配制试验证明,荧光磁粉浓度过高或过低,都会使灵敏度明显下降。在实际配制过程中,要避免随意多加荧光磁粉的做法,认为多加些磁粉会提高荧光磁粉探伤灵敏度的想法是完全错误的。喷洒磁粉过程中,磁悬液应经常搅动,使荧光磁粉颗粒始终处于悬浮状态。
      4.2 磁化时间
      采用连续磁化。湿式法时,每次磁化时问以2~3s为宜,磁化时间太短,会影响探伤灵敏度。连续法磁粉探伤必须一边充磁一边喷洒磁悬液,否则会严重影响检测结果。
      4.3 紫外线灯的正确使用
      热光源紫外线灯在通电Stain后,灯泡才处于稳定状态,输出的紫外线辐出度才达到稳定数值,方可用于探伤捡验。灯处于稳定状态下不宜经常开关,否则会降低灯泡寿命,不利于连续工作,一般情况下热光源紫外线灯工作可达到4h。热光源紫外线灯在使用过程中,由于发热,温度较高,不要触摸,在照射工件时应使光束垂直指向工件,以获得zui大的紫外线辐射照度。冷光源紫外线灯,采用塑料外壳,使用时应轻放,由于喷洒磁悬液时,对灯罩有沾污,外表要擦干净。正常情况,冷光源紫外线灯发热低,可以长时间连续作业。
      4.4 安全防护
      使用长波紫外线灯,在无防护条件下,每1000s入射到人眼和皮肤的紫外线幅射照度不应大于l~W/cm,小于1000s时,其幅射照度不应超过 13~W/cm(美国工业卫生管理会发布)。为此,在正常使用时,只要不直接照射人眼或皮肤应该是安全的。但无论在何种情况下,紫外线灯的滤波片必须完整无损,否则,有可能幅射短波紫外线造成严重损害健康。荧光磁粉探伤人员应穿着长袖、无荧光服装,并藏好手套。连续作业人员,应配戴无色紫外线防护目镜(如 LUV-10紫外线防护眼镜)和工作服。
      5 应用实例及结论
      从我们进行了六年的荧光磁粉探伤实践看,荧光磁粉探伤可靠性好,观察磁痕十分方便。我们先后对钢材切割坡口、船体焊缝以及船用铸锻件采用过荧光磁粉探伤产品涉及各种类型,均取得了良好的效果特别是渤海造船厂在制造出口船中,由于焊材选用与工艺的原因,有5万m焊缝急需100进行磁粉探伤复查。于是该厂采用荧光磁粉探伤法(采用冷光源紫外线灯),每天连续工作10h,3人一组,3组同时作业,不到20d就将5万m焊缝全部捡查一遍,并对超标返修的重新检测,确保了产品质量和制造进度。获得了船东及美国船级杜的好评。
      2000年8月某船发生油漆蒸汽爆炸,船东、船捡提出对处于双层底内的压载水舱焊缝进行磁粉探伤复查。由于底舱内结构复杂,无照明,探伤人员只好带手电筒,通过每隔2m左右一档人孔进出,条件十分恶劣但在此漆黑的环境中荧光磁粉探伤的优点得到充分的体现一个人进行充磁、喷洒磁粉,船东或船捡代表用紫外线灯进行观察,只用了4h就将长27m、宽12m 的大压载水舱所有水密舱壁、纵桁。
      以及主要横梁的所有焊缝1OO捡查了一遍。从几年实践看,我们认为荧光磁粉探伤法具有对比度高、观察容易、缺陷显示醒目,灵敏度高等的优点,是捡验铁磁材料表面缺陷的一种好方法,值得在船舶行业加以推广。

     

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