磁粉檢測(cè)試片的主要功能之一是檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證;有些研究試驗(yàn)利用試片中的圓形缺陷槽進(jìn)行1次磁化有效檢出缺陷角度范圍的測(cè)算，進(jìn)而計(jì)算最少磁化次數(shù)以避免漏檢。
目前國(guó)內(nèi)外主要通用的磁粉檢測(cè)試片中的缺陷槽有線(xiàn)性缺陷槽(本文將一字型缺陷槽、十字型缺陷槽均視為線(xiàn)性缺陷槽)、圓形缺陷槽兩類(lèi)。
技術(shù)人員使用單磁化方向磁粉探傷機(jī)時(shí)，國(guó)內(nèi)外主要磁粉檢測(cè)試片的缺陷槽進(jìn)行檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證的有效性、測(cè)量一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍進(jìn)而計(jì)算最少磁化次數(shù)的可行性、實(shí)際檢測(cè)中試片的可用性等問(wèn)題進(jìn)行分析;同時(shí)針對(duì)現(xiàn)行試片存在的檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證有效性不足、實(shí)際檢測(cè)工作中難以進(jìn)行最少磁化次數(shù)測(cè)算等問(wèn)題，提出一種多角度缺陷槽磁粉檢測(cè)試片。
一、線(xiàn)性缺陷槽驗(yàn)證檢測(cè)靈敏度
用現(xiàn)行試片的線(xiàn)性缺陷槽驗(yàn)證檢測(cè)靈敏度時(shí)，一般根據(jù)磁化后與磁場(chǎng)磁化方向相垂直的線(xiàn)性缺陷槽是否顯示磁痕，來(lái)確認(rèn)檢測(cè)靈敏度是否滿(mǎn)足要求。而試片磁化后缺陷槽是否顯示磁痕，很大程度上受缺陷槽與磁化方向之間的夾角的影響。
磁場(chǎng)內(nèi)磁化方向和缺陷槽之間的夾角α與線(xiàn)性缺陷檢出率之間的關(guān)系如圖1所示，GB/T 26951—2011和ISO 17638:2003用圖1來(lái)說(shuō)明磁場(chǎng)內(nèi)線(xiàn)性缺陷檢出率與此夾角之間的關(guān)系：當(dāng)磁化方向與線(xiàn)性缺陷所在方向相互垂直即相互之間的夾角為90°時(shí)，檢測(cè)靈敏度最高;隨著夾角由90°逐漸減小，檢測(cè)靈敏度也逐漸降低。
圖1 磁化方向和缺陷槽間的夾角α與線(xiàn)性缺陷檢出率之間的關(guān)系
αi為磁化方向和缺陷槽之間所形成的夾角;αmin為部分磁粉檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中α的最小值，取30°;1表示磁化方向;2表示最佳靈敏度;3表示靈敏度降低;4表示靈敏度不足(αmin僅是α的特例之一，αi是α的示例)
因此，當(dāng)與磁化方向相垂直的試片缺陷槽磁化后顯示磁痕，是否就認(rèn)為與磁化方向呈不同夾角的同樣缺陷也都能檢出(或與磁化方向呈不同夾角的缺陷槽檢測(cè)靈敏度也滿(mǎn)足要求)的問(wèn)題有待證明。
目前磁粉檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的一般做法是在磁場(chǎng)強(qiáng)度滿(mǎn)足要求的前提下，對(duì)磁化次數(shù)進(jìn)行規(guī)定。這種規(guī)定認(rèn)為，使與磁化方向相垂直的缺陷槽磁化后顯示磁痕(即磁場(chǎng)強(qiáng)度滿(mǎn)足要求)時(shí)，進(jìn)行規(guī)定次數(shù)的磁化，就能確保一個(gè)平面檢測(cè)區(qū)域內(nèi)所有角度朝向上的檢測(cè)靈敏度都滿(mǎn)足要求。
GB/T 15822.1—2005和ISO 9934-1:2001提到“在某一表面上進(jìn)行兩次相互垂直的磁化可完成對(duì)該表面的完全覆蓋”;GB/T 26951—2011和ISO 17638:2003提到“為確保檢測(cè)出所有方向上的缺陷，焊縫應(yīng)在最大偏差角為30°的兩個(gè)近似垂直的方向上進(jìn)行磁化”;GJB 2028A—2007和NB/T 47013.4—2015的規(guī)定基本一致，要求應(yīng)至少對(duì)制件在兩個(gè)相互近似垂直的方向上進(jìn)行磁化。
這些規(guī)定的制定都是基于以下觀點(diǎn)：在一平面檢測(cè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行兩次相互垂直的磁化，其所有角度朝向上的檢測(cè)靈敏度就都能滿(mǎn)足要求。
這種情況下，每次磁化需至少使試片上偏離磁化方向45°角朝向上的線(xiàn)性缺陷槽顯示磁痕，即此時(shí)45°角朝向上的檢測(cè)靈敏度也需滿(mǎn)足要求，磁化方向與線(xiàn)性缺陷槽呈45°角關(guān)系時(shí)線(xiàn)性缺陷槽磁化后的磁痕顯示如圖2所示，磁化方向與線(xiàn)性缺陷槽呈45°角關(guān)系時(shí)兩次相互垂直磁化后線(xiàn)性缺陷槽的磁痕顯示(無(wú)磁痕)如圖3所示。
圖2 磁化方向與線(xiàn)性缺陷槽呈45°角時(shí)線(xiàn)性缺陷槽磁化后的磁痕顯示
(箭頭方向表示磁場(chǎng)磁化方向;試片圓形、線(xiàn)性缺陷槽的實(shí)線(xiàn)部分表示磁化后顯示磁痕，虛線(xiàn)部分表示磁化后未顯示磁痕，下同)
圖3 磁化方向與線(xiàn)性缺陷槽呈45°角時(shí)兩次相互垂直磁化后線(xiàn)性缺陷槽的磁痕顯示(無(wú)磁痕)
從筆者的試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)與磁場(chǎng)磁化方向相垂直的試片線(xiàn)性缺陷槽磁化后顯示磁痕(即磁場(chǎng)強(qiáng)度滿(mǎn)足要求)時(shí)，平面檢測(cè)區(qū)域內(nèi)偏離磁化方向45°角的線(xiàn)性缺陷槽(另一試片)不一定顯示磁痕，即偏離磁化方向45°角朝向上的檢測(cè)靈敏度不一定滿(mǎn)足要求。
這說(shuō)明與磁化方向垂直的試片線(xiàn)性缺陷槽的檢測(cè)靈敏度，不能完全代表同一平面檢測(cè)區(qū)域內(nèi)偏離磁化方向45°角朝向上的檢測(cè)靈敏度。
這種情況下進(jìn)行兩次相互垂直的磁化，即使試片相互垂直的兩個(gè)線(xiàn)性缺陷槽都顯示磁痕，也不能說(shuō)明偏離磁化方向45°角朝向上的檢測(cè)靈敏度滿(mǎn)足要求，從而可能導(dǎo)致缺陷的漏檢。
姚力等用“弧形磁痕端點(diǎn)測(cè)定法”試驗(yàn)，得出“部分試片磁化后45°角方向的圓形缺陷槽無(wú)法顯示磁痕”的試驗(yàn)結(jié)果及“在大多數(shù)實(shí)際的磁粉檢測(cè)工作中，用單磁軛在一個(gè)檢測(cè)方向達(dá)到基本的探傷靈敏度的要求(即≥45°)并不是一件容易的事”的結(jié)論。
筆者用“弧形磁痕端點(diǎn)測(cè)定法”試驗(yàn)，得出“部分試驗(yàn)存在漏檢區(qū)域”，也都證明了這種情況的存在。
這說(shuō)明根據(jù)國(guó)內(nèi)外幾個(gè)主要磁粉檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 26951—2011，ISO 17638:2003，GJB 2028A—2007，NB/T 47013.4—2015)的規(guī)定，在一個(gè)平面檢測(cè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行方向相互垂直的磁化時(shí)，如用現(xiàn)行磁粉檢測(cè)試片線(xiàn)性缺陷槽進(jìn)行檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證，即使與磁化方向相垂直的試片線(xiàn)性缺陷槽磁化后顯示磁痕(即磁場(chǎng)強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，其靈敏度也滿(mǎn)足要求)，偏離磁化方向的有些角度朝向上的檢測(cè)靈敏度有時(shí)并不滿(mǎn)足要求，而可能導(dǎo)致缺陷的漏檢。
為避免漏檢，可提高磁場(chǎng)強(qiáng)度或增加磁化次數(shù)。如提高磁場(chǎng)強(qiáng)度但仍?xún)H進(jìn)行兩次磁化，需使用能驗(yàn)證偏離磁場(chǎng)方向45°角朝向上的檢測(cè)靈敏度滿(mǎn)足要求的試片。但現(xiàn)行試片無(wú)45°角朝向的線(xiàn)性缺陷槽，實(shí)際工作中難以驗(yàn)證偏離磁場(chǎng)方向45°角朝向上的檢測(cè)靈敏度是否滿(mǎn)足要求。
如增加磁化次數(shù)，需測(cè)算最少磁化次數(shù)N以避免漏檢，這要求試片需有朝向不同角度方向的線(xiàn)性缺陷槽。這樣的試片經(jīng)一次磁化后，一些角度朝向上的缺陷槽顯示磁痕。測(cè)量所有顯示磁痕線(xiàn)性缺陷槽所形成的最大夾角(即一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍δ)即可計(jì)算出最少磁化次數(shù)N，對(duì)試片進(jìn)行一次磁化后的磁痕顯示如圖4所示。
圖4 對(duì)試片進(jìn)行一次磁化后的磁痕顯示(實(shí)線(xiàn)部分)
鑒于所有現(xiàn)行試片的線(xiàn)性缺陷槽僅有一字型和十字型槽，無(wú)法滿(mǎn)足一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍δ測(cè)量的要求，因此無(wú)法用于最少磁化次數(shù)N的計(jì)算。
最少磁化次數(shù)N的計(jì)算公式(1)為： N=1+(360°/2·δ的取整值)，式中加上1是為了確保幾次磁化區(qū)域有一定的重疊，避免出現(xiàn)漏檢區(qū)域;“360°/2·δ的取整值”是指“360°/2·δ”為非整數(shù)時(shí)，除去小數(shù)值直接取整。
綜上所述，現(xiàn)行試片的線(xiàn)性缺陷槽是否適合作為靈敏度試片的缺陷槽需要商榷。
二、圓形缺陷槽驗(yàn)證檢測(cè)靈敏度
利用試片圓形缺陷槽進(jìn)行檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證，其原理與線(xiàn)性缺陷槽的基本相同，是利用與磁場(chǎng)磁化方向基本垂直的部分圓形缺陷槽磁化后是否顯示磁痕來(lái)驗(yàn)證的。
由上述分析可知，根據(jù)國(guó)內(nèi)外幾個(gè)主要磁粉檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行兩次相互垂直的磁化時(shí)，用現(xiàn)行磁粉檢測(cè)試片圓形缺陷槽在一個(gè)平面檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證，即使利用試片驗(yàn)證了磁場(chǎng)強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，偏離磁場(chǎng)磁化方向的有些角度朝向上的檢測(cè)靈敏度有時(shí)并不滿(mǎn)足要求。
也就是說(shuō)，采用兩次相互垂直磁化工藝時(shí)，利用試片圓形缺陷槽進(jìn)行檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證，在有些角度朝向上的驗(yàn)證有時(shí)是失效的，而可能導(dǎo)致缺陷的漏檢。
劉毓秀等認(rèn)為：試片圓形缺陷槽磁化后，顯示磁痕的圓弧端點(diǎn)的切線(xiàn)方向是“該磁化電流下可發(fā)現(xiàn)的缺陷方向”(“端點(diǎn)切線(xiàn)法”中切線(xiàn)與可發(fā)現(xiàn)缺陷方向的關(guān)系如圖5所示，以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“端點(diǎn)切線(xiàn)法”)。
圖5 “端點(diǎn)切線(xiàn)法”中切線(xiàn)與可發(fā)現(xiàn)缺陷方向的關(guān)系示意
但實(shí)際磁粉檢測(cè)工作中，沒(méi)有將圓形缺陷槽的“端點(diǎn)切線(xiàn)法”用于驗(yàn)證偏離磁場(chǎng)磁化方向一定角度朝向上的檢測(cè)靈敏度是否滿(mǎn)足要求。
這是由于實(shí)際工作中難以確定磁化后圓形缺陷槽的圓心，也就難以確定出磁化后顯示磁痕的圓弧缺陷槽端點(diǎn)處的切線(xiàn)。
實(shí)際工作中不能將圓形缺陷槽的“端點(diǎn)切線(xiàn)法”用于檢測(cè)靈敏度的驗(yàn)證，也就不能用于兩次相互垂直磁化工藝中偏離磁化方向45°角朝向上檢測(cè)靈敏度的驗(yàn)證。
在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，試片磁化后圓形缺陷槽的部分圓弧顯示磁痕，利用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的方法，可確定出圓形缺陷槽的圓心，測(cè)量出顯示磁痕圓弧AB所對(duì)應(yīng)的圓心角(2θ，等于一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍δ，見(jiàn)圖6)，進(jìn)而計(jì)算出最少磁化次數(shù)N。
圖6 磁化后顯示磁痕圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角(2θ)以及一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍δ示意
實(shí)際檢測(cè)工作中，難以確定出磁化后試片圓形缺陷槽的圓心，也難以測(cè)量出顯示磁痕圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角，因此難以通過(guò)這個(gè)圓心角來(lái)計(jì)算最少磁化次數(shù)N。
實(shí)際檢測(cè)工作中，可以通過(guò)測(cè)量顯示磁痕圓弧所對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)(AB)來(lái)計(jì)算圓心角，然后通過(guò)式(2)計(jì)算最少磁化次數(shù)N：N=1+(360°/4·θ的取整值)，式中加上1是為了確保幾次磁化區(qū)域有一定的重疊，避免漏檢;“360°/4·θ的取整值”是指“360°/4·θ”為非整數(shù)時(shí)，除去小數(shù)值直接取整。但這種方法計(jì)算比較繁瑣，難以在實(shí)際工作中運(yùn)用。
綜上所述，現(xiàn)行試片的圓形缺陷槽是否適合作為靈敏度試片的缺陷槽需要商榷。
三、多角度線(xiàn)性缺陷槽驗(yàn)證檢測(cè)靈敏度
某多角度缺陷槽磁粉檢測(cè)試片的結(jié)構(gòu)如圖4所示，在試片上加工不同角度朝向的線(xiàn)性缺陷槽，可以直接用于驗(yàn)證不同角度朝向的線(xiàn)性缺陷是否可以檢出，即確認(rèn)偏離磁場(chǎng)磁化方向的不同角度朝向上的檢測(cè)靈敏度是否滿(mǎn)足要求。這解決了目前所有現(xiàn)行試片在實(shí)際工作中的檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證有效性問(wèn)題。
同時(shí)，多角度缺陷槽磁粉檢測(cè)試片能根據(jù)磁化后試片所有顯示磁痕的線(xiàn)性缺陷槽，直接測(cè)算出一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍δ(見(jiàn)圖4)，并由式(1)計(jì)算出最少磁化次數(shù)N以避免漏檢。
現(xiàn)行磁粉檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)一般規(guī)定：“至少對(duì)部件進(jìn)行兩個(gè)相互垂直方向的磁化”，但對(duì)什么情況下進(jìn)行兩次以上磁化和進(jìn)行兩次以上磁化時(shí)磁化次數(shù)如何確定，沒(méi)有做出規(guī)定或提供可行的方案。
現(xiàn)行的試片以及現(xiàn)行的磁粉檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)都難以解決這兩個(gè)問(wèn)題，而多角度缺陷槽磁粉檢測(cè)試片能很簡(jiǎn)單、方便地解決這些問(wèn)題，可應(yīng)用于角焊縫、曲面等非平面工件的磁粉檢測(cè)中。
多角度缺陷槽磁粉檢測(cè)試片的缺陷槽設(shè)計(jì)更符合實(shí)際，用于檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證更有代表性、更準(zhǔn)確，不會(huì)產(chǎn)生像現(xiàn)行試片的缺陷槽設(shè)計(jì)不夠合理而導(dǎo)致檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證失效的問(wèn)題;同時(shí)利用該試片，能很簡(jiǎn)便地進(jìn)行一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍的測(cè)算，并計(jì)算出最少磁化次數(shù)以避免漏檢。
因此，多角度缺陷槽磁粉檢測(cè)試片比所有現(xiàn)行試片更適合作為磁粉檢測(cè)靈敏度試片。
四、結(jié)論
1、現(xiàn)行磁粉檢測(cè)試片線(xiàn)性缺陷槽，配合單磁化方向磁粉探傷機(jī)進(jìn)行檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證時(shí)，偏離磁場(chǎng)磁化方向的有些角度朝向上的檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證有時(shí)是失效的，可能導(dǎo)致漏檢;同時(shí)現(xiàn)行磁粉檢測(cè)試片線(xiàn)性缺陷槽，難以用于一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍測(cè)算進(jìn)而計(jì)算最少磁化次數(shù)，其是否適合作為靈敏度試片的缺陷槽需要商榷。
2、現(xiàn)行磁粉檢測(cè)試片圓形缺陷槽，配合單磁化方向磁粉探傷機(jī)進(jìn)行檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證時(shí)，偏離磁場(chǎng)磁化方向的有些角度朝向上的檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證有時(shí)是失效的，可能導(dǎo)致漏檢;同時(shí)現(xiàn)行磁粉檢測(cè)試片圓形缺陷槽，實(shí)際工作中難以用于一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍測(cè)算進(jìn)而計(jì)算最少磁化次數(shù)，其是否適合作為靈敏度試片的缺陷槽需要商榷。
3、所提出的多角度缺陷槽磁粉檢測(cè)試片能在一個(gè)平面檢測(cè)區(qū)域內(nèi)對(duì)各個(gè)角度方向檢測(cè)靈敏度進(jìn)行有效驗(yàn)證;同時(shí)其能很簡(jiǎn)便地進(jìn)行一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍測(cè)算，進(jìn)而計(jì)算最少磁化次數(shù)以避免漏檢，適合作為靈敏度試片。
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