Page 118 - 无损检测2023年第八期

王延东, 等:

磁轭夹角可变的旋转磁场探伤仪

果进行验证。试验结果表明, 该方法对长度不小于 A , B , C , D 处, 甚至只存在单相磁场 [ 1 ] 。这表明单

9mm 的自然缺陷可以做到100% 检出。 独规定交叉磁轭形成圆形磁场或椭圆形磁场是不严
谨的, 采用有效磁化范围对其形成磁场的检测能力
1 旋转磁场的产生及分布
进行描述, 可能更为恰当。
1.1 获得旋转磁场的方法
通过多种方法均可获得旋转磁场, 目前旋转磁
场探伤仪大多数都使用十字交叉式磁轭及两相电源
来获得旋转磁场( 见图 1 ), 使用三相交流电源的任
意两相( A 和 B ), 调压后分开给两磁轭供电, 电源
Ua供给线圈 L1和 L2 , 电源 Ub供给 L3和 L4 。受
Ua同 Ub之间相位差的影响, 两磁轭产生的正弦交
流磁场叠加, 会形成椭圆形旋转磁场。

图2 不同位置旋转磁场轨迹示意
1.2 旋转磁场的磁场强度
对旋转磁场的磁场强度进行探讨时, 由于不同

位置旋转磁场轨迹不一致, 影响因素多, 计算困难,
故只对中心点 P 处的磁场强度进行计算。设两磁

: 当θ+ φ =180° 时,
轭上产生的磁场强度 H A=H B
可形成圆形旋转磁场, 则在 P 点产生的磁场强度
; 当 θ+ φ =150° 时, 形成椭圆形
H 90max=H 90min=H A
图1 十字交叉式磁轭结构示意 旋转磁场, 在 P 点产生的最小磁场强度 H 60min=

和 / , 最大磁感应强度 H 60max=H A×
设两磁轭产生的正弦交流磁场分别为 H A H A 2≈ 0.7 H A
, 夹角为 θ , 且两磁场幅值相等, 两交
H B H A 与 H B 。
3 / 2≈ 1.2H A
流磁场间的相位差为 φ , 则有 对于交叉电磁轭, 将提升力视为磁轭磁极的平

H A =H m sinωt ( 1 ) 均吸力, 该提升力F 与磁通量Φ 的平方以及磁芯横
H B =H m sin ( ωt- φ ) ( 2 ) 截面积S 成正比, 即
式中: t 为时间; ω为角频率。
Φ= 2 S μ 0 F ( 4 )
取ωt=θ / 2 , ωt= φ 2 , ωt= ( θ+ φ 2 , 分别代
/
)/
式中: 为真空磁导率。
μ 0
入式( 1 ),( 2 ) 中, 得到图1中合成磁场 P 的轨迹方 由于磁场强度 H 与Φ 存在正比关系, 则提升
程, 即 力F 与磁场强度 H 的关系为
2
H x
2 + H ∝2 μ 0 F / S ( 5 )
[ 2 H m sin ( θ / 2 ) sin (/ 2 )]
φ
即提升力 F 受到磁场强度 H 影响, 且磁场轨
2
H y 迹椭圆度越大, 提升力F 越小 [ 2 ] 。
2 = 1 ( 3 )
[ 2 H m cos ( θ / 2 ) cos (/ 2 )]
φ
由式( 3 ) 可得, 旋转磁场的轨迹由磁场强度 1.3 关节活动距离与磁轭夹角θ 对应关系
、 两磁场间夹角θ 以及两磁场间的相位差 共 探伤仪底部关节活动距离与磁轭夹角 θ 对应关
H m φ 系如图3所示, 设磁极间距为L , 底部关节活动距离
同 决 定。上 文 已 假 设 两 磁 场 幅 值 相 等, 故 当
为 Δ l , 引入辅助角α , 可推导出磁轭夹角θ 、 磁极间
φ
φ
cos ( θ / 2 ) cos (/ 2 ) =sin ( θ / 2 ) sin (/ 2 ), 即θ+ φ = 距L 和 Δl 之间的关系, 即
[ 1 ]
180° 时, P 点旋转磁场轨迹为圆, 其余时刻为椭圆 。
sinθ= sin ( 180° -2 α ) sin2 α= 2sin αcosα
=
当然, 在P 点以外, 交叉磁轭形成的旋转磁场
( 6 )
φ
形貌就开始出现差异( 见图 2 ), 当α=90° , =90°
(
时, 在P 点处形成了圆形旋转磁场, 但 P 点外其他 θ= arcsin L× L-2Δ l ) ( 7 )

2 2
2L +4Δl -4Δl×L

位置磁场轨迹则为椭圆型, 椭圆度也不一致。在点
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2023年 第45卷 第8期
无损检测