某压力管道元件制造单位生产一批180°急弯弯头，形状规格如图2所示，材料牌号为15crmo，弯头制造采用中频感应加热推制工艺，制造工序为：切割下料→送料→中频加热成型→校型→热处理→表面喷丸处理→端部机加工→喷漆/标志→包装储运。因用户要求弯头端面加工成i型坡口。
制造单位为保证产品质量，采用mt方法检测弯头在制造过程中可能产生的表面及近表面缺陷，检测面为弯头外表面。请按照jb/t4730.4—2005，采用中等级灵敏度探伤，验收级别为ⅱ级，回答下列问题。
图2 180°急弯弯头。
现有如下探伤设备与器材：
1、 czq-6000固定式磁粉探伤机、cyd-3000移动式磁粉探伤机、cew-2000固定式磁粉探伤机，以上探伤机均配置φ300×100mm的线圈，5匝。
2、cdx－1磁轭探伤仪（交流电，平面磁极20×20，磁轭带活动关节）
3、电缆线，长3m
4、支杆1付。
5、φ25×500mm铜棒。
6、gd-3型毫特斯拉计、st-80（c）型照度计、uv-a型紫外辐照度计、黑光灯。
7、yc2型荧光磁粉、黑磁粉、bw-1型黑磁膏、水、煤油、lpw-3号油基载液。
8、a1、c型试片。
9、磁悬液浓度测定管。
-10倍放大镜。
1．根据弯头的制造工序，你认为外表面磁粉检测应放在哪道工序之后？并简述理由。（7分）
答：应放在端部机加工之后，其理由如下：
1）喷漆/标志后外表面有涂层，磁粉检测不可靠，因此磁粉检测应放在喷漆/标志之前进行。
2）热处理会产生热处理裂纹，因此磁粉检测应放在热处理之后。
3）热处理后工件表面有氧化皮，表面喷丸处理后能去除氧化皮，并使表面光洁度满足磁粉检测要求。
4）机加工使缺陷露出表面，另外，平整的表面使电缆缠绕法磁化时弯头的接长成为可能。
放在表面喷丸处理后可得6分，放在热处理后得4分，因为未考虑热处理后氧化皮对检测的影响，其它回答均不得分。）
2．简述mt、pt各自的优点（至少回答5点），并从检测效率、缺陷检测要求、检测灵敏度方面，分析比较mt、pt中哪种方法较适合于对该批弯头的检测？（7分）
答：mt优点：
1)可检测出铁磁性材料表面和近表面(开口和不开口)的缺陷。
2)能直观地显示出缺陷的位置、形状、大小和严重程度。
3)具有很高的检测灵敏度，可检测微米级宽度的缺陷。
4)单个工件检验速度快，工艺简单，成本低，污染轻。
5)结合使用各种磁化方法，几乎不受工件大小和几何形状的影响。
6)检验缺陷重复性好。
7)磁粉探伤一橡胶铸型法可间断监测小孔内壁早期疲劳裂纹的产生和发展。
8)可检验受腐蚀的表面。（至少回答5点，2.5分）
pt优点：1)可检测出任何非松孔性材料表面开口的缺陷。
2)能直观地显示出缺陷的位置、形状、大小和严重程度。
3)具有较高的检测灵敏度。
4)着色探伤不用设备，不用水电，特别适用于现场检验。
5)检验不受工件几何形状和缺陷方向的影响。
6)对针孔、疏松缺陷的检测灵敏度高。
至少回答5点，2.5分）
针对该批弯头的检测，mt检测效率高，能检出表面和近表面(开口和不开口)的缺陷，满足缺陷检测要求，而pt只能使出表面开口缺陷，另外，mt检测灵敏度相对pt要高，因此mt较适合于对该批弯头的检测。(2分)
3．某mt-ⅱ级人员为提高检测效率，将多个弯头挂在φ25×500mm铜棒上，对铜棒通电进行磁化操作，如图3所示，磁化电流值按偏置芯棒法磁化规范选取，你认为该mt-ⅱ级人员的操作正确吗？并简述理由。（6分）
答：该mtⅱ级人员的操作不正确。(2分）
1）根据右手定则：当电流流过导体时，产生的磁场是以导体中心轴线为圆心的同心圆。当180°急弯弯头放在铜导体上，由于急弯弯头不能在工件中完成闭合的磁路，磁场发生畸变，磁力线是通过空气才闭合，使被检工件中的磁场被大大减弱、扭曲并且分布不均匀。
因此这是一种不可靠的磁化方法。(2分）
另外，偏置芯棒法磁化规范的确定是基于磁力线完全在工件中形成闭合回路这一前提条件下才成立，因此标准规定的经验公式在此情况下不适用。(2分）
4．简述触头法的优点和缺点，针对该批弯头进行检测，你认为用触头法合适吗？并简述理由。（7分）
答：触头法的优点：（2分）
设备轻便，可携带到现场检验，灵活方便；② 可将周向磁场集中在经常出现缺陷的局部区域进行检验；③ 检测灵敏度高。
触头法的缺点：（2分）
一次磁化只能检验较小的区域；② 接触不良会引起工件过热和打火烧伤；③ 大面积检验时，要求分块累积检验，很费时。
该弯头的材料为15crmo，触头接触不良会引起电弧击伤，很容易在工件上产生裂纹，因此不宜用触头法检测，另外，触头法检测效率低，很费时，也不适用于该类弯头的批量检测。（3分）
5．简述磁轭法的优点和缺点，针对该批弯头进行检测，你认为用磁轭法合适吗？并简述理由。 （7分）
答：磁轭法的优点：（2分）
非电接触；②改变磁轭方位，可发现任何方向的缺陷；③便携式磁轭可带到现场检测，灵活，方便；④可用于检测带漆层的工件（当漆层厚度允许时）；⑤检测灵敏度较高。
磁轭法的缺点：（2分）
几何形状复杂的工件检验较困难；②磁轭必须放到有利于缺陷检出的方向；③用便携式磁轭一次磁化只能检验较小的区域，大面积检验时，要求分块累积，很费时；④磁轭磁化时应与工件接触好，尽量减小间隙的影响。
该弯头的管径和弯曲半径均较小，表面不平整，且磁轭的磁极为平面，难以保证磁极和工件表面接触良好，因此检测灵敏度难以保证；另外，磁轭法检测效率低，不适用于该类弯头的批量检测。（3分）
6．为检测弯头的纵向缺陷，用电缆穿过弯头的轴线进行磁化（中间用非铁磁性材料支。
撑电缆），如图4所示，请比较图示中a和b两点的磁感应强度大小，并简述理由。6分）图4
答：b点的磁感应强度较大。（2分）
其理由如下：用电缆穿过弯头的轴线进行磁化，磁感应线的分布如右图所示，由工件表面磁感。
应线的分布图中可以看出，b处的磁感应线密。
度最高，a处的磁感应线密度最低。（4分）
7．为检测弯头的横向缺陷，用电缆缠绕法对工件进行磁化，请比较图5a和图5b所示的两种磁化布置方法中，哪种方法检测灵敏度和检测效率较高？并简述理由。（7分）
图5a图5b
答：1)在图5a所示的磁化布置方法中，用线圈法进行纵向磁化时，磁力线会逸出工件端面进入空气中，再通过空气形成闭合回路，因此外加磁场中磁化时，在它的端头产生磁极，这些磁极形成了退磁场，它对外加磁场有削弱作用。另外，从磁阻定律分析，磁力线在工件两端穿过空气再形成闭合回路，磁力线穿过空气中的距离很长，其磁路的磁阻很大，导致有效磁场强度减弱。
（2分）
2)反之，在图5b所示的磁化布置方法中，用线圈法进行纵向磁化时，磁力线穿过两弯头端面的极薄的空气间隙，从一只弯头再进入另一只弯头，因为磁力线沿阻力最小的路径通过，几乎全部磁力线在两弯头中形成闭合回路，外逸的磁力线很少，因此在此情况下形成的退磁场很小。另外，从磁阻定律分析，磁力线穿过空气的距离远小于前种情况，其磁路的磁阻相对较小，因此有效磁场强度较前者强。（2分）
3）另外，图5a所示的磁化布置方法中，需要分段磁化，且只能检测一个弯头，而图5b所示的磁化布置方法中，由于磁力线沿工件形成闭合回路，一次磁化可检测电缆覆盖区域外的所有缺陷，再用一次磁化检测原先电缆覆盖区域，且可完成两个弯头的检测，相对来说检测效率较高。（3分）
8．针对该弯头的规格尺寸和缺陷检测要求，在交流电和直流电两种电流类型中，你认为选择哪种电流较合适？并简述理由。（6分）
答：选用直流电较合适，其理由如下：（2分）
1）根据检测要求，采用磁粉检测方法检测弯头在制造过程中可能产生的表面和近表面缺陷，而交流电由于具有趋肤效应，因此对表面缺陷有较高的灵敏度，但对近表面缺陷灵敏度很低，不能满足检测要求。（2分）
2）直流电磁场渗入深度大，检测缺陷的深度也大，能够检测弯头的近表面缺陷；特别是该弯头的壁厚只有4mm，直流电磁通能相对集中，不致于产生磁力线在厚度方向上发散太多而导致对表面缺陷检测灵敏度的下降，因此在此情况下，采用直流电检测能兼顾表面和近表面缺陷的检测。（2分）
9．什么叫磁路定律？写出具体公式。并请用磁路定律分析图6所示的电缆缠绕法磁化时，两弯头端面间的空气间隙l0对磁粉检测的影响。（7分）
答：磁通量等于磁动势与磁阻之比，称为磁路定律。（2分）
公式表示如下：
2分图6分）
ni为磁动势，φ为磁通量，l/μs为磁阻，用rm表示。
从磁路定律可以得出：磁路的磁阻与磁路的长度成正比，与其截面积及其磁路的铁磁性材料的磁导率成反比。通过图6可以看出：
磁力线穿过两弯头端面的空气间隙，从一只弯头再进入另一只弯头，由于空气的磁导率远小于工件的磁导率，因此，两弯头端面间的空气间隙l0越大，等于磁阻越大，从而降低了有效磁通。当然也就会降低工件的磁化程度，结果必然造成检测灵敏度的下降。此外由于间隙的存在，将会在磁极附近产生漏磁场，间隙越大所产生的漏磁场就越严重，由于间隙产生的漏磁场会干扰端面附近由缺陷产生的漏磁场，从而影响对端面附近缺陷的检测。
（3分）
四、工艺题。
某在制10立方米储罐，设备编号r03，ⅱ类容器，工作压力2.0mpa，盛装腐蚀性介质。壳体材质为16mnr +304l复合钢板，直径φ1800mm，板厚18+3mm，工件温度：
6℃。要求检测所有焊接接头内表面缺陷。执行标准：
jb/t4730-2005，ⅰ级合格，高灵敏度。
a1 b1b2 b3a2焊缝。
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