带通孔销钉圆柱面上的奇特磁痕

　　2001年5月末作者请铁道部戚墅堰机车车辆工艺研究所的黄永巍工程师代为进行一项磁粉探伤试验,以验证作者的一个理论推测,现将该试验介绍如下。

　　1　试验条件和方法

　　工件为带矩形通孔的销钉两根(图1左图)和带圆形通孔的销钉三根(图1右图)。

　　使用的磁化设备为DCF22000型磁粉探伤机,所用磁粉粒度≥320目,试验方法为湿磁粉连续法,磁化电流为周向10D,纵向20 000安匝。

　　2　试验结果

　　通电流周向磁化后,工件上无任何显示。纵向磁化后却出现了奇特磁痕(图2)。

　　矩形通孔磁痕如图2左图,可见阴影部位磁场极强,堆积大量磁粉,在孔两边外侧有磁场空白区。圆形通孔磁痕如图2右图,可见直径相应延伸处有两条扇形区,区内磁粉积聚较强。

　　3　试验结果分析

　　3.1　带通孔销钉横截面的显漏率

　　带矩形通孔和圆形通孔销钉上的相贯线[1]虽不同(图3顶视图),但通过两孔中心的横截面是完全一样的(图3正视图)。

　　由文献[2]知,销钉磁化时,磁化场Ha在其横截面中将激励出n条磁偶极子链,即

　　式中　μ^₀———真空磁异率

　　μ0=4π×10^-7H/m

　　χm———销钉材料的磁化率,为一无量纲纯数

　　R———销钉半径,m

　　qm———基元磁荷的磁荷量,Wb

　　另一方面在带通孔销钉的最小横截面上所能容纳的最大磁偶极子链数n^_max为^[3]

　　式中　Hs———使销钉材料达到磁饱和所需的磁化场强,A/m

　　r———圆形通孔的半径,或矩形通孔的半高,m

　　θ和b见图4。由文献[2]知,n是必须通过最小横截面积的磁偶极子链数,nmax是最小横截面积所能允许通过的磁偶极子链数,故此时的显漏率β为

　　即带通孔销钉的显漏率仅是通孔与销钉半径尺寸比和磁化场强与材料饱和磁化场强比的函数。

　　显然,当β≤1时,所有的磁偶极子链都能顺利通过通孔处的最小横截面积,所以销钉柱面上不会有磁痕显示;而当β>1时,必有一部分磁偶极子链无法通过通孔处的最小横截面积,文献[4]已证明它们将被迫断裂,并在销钉的圆柱面上显示出正、负磁荷(极)。

　　而由式(3)得

　　即带通孔销钉饱和磁化时,其中的磁偶极子链必有一部分被迫断裂,而在圆柱面上显现出正、负磁极,从而出现异常磁痕显示。