磁粉檢測試片的主要功能之一是檢測靈敏度驗證;有些研究試驗利用試片中的圓形缺陷槽進行1次磁化有效檢出缺陷角度范圍的測算，進而計算最少磁化次數以避免漏檢。
目前國內外主要通用的磁粉檢測試片中的缺陷槽有線性缺陷槽(本文將一字型缺陷槽、十字型缺陷槽均視為線性缺陷槽)、圓形缺陷槽兩類。
技術人員使用單磁化方向磁粉探傷機時，國內外主要磁粉檢測試片的缺陷槽進行檢測靈敏度驗證的有效性、測量一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍進而計算最少磁化次數的可行性、實際檢測中試片的可用性等問題進行分析;同時針對現行試片存在的檢測靈敏度驗證有效性不足、實際檢測工作中難以進行最少磁化次數測算等問題，提出一種多角度缺陷槽磁粉檢測試片。
一、線性缺陷槽驗證檢測靈敏度
用現行試片的線性缺陷槽驗證檢測靈敏度時，一般根據磁化后與磁場磁化方向相垂直的線性缺陷槽是否顯示磁痕，來確認檢測靈敏度是否滿足要求。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。
磁場內磁化方向和缺陷槽之間的夾角α與線性缺陷檢出率之間的關系如圖1所示，GB/T 26951—2011和ISO 17638:2003用圖1來說明磁場內線性缺陷檢出率與此夾角之間的關系：當磁化方向與線性缺陷所在方向相互垂直即相互之間的夾角為90°時，檢測靈敏度最高;隨著夾角由90°逐漸減小，檢測靈敏度也逐漸降低。
圖1 磁化方向和缺陷槽間的夾角α與線性缺陷檢出率之間的關系
αi為磁化方向和缺陷槽之間所形成的夾角;αmin為部分磁粉檢測標準中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靈敏度也滿足要求)的問題有待證明。
目前磁粉檢測標準的一般做法是在磁場強度滿足要求的前提下，對磁化次數進行規(guī)定。這種規(guī)定認為，使與磁化方向相垂直的缺陷槽磁化后顯示磁痕(即磁場強度滿足要求)時，進行規(guī)定次數的磁化，就能確保一個平面檢測區(qū)域內所有角度朝向上的檢測靈敏度都滿足要求。
GB/T 15822.1—2005和ISO 9934-1:2001提到“在某一表面上進行兩次相互垂直的磁化可完成對該表面的完全覆蓋”;GB/T 26951—2011和ISO 17638:2003提到“為確保檢測出所有方向上的缺陷，焊縫應在最大偏差角為30°的兩個近似垂直的方向上進行磁化”;GJB 2028A—2007和NB/T 47013.4—2015的規(guī)定基本一致，要求應至少對制件在兩個相互近似垂直的方向上進行磁化。
這些規(guī)定的制定都是基于以下觀點：在一平面檢測區(qū)域內進行兩次相互垂直的磁化，其所有角度朝向上的檢測靈敏度就都能滿足要求。
這種情況下，每次磁化需至少使試片上偏離磁化方向45°角朝向上的線性缺陷槽顯示磁痕，即此時45°角朝向上的檢測靈敏度也需滿足要求，磁化方向與線性缺陷槽呈45°角關系時線性缺陷槽磁化后的磁痕顯示如圖2所示，磁化方向與線性缺陷槽呈45°角關系時兩次相互垂直磁化后線性缺陷槽的磁痕顯示(無磁痕)如圖3所示。
圖2 磁化方向與線性缺陷槽呈45°角時線性缺陷槽磁化后的磁痕顯示
(箭頭方向表示磁場磁化方向;試片圓形、線性缺陷槽的實線部分表示磁化后顯示磁痕，虛線部分表示磁化后未顯示磁痕，下同)
圖3 磁化方向與線性缺陷槽呈45°角時兩次相互垂直磁化后線性缺陷槽的磁痕顯示(無磁痕)
從筆者的試驗結果可知，當與磁場磁化方向相垂直的試片線性缺陷槽磁化后顯示磁痕(即磁場強度滿足要求)時，平面檢測區(qū)域內偏離磁化方向45°角的線性缺陷槽(另一試片)不一定顯示磁痕，即偏離磁化方向45°角朝向上的檢測靈敏度不一定滿足要求。
這說明與磁化方向垂直的試片線性缺陷槽的檢測靈敏度，不能完全代表同一平面檢測區(qū)域內偏離磁化方向45°角朝向上的檢測靈敏度。
這種情況下進行兩次相互垂直的磁化，即使試片相互垂直的兩個線性缺陷槽都顯示磁痕，也不能說明偏離磁化方向45°角朝向上的檢測靈敏度滿足要求，從而可能導致缺陷的漏檢。
姚力等用“弧形磁痕端點測定法”試驗，得出“部分試片磁化后45°角方向的圓形缺陷槽無法顯示磁痕”的試驗結果及“在大多數實際的磁粉檢測工作中，用單磁軛在一個檢測方向達到基本的探傷靈敏度的要求(即≥45°)并不是一件容易的事”的結論。
筆者用“弧形磁痕端點測定法”試驗，得出“部分試驗存在漏檢區(qū)域”，也都證明了這種情況的存在。
這說明根據國內外幾個主要磁粉檢測標準(GB/T 26951—2011，ISO 17638:2003，GJB 2028A—2007，NB/T 47013.4—2015)的規(guī)定，在一個平面檢測區(qū)域內進行方向相互垂直的磁化時，如用現行磁粉檢測試片線性缺陷槽進行檢測靈敏度驗證，即使與磁化方向相垂直的試片線性缺陷槽磁化后顯示磁痕(即磁場強度滿足要求，其靈敏度也滿足要求)，偏離磁化方向的有些角度朝向上的檢測靈敏度有時并不滿足要求，而可能導致缺陷的漏檢。
為避免漏檢，可提高磁場強度或增加磁化次數。如提高磁場強度但仍僅進行兩次磁化，需使用能驗證偏離磁場方向45°角朝向上的檢測靈敏度滿足要求的試片。但現行試片無45°角朝向的線性缺陷槽，實際工作中難以驗證偏離磁場方向45°角朝向上的檢測靈敏度是否滿足要求。
如增加磁化次數，需測算最少磁化次數N以避免漏檢，這要求試片需有朝向不同角度方向的線性缺陷槽。這樣的試片經一次磁化后，一些角度朝向上的缺陷槽顯示磁痕。測量所有顯示磁痕線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)即可計算出最少磁化次數N，對試片進行一次磁化后的磁痕顯示如圖4所示。
圖4 對試片進行一次磁化后的磁痕顯示(實線部分)
鑒于所有現行試片的線性缺陷槽僅有一字型和十字型槽，無法滿足一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍δ測量的要求，因此無法用于最少磁化次數N的計算。
最少磁化次數N的計算公式(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，避免出現漏檢區(qū)域;“360°/2·δ的取整值”是指“360°/2·δ”為非整數時，除去小數值直接取整。
綜上所述，現行試片的線性缺陷槽是否適合作為靈敏度試片的缺陷槽需要商榷。
二、圓形缺陷槽驗證檢測靈敏度
利用試片圓形缺陷槽進行檢測靈敏度驗證，其原理與線性缺陷槽的基本相同，是利用與磁場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驗證的。
由上述分析可知，根據國內外幾個主要磁粉檢測標準規(guī)定進行兩次相互垂直的磁化時，用現行磁粉檢測試片圓形缺陷槽在一個平面檢測區(qū)域進行檢測靈敏度驗證，即使利用試片驗證了磁場強度滿足要求，偏離磁場磁化方向的有些角度朝向上的檢測靈敏度有時并不滿足要求。
也就是說，采用兩次相互垂直磁化工藝時，利用試片圓形缺陷槽進行檢測靈敏度驗證，在有些角度朝向上的驗證有時是失效的，而可能導致缺陷的漏檢。
劉毓秀等認為：試片圓形缺陷槽磁化后，顯示磁痕的圓弧端點的切線方向是“該磁化電流下可發(fā)現的缺陷方向”(“端點切線法”中切線與可發(fā)現缺陷方向的關系如圖5所示，以下簡稱為“端點切線法”)。
圖5 “端點切線法”中切線與可發(fā)現缺陷方向的關系示意
但實際磁粉檢測工作中，沒有將圓形缺陷槽的“端點切線法”用于驗證偏離磁場磁化方向一定角度朝向上的檢測靈敏度是否滿足要求。
這是由于實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處的切線。
實際工作中不能將圓形缺陷槽的“端點切線法”用于檢測靈敏度的驗證，也就不能用于兩次相互垂直磁化工藝中偏離磁化方向45°角朝向上檢測靈敏度的驗證。
在實驗室環(huán)境下，試片磁化后圓形缺陷槽的部分圓弧顯示磁痕，利用專門設計的方法，可確定出圓形缺陷槽的圓心，測量出顯示磁痕圓弧AB所對應的圓心角(2θ，等于一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍δ，見圖6)，進而計算出最少磁化次數N。
圖6 磁化后顯示磁痕圓弧所對應的圓心角(2θ)以及一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍δ示意
實際檢測工作中，難以確定出磁化后試片圓形缺陷槽的圓心，也難以測量出顯示磁痕圓弧所對應的圓心角，因此難以通過這個圓心角來計算最少磁化次數N。
實際檢測工作中，可以通過測量顯示磁痕圓弧所對應的弦長(AB)來計算圓心角，然后通過式(2)計算最少磁化次數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”為非整數時，除去小數值直接取整。但這種方法計算比較繁瑣，難以在實際工作中運用。
綜上所述，現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、多角度線性缺陷槽驗證檢測靈敏度
某多角度缺陷槽磁粉檢測試片的結構如圖4所示，在試片上加工不同角度朝向的線性缺陷槽，可以直接用于驗證不同角度朝向的線性缺陷是否可以檢出，即確認偏離磁場磁化方向的不同角度朝向上的檢測靈敏度是否滿足要求。這解決了目前所有現行試片在實際工作中的檢測靈敏度驗證有效性問題。
同時，多角度缺陷槽磁粉檢測試片能根據磁化后試片所有顯示磁痕的線性缺陷槽，直接測算出一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍δ(見圖4)，并由式(1)計算出最少磁化次數N以避免漏檢。
現行磁粉檢測標準一般規(guī)定：“至少對部件進行兩個相互垂直方向的磁化”，但對什么情況下進行兩次以上磁化和進行兩次以上磁化時磁化次數如何確定，沒有做出規(guī)定或提供可行的方案。
現行的試片以及現行的磁粉檢測標準都難以解決這兩個問題，而多角度缺陷槽磁粉檢測試片能很簡單、方便地解決這些問題，可應用于角焊縫、曲面等非平面工件的磁粉檢測中。
多角度缺陷槽磁粉檢測試片的缺陷槽設計更符合實際，用于檢測靈敏度驗證更有代表性、更準確，不會產生像現行試片的缺陷槽設計不夠合理而導致檢測靈敏度驗證失效的問題;同時利用該試片，能很簡便地進行一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍的測算，并計算出最少磁化次數以避免漏檢。
因此，多角度缺陷槽磁粉檢測試片比所有現行試片更適合作為磁粉檢測靈敏度試片。
四、結論
1、現行磁粉檢測試片線性缺陷槽，配合單磁化方向磁粉探傷機進行檢測靈敏度驗證時，偏離磁場磁化方向的有些角度朝向上的檢測靈敏度驗證有時是失效的，可能導致漏檢;同時現行磁粉檢測試片線性缺陷槽，難以用于一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍測算進而計算最少磁化次數，其是否適合作為靈敏度試片的缺陷槽需要商榷。
2、現行磁粉檢測試片圓形缺陷槽，配合單磁化方向磁粉探傷機進行檢測靈敏度驗證時，偏離磁場磁化方向的有些角度朝向上的檢測靈敏度驗證有時是失效的，可能導致漏檢;同時現行磁粉檢測試片圓形缺陷槽，實際工作中難以用于一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍測算進而計算最少磁化次數，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試片能在一個平面檢測區(qū)域內對各個角度方向檢測靈敏度進行有效驗證;同時其能很簡便地進行一次磁化有效檢出缺陷的角度范圍測算，進而計算最少磁化次數以避免漏檢，適合作為靈敏度試片。
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