1、第七講 磁粉檢測對應教材內容：4.1 磁粉檢測的基本原理4.2 磁化的過程 金屬的鐵磁性 在外磁場作用下，鐵磁性材料會被強烈磁化。反映外加磁場強度H與鐵磁性材料內部磁感應強度B之間聯系的閉合曲線稱為磁滯回線。軟磁性材料的磁滯特性不顯著，矯頑磁力很小，剩磁非常容易消除；硬磁性材料的磁滯特性則非常顯著，矯頑磁力和剩磁都很大，適于制造永久磁鐵。依據磁滯回線分軟硬磁性 1）在常溫下，面心立方晶格鐵是非磁性材料，體心立方晶格鐵是鐵磁性材料。 2) 含碳量增加，碳鋼的矯頑力幾乎呈線性增大，最大相對磁導率下降。 3) 合金化將增大鋼材的矯頑力，使其磁性硬化。 鋼材的鐵磁性 鋼材的鐵磁性 4) 退火和正火狀態(tài)

2、鋼材磁特性的差別不大，而淬火則可以提高鋼材的矯頑力。隨著淬火以后回火溫度的提高，矯頑力又有所降低。 5）晶粒愈粗大，鋼材的磁導率愈大，矯頑力愈小，逆之則反。 6)鋼材的矯頑力和剩磁將隨壓縮變形率的增加而增加。 退磁場 將截面積相同、長度不同的圓鋼棒料放在相同的外磁場Ho中磁化，則各棒料中部截面的磁場強度H是各不相同的。這是因為在被磁化的同時，棒料兩端也分別感應出了N、S極，形成了方向與外磁場相反的磁場增量H。因為H減弱了外磁場的磁化作用，所以稱其為退磁場。 退磁場HNJ/0 N：退磁因子 J：磁極化強度 0：真空磁導率 N的大小主要取決于被磁化物體的形狀。 完整的環(huán)形閉合體N0； 球體N0.3

3、33； 長、短軸比值為2的橢團體N0.73； 對于棒料，N與其長度/直徑的比值LD成反比，LD愈小，N愈大。 漏磁場 漏磁場：指被磁化物體內部的磁力線在缺陷或磁路截面發(fā)生突變的部位離開或進入物體表面所形成的磁場。 漏磁場的成因在于磁導率的突變。由于缺陷內含的物質一般有遠低于鐵磁性材料的磁導率，從而造成了缺陷附近磁力線的彎曲和壓縮。如果該缺陷位于工件的表面或近表面，則部分磁力線就會在缺陷處逸出工件表面進入空氣，繞過缺陷后再折回工件，由此形成了缺陷的漏磁場。 漏磁場與磁粉的相互作用 設在被檢工件表面上有漏磁場存在。如果在漏磁場處撒上磁導率很高的磁粉，因為磁力線穿過磁粉比穿過空氣更容易，所以磁粉會被

4、該漏磁場吸附。缺陷的漏磁場與磁粉的吸附 由于缺陷的漏磁場有比實際缺陷本身大數倍乃至數十倍的寬度，故而磁粉吸附形成的磁痕能夠放大缺陷。磁粉檢測的機理 磁粉檢測的基礎是缺陷的漏磁場與外加磁粉的磁相互作用。 即通過磁粉的聚集來顯示被檢測件表面上出現的漏磁場，再根據磁粉聚集形成的磁痕的形狀和位置分析漏磁場的成因并評價缺陷。 影響漏磁場強度的主要因素 磁粉檢測靈敏度取決漏磁場強度的大小，而真實缺陷漏磁場的強度受到多種因素的影響： 外加磁場強度。缺陷漏磁場強度的大小與工件被磁化的程度有關。如外加磁場能使被檢材料的磁感應強度達到其飽和值的80以上，缺陷漏磁場的強度就會顯著增加。 缺陷的位置與形狀。隨著埋藏深

5、度的增加，其漏磁場的強度將迅速減至近似于零。另一入面，缺陷切割磁力線的角度越接近正交(900)，其漏磁場強度越大，反之亦然。 影響漏磁場強度的主要因素 事實上，缺陷與被檢表面所夾角度小于20o時就很難檢測。此外，表面缺陷的漏磁場強度隨著其深/寬比的增加而增加。 被檢表面的覆蓋層，如涂料會降低缺陷漏磁場強度。 材料狀態(tài)。鋼材的合金成分、含碳量、加工及熱處理狀態(tài)的改變均會影響材料的磁特性，進而會影響缺陷的漏磁場。 磁化方法小型件檢測 由于實際缺陷可能有各種取向，因此在實際檢測中，常需要采用不同的磁化方法，使工件內的磁力線能與缺陷表面基本正交，獲得盡可能強的缺陷漏磁場。 周向磁化：在被檢工件上直接通

6、電，或讓電流通過平行于工件軸向放置的導體的磁化方法稱為周向磁化。其目的是建立起環(huán)繞工件周向并垂直于工件軸向的閉合周向磁場，以發(fā)現取向基本與電流方向平行的缺陷。 磁化方法小型件檢測 有多種方法實現被檢工件的周向磁化。 對于小型零部件：可以采用直接通電或中心導體通電法對被檢測工件作整體周向磁化。直接通電法 中心導體法 大型結構的觸頭法檢測 在大型結構的磁粉檢測中，可以采用觸頭法(直接通電)和平行電纜法(輔助通電)對被檢區(qū)域作局部周向磁化。 (1)觸頭法 用兩個電極觸頭將磁化電流導入被檢工件進行局部磁化的方法稱為觸頭法。 兩觸頭間距為200mm，磁化電流為400A的交流電時，觸頭法在鋼板上形成的閉合

7、感應磁場的強度等值線。兩觸點連線上的磁場強度最大。 大型結構的觸頭法檢測觸頭法檢測示意圖 感應磁場強度等值線 大型結構的觸頭法檢測為避免因缺陷取向不利造成漏檢，對同一被檢部位應改變觸點連線方位，至少進行兩次相互垂直的檢測。為保證人身安全，觸頭法檢測的開路電壓應低于24V。觸頭在接觸和離開被檢表面時，必須先通過觸頭手柄上的遙控開關斷電，以避免因起弧燒傷觸點部位。 大型結構件的平行電纜法檢測平行電纜法：用與被檢區(qū)域(例如焊縫)平行的電纜作周向磁化可以檢驗該區(qū)域內存在的縱向裂紋。采用這種方法磁化工件時，為避免有效磁場被干擾，應注意讓返回電流的電纜盡可能遠離被檢區(qū)域，該距離應大于被檢區(qū)域寬度的10倍。

8、斷電后觀察磁痕。 平行電纜法的優(yōu)點是可以用300500A的交流弧焊機替代專用的磁粉檢，但每次通電時間不宜超過23s。 縱向磁化磁扼法 縱向磁化的目的是用環(huán)繞被檢工件或磁扼鐵心的勵磁線圈在工件中建立起沿其軸向分布的縱向磁場，以發(fā)現取向基本與工件軸向垂直的缺陷。 (1)磁扼法 將電磁扼或永久磁扼的兩極與被檢工件相接觸，即可對其作整體的或局部的縱向磁化。如果被檢工件的兩個端面能夠被夾持在磁扼的兩極之間，形成閉合的磁路，可以對其作整體縱向磁化；反之則作局部磁化。作局部磁化時，磁扼兩極間的磁力線大致與兩極的連線平行，可以檢出取向基本與兩極連線垂直的缺陷。磁扼的有效檢測范圍一般情況下是以兩極連線為短軸的橢

9、圓形。 縱向磁化磁扼法 縱向磁化磁扼法 便攜式交流電磁扼設備簡單，操作方便，被廣泛用于大型結構件的磁粉檢測。 在檢測過程中，磁極間距應該控制在50200mm以內。檢測區(qū)域應限制在磁極連線兩側相當于l4最大磁極間距的范圍內。 為了能檢出各種取向的缺陷，在同一被檢部位必須作至少兩次方位相互垂直的檢測。移動磁扼時，有效磁化區(qū)域應至少重疊25mm以上，以避免缺陷漏撿。 縱向磁化線圈法 用螺旋管線圈對被檢工件作縱向磁化的方法。用線圈法可以對管道環(huán)焊縫作磁粉檢測，方法是用電纜在被檢焊縫的附近纏繞46匝以進行縱向磁化。用這種磁化方法可以發(fā)現焊縫及其熱影響區(qū)內的縱向裂紋。管道的局部縱向磁化考慮到工件上實際存在

10、的缺陷可能有各種取向，因此為避免缺陷的漏檢，就需要至少在兩個相互垂直的方向上磁化被檢工件。采用前述的磁化方法要分兩次完成這過程，檢測速度很慢。復合磁化可將這兩次磁化過程合二為，即同時在被檢工件上施加兩個或兩個以上不同方向的磁場，其合成磁場的方向在被檢區(qū)域內隨著時間變化，經一次磁化就能檢出各種不同取向的缺陷。 復合檢測 復合檢測交叉電磁扼由兩個參數相同的單磁扼交叉構成、交叉角90度。用幅值相等、相位相差120度的交流電分別對兩個單磁扼勵磁。由磁場的矢量疊加原理可知，在四個磁極包圍的被檢表面上將產生方向隨時間變化的橢圓形旋轉磁場，為此又稱這種磁化方法為旋轉磁化。 磁化電流交流電 (1)交流電的趨膚

11、效應能提高磁粉檢測檢驗表面缺陷的靈敏度。 (2)只有使用交流電才能在被檢工件上建立起方向隨時間變化的磁場，實現復合磁化。 (3)與直流磁化相比，交流磁場在被檢工件截面變化部位的分布較為均勻，更有利于對這些部位缺陷的檢測。 (4)交流電的不斷換向有利于磁粉在被檢表面上的遷移，提高檢測靈敏度。 (5)交流磁化的磁場淺，容易退磁。 (6)設備簡便，易于維修，價格便宜。 磁化電流整流與直流磁化三相全波整流已經很接近純直流電。在整流電中，隨著電流波型脈動程度的減小，其磁場的滲透能力增強，可檢出缺陷的埋藏深度隨之增大。相比之下，直流磁化可檢出的缺陷的埋藏深度最大。 用整流或直流磁化，被檢工件均可獲得穩(wěn)定的

12、剩磁，但檢測以后退磁也較為困難，徹底退磁需要使用專用的超低頻退磁設備。此外，在整流或成直流磁化的被檢工件的截面突變部位，容易出現磁化不足或過量磁化現象，由此易造成這些部位缺陷的漏檢。 磁化規(guī)范 為獲得較高的磁粉檢測靈敏度，在被檢工件上建立的磁場就必須具有足夠的強度。使用電磁扼的縱向磁場進行檢測時，可以通過測量其提升力確定被磁化區(qū)域的磁場強度是否滿足要求。當使用最大的磁極間距時，要求交流電磁扼至少應具有44N提升力；直流電磁扼至少應具有177N的提升力。觸頭法的磁化電流值(交流有效值、直流) 磁化規(guī)范安匝數 使用直流或整流勵磁的纏繞電纜法作縱向磁化檢驗管道環(huán)焊縫時，推薦使用的安匝數(NI)可按下

13、式估算： 對于LD15的情況，一律取LD15。上式的有效檢測范圍為纏繞電纜區(qū)域的兩端再各加上一個管道半徑的長度。 用交流勵磁的纏繞電纜法檢測時，實際需要的安匝數(NI)要使用人工缺陷試板或磁場指示器測定。I電流（A）；N匝數（）；L管道長度（mm）；D管道直徑（mm） 系統性能與靈敏度評價 在磁粉檢測中，要使用標準試板、試環(huán)和磁場指示器評價磁粉檢測系統的蹤合性能及檢測的靈敏度。其中試板和試環(huán)主要用于評價磁粉檢測系統的綜合性能，并間接地考察檢測的操作方法是否合理。磁場指示器除具備上述用途以外，還可以定性地反映被檢表面的磁場分布特征，確定磁粉檢測的磁化規(guī)范。標準試板標準試板 通過觀察試板上最淺的磁

14、痕可以比較和評定用磁扼法或觸頭法檢測時磁粉材料與檢測系統的靈敏度。試板的厚度、寬度和長度根據實際需要變更。試板材料應與被檢材料相間，所有低合金鋼材料可用一種低合金鋼材料代替。被檢材料厚度在19mm以下時，試板厚度應在6.4mm以內；被檢材料厚度在19mm以上時，試板厚度取為19mm。 系統性能與靈敏度評價 試環(huán) 通過觀察人工缺陷試環(huán)上顯示的缺陷痕跡，可以比較和評定用中心導體法及直流或全波整流勵磁檢測時，磁粉材料與檢測系統的靈敏度。試環(huán)為MnCrWV冷作模具鋼，硬度為9095HRC。試板上依次排列12個1.8mm的通孔。 測試時，用直徑約為32mm的銅質中心導體對試環(huán)作周向磁化。在不同的磁化電流下，試環(huán)外緣上所應顯示的最小磁痕數目應達到國標預設值，若磁痕數目達不到表中的規(guī)定值，就應校正所采用的檢測系統。磁場指示器 用磁場指示器可以直接考察磁粉檢測條件與操作方