無損檢測(NDT)——磁粉檢測(MT)技術(shù)郭健;張丹;馬國義;焦杰;吳丹;張航【摘要】從磁粉檢測的類別、磁粉的種類、磁化方式和磁化規(guī)范等方面系統(tǒng)地介紹了磁粉檢測技術(shù).【期刊名稱】《工程與試驗(yàn)》【年(卷),期】2011(051)003【總頁數(shù)】4頁(P55-58)【關(guān)鍵詞】磁化;磁懸液;周向磁化;電磁軛【作者】郭健;張丹;馬國義;焦杰;吳丹;張航【作者單位】130062;國家試驗(yàn)機(jī)質(zhì)量監(jiān)130062130062;國130062;國家試驗(yàn)機(jī)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,吉林130062130062【正文語種】中文【中圖分類】U115.28+41引言在現(xiàn)階段使用的無損檢測(NDT)方法中，磁粉檢測(MT)是一項(xiàng)較為成熟的技術(shù)，幾乎涵蓋了機(jī)械、航空、航天和鐵路等所有工程領(lǐng)域。MT是利用物理學(xué)中的磁現(xiàn)象檢測鐵磁性材料工件表面和近表面裂紋或其他缺陷的方法。MT方法具有檢測便利、直觀、高效率、低成本和儀器設(shè)備的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本文從檢測裝置、磁化方式和磁粉等方面詳盡地介紹MT技術(shù)。2MT檢測法MTMT檢測是利用磁現(xiàn)象檢測鐵磁材料表面和近表面缺陷的NDT方法。鐵磁工件磁化時(shí)，若工件表層存在缺陷或材質(zhì)不均勻，將使磁感應(yīng)線改變方向，在強(qiáng)磁感應(yīng)作用下，通過磁通在缺陷部位的泄漏形成磁極。此時(shí)在被磁化的工件表面噴灑磁粉或磁懸液就可能會出現(xiàn)表征缺陷態(tài)勢的磁痕，從而判斷材料表層是否存在缺陷。MT原則上講，要求利用MT檢測裝置對被檢工件進(jìn)行磁化、噴灑磁粉、觀察和退磁等4個(gè)方面的操作。但是在不要求退磁的場合，也可以不做退磁處理。根據(jù)被檢工件的形狀、尺寸、材質(zhì)、表面狀況和缺陷性質(zhì)(種類、大小、位置和方向)，可以適當(dāng)調(diào)整檢測裝置的靈敏度，以便能進(jìn)行高效、安全的檢測。MT檢測法的種類比較繁多，利用表1對其加以歸納。表1MT檢測法的分類序號分類的角度類別1噴灑磁粉的過程連續(xù)法和剩磁法2磁粉種類熒光磁粉和非熒光磁粉3磁粉的分散介質(zhì)干式法和濕式(磁懸液)法4磁化電流的種類直流、脈動、交流和沖擊電流5磁化方法周向磁化(軸向通電，探針法，電流貫通法)、縱向磁化(縱向通電，線圈法，極間法和磁通貫通法)和復(fù)合磁化連續(xù)法和剩磁法連續(xù)法是指被檢工件磁化時(shí)對其完成噴灑磁粉/磁懸液的過程。連續(xù)法通常是斷續(xù)性通電磁化，在施加磁粉/磁懸液的動作結(jié)束后才能斷開磁化場。此時(shí)應(yīng)對被檢工件表面流動的分散介質(zhì)形成的尚未消失的磁痕加以關(guān)注。采用連續(xù)法檢測工件時(shí)應(yīng)設(shè)定完成噴灑磁粉/磁懸液過程所需的通電時(shí)間。交流電流磁化方式僅限于使用連續(xù)法，直流和脈動電流磁化方式也可以使用連續(xù)法。連續(xù)法的磁化通電時(shí)間大約為(1～3)s。剩磁法是在完成被檢工件的磁化操作后切斷磁化場施加磁粉/磁懸液的方法。剩磁法的檢測效率較高，根據(jù)剩磁法的基理可以對單個(gè)或多個(gè)中、小型零、部件同時(shí)進(jìn)行檢測。值得注意的是，在施加磁粉/磁懸液之前，使工件的被檢測面不要與其他強(qiáng)磁性體接觸。沖擊電流磁化方式僅限于使用剩磁法，直流和脈動電流磁化方式也可以使用剩磁法。在一般情況下，剩磁法的通電時(shí)間大約為(1)熒光和非熒光磁粉檢測法噴灑磁粉時(shí)，可按不同的觀察方法，分為熒光或非熒光磁粉法。熒光法是以熒光磁粉作為顯示材料，并要在暗室內(nèi)使用熒光磁粉探傷機(jī)進(jìn)行檢測。在白光照度小于10lx條件下，熒光與工件表面的本底可形成高達(dá)1000∶1的比對系數(shù)，檢測靈敏度高，宜采用此方法檢測精密零、部件。在對熒光式磁粉探傷機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場檢測時(shí)，應(yīng)使用紫外線照度計(jì)檢測機(jī)器發(fā)射的紫外線強(qiáng)度是否符合距離光鏡表面38cm處紫外線照射強(qiáng)度應(yīng)大于800μW/cm2的限定要求[1]，若不符合要求或水銀燈泄漏，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)或替換。的影響，其使用范圍廣泛。噴灑磁粉時(shí)，可按不同的分散介質(zhì)，分為干式法和磁懸液法。由于受環(huán)境條件的限制，干式法的使用范圍遠(yuǎn)小于磁懸液法。干式法是以所用磁粉和被檢工件表面充分干燥為前提條件的。操作過程中，在工件表面應(yīng)輕輕地吹拂并均勻散布適量的干磁粉，已噴灑的磁粉模態(tài)不應(yīng)散亂。為了易于形成磁痕模式，可使被檢工件的測試面輕微振動或噴灑足夠量的磁粉后利用靜態(tài)氣流去除多余磁粉。磁懸液法是以煤油、水等作為分散介質(zhì)，需要時(shí)可加入適量的防腐劑和界面活性劑。應(yīng)根據(jù)被檢工件的磁特性、形狀、尺寸、表面狀態(tài)、被預(yù)測缺陷的性質(zhì)、磁化方法和檢測環(huán)境等條件選擇磁粉和分散介質(zhì)的種類、磁懸液中磁粉的分散濃度(磁懸液濃度)和噴灑方法。由被檢測工件材質(zhì)的表面狀況和缺陷性質(zhì)決定磁粉必須保持適當(dāng)?shù)拇判?、粒度、分散性、懸濁性和色調(diào)，應(yīng)使磁懸液緩慢、均勻地噴灑到被檢工件的有效檢測區(qū)域以使缺陷部位吸附磁粉。此時(shí)，若工件的被檢測面和磁懸液均比較潔凈，則會呈現(xiàn)收斂良好的磁痕。MT(100ml)所含磁粉沉淀容積(ml)表示?？墒褂美嫘伍L頸玻璃瓶試管測量現(xiàn)場使用的磁懸液濃度。取100ml30min度:(0.1～0.5)ml/100ml，非熒光磁粉磁懸液濃度:(1.2～3.0)ml/100ml[2]。特別地，在采用熒光磁粉檢測法時(shí)，為了確定磁懸液濃度，除考慮磁粉的粒度外，還要考慮噴灑磁粉的時(shí)間和方法，以避免磁懸液濃度超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)使缺陷判斷失誤。在MT裝置工作期間，應(yīng)能流暢地噴灑磁懸液，發(fā)生磁懸液阻塞現(xiàn)象時(shí)，必須迅速加以處理并恢復(fù)正常工作。磁化方法下面介紹MT中幾種常用的方法。值得注意的是:在對被檢測工件進(jìn)行磁化時(shí)，予以判定的磁場方向應(yīng)符合物理學(xué)中電磁場的右手螺旋定律?？v向磁化:磁化電流的流通方向與被檢測工件的軸線相對垂直或形成磁場的磁力線方向與被檢測工件的軸線相對平行。此時(shí)，磁場方向應(yīng)盡可能與被預(yù)測的缺陷方向垂直。線圈法縱向磁化如圖1所示。單向磁軛法也屬于磁化的范疇。這種方法是將工件的被檢測部位置于電磁軛的兩個(gè)磁極之間，當(dāng)磁化電流在電磁軛的激磁線圈中流通時(shí)，鐵芯磁軛的兩個(gè)磁極與工件間形成閉合磁場，在兩個(gè)磁極極間中心連線的垂直方向附近磁場較強(qiáng)。兩個(gè)磁極間距愈大，磁場愈弱。由于磁軛法磁化時(shí)與工件形成閉合磁路，無需考慮退磁場。另外，計(jì)算磁場也很困難，因此衡量其磁場強(qiáng)度的指標(biāo)可以用吸引力或提升力表示。交流電磁軛提升試樣的提升力應(yīng)≥44N(4.5kg)，而直流電磁軛提升試樣的提升力應(yīng)≥177N(18.1kg)[3]。圖1線圈法縱向磁化周向磁化:磁化電流的流通方向與被檢測工件的軸線相對平行并建立一個(gè)沿圓周方向的磁場(形成磁場的磁力線方向與被檢測工件的軸線相對垂直)，如圖2所示，將被檢工件夾持在磁粉探傷機(jī)的兩個(gè)的電極之間，磁化電流沿軸向通過工件并在其表面建立閉合周向磁場。在工業(yè)上，周向磁化主要用于棒材和管材的NDT。圖2電極法周向磁化復(fù)合磁化是對被檢工件在兩個(gè)以上方向施加磁場，由多方向的磁場同時(shí)對工件進(jìn)行磁化(如圖3所示)。復(fù)合磁化與縱向、周向等單向磁化方式相比，檢測效率高，僅需進(jìn)行一次連續(xù)磁化操作即可對工件做多方位的檢測，價(jià)格低廉、操作方便，現(xiàn)階段應(yīng)用較為普遍。圖3復(fù)合磁化—垂直交叉磁軛法磁化規(guī)范的確立(1)A確立磁化規(guī)范的方法首選靈敏度試片法。利用A磁粉和磁懸液的性能并可對連續(xù)法中被檢工件的有效磁場強(qiáng)度、方向、探傷有效范圍和檢測操作的合理性進(jìn)行研究。AA剛好能清晰顯示人工缺陷磁痕狀態(tài)，此時(shí)的電流磁場即為臨界磁場強(qiáng)度。目前，國內(nèi)普遍使用的A型標(biāo)準(zhǔn)靈敏度試片如圖4所示。在圖4中，名稱為A1-15/50μm值愈小表示的靈敏度愈高。圖4A型標(biāo)準(zhǔn)靈敏度試片在各種類型標(biāo)準(zhǔn)靈敏度試片使用過程中，應(yīng)了解:①在每種形式的試片名稱中，分?jǐn)?shù)值越小，要求呈現(xiàn)缺陷狀態(tài)的有效磁場強(qiáng)度越高。例如:在使用標(biāo)準(zhǔn)靈敏度試片時(shí)，要求A1-7/50A1-15/50(圓型，直線型)，括號內(nèi)的文字表示人工缺陷的形狀;②根據(jù)磁粉檢測試驗(yàn)的規(guī)格和目的合理地選AAA1-7/50(圓型，直線型)標(biāo)準(zhǔn)試片磁化電流的2A/磁懸液;⑥不要使用那些在初始形狀、尺寸和磁力特A(2)經(jīng)驗(yàn)選擇法在MT過程中，外加磁場在工件內(nèi)生成的磁感應(yīng)強(qiáng)度是使工件表層缺陷建立足夠泄露磁場的必要先決條件。確定磁化規(guī)范所用磁感應(yīng)強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù):工件內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度要求達(dá)到0.8特斯拉(T)/8000高斯(GS)才能滿足測量靈敏度和檢測到微小缺陷的要求。歐盟國家或國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用毫特斯拉計(jì)檢驗(yàn)MT設(shè)備的磁化規(guī)范正是采納了磁場檢驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)值。磁化規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)磁化曲線如圖5所示。圖5常用鋼材磁化曲線示意圖公式(1)表示直長導(dǎo)線磁化場與電流的關(guān)系:式中，Dmm(1)化電流的常用關(guān)系式。由公式(1)獲取外加磁場強(qiáng)度:5、公式(1)和(2)0.8TH值在(20～40(1.6～3.2)kA/m540Cr351.6kA/m0.8T10Cr134.8kA/m退磁涉及到以下情況必須做退磁處理[4]:(a)在對工件進(jìn)行連續(xù)檢測時(shí)，擔(dān)心工件相互之間受磁化作用的嚴(yán)重影響;(b)被檢測工件的剩磁會對以后的機(jī)械加工產(chǎn)生惡劣影響;(c)被檢測工件的剩磁會對測量裝置等產(chǎn)生不良影響;(d)夾持被檢測工件過程中，夾持裝置與工件接觸時(shí)的磨擦或其附近部位吸付的鐵磁粉所增加的磨耗;(e)其他必要場合。退磁法與磁化法基本相同，只是在退磁過程中磁場的方向與工件磁化時(shí)所施加的磁場方向相反時(shí)，磁場一邊反向移動一邊衰減磁場強(qiáng)度，直到符合退磁要求為止。采用直流磁化方式時(shí)，由于其電流無趨膚效應(yīng)，磁場滲透性好、剩磁穩(wěn)定，有時(shí)需要專用退磁裝置。退磁后應(yīng)根據(jù)需要，使用磁強(qiáng)計(jì)確認(rèn)退磁效果。3結(jié)論原則上講，工件在完成全部加工和處理后才能進(jìn)行