蔣仕良全國特種設(shè)備無損檢測考委會考委（RT、UT、MT、PT、AE五項高級資格）天津石化公司裝備研究院高級工程師TEL：磁粉檢測物理基礎(chǔ)1磁粉檢測基礎(chǔ)知識磁粉檢測是利用磁現(xiàn)象來檢測材料和工件中缺陷的方法，具體來講：鐵磁性材料工件被磁化后，在不連續(xù)性處或磁路截面變化處，磁力線離開和進(jìn)入工件表面形成磁極并形成可檢測的漏磁場，漏磁場吸附磁粉形成的磁痕（磁粉聚集形成的圖象）來顯示不連續(xù)性的位置、大小、形狀，推斷工件中缺陷的存在，即為磁粉檢測。磁粉檢測的關(guān)鍵是要有漏磁場，實質(zhì)是漏磁場檢測的方法之一。

1.1漏磁場檢測漏磁場檢測包括磁粉檢測與檢測元件檢測。其區(qū)別是，磁粉檢測是利用鐵磁性粉末——磁粉，作為磁場的傳感器，即利用漏磁場吸附磁粉形成的磁痕（磁粉聚集形成的圖象）來顯示不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度。檢測元件檢測是利用磁帶、霍耳元件、磁敏二極管或感應(yīng)線圈作為磁場的傳感器，檢測不連續(xù)性處漏磁場的位置、大小和方向，相應(yīng)的方法有錄磁探傷法、感應(yīng)線圈探傷法、霍元件檢測法、磁敏二極管探測法。

1.2磁粉檢測

MagneticParticleTesting，簡稱MT

基本原理是：鐵磁性材料和工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面和近表面的磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合適光照下目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、形狀和大小。如圖1－1所示。

磁粉檢測的適用性:

磁粉檢測適用于檢測鐵磁性材料表面和近表面尺寸很小、間隙極窄（如可檢測出長0.1mm、寬為微米級的裂紋），目視難以看出的不連續(xù)性。

磁粉檢測可對原材料、半成品、成品工件和在役的零部件檢測探傷，還可對板材、型材、管材、棒材、焊接件、鑄鋼件及鍛鋼件進(jìn)行檢測。

馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼具有磁性，可進(jìn)行MT。

MT可發(fā)現(xiàn)裂紋、夾雜、發(fā)紋、白點、折疊、冷隔和疏松等缺陷。

磁粉檢測程序

承壓設(shè)備磁粉檢測的七個程序是：

(1)預(yù)處理；(2)磁化；

(3)施加磁粉或磁懸液；(4)磁痕的觀察與記錄；

(5)缺陷評級；(6)退磁；

(7)后處理。

磁粉檢測的優(yōu)點和局限性優(yōu)點：靈敏度高，結(jié)果可靠，操作簡單。局限性：

MT不能檢測奧氏體不銹鋼材料和用奧氏體不銹鋼焊條焊接的焊縫，也不能檢測銅、鋁、鎂、鈦等非磁性材料。對于表面淺的劃傷、埋藏較深的孔洞和與工件表面夾角小于20°的分層和折疊難以發(fā)現(xiàn)。

1.3檢測元件檢測（1）錄磁探傷法利用高矯頑力和剩磁的磁帶，適用于焊接件和軋制件檢測。（2）感應(yīng)線圈探傷法

檢測線圈的電動勢與線圈匝數(shù)、面積及其相對工件的運動速度有關(guān)，而且還與不連續(xù)性漏磁通密度的梯度有關(guān)。能有效地檢測鋼管、鋼棒和鋼絲繩等。（3）磁敏元件探測法磁敏元件主要指：霍爾元件和磁敏二極管特點：探測靈敏度與檢查速度和工件大小無關(guān)，還可以獲得缺陷深度的信息。檢測時，盡量縮小磁敏元件與工件表面之間的距離，并始終保持不變。

a霍爾元件

利用霍爾元件，可以制作高斯計、毫特斯拉計b磁敏二極管靈敏度比霍爾元件高幾百倍，特別適合探測微小磁場變化。制作毫特斯拉計、漏磁場測量儀、自動磁性檢測設(shè)備。1.4磁粉探傷方法與其他表面探傷方法的比較

方法項目磁粉檢測（MT）滲透檢測（PT）渦流檢測（ET）方法原理磁力作用毛細(xì)滲透作用電磁感應(yīng)作用能檢測出的缺陷的深度表面和近表面缺陷表面開口缺陷表面及表層缺陷缺陷表現(xiàn)形式漏磁場吸附磁粉形成磁痕，直觀滲透液的回滲，直觀檢測線圈輸出電壓和相位變化，不直觀顯示缺陷的器材磁粉滲透液和顯象劑記錄儀，示波器或電壓表適用的材質(zhì)鐵磁性材料非松孔性材料導(dǎo)電材料應(yīng)用對象鑄鋼件、鍛鋼件、壓延件、管材、棒材、型材、焊接件、機(jī)加工件及使用過的上述工件的探傷。任何非松孔性材料工件及使用過的上述工件的探傷。管材、線材和工件探傷；材料狀態(tài)檢驗和分選；鍍層、涂層厚度測量。主要檢測缺陷裂紋、發(fā)紋、白點、折疊、夾雜物、冷隔。裂紋、白點、疏松、針孔、夾雜物。裂紋缺陷性質(zhì)判斷能大致確定能大致確定難以判斷靈敏度高高較低檢測速度較快慢很快污染較輕較重?zé)o污染其他(1)檢測幾乎不受工件大小和幾何形狀的影響。(2)檢測時的靈敏度與磁化方法有關(guān)。(1)檢測幾乎不受工件大小和幾何形狀的影響。(2不用水電，特別適用于現(xiàn)場。(1)對形狀復(fù)雜的工件不適用(2)非接觸法檢測2磁粉檢測的物理基礎(chǔ)2.1磁粉檢測中的相關(guān)物理量2.1.1磁的基本現(xiàn)象磁性、磁體、磁極、磁化磁性：磁鐵能夠吸引鐵磁性材料的性質(zhì)叫磁性。磁體：凡能夠吸引其他鐵磁性材料的物體叫磁體。磁極：靠近磁鐵兩端磁性特別強(qiáng)吸附磁粉特別多的區(qū)域稱為磁極。每一小塊磁體總有兩個磁極。磁化：使原來沒有磁性的物體得到磁性的過程叫磁化。地磁場：整個地球也是一個大磁體，存在于地球周圍的磁場稱為地磁場。如在地球的表面放一個指南針，它的N極指向地球地理位置的南極，S極指向地球地理位置的北極，根據(jù)磁性異性相吸的原理，地磁場的北極位于地球的南極附近，地磁場的南極位于地球的北極附近；因此在地球的北極附近，地磁場的磁感應(yīng)線方向是指向地球表面，而在地球的南極，地磁場的磁感應(yīng)線方向是離開地球表面。

2.1.2磁場和磁感應(yīng)線

磁場：具有磁力作用的空間。

磁場的特征：是對運動的電荷（或電流）具有作用力，在磁場變化的同時也產(chǎn)生電場。

磁場的顯示：磁場的大小、方向和分布情況，可以用假想的磁感應(yīng)線來反映磁場中各點的磁場強(qiáng)度和方向。磁感應(yīng)線：用小磁針來描述條形磁鐵的磁感應(yīng)線分布，小磁針在磁力的作用下都有一定的取向，小磁針N極的指向就代表磁場的方向，順著許多小磁針排列的方向，可以畫出一組曲線，這就是磁感應(yīng)線。磁感應(yīng)線在每點的切線方向代表磁場的方向，磁感應(yīng)線的疏密程度反映磁場的大小。磁感應(yīng)線具有以下特性：磁感應(yīng)線是具有方向性的閉合曲線。在磁體內(nèi)，磁感應(yīng)線是由S極到N極，在磁體外，磁感應(yīng)線是由N極出發(fā)，穿過空氣進(jìn)入S極的閉合曲線。磁感應(yīng)線互不相交。磁感應(yīng)線可描述磁場的大小和方向。磁感應(yīng)線沿磁阻最小路徑通過。圓周磁場

a)磁感應(yīng)線方向 b)兩磁極空間c)兩極熔合后d)有裂紋處漏磁場漏磁場分布 的磁感應(yīng)線分布及磁痕顯示圖2-5用馬蹄形磁鐵描述圓周磁場

當(dāng)磁鐵兩極熔合形成一圓環(huán)如圖2-5c，此時磁鐵內(nèi)既無磁極又不產(chǎn)生漏磁場，因而不能吸引鐵磁性材料，但在磁鐵內(nèi)包容了一個圓周磁場或已被周向磁化。

縱向磁化（a）馬蹄形磁鐵被校直成條形磁鐵后N極和S極的位置

（b）具有機(jī)加工槽的條形磁鐵產(chǎn)生的漏磁場

（c）縱向磁化裂紋產(chǎn)生的漏磁場

條形磁鐵的磁力線分布

2.1.3真空中的恒定磁場1磁感應(yīng)強(qiáng)度B：設(shè)一電量為q的電荷在磁場中，以速度υ運動，其受到的最大磁力為Fm，則該點磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為：

磁感應(yīng)強(qiáng)度B為矢量，其方向為該點處小磁針N極的方向，可以用右手螺旋法則來確定：由正電荷所受力Fm的方向，沿小于π的角度轉(zhuǎn)向正電荷運動速度υ的方向，這時螺旋前進(jìn)的方向便是該點B的方向，如圖2-7所示；

B的方向總是垂直于Fm

和υ組成的平面。

圖2-7B、Fm、υ的方向

在國際單位制中，力Fm的單位用牛頓（N），電量q的單位用庫侖（C），速度v的單位用米/秒（m/s），磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位定為N·s/（C·m）＝N/(A·m)，稱為特斯拉，用T表示，即

1T=1N/(A·m)

磁感應(yīng)強(qiáng)度的另一個單位是高斯，用Gs表示，兩個單位的換算關(guān)系為

1T=104Gs

地球磁場的數(shù)量級大約是10-4T，嚴(yán)格講地球表面的磁場在赤道處約為0.3×10-4T，在兩極處約為0.6×10-4T。大型的電磁鐵能激發(fā)出約為2T的恒定磁場，超導(dǎo)磁體能激發(fā)高達(dá)25T的磁場，人體心臟激發(fā)的磁場約為3×10-10T，而脈沖星表面的磁場約為108T。

可以用磁感應(yīng)線來描繪磁場的分布，并且規(guī)定：通過磁場中某點處垂直于B矢量的單位面積的磁感應(yīng)線數(shù)等于該點B矢量的大小，該點磁感應(yīng)線的切線方向為B矢量的方向。

在任何磁場中，每一條磁感應(yīng)線都是和閉合電流相互套鏈的無頭無尾的閉合線，磁場較強(qiáng)的地方，磁感應(yīng)線較密；反之，磁感應(yīng)線就較疏，2磁通量在磁場中，通過一給定曲面的總磁感應(yīng)線，稱為通過該曲面的磁通量，用Φ表示。

在曲面上取面積元ds，如圖所示，ds的法線方向與該點處磁感應(yīng)強(qiáng)度方向之間的夾角為θ，則通過面積元ds的磁通量為所以，通過有限曲面S的磁通量為磁通量的單位為T·m2，叫做韋伯（Wb）。因此，磁感應(yīng)強(qiáng)度也稱為磁通密度。在CGS單位制中，磁通的單位是麥〔克斯韋〕(Mx)，1麥〔克斯韋〕表示通過1根磁力線，在SI單位制中，磁通的單位是韋〔伯〕(Wb)，其換算關(guān)系為：

1韋〔伯〕(Wb)＝108麥〔克斯韋〕(Mx)1麥〔克斯韋〕(Mx)＝10-8韋〔伯〕(Wb)

對閉合曲面來說，一般規(guī)定取向外的指向為正法線的指向，這樣，磁感應(yīng)線從閉合面穿出處的磁通量為正，穿入處的磁通量為負(fù)。由于磁感應(yīng)線是閉合線，因此穿入閉合曲面的磁感應(yīng)線數(shù)必然等于穿出閉合曲面的磁感應(yīng)線數(shù)，所以通過任一閉合曲面的總磁通量必然為零，即

上式稱為磁場的高斯定理，是電磁場理論的基本方程之一。該定理說明，磁場是渦旋場，其磁感應(yīng)線無頭無尾，恒是閉合的。3.畢奧－薩伐爾定律及其應(yīng)用(1)畢奧－薩伐爾定律一個載流導(dǎo)體L在空間任一點P產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度可由畢奧－薩伐爾定律來確定，即

電流元所激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

式中，dl表示在載流導(dǎo)體上沿電流方向所取的線元，I為導(dǎo)線中的電流，r是從電流元所在點到P點的矢量r的大小，

H/m，稱為真空磁導(dǎo)率，dB的方向垂直于Idl與r組成的平面，指向為由Idl經(jīng)小于π的角度轉(zhuǎn)向r時右螺旋前進(jìn)的方向，如上圖所示。（2）載流長直導(dǎo)體的磁場設(shè)有長為L的載流直導(dǎo)體，其電流為I，計算離直導(dǎo)體距離為a的P點的磁感應(yīng)強(qiáng)度時，先在直導(dǎo)體上任取一電流元Idl，如圖2-11所示。按畢奧－薩伐爾定律，這電流元在給定P點的磁感應(yīng)強(qiáng)度dB為

dB的方向由Idl×r來確定，即垂直紙面向內(nèi)，在圖中用表示。由于長直導(dǎo)體L上每一個電流元在P點的磁感應(yīng)強(qiáng)dB的方向都是一致的（垂直紙面向內(nèi)），所以矢量積分可變?yōu)闃?biāo)量積分由右圖可得，從而得到：式中，β1和β2分別為直線的兩個端點到P點的矢量與P點到直導(dǎo)線垂線之間的夾角。角β從垂線向上轉(zhuǎn)時取正值，從垂線向下轉(zhuǎn)時取負(fù)值。對于“無限長”載流直導(dǎo)體，則取則上式變?yōu)椋?）載流圓線圈軸線上的磁場設(shè)有圓形線圈L，半徑為R，通以電流I，如圖2-12所示。根據(jù)畢奧－薩伐爾定律，圓線圈上任一電流元Idl在軸線P點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度dB為

各電流元在P點的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向各不相同，但各dB與軸線成一相等的夾角（如上圖）。我們把dB分解為平行于軸線的分矢量dB∥和垂直于軸線的分矢量dB⊥。由于對稱關(guān)系，任一直徑兩端的電流元在P點的磁感應(yīng)強(qiáng)度的垂直軸線的分量dB⊥大小相等，方向相反，因此，載流圓線圈上電流在P點dB⊥互相抵消，而dB∥互相加強(qiáng)。所以P點磁感應(yīng)強(qiáng)度為圓形線圈上所有電流元的dB∥的代數(shù)和，即將代入得，

式中為圓線圈的面積。

圓線圈軸線上各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度都沿軸線方向，與電流方向組成右手螺旋關(guān)系，離圓心距離x越遠(yuǎn)，磁場越弱。在圓心O點處，由上式得(4)載流直螺線管內(nèi)部的磁場

直螺線管是指均勻地密繞在直圓柱面上的螺旋形線圈，如圖所示。最后經(jīng)計算可得如果螺線管為“無限長”，亦即螺線管的長度較其直徑大得多時，所以這一結(jié)果說明：任何繞得很緊密的長螺線管內(nèi)部軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度和點的位置無關(guān)。還可以證明，對于不在軸線上的內(nèi)部各點B的值也等于，因此“無限長”螺線管內(nèi)部的磁場是均勻的。

還可以證明，對于不在軸線上的內(nèi)部各點B的值也等于，因此“無限長”螺線管內(nèi)部的磁場是均勻的。

對長螺線管的端點來說，例如在A1點，，，所以在A1點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為恰好是內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度的一半。長直螺線管所激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向沿著螺線管軸線，其指向可按右手定則確定，右手四指表示電流的流向，拇指就是磁場的指向。4．安培環(huán)路定理已知長直載流導(dǎo)體周圍的磁感應(yīng)線是一組以導(dǎo)體為中心的同心圓，如下圖（a）所示。在垂直于導(dǎo)線的平面內(nèi)任意作一包圍電流的閉合曲線L，如下圖(b)所示，線上任一點P的磁感應(yīng)強(qiáng)度為式中I為導(dǎo)線中的電流，r為該點離開導(dǎo)線的距離。由圖可知，所以按圖中所示的繞行方向沿這條閉合曲線B矢量的線積分為

以上結(jié)果雖然是從長直載流導(dǎo)線的磁場的特例導(dǎo)出的，但其結(jié)論具有普遍性，對任意幾何形狀的通電導(dǎo)體的磁場都是適用的，而且當(dāng)閉合曲線包圍多根載流導(dǎo)線時也同樣適用，故一般可寫成該式表達(dá)了電流與它所激發(fā)磁場之間的普遍規(guī)律，稱為安培環(huán)路定理。2.1.4磁介質(zhì)中的磁場

1.磁介質(zhì)能影響磁場的物質(zhì)稱為磁介質(zhì)。各種宏觀物質(zhì)對磁場都有不同程度的影響，因此一般都是磁介質(zhì)。設(shè)某一電流分布在真空中激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，那么在同一電流分布下，當(dāng)磁場中放進(jìn)了某種磁介質(zhì)后，磁化了的磁介質(zhì)激發(fā)附加磁感應(yīng)強(qiáng)度B’，這時磁場中任一點的磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于B0和B’的矢量和，即B＝B0＋B’

順磁性材料──這類磁介質(zhì)磁化后使磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B稍大于B0，即B>B0，如鋁、鉻、錳、鉑、氮等，能被磁體輕微吸引。

抗磁性材料──這類磁介質(zhì)磁化后使磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B稍小于B0，即B<B0，如銅、銀、金、鉛、鋅等，能被磁體輕微排斥。

鐵磁性材料──這類磁介質(zhì)磁化后所激發(fā)的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度B’遠(yuǎn)大于B0，使得B>>B0，如鐵、鎳、鈷、釓及其合金等，鐵磁質(zhì)能顯著地增強(qiáng)磁場，能被磁體強(qiáng)烈吸引。2.磁化強(qiáng)度

分子電流分子磁矩為了描述磁介質(zhì)的磁化狀態(tài)（磁化程度和磁化方向）,我們引入磁化強(qiáng)度矢量M，它表示單位體積內(nèi)所有分子磁矩的矢量和，即

在外磁場中，磁化了的磁介質(zhì)會激發(fā)附加磁場；這附加磁場起源于磁化了的介質(zhì)內(nèi)所出現(xiàn)的束縛電流（實質(zhì)上是分子電流的宏觀表現(xiàn)）。

設(shè)有一“無限長”的載流直螺線管，管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì)，電流在螺線管內(nèi)激發(fā)均勻磁場。在此磁場中磁介質(zhì)被均勻磁化，這時磁介質(zhì)中各個分子電流平面將轉(zhuǎn)到與磁場的方向相垂直，下圖表示磁介質(zhì)內(nèi)任一截面上分子電流排列的情況。從圖（b）和（c）中可以看出，在磁介質(zhì)內(nèi)部任意一點處，總是有兩個方向相反的分子電流通過，結(jié)果相互抵消；只有在截面邊緣處，分子電流未被抵消，形成與截面邊緣重合的圓電流。對磁介質(zhì)的整體來說，未被抵消的分子電流是沿著柱面流動的，稱為束縛面電流。對順磁性物質(zhì)，束縛面電流和螺線管上導(dǎo)體中的電流I方向相同；對抗磁性物質(zhì)，則兩者方向相反。

設(shè)為圓柱形磁介質(zhì)表面上“單位長度的束縛面電流”，S為磁介質(zhì)的截面積，為所選取的一段磁介質(zhì)的長度。在長度上，束縛電流的總量值為，因此在這段磁介質(zhì)總體積中的總磁矩為所以在圖(a)所示的圓柱形磁介質(zhì)的邊界附近，取一長方形閉合回路ABCD，AB邊在磁介質(zhì)內(nèi)部，它平行于圓柱軸線，長度為l，而BC、AD兩邊則垂直于柱面。在磁介質(zhì)內(nèi)部各點處，M都沿AB方向，大小相等，在柱外各點處M=0。所以M沿BC、CD、DA三邊的積分為零，因而M對閉合回路ABCD的積分等于M沿AB邊的積分，即將代入得該式表明，磁化強(qiáng)度對閉合回路的線積分等于通過回路所包圍的面積內(nèi)的總束縛電流。該式雖是從均勻磁化介質(zhì)及長方形閉合回路的簡單特例導(dǎo)出的，但卻是在任何情況都普遍適用的關(guān)系式。3.磁場強(qiáng)度在電流產(chǎn)生磁場中有磁介質(zhì)存在時，空間任一點的磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于導(dǎo)線中的電流（稱為傳導(dǎo)電流）所激發(fā)的磁場與磁介質(zhì)磁化后束縛電流所激發(fā)的附加磁場的矢量和，這時安培環(huán)路定理應(yīng)為H稱為磁場強(qiáng)度矢量，其單位為安/米（A/m），故有該式稱為有磁介質(zhì)時的安培環(huán)路定理，它表明H矢量的環(huán)流（沿任何閉合曲線的線積分）只和傳導(dǎo)電流I有關(guān)，與磁介質(zhì)的磁性無關(guān)。因為磁化強(qiáng)度M不僅和磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，也和磁介質(zhì)所在處的磁場有關(guān)，實驗證明，對于各向同性的磁介質(zhì)，在磁介質(zhì)中任一點磁化強(qiáng)度M和磁場強(qiáng)度H成正比，即式中，為物質(zhì)的磁化率，它對不同的物質(zhì)是不同的，對抗磁質(zhì)是負(fù)值，對順磁質(zhì)是正值，但都很小，對鐵磁質(zhì)為正，而且很高。

因為通常令稱為該磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率，于是有式中稱為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率，或稱為絕對磁導(dǎo)率。對于各向同性的磁介質(zhì)，和都是無量綱的常數(shù)。所有順磁性材料、抗磁性材料的磁化率都很小，其相對磁導(dǎo)率幾乎等于1，這說明它們對原磁場只產(chǎn)生微弱的影響。為了形象地表示出磁場中H矢量的分布，可以引入H線（磁力線）來描述磁場，規(guī)定如下：磁力線上任一點的切線方向和該點H矢量的方向相同，磁力線的疏密程度代表H矢量的大小，磁力線越密，表示H越大，磁力線越疏，表示H越小。

2.2鐵磁性材料2.2.1磁疇在鐵磁質(zhì)中，相鄰鐵原子中的電子間存在著非常強(qiáng)的交換耦合作用，這個相互作用促使相鄰原子中電子磁矩平行排列起來，形成一個自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域，這些自發(fā)磁化的微小區(qū)域，稱為磁疇。一個典型的磁疇寬度約為10-3cm，體積約為10-9cm3，內(nèi)部大約含有1014個磁性原子。在沒有外加磁場作用時，鐵磁性材料內(nèi)各磁疇的磁矩方向相互抵消，對外顯示不出磁性，如下圖a。

鐵磁性材料的磁疇方向

a）不顯示磁性；b）磁化

c）保留一定剩磁

當(dāng)把鐵磁性材料放到外加磁場中去時，磁疇就會受到外加磁場的作用，一是使磁疇磁矩轉(zhuǎn)動，二是使疇壁發(fā)生位移，最后全部磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)向與外加磁場方向一致，鐵磁性材料被磁化，顯示出很強(qiáng)的磁性。永久磁鐵中的磁疇，在一個方向上占優(yōu)勢，因而形成N和S極，能顯示出很強(qiáng)的磁性。

在高溫情況下，磁體中分子熱運動會破壞磁疇的有規(guī)則排列，使磁體的磁性削弱。超過某一溫度后，磁體的磁性也就全部消失而呈現(xiàn)順磁性，實現(xiàn)了材料的退磁。鐵磁性材料在此溫度以上不能再被外加磁場磁化，并將失去原有的磁性的臨界溫度稱為居里點或居里溫度。從居里點以上的高溫冷卻下來時，只要沒有外磁場的影響，材料仍然處于退磁狀態(tài)。

冷卻下來以后，鐵磁性材料由順磁性變?yōu)殍F磁性。一些鐵磁性材料的居里點見下表

鐵磁性材料的居里點材料居里點（℃）鐵鎳鈷鐵，硅5%鐵，鉻10%鐵，錳4%鐵，釩6%7693651150720740715815居里點隨材料合金成分不同，有較大的變化。例如：含鎳量百分之一的硅，居里點是320°C，而含鎳量百分之五的硅，居里點僅45°C。2.2.3磁化過程

(1)未加外加磁場時，磁疇磁矩雜亂無章，對外不顯示宏觀磁性，如圖(a)(2)在較小的磁場作用下，磁矩方向與外加磁場方向一致或接近的磁疇體積增大，而磁矩方向與外加磁場方向相反的磁疇體積減小，疇壁發(fā)生位移，如圖(b)。

(3)增大外加磁場時，磁矩轉(zhuǎn)動疇壁繼續(xù)位移，最后只剩下與外加磁場方向比較接近的磁疇，如圖(c)。

(4)繼續(xù)增大外加磁場，磁矩方向轉(zhuǎn)動，與外加磁場方向接近，如圖(d)。

(5)當(dāng)外加磁場增大到一定值時，所有磁疇的磁矩都沿外加磁場方向有序排列，達(dá)到磁化飽和，相當(dāng)于一個微小磁鐵或磁偶極子，產(chǎn)生N極和S極，宏觀上呈現(xiàn)磁性，如圖(e)。2.2.4磁化曲線

磁化曲線是表征鐵磁性材料磁特性的曲線，用以表示外加磁場強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化關(guān)系。

B～H曲線的測繪方法:

采用如圖所示的裝置

曲線特征：2.2.5磁滯回線

飽和磁場強(qiáng)度Bm矯頑力Hc

典型磁性材料的磁特性曲線30CrMnSiA經(jīng)880℃油淬，300℃回火狀態(tài)下，測得的磁化曲線見下圖，包括B~H曲線，μ~H曲線，和Br~H曲線。

鐵磁性材料的特性：高導(dǎo)磁性磁飽和性磁滯性

根據(jù)矯頑力Hc大小分為軟磁材料（Hc<100A/m）和硬磁材料（Hc≥100A/m）。軟磁材料與硬磁材料的特征

(1)軟磁材料──是指磁滯回線狹長，具有高磁導(dǎo)率、低剩磁、低矯頑力和低磁阻的鐵磁性材料。軟磁材料磁粉檢測時容易磁化，也容易退磁。軟磁材料如電工用純鐵、低碳鋼和軟磁鐵氧體等材料。

（2）硬磁材料──是指磁滯回線肥大，具有低磁導(dǎo)率、高剩磁、高矯頑力和高磁阻的鐵磁性材料。硬磁材料磁粉檢測時難以磁化，也難以退磁。硬磁材料如鋁鎳鈷、稀土鈷和硬磁鐵氧體等材料。（3）矩磁材料──現(xiàn)代電機(jī)中常用的一種鐵氧體材料的磁滯回線差不多呈矩形，故稱矩磁材料。其特點是：一經(jīng)磁化，其剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度接近于非常穩(wěn)定的飽和值Bs。2.2.6退磁曲線和磁能積

退磁曲線是指最大磁滯回線在第二象限中部分，即Hc至Br之間的曲線段。如下圖所示。在退磁曲線上任一點所對應(yīng)的B與H的乘積，是標(biāo)志磁性材料在該點上單位體積內(nèi)所具有的能量。因為乘積（BH）的量綱是磁能密度，所以叫（BH）為磁能積。（BH）的乘積正比于圖中劃斜線的矩形面積?？梢栽谕舜徘€上找到一點P其所對應(yīng)的B與H的乘積為最大值，這點叫做最大磁能積點，其值（BH）m叫做最大磁能積。磁能積是Br和Hc的綜合參數(shù)，它表明工件在磁化后所能保留磁能量的大小，亦即剩磁的大小。磁能積的數(shù)值越大，表明保留在工件中的磁能越多。這在磁粉檢測中是很有意義。最大磁能積可采用等磁能曲線法或幾何作圖法來確定。2.3電流的磁場2.3.1通電圓柱導(dǎo)體的磁場磁場方向：與電流方向有關(guān)，用右手定則確定。磁場大小：安培環(huán)路定律計算通電直長導(dǎo)體表面的磁場強(qiáng)度為：H－－磁強(qiáng)強(qiáng)度（A/m）I－－電流強(qiáng)度（A）R－－圓柱導(dǎo)體半徑（m）導(dǎo)體外r處（r>R）和導(dǎo)體內(nèi)部r處（r<R）磁場強(qiáng)度：r>R時r<R時

P.26例1、例2直圓柱導(dǎo)體內(nèi)、外及表面的磁場強(qiáng)度分布如右圖所示：

應(yīng)用

鋼棒通電法磁化

分別通交流和直流時，磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布特點

鋼管中心導(dǎo)體法磁化

鋼管中心導(dǎo)體法磁化時，在通電中心導(dǎo)體內(nèi)、外磁場分布與圖2-17相同，由于中心導(dǎo)體為銅棒，其，所以只存在H。在鋼管上由于，所以能感應(yīng)產(chǎn)生較大的磁感應(yīng)強(qiáng)度。并且鋼管內(nèi)壁的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度都比外壁大。應(yīng)采用直流電或整流電理論計算及應(yīng)用2.3.2通電鋼管的磁場

磁場方向：右手定則磁場大小：（1）鋼管內(nèi)表面H=0，B=0（直流和交流）（2）鋼管外表面及外部

（3）鋼管橫截面設(shè)管內(nèi)外半徑分別為R1和R2，通直流電磁化，由安培環(huán)路定律得

()

鋼管直接通電法磁化時，由于其內(nèi)部磁場強(qiáng)度為零，所以不能用磁粉檢測的方法來檢測內(nèi)表面即近表面的缺陷。2.3.3通電線圈的磁場磁場方向：右手定則

磁場大?。?/p>

空載通電線圈中心的磁場強(qiáng)度可用下式計算H－－磁場強(qiáng)度（A/m）N－－線圈匝數(shù)L－－線圈長度（m）D－－線圈直徑（m）－－線圈對角線與軸線的夾角線圈縱向磁化的磁化力用安匝（IN）來表示。線圈的分類a按結(jié)構(gòu)分電纜纏繞線圈和螺管線圈b按填充系數(shù)低填充中填充高填充c按L/D短螺管線圈L<D有限長螺管線圈L>D

線圈內(nèi)磁場分布特點：

在有限長螺管線圈內(nèi)部的中心軸線上，磁場分布較均勻，線圈兩端處的磁場強(qiáng)度為內(nèi)部的1/2左右，見右圖。

在線圈橫截面上，靠近線圈內(nèi)壁中心的磁場強(qiáng)度較線圈中心強(qiáng)，見右圖。無限長螺管線圈L>>D

內(nèi)部磁場分布均勻，并且磁場只存在于線圈內(nèi)部，磁力線方向與線圈的中心軸線平行。理論計算

P31例1例2應(yīng)用（1）開路磁化：把需要磁化的工件放在線圈中進(jìn)行磁化或?qū)Υ笮凸ぜM(jìn)行繞電纜進(jìn)行磁化，常稱為線圈法。線圈法磁化的磁化力一般用安匝數(shù)(NI)表示。線圈法磁化工件時，由于在工件兩端產(chǎn)生磁極，因而會產(chǎn)生退磁場。（2）閉路磁化：把線圈繞在鐵芯上構(gòu)成電磁軛或交叉磁軛對工件進(jìn)行的磁化，常稱為磁軛法。磁軛法磁化時，以提升力來衡量導(dǎo)入工件的磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁通。磁軛法磁化工件不產(chǎn)生磁極，因而沒有退磁場的影響。2.3.4感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場1.感應(yīng)電流的產(chǎn)生如下圖，將鐵芯插入環(huán)行工件中，把工件當(dāng)作變壓器的次級線圈。當(dāng)線圈中通以交流電后，通過鐵芯的磁通也是交變的，由于電磁感應(yīng)的作用，因而在工件中就產(chǎn)生了周向的感應(yīng)電流。該感應(yīng)電流在工件中又產(chǎn)生磁場，稱為感應(yīng)磁場。2.應(yīng)用主要應(yīng)用在環(huán)行工件的磁化中。2.4磁場的合成

當(dāng)有多個磁場同時對工件進(jìn)行多方向磁化時，對工件作用的磁場應(yīng)是各磁場的矢量和，即合成磁場為各個磁場矢量的疊加。下面介紹兩種常用的合成磁場。2.4.1交叉磁軛的磁場合成1．旋轉(zhuǎn)磁場的形成交叉磁軛屬于復(fù)合磁化（多向磁化）它是利用兩相或多相磁場相互疊加而形成的合成磁場對工件進(jìn)行磁化的，如右圖所示。

交叉磁軛可以形成旋轉(zhuǎn)磁場。它的四個磁極分別由兩相具有一定相位差的正弦交變電流激磁。于是就能在四個磁極所在平面形成與激磁電流頻率相等的旋轉(zhuǎn)著的（合成）磁場。能形成旋轉(zhuǎn)磁場的基本條件是：兩相磁軛的幾何夾角α與兩相激磁電流的相位差φ均不等于0°或180°。如下圖所示，當(dāng)1、2兩相磁軛的激磁電流分別為：

H1=HmSin（ωt-φ）

H2=HmSinωt而且兩相磁軛的所有參數(shù)均相等時，可以用下面的數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述四個磁極所在平面幾何中心點的合成磁場軌跡。

——1相磁軛產(chǎn)生的磁場；

——2相磁軛產(chǎn)生的磁場；

——

與的峰值；

——兩相磁軛的幾何夾角；

φ——兩相磁軛激磁電流的相位差；

當(dāng)兩相磁軛的幾何夾角α與兩相磁軛激電流的相位差φ均為90°時，在磁極所在面的幾何中心點將形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，即一個周期內(nèi)其合成磁場軌跡為圓，而且其幅值始終與Hm相等。

下圖是交叉磁軛的四個磁極所在平面幾何中心點旋轉(zhuǎn)磁場如何形成的幾何模型。該圖是兩相磁軛的幾何夾角α=90°，兩相磁軛激磁電流的相位差φ=2π/3時，不同瞬間其合成磁場形成的過程。此圖是按每隔π/6的相位角進(jìn)行一次磁場合成的結(jié)果。由該圖不難看出，隨著時間的變化，合成磁場的方向在旋轉(zhuǎn)，當(dāng)激磁電流相位角ωt由0逐漸變到2π時，其合成磁場正好旋轉(zhuǎn)一周。當(dāng)所用交流電為50Hz時，旋轉(zhuǎn)一周所需時間為0.02s。

交叉磁軛產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場2．旋轉(zhuǎn)磁場分布特點交叉磁軛的磁場無論在四個磁極的內(nèi)側(cè)還是外側(cè)，其分布都是極不均勻的。只有在幾何中心點附近很小的范圍內(nèi)，其旋轉(zhuǎn)磁場的橢圓度變化不大，而離開中心點較遠(yuǎn)的其它位置，其橢圓度變化很大，甚至不能形成旋轉(zhuǎn)磁場。另外四個磁極外側(cè)仍然有旋轉(zhuǎn)磁場存在，只是有效磁化范圍較小。3．交叉磁軛的提升力交叉磁軛的提升力代表交叉磁軛導(dǎo)入被檢測工件有效磁通的多少，亦即工件被磁化后其磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，提升力必須大于某一值后，才能保證被檢工件的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度，亦即保證檢測靈敏度。因此，提升力大小取決于磁軛的鐵芯截面積、鐵芯材料的磁性能以及激磁規(guī)范的大小。2.4.2擺動磁場的合成直流電磁軛與交流通電法復(fù)合磁化工件用直流電磁軛進(jìn)行縱向磁化，并同時用交流通電法進(jìn)行周向磁化，直流電磁軛產(chǎn)生的縱向磁場Hx＝Ho，大小保持不變，交流通電法產(chǎn)生的周向磁場，大小隨時間變化，其合成磁場是一個在±45°之間不斷擺動的螺旋形磁場，所以又叫擺動磁場。交流磁場值比直流磁場值愈大，則擺動的范圍愈大。

如下圖所示。

1-工件；2-磁化線圈；3-絕緣片

2.5退磁場2.5.1退磁場定義

把鐵磁性材料磁化時，由材料中磁極所產(chǎn)生的磁場稱為退磁場，它對外加磁場有削弱作用，用符號ΔH表示。退磁場與材料的磁化強(qiáng)度成正比

ΔH――退磁場M――磁化強(qiáng)度N――退磁因子2.5.2有效磁場鐵磁性材料磁化時，只要在工件上產(chǎn)生磁極，就會產(chǎn)生退磁場，它削弱了外加磁場，所以工件上的有效磁場用H表示，等于外加磁場減去退磁場。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

H――有效磁場（A/m）

Ho――外加磁場（A/m）

ΔH――退磁場（A/m）

得:2.5.3影響退磁場大小的因素1退磁場大小與外加磁場強(qiáng)度大小有關(guān)。外加磁場強(qiáng)度愈大，工件磁化得愈好，產(chǎn)生的N極和S

極磁場愈強(qiáng)，因而退磁場也愈大。2退磁場大小與工件L/D值有關(guān)。工件L/D值愈大，退磁場愈小。

計算L/D時：

a對于實心工件，若為圓柱形工件，D為外直徑；非圓柱形，D為界面最大尺寸。

b對于中空工件，應(yīng)采用有效直徑Deff

3退磁因子N與工件的形狀有關(guān)。是L/D的函數(shù)。

對于完整的閉合的環(huán)形試樣，N=0；對于球體，N=0.333；對于圓鋼棒，L/D愈小，N愈大。

4磁化尺寸相同的鋼管和鋼棒，鋼管比鋼棒產(chǎn)生的退磁場小。

5磁化同一工件，交流電比直流電產(chǎn)生的退磁場小。2.5.4退磁場的計算P.35例2－5例2－6計算結(jié)果討論：

當(dāng)L/D≤2時，退磁場影響很大，工件磁化需要很大的外加磁場強(qiáng)度。只有當(dāng)外加磁場強(qiáng)度Ho遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有效磁場強(qiáng)度H時，才足以克服退磁場的影響，對工件進(jìn)行有效的磁化。但實際上通電線圈很難產(chǎn)生上千Oe的外加磁場強(qiáng)度，所以通常采用延長塊將工件接長，以增大L/D值，減小退磁場的影響。2.6磁路與磁感應(yīng)線的折射

磁力線通過的閉合路徑叫磁路。鐵磁性材料磁化后，不僅能產(chǎn)生附加磁場，而且還能夠把絕大部分磁感線約束在一定的閉合路徑上，見下圖。磁路可用電路來模擬。2.6.1磁路定律：磁路的串聯(lián)和并聯(lián)串聯(lián)磁路式中Rm=Rml+Rm0并聯(lián)磁路式中串聯(lián)磁路和并聯(lián)磁路的推導(dǎo)串聯(lián)磁路和并聯(lián)磁路的計算2.6.2磁感應(yīng)線的折射當(dāng)磁通量從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，它的量不變。但是如果這兩種介質(zhì)的磁導(dǎo)率不同，那么這兩種介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度就會不同，方向也會改變，這稱為磁感應(yīng)線的折射，并遵循折射定律：

當(dāng)磁感應(yīng)線由鋼鐵進(jìn)入空氣，或者由空氣進(jìn)入鋼鐵，在空氣中磁感應(yīng)線實際上是垂直的。例題磁感應(yīng)強(qiáng)度的邊界條件:

（方向分量連續(xù)）

（切向分量連續(xù)）2.7漏磁場與磁粉檢測2.6.1漏磁場的形成

所謂漏磁場，就是鐵磁性材料磁化后，在不連續(xù)性處或磁路的截面變化處，磁感應(yīng)線離開和進(jìn)入表面時形成的磁場。

漏磁場形成的原因，是由于空氣的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鐵磁性材料的磁導(dǎo)率。如果在磁化了的鐵磁性工件上存在著不連續(xù)性或裂紋，則磁感應(yīng)線優(yōu)先通過磁導(dǎo)率高的工件，這就迫使不部分磁感應(yīng)線從缺陷下面繞過，形成磁感應(yīng)線的壓縮。但是，工件上這部分可容納的磁感應(yīng)線數(shù)目也是有限的，又由于同性磁感應(yīng)線相斥，所以，不部分磁感應(yīng)線從不連續(xù)性中穿過，另一部分磁感應(yīng)線遵從折射定律幾乎從工件表面垂直地進(jìn)入空氣中去繞過缺陷又折回工件，形成了漏磁場。

2.6.2缺陷的漏磁場分布

缺陷產(chǎn)生的漏磁場可以分解為水平分量Bx和垂直分量By，水平分量與工件表面平行，垂直分量與工件表面垂直。假設(shè)有一矩形缺陷，則在矩形中心，漏磁場的水平分量有極大值，并左右對稱。而垂直分量為通過中心點的曲線，見下圖，圖中（a）為水平分量，（b）為垂直分量，如果將兩個分量合成，則可得到如圖（c）所示的漏磁場。

一圓柱狀不連續(xù)體（直徑1mm）產(chǎn)生的漏磁場的切向和法向分量。H0=6.4KA/mh=1mm2.6.3漏磁場對磁粉的作用力

漏磁場對磁粉的吸附可看成是磁極的作用，如果有磁粉在磁極區(qū)通過，則將被磁化，也呈現(xiàn)出N極和S極，并沿著磁感應(yīng)線排列起來。當(dāng)磁粉的兩極與漏磁場的兩極互相作用時，磁粉就會被吸附并加速移到缺陷上去。漏磁場的磁力作用在磁粉微粒上，其方向指向磁感應(yīng)線最大密度區(qū)，即指向缺陷處。見下頁圖

漏磁場的寬度要比缺陷的實際寬度大數(shù)倍至數(shù)十倍，所以磁痕對缺陷寬度具有放大作用，能將目視不可見的缺陷變成目視可見的磁痕使之容易觀察出來。

磁粉受漏磁場吸引2.6.4影響漏磁場的因素（1）外加磁場強(qiáng)度的影響

缺陷的漏磁場大小與工件磁化程度有關(guān)。一般說來，外加磁場強(qiáng)度一定要大于產(chǎn)生最大磁導(dǎo)率μm對應(yīng)的磁場強(qiáng)度Hμm，使磁導(dǎo)率減小，磁阻增大，漏磁場增大。當(dāng)鐵磁性材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到飽和值的80%左右時，漏磁場便會迅速增大。（2）缺陷位置及形狀的影響

a缺陷埋藏深度的影響

影響很大

同樣的缺陷，位于工件表面時，產(chǎn)生的漏磁場大；若位于工件的近表面，產(chǎn)生的漏磁場顯著減??；若位于工件表面很深處，則幾乎沒有漏磁場泄漏出工件表面。

b缺陷方向的影響

缺陷垂直于磁場方向，漏磁場最大，也最有利于缺陷的檢出；若與磁場方向平行則幾乎不產(chǎn)生漏磁場；當(dāng)缺陷與工件表面由垂直逐漸傾斜成某一角度，而最終變?yōu)槠叫?，即傾角等于0時，漏磁場也由最大下降至零，下降曲線類似于正弦曲線由最大值降至零值的部分。c缺陷深寬比的影響

缺陷的深寬比是影響漏磁場的一個重要因素，缺陷的深寬比愈大，漏磁場愈大，缺陷愈容易發(fā)現(xiàn)。

全波整流電

500A（3）工件表面覆蓋層的影響（4）工件材料及狀態(tài)的影響

晶粒大小的影響含碳量的影響熱處理的影響合金元素的影響冷加工的影響Meiguowsjc2.8磁粉檢測的光學(xué)基礎(chǔ)

2.8.1光度量術(shù)語及單位光是任何能夠直接引起視覺的電磁輻射，光度學(xué)是有關(guān)視覺效應(yīng)評價輻射量的學(xué)科。磁粉檢測觀察和評定磁痕顯示，必須在可見光或黑光下進(jìn)行，其光源的發(fā)光強(qiáng)度、光通量、[光]照度、輻[射]照度和[光]亮度都與檢測結(jié)果直接有關(guān)。其含義為

國際照明委員會把紫外線分成如下三種范圍：波長320nm～400nm的紫外線稱為UV-A、黑光或長波紫外線，UV-A波長的紫外線，適用于熒光磁粉檢測，它的峰值波長約為365nm。

波長280nm～320nm的紫外線稱為UV-B或中波紫外線，又叫紅斑紫外線。UV-B具有使皮膚變紅的作用，還可引起曬斑和雪盲，不能用于磁粉檢測。

波長100nm～280nm的紫外線稱為UV-C或短波紫外線，UV-C具有光化和殺菌作用，能引起猛烈的燃燒，還傷害眼睛，也不能用于磁粉檢測，醫(yī)院使用UV-C紫外線來殺菌。

人眼在暗室，觀察靈敏度會提高。觀察時佩帶眼睛的問題黑光燈的構(gòu)造和使用注意事項3磁化電流、磁化方法和磁化規(guī)范3.1磁化電流

磁粉探傷采用的磁化電流有交流電、整流電（包括單相半波整流電、單相全波整流電、三相半波整流電和三相全波整流電）、直流電和沖擊電流，其中最常用的磁化電流是交流電、單相半波直流電和三相全波整流電。3.1.1交流電概念：峰值、有效值、平均值、趨膚效應(yīng)、趨膚深度（穿透深度）交流電的趨膚效應(yīng)：導(dǎo)體表面電流密度大，內(nèi)部電流密度小產(chǎn)生的原因是電磁感應(yīng)產(chǎn)生了渦流。電流從表面值下降到1/e≈0.37的深度稱為趨膚深度，可由下式求出：

――磁導(dǎo)率

――電導(dǎo)率

――電流的頻率交流電的優(yōu)點：a對表面缺陷檢測靈敏度高b容易退磁C電源易得，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單

d能夠?qū)崿F(xiàn)感應(yīng)電流磁化e能夠?qū)崿F(xiàn)多向磁化f變截面工件磁場分布較均勻g有利于磁粉遷移h用于評價直流電發(fā)現(xiàn)的磁痕顯示i適用于在役工件的檢驗j交流電磁化時，兩次磁化的工序間不需要退磁交流電的局限性：a剩磁法檢驗時，受交流電斷電相位的影響

b探測缺陷的深度小。交流斷電相位的控制：為了得到穩(wěn)定和最大的剩磁3.1.2整流電單相半波單相全波三相半波三相全波最常用的是單相半波和三相全波整流電

單相半波整流電主要和干法配合使用

磁粉探傷中最常用的磁化電流之一，其優(yōu)點：a兼有直流的滲透性和交流的脈動性b剩磁穩(wěn)定c有利于近表面缺陷的檢測d能提供較高的靈敏度和對比度e設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、輕便，有利于現(xiàn)場檢驗。局限性：a退磁較困難b檢測缺陷深度不如直流電大

c要求較大的輸入功率三相全波整流電

磁粉探傷中最常用的磁化電流之一，其優(yōu)點：a具有很大的滲透性和很小的脈動性b剩磁穩(wěn)定c適用于近表面缺陷的檢測d需要設(shè)備的輸入功率小。局限性：a退磁困難b退磁場大

c變截面工件磁化不均勻

d不適用于干法檢驗

e在周向和縱向磁化工序間需要退磁。直流電最早使用，現(xiàn)在使用少，其優(yōu)缺點：a具有很大的滲透性和很小的脈動性b剩磁穩(wěn)定c適用于近表面缺陷的檢測d需要設(shè)備的輸入功率小。局限性：a退磁困難b退磁場大c不適用于干法檢驗

d在周向和縱向磁化工序間需要退磁。交流和直流電表面磁場的分布

正方形工件通電時，在表面產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，電流沿長度方向通過。

一階梯試樣表面磁場強(qiáng)度分布（KA/m）a交流磁場b直流磁場沖擊電流

由電容器充放電而獲得，只能用于剩磁法，且僅適用于需要電流值特別大而常規(guī)設(shè)備又不能滿足時，根據(jù)工件要求制作專用設(shè)備。3.5.4選擇磁化電流規(guī)則

(1)用交流電磁化濕法檢驗，對工件表面微小缺陷檢測靈敏度高；(2)交流電的滲入深度，不如整流電和直流電；(3)交流電用于剩磁法檢驗時，應(yīng)加裝斷電相位控制器；(4)交流電磁化連續(xù)法檢驗主要與有效值電流有關(guān)，而剩磁檢驗主要與峰值電流有關(guān)；(5)整流電流中包含的交流分量越大，檢測近表面較深缺陷的能力越小；(6)單相半波整流電磁化干法檢驗，對工件近表面缺陷檢測靈敏度高；(7)三相全波整流電可檢測工件近表面較深的缺陷；(8)直流電可檢測工件近表面最深的缺陷；(9)沖擊電流只能用于剩磁法檢驗和專用設(shè)備。磁化電流與磁化深度人工缺陷：直徑1.8mm的孔，干法，連續(xù)法Betz環(huán)交流60Hz、電池直流電、全波整流電、單相半波整流3.2磁化方法3.2.1磁場方向與發(fā)現(xiàn)缺陷的關(guān)系（磁場方向與缺陷垂直）

磁粉檢測的能力，取決于施加磁場的大小和缺陷的延伸方向，還與缺陷的位置、大小和形狀等因素有關(guān)。工件磁化時，當(dāng)磁場方向與缺陷延伸方向垂直時，缺陷處的漏磁場最大，檢測靈敏度最高。選擇磁化方法應(yīng)考慮的因素工件的尺寸大??；工件的外形結(jié)構(gòu)；工件的表面狀態(tài)；根據(jù)工件過去斷裂的情況和各部位的應(yīng)力分布，分析可能產(chǎn)生缺陷的部位和方向，選擇合適的磁化方法。3.2.2磁化方法的分類根據(jù)工件的幾何形狀，尺寸大小和欲發(fā)現(xiàn)缺陷方向而在工件上建立的磁場方向，將磁化方法一般分為周向磁化、縱向磁化和多向磁化（復(fù)合磁化）。

1周向磁化周向磁化是指給工件直接通電，或者使電流流過貫穿空心工件孔中的導(dǎo)體，旨在工件中建立一個環(huán)繞工件的并與工件軸垂直的周向閉合磁場，用于發(fā)現(xiàn)與工件軸平行的縱向缺陷，即與電流方向平行的缺陷。2.縱向磁化

是指將電流通過環(huán)繞工件的線圈，沿工件縱長方向磁化的方法，工件中的磁力線平行于線圈的中心軸線。用于發(fā)現(xiàn)與工件軸向垂直的周向缺陷（橫向缺陷）。利用電磁軛和永久磁鐵磁化，使磁力線平行于工件縱軸的磁化方法亦屬于縱向磁化。

將工件置于線圈中進(jìn)行縱向磁化，稱為開路磁化，開路磁化在工件兩端產(chǎn)生磁極，因而產(chǎn)生退磁場。電磁軛整體磁化、電磁軛或永久磁鐵的局部磁化，稱為閉路磁化，閉路磁化不產(chǎn)生退磁場或退磁場很小。3.多向磁化（也叫復(fù)合磁化）

是指通過復(fù)合磁化，在工件中產(chǎn)生一個大小和方向隨時間成圓形、橢圓形或螺旋形軌跡變化的磁場。因為磁場的方向在工件上不斷地變化著，所以可發(fā)現(xiàn)工件上多個方向的缺陷。4.輔助通電法是指將通電導(dǎo)體置于工件受檢部位而進(jìn)行局部磁化的方法，如電纜平行磁化法和銅板磁化法，僅用于常規(guī)磁化方法難以磁化的工件和部位，一般情況下不推薦使用。3.2.3各種磁化方法的特點磁化工件的順序，一般是先進(jìn)行周向磁化，后進(jìn)行縱向磁化；如果一個工件上橫截面尺寸不等，周向磁化時，電流值分別計算，先磁化小直徑，后磁化大直徑。

1軸向通電法2中心導(dǎo)體法3偏置芯棒法4觸頭法5感應(yīng)電流法6環(huán)形件繞電纜法7線圈法8磁軛法（電磁軛、永久磁軛、交叉磁軛）3.3磁化規(guī)范

3.3.1磁化規(guī)范的制定磁化規(guī)范:工件磁化時，磁化電流值或磁場強(qiáng)度值。磁化規(guī)范要合適。1制定磁化規(guī)范應(yīng)考慮的因素首先根據(jù)工件的材料、熱處理狀態(tài)和磁特性，確定采用連續(xù)法還是剩磁法檢驗；還要根據(jù)工件的尺寸、形狀、表面狀態(tài)和欲檢出缺陷的種類、位置、形狀及大小，確定磁化方法、磁化電流種類和有效磁化區(qū)，制定相應(yīng)的磁化規(guī)范。2制定磁化規(guī)范的方法

(1)用經(jīng)驗公式計算

(2)用毫特斯拉計測量工件表面的切向磁場強(qiáng)度

施加在工件表面的切向磁場強(qiáng)度為2.4～4.8KA/m

（30～60Gs）

（3）利用材料的磁特性曲線（4）用標(biāo)準(zhǔn)試片確定

(形狀復(fù)雜的工件，難以用計算法求得磁化規(guī)范時，把標(biāo)準(zhǔn)試片貼在被磁化工件不同部位，可確定大致理想的磁化規(guī)范。)

利用磁特性曲線確定磁化規(guī)范

表3-2周向磁化規(guī)范的分級規(guī)范名稱檢測方法應(yīng)用范圍連續(xù)法剩磁法嚴(yán)格規(guī)范

H2～H3（基本飽和區(qū)）

H3以后（飽和區(qū)）

適用于特殊要求或進(jìn)一步鑒定缺陷性質(zhì)的工作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

H1～H2（近飽和區(qū)）

H3以后（飽和區(qū)）

適用于較嚴(yán)格的要求放寬規(guī)范

Hμm～H1（激烈磁化區(qū)）

H2～H3（基本飽和區(qū)）

適用于一般的要求（發(fā)現(xiàn)較大的缺陷）1）連續(xù)法連續(xù)法周向磁場的選擇一般選擇在Hμm～H3之間為宜。詳見表3-2。2）剩磁法剩磁法檢測時的磁化場應(yīng)選取在遠(yuǎn)比Hμm大的磁場范圍，詳見表3-2。這樣，當(dāng)去掉磁化場后，工件上的剩磁和矯頑力才能保證有足夠大的數(shù)值，確保工件具有足夠的剩余磁性產(chǎn)生漏磁場，從而使缺陷處吸咐磁粉并被檢測出。應(yīng)用舉例例3-1：有一材料為30CrMnSiA的軸，原材料進(jìn)廠前經(jīng)900℃正火處理，現(xiàn)車制成φ50mm的軸坯后進(jìn)行熱處理，熱處理工藝是880℃油淬，300℃回火，然后磨削加工成φ48mm的成品軸，若進(jìn)行周向磁化檢查表面細(xì)小缺陷，如何確定坯料和成品檢測的方法和磁化電流？原材料及成品時磁特性曲線如圖3-33所示。

a）原材料狀態(tài)b）調(diào)質(zhì)狀態(tài)

圖3-3330CrMnSiA磁特性曲線

解：1）原材料（坯料）檢查。從圖3-33a可知，其Br=1.2T，Hc=280A/m，其保磁性能差，只能采用連續(xù)法檢測。因要求檢查細(xì)小缺陷，采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范磁化。其磁感應(yīng)強(qiáng)度B為1.4T附近，磁場強(qiáng)度H約為2600A/m。由此可以計算：

D=50mm=0.05mI=πDH=3.14×0.05×2600≈400（A）2）成品檢查從圖3-33b中可知，其Br=1.1T，Hc=2300A/m，均較大，可以采用剩磁法檢測。剩磁法應(yīng)在飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度時進(jìn)行，即B=1.7T附近，查此處磁場強(qiáng)度H為14000A/m，由此計算：

D=48mm=0.048mI=πDH=3.14×0.048×14000≈2100(A)

若采用連續(xù)法，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B約為1.4T，此時磁場強(qiáng)度H約為4800A/m，相應(yīng)磁化電流應(yīng)為

I=πDH=3.14×0.048×4800≈720(A)從以上例題中可以看出，一般周向磁化時，剩磁法所用的磁場強(qiáng)度約為連續(xù)法的3倍。注意：在線圈縱向磁化中，由于存在著退磁場，工件內(nèi)的有效磁場不等于磁化場，并且工件中各處的退磁因子不同，因而各處的退磁場也不一樣。所以不能用磁特性曲線確定縱向磁化規(guī)范。3.3.2軸向通電法和中心導(dǎo)體法磁化規(guī)范

表3.3

軸向通電法和中心導(dǎo)體法磁化規(guī)范檢驗方法磁化電流計算公式ACFWDC連續(xù)法I=（8~15）DI=（12~32）D剩磁法I=（25~45）DI=（25~45）D注：

I－磁化電流，A；圓柱形工件，D－為直徑；非圓柱形工件，D－工件橫截面上最大尺寸，mm中心導(dǎo)體法可用于檢測工件內(nèi)、外表面與電流平行的縱向缺陷和端面的徑向缺陷。

外表面檢測時應(yīng)盡量使用直流電或整流電。[例]

一截面為50mm×50mm，長為1000mm的方鋼，要求工件表面磁場強(qiáng)度為8000A/m，求所需的磁化電流值？解：工件截面最大尺寸(mm)

公式來源：安培環(huán)路定理特種設(shè)備行業(yè)中，軸向通電主要檢測鍛件和螺栓，材質(zhì)主要為碳鋼、低合金鋼。

根據(jù)相關(guān)資料，這些材料一般來說

H1=1360~3680A/m，H2=2400~6400A/m，

H3=6400~12000A/m，Hm=14880~16000A/m直流電和整流電連續(xù)法：剩磁法：3.3.3偏置芯棒法磁化規(guī)范當(dāng)采用中心導(dǎo)體法磁化時，若工件直徑大、設(shè)備的功率不能滿足時，可采用偏置芯棒法磁化。應(yīng)依次將芯棒緊靠工件內(nèi)壁（必要時對與工件接觸部位的芯棒進(jìn)行絕緣）停放在不同位置，以檢測整個圓周，在工件圓周方向表面的有效磁化區(qū)為芯棒直徑d的4倍，并應(yīng)有不小于10%的磁化重疊區(qū)。磁化電流仍按表3-3中的公式計算，只是工件直徑D要按芯棒直徑加兩倍工件壁厚之和計算。[例]有一鋼管，規(guī)格為φ180×17×1000，用偏置芯棒法檢驗管內(nèi)、外壁的縱向缺陷，應(yīng)采用多大的磁化電流？若采用直徑為25mm的芯棒時，需移動幾次才能完成全部表面的檢驗？解：當(dāng)芯棒直徑D=25mm時，

I=（12～32）×（25+2×17）=（708～1888）A

又因為檢測范圍為：4D=4×25=100（mm）鋼管外壁周長為：L=πφ=3.14×180≈570（mm）考慮到檢測區(qū)10%的重疊，所以完成全部表面的檢驗需移動芯棒次數(shù)為：