磁粉检测技术.

1磁粉检测技术机电工程学院测控系魏莉[e-mail]23.1磁粉检测概述一、磁粉检测基本原理利用磁现象检测铁磁材料表面近表面缺陷的方法技术磁化的过程缺陷漏磁场的产生是磁粉检测的基础1.什么是磁粉检测33.1磁粉检测概述1922年美国人霍克提出1928年弗雷斯特周向磁化1930年首次成功应用1934年美国磁通公司成立1950年前苏联航空研究院瑞加德罗2.磁粉检测发展历程3.磁粉检测现状43.1磁粉检测概述4.磁粉检测特点优点：显示直观：磁痕灵敏度高：微米级适应性好：各种形状工件，各个方向缺陷重复性好工艺简单，成本低，效率高53.1磁粉检测概述缺点：材料局限性大：铁磁性材料只能检测表面近表面缺陷难以定量缺陷深度目视法：经验要求高受工件几何形状影响会产生非相关磁痕部分磁化方法可能烧伤工件6二、缺陷漏磁场铁磁性材料被磁化后，其内部产生很强的磁感应强度，磁力线密度增大几百倍到几千倍，如果材料中存在不连续性(包括缺陷造成的不连续性种结构、形状、材质等原因造成的不连续性)，磁力线会发生畸变，部分磁力线有可能逸出材料表面，从空间穿过，形成漏磁场，漏磁场的局部磁极能够吸引铁磁物质。1.漏磁场的形成3.1磁粉检测概述7磁感应线的折射α1α2μ1μ2212121tantanrr88200011，钢材r323.1磁粉检测概述83.1磁粉检测概述92.漏磁场的影响因素磁化场：强度、种类3.1磁粉检测概述10缺陷：方向、位置、大小、性质、形状3.1磁粉检测概述113.1磁粉检测概述材质表面涂层12三、磁粉检测方法分类1.按施加磁粉时机分剩磁法连续法2.按显示材料分荧光法非荧光法3.1磁粉检测概述133.按磁粉分散介质分干法湿法4.选择依据形状尺寸材质检测要求3.1磁粉检测概述143.1磁粉检测概述四、磁粉检测应用领域机械、航空航天、化工、石油、造船、冶金、铁路原材料检测半成品检验成品检验返修检验153.2磁化与退磁一、磁化电流1.交流电tIimsinmII21f116优点：对表面缺陷检测灵敏度高容易退磁电源易得，设备结构简单能够实现感应电流法磁化能够实现多向磁化磁化变截面工件磁场分布较均匀有利于磁粉迁移用于评价直流电磁化发现的磁痕适于在役工件的检验3.2磁化与退磁17局限性：剩磁不稳定检测深度小3.2磁化与退磁182.整流电方向不变，大小变化单相半波整流单相全波整流三相半波整流三相全波整流交流分量递减缺陷深度递减单相半波整流三相全波整流3.2磁化与退磁19单相半波整流电2mmdIIII3.2磁化与退磁20优点：兼有直流的渗透性和交流的脉动性剩磁稳定能提供较高的灵敏度和对比度3.2磁化与退磁局限性：退磁较困难缺陷检测深度不如三相全波和直流电21三相全波整流电dmII33.2磁化与退磁22优点：具有很大的渗透性和很小的脉动性剩磁稳定设备需要输入的功率小局限性：退磁困难退磁场大变截面工件磁化不均匀不适用于干法周向和纵向磁化工序间要退磁3.2磁化与退磁233.直流电优点：具有最强的渗透性，检测缺陷深度最大剩磁稳定局限性：退磁最困难退磁场大不适用于干法电源供给不便4.冲击电流3.2磁化与退磁245.磁化电流的选择交流电磁化湿法检验，对表面微小缺陷灵敏度高交流电的渗入深度不如直流电和整流电交流电用于剩磁法检验时，应有断点相位控制装置交流电磁化连续法检验主要与电流有效值有关，剩磁检验主要与电流峰值有关整流电中交流成分越大，检测较深缺陷能力越小直流电检测缺陷深度最大冲击电流只能用于剩磁法检验和专用设备3.2磁化与退磁25二、磁化方法磁场方向与发现缺陷的关系分类依据：在工件中建立磁场的方向周向磁化纵向磁化复合磁化3.2磁化与退磁261.周向磁化建立一个沿圆周方向的磁场发现纵向和接近纵向的缺陷3.2磁化与退磁27（1）直接通电法3.2磁化与退磁28棒材磁场分布IdlH安培环路定理RrrIRrRIrH222RrrIRrRIrB22023.2磁化与退磁293.2磁化与退磁30管材磁场分布22121222121220RrrIRrRRRrRrIRrH3.2磁化与退磁3132优点：简单和复杂工件都只需一次通电就可磁化所需电流值与长度无关，磁化规范计算容易工件端头无磁极，不会产生退磁场工艺简单、效率高灵敏度较高局限性：可能烧伤工件不能检测管材内壁细长工件夹持易变形3.2磁化与退磁33工件烧伤的原因：夹持部位有铁锈、氧化皮、脏物磁化电流过大夹持压力不足通电时松开或夹持工件接触面积过小3.2磁化与退磁34（2）中心导体法3.2磁化与退磁35磁场分布112122RrrIRrRIrH30322101212222RrrIRrRrIRrRrIRrRIrBR2R1R3试件中心导体3.2磁化与退磁3637优点：电流不直接流经工件，不会烧伤空心工件内外表面以及端面都会产生磁场工艺简单、效率高灵敏度较高局限性：厚壁工件的外表面检测灵敏度远低于内表面检测大直径管时，需采用偏置心棒法仅适用于有孔工件3.2磁化与退磁383.2磁化与退磁39（3）支杆法3.2磁化与退磁403.2磁化与退磁41触头材料：钢或铝，不用铜局部磁化方法：间距150--200mm磁化电流：3.5--5A/mm灵敏度高，机动性强，灵活方便不受工件形状尺寸限制效率不高，速度慢可能引起工件烧伤3.2磁化与退磁422.纵向磁化建立一个沿轴向方向的磁场发现横向和接近横向的缺陷3.2磁化与退磁43（1）线圈法3.2磁化与退磁44退磁场HHH0NJH21211dldlN3.2磁化与退磁45具体要求：为避免退磁场的影响，短工件应接长工件纵轴应平行于线圈轴线可将工件紧贴线圈内壁放置进行磁化长工件分段磁化，每段要有10%重叠区不同填充系数有效磁化区不同大型或异型工件可采用绕电缆法磁化3.2磁化与退磁463.2磁化与退磁473.2磁化与退磁48优点：非电接触方法简单大型或异型工件采用绕电缆法效果好检测灵敏度较高局限性：退磁场影响大端面缺陷检测灵敏度低要采用快速断电法减小端部效应3.2磁化与退磁49（2）磁轭法3.2磁化与退磁50整体磁化的要求：磁极截面大于工件截面避免工件和磁极之间的气隙极间距大于1米时，磁化不充分形状复杂的长工件，不宜整体磁化局部磁化的要求：磁极间距L：75—200mm3.2磁化与退磁513.2磁化与退磁523.2磁化与退磁53（3）感应电流法3.2磁化与退磁543.复合磁化（1）纵向直流磁化与周向交流磁化复合3.2磁化与退磁55（2）交叉磁轭复合磁化3.2磁化与退磁563.2磁化与退磁57（3）交叉线圈复合磁化3.2磁化与退磁58（4）纵向感应磁化与周向交流磁化复合3.2磁化与退磁594.磁化方法选择考虑因素工件的尺寸大小工件的外形结构工件的表面状态工件过去的断裂状况以及应力分布3.2磁化与退磁60三、退磁1.剩磁的产生及影响铁磁性材料的特性决定，剩磁大小和工件的材质、几何形状、磁化场强度、方向等因素有关。3.2磁化与退磁61影响附近磁罗盘和仪表精度以及正常使用吸附铁屑磁粉，影响工件后续加工表面粗糙度和刀具寿命磁粉难以清除电弧焊过程电弧吹偏油路系统：吸附铁屑磁粉，影响供油畅通滚珠轴承：吸附铁屑磁粉，造成磨损电镀钢件：电镀电流偏离，影响质量3.2磁化与退磁影响62后续热处理工艺加热温度高于居里点低剩磁高磁导率材料剩磁不影响使用工件将处于强磁场附近工件将受电磁铁夹持交流电两次磁化工序之间直流电两次磁化，且后道工序磁化更强3.2磁化与退磁不需退磁的情况632.退磁的原理换向衰减同时进行3.2磁化与退磁643.退磁的方法（1）交流退磁通过法3.2磁化与退磁653.2磁化与退磁衰减法663.2磁化与退磁67（2）直流退磁3.2磁化与退磁68退磁磁场强度应大于磁化最大磁场强度周向磁化退磁：先纵向磁化再退磁交流电磁化用交流电退磁，直流电磁化用直流电退磁，直流退磁后再进行一次交流退磁效果更好通过法退磁：工件与线圈轴平行，短工件接长退磁，不能用铁磁性盘摆放工件退磁，环形或复杂工件应旋转通过退磁机与工件东西放置，与地磁场垂直可有效退磁已退磁工件远离退磁机和磁化装置4.退磁的注意事项3.2磁化与退磁695.剩磁的检测3.2磁化与退磁703.3磁化规范磁化规范：工件在磁化时选择磁化电流应遵循的规则。考虑因素：工件、检测要求、磁化方法、设备来源：实际应用、实际研究的总结范围：宽磁化电流：以峰值表示71一、磁化规范制定方法1.经验数值法（1）工件表面磁场值工件表面磁化强度达到一定数值，就可以满足检测条件要求标准规范严格规范连续法2.4kA/m4.8kA/m剩磁法8.0kA/m14.4kA/m3.3磁化规范72DIHDHI标准规范严格规范连续法I=8DI=15D剩磁法I=25DI=45D其中：电流I单位：A直径D单位：mm非圆工件：D=周长/π3.3磁化规范73（2）工件内的磁感应强度工件内磁感应强度达到一定数值，就可以满足检测条件要求，具体要求可选下列二者之一：工件内磁感应强度达到0.8T；工件内磁感应强度达到饱和磁感应的80%。3.3磁化规范743.3磁化规范75磁场范围连续法1.6--4.8kA/m剩磁法6.4--9.6kA/m科学、合理难以得到所有材料的磁化曲线《常用钢材磁特性曲线速查手册》3.3磁化规范762.标准试片法常用试片：A型、C型操作步骤用于复杂形状工件3.3磁化规范773.磁特性曲线法SlRm13.3磁化规范78Ⅰ：初始磁化区Ⅱ：激烈磁化区Ⅲ：近饱和区Ⅳ：基本饱和区Ⅴ：饱和区3.3磁化规范79饱和区（Ⅴ）基本饱和区（Ⅳ）剩磁法近饱和区（Ⅲ）激烈磁化区（Ⅱ）连续法严格规范标准规范3.3磁化规范80二、周向磁化规范1.直接通电法3.3磁化规范812.中心导体法磁化规范同直接通电法偏心放置：tDD23.3磁化规范823.支杆法3.3磁化规范83三、纵向磁化规范工件横截面积线圈横截面积低充填：γ≥10高充填：γ＜２中充填：２≤γ＜103.3磁化规范841.低充填（γ≥10）线圈连续法纵向磁化（1）偏心放置%)10(45000DLININ：线圈的安匝数L/D：工件的长径比3.3磁化规范85（2）同心放置%)10(561690DLRININ：线圈的安匝数L/D：工件的长径比R：线圈的半径（mm）3.3磁化规范862.高充填（γ＜２）或电缆缠绕法线圈连续法%)10(235000DLIN3.3磁化规范873.中充填（２≤γ＜10）线圈连续法82810ehINININ被检工件为空心时：2112hteffAAD3.3磁化规范884.剩磁法线圈纵向磁化3.3磁化规范893.4磁粉检测设备、器材与材料一、磁粉检测设备种类及特点1.固定式磁粉探伤机2.移动式磁粉探伤机3.便携式磁粉探伤仪903.4磁粉检测设备、器材与材料919293949596979899100101二、磁粉检测辅助器材1.光源（2）紫外光（1）可见光3.4磁粉检测设备、器材与材料102（3）黑光灯3.4磁粉检测设备、器材与材料1031042.磁场测量仪表3.4磁粉检测设备、器材与材料105三、磁粉检测标准试片1.A型标准试片3.4磁粉检测设备、器材与材料1063.4磁粉检测设备、器材与材料1072.C型标准试片3.4磁粉检测设备、器材与材料1083.B型标准试片3.4磁粉检测设备、器材与材料1094.直流环形标准试片3.4磁粉检测设备、器材与材料1105.交流环形标准试片3.4磁粉检测设备、器材与材料1116.磁场指示器3.4磁粉检测设备、器材与材料112四、磁粉和磁悬液1.磁粉分类根据磁痕显示光源分类：非荧光磁粉荧光磁粉根据分