4 磁粉检测

第6章常用无损检测方法第四章磁粉检测4.1磁粉检测的基本原理4.2磁化过程4.3磁粉检测技术第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法第四章磁粉检测利用磁粉的聚集显示铁磁性材料及其工件表面与近表面缺陷的无损检测方法称为磁粉检测法。该方法既可用于板材、型材、管材及锻造毛坯等原材料及半成品或成品表面与近表面质量的检测，也可用于重要机械设备、压力容器及石油化工设备的定期检查。第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法主要优点：1、直观地显示出缺陷的形状、位置与大小，并能大致确定缺陷的性质；2、检测灵敏度高，可检出宽度仅为0.1μm的表面裂纹；3、应用范围广，几乎不受被检工件大小及几何形状的限制；4、工艺简单，检测速度快，费用低。第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法缺点：该方法仅局限于检测能被显著磁化的铁磁性材料（Fe、Co、Ni及其合金）及由其制作的工件表面与近表面缺陷；不能用于抗磁性材料（如Cu）及顺磁性材料（如Al、Cr、Mn）——工程上统称为非磁性材料的检测。磁性合金在外加磁场中，可表现出三种情况：（1）不被磁场吸引的，叫反（抗）磁性材料；（2）微弱地被磁场所吸引的物质，叫顺磁性材料；（3）被磁场强烈地吸引的物质，称铁磁性材料，其磁性随外磁场的加强而急剧增高，并在外磁场移走后，仍能保留磁性。金属材料中，大多数过渡金属具有顺磁性；只有Fe、Co、Ni等少数金属是铁磁性的。第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法不锈钢有磁性吗：在钢中含铬量大于12.5%以上，具有较高的抵抗外界介质（酸、碱盐）腐蚀的钢，称为不锈钢。根据钢内的组织状况，不锈钢可分为马氏体型、铁素体型、奥氏体型、铁素体—奥氏体型，沉淀硬化型不锈钢，依据国家标准GB3280—92规定，共有55个规定。在日常生活中我们接触较多的奥氏体型不锈钢（有人称之为镍不锈）和马氏体型不锈钢（有人称之为不锈铁，但不科学，易误解，应回避）两大类。奥氏体型不锈钢典型的牌号为0Cr18Ni9，即“304”和1Cr18Ni9Ti。马氏体型不锈钢就是我们制造刀剪的不锈钢，牌号主要有2Cr13、3Cr13、6Cr13、7Cr17等。由于这两类不锈钢组织成分的差异，其金属显微组织也不相同。奥氏体型不锈钢由于在钢中加入较高的铬和镍（含铬在18%左右，Ni在4%以上），钢的内部组织呈现一种叫奥氏体的组织状态，这种组织是没有导磁性的，不能被磁铁所吸引。常用来作装饰材料，如不锈钢管、毛巾架、餐具、炉具等。制作刀剪类的不锈钢要采用马氏体型不锈钢。因为刀剪具有剪切物品的功能，必须有锋利度，要有锋利度必须有一定的硬度。这类不锈钢必须通过热处理使其内部发生组织转变。增加硬度后才能作刀剪。但这类不锈钢（马氏体型不锈钢）内部组织为回火马氏体，具有导磁性，可被磁铁吸引。因此不能简单地用是否有磁性来说明不锈钢。第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法4.1磁粉检测的基本原理一、金属的铁磁性在外磁场的作用下，铁磁性材料会被强烈磁化。反映外加磁场强度H与铁磁性材料内部磁感应强度B之间联系的闭合曲线称为磁滞回线。根据磁滞回线形状的不同，可以把铁磁性材料划分为软磁性和硬磁性材料两类。软磁性材料的磁滞特性不显著，矫顽力很小，剩磁非常容易消除；硬磁性材料的磁滞特性则非常显著，矫顽力和剩磁都很大，适于制造永久磁铁。第四章磁粉检测磁感应强度或磁化强度外加磁场强度第6章常用无损检测方法矫顽力：在永磁材料的退磁曲线上，当反向磁场H增大到某一值bHc时，磁体的磁感应强度B为0，称该反向磁场H值为该材料的矫顽力bHc；在反向磁场H=bHc时，磁体对外不显示磁通，因此矫顽力bHc表征永磁材料抵抗外部反向磁场或其它退磁效应的能力。铁磁性材料的晶格结构不同，磁性会有显著变化。在常温下，面心立方晶格的铁是非磁性材料，体心立方晶格的铁则是铁磁性材料。此外，材料的合金化、冷加工及热处理状态都会影响材料的铁磁性。第四章磁粉检测饱和磁场强度Bm矫顽力Hc第6章常用无损检测方法二、1、退磁场将铁磁性棒料放在外磁场中磁化，棒料两端也分别感应出了N、S极，形成了方向与外磁场相反的磁场强度增量ΔH。因为ΔH减弱了外磁场对材料的磁化作用，所以称其为退磁场。0HJN式中N、J、μ0分别为退磁因子、磁极化强度（单位T，特斯拉）、真空磁导率。N的大小主要取决于被磁化物体的形状，完整的环形闭合体：N=0，球体：N=0.333，标准椭圆体：N=0.73。对棒料，N与L/D成反比。第四章磁粉检测mH/10470第6章常用无损检测方法2、漏磁场漏磁场是指被磁化物体内部的磁力线在缺陷或磁路截面发生突变的部位离开或进入物体表面所形成的磁场。漏磁场的成因在于磁导率的突变。若被磁化的工件上存在缺陷，由于缺陷内所含的物质一般有远低于铁磁性材料的磁导率，因而造成了缺陷附近磁力线的弯曲和压缩。如果该缺陷位于工件的表面或近表面，则部分磁力线就会在缺陷处逸出工件表面进入空气中，绕过缺陷后再折回工件，由此形成了缺陷的漏磁场。如果在漏磁场处撒上磁导率很高的磁粉，因为磁力线穿过磁粉比穿过空气更容易，所以磁粉会被该漏磁场吸附。第四章磁粉检测缺陷的漏磁场与磁粉的吸附第6章常用无损检测方法第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法3、漏磁场与磁粉的相互作用磁粉检测的基础是缺陷的漏磁场与外加磁粉的磁相互作用，即通过磁粉的聚集来显示被检工件表面上出现的漏磁场，再根据磁粉聚集形成的磁痕的形状和位置分析漏磁场的成因并评价缺陷。设在工件表面上有漏磁场存在，如果在漏磁场处撒上磁导率很高的磁粉，因为磁力线穿过磁粉比穿过空气更容易，所以磁粉会被该漏磁场吸附。被磁化的磁粉沿缺陷漏磁场的磁力线排列。在漏磁场力的作用下，磁粉向磁力线最密集处移动（缺陷附近磁力线的弯曲和压缩），最终被吸附在缺陷上。由于缺陷的漏磁场有比实际缺陷本身达数倍乃至数十倍的宽度，故磁粉被吸附后形成的磁痕能放大缺陷。通过分析磁痕评价缺陷，即是磁粉检测的基本原理。第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法三、磁粉检测灵敏度的高低取决于漏磁场强度的大小。在实际检测过程中，真实缺陷漏磁场的强度受到多种因素的影响，主要有：1、外加磁场强度：外加磁场使被检材料的磁感应强度达到饱和之的80%以上，缺陷漏磁场的强度会显著增加；2、缺陷的位置与形状：缺陷埋藏深度越深，漏磁场强度越小；缺陷切割磁力线的角度越接近正交，漏磁场强度越大；同样条件下，表面缺陷的漏磁场强度随深、宽比的增加而增加；3、被检表面的覆盖层：覆盖层会降低漏磁场强度；4、材料状态：成分、含碳量、加工及热处理状态的改变都会影响材料的磁特性，并影响缺陷的漏磁场。第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法一、磁化方法工件磁化时，当磁场方向与缺陷延伸方向垂直时，缺陷处的漏磁场最大，检测灵敏度最高。当磁场方向与缺陷延伸方向夹角为45°时，缺陷可以显示，但灵敏度降低。当磁场方向与缺陷延伸方向平行时，不产生磁痕显示，发现不了缺陷。由于工件中缺陷有各种取向，难以预知，故应根据工件的几何形状，采用不同的方法直接、间接或通过感应电流对工件进行周向、纵向或多向磁化，以便在工件上建立不同方向的磁场，发现所有方向的缺陷，于是出现了各种不同的磁化方法，主要有通电法、中心导体法、触头法、线圈法、磁轭法、多向磁化法等。4.2第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法（一）周向磁化被检工件直接通电，或让电流通过平行于工件轴向放置的导体的磁化方法称为周向磁化。目的是建立起环绕工件周向并垂直于工件轴向的闭合周向磁场，以发现取向基本与电流方向平行的缺陷（即轴向缺陷）。第四章磁粉检测对小型零部件，采用直接通电或中心导体通电法对被检工件作整体周向磁化。对大型结构的磁粉检测，采用触头法（直接通电）和平行电缆法（辅助通电）对被检区域作局部周向磁化。第6章常用无损检测方法1、触头法用两个电极触头将磁化电流导入被检工件进行局部磁化的方法称为触头法。为避免漏检缺陷，对同一被检部位应通过改变触点连线方位的方法，至少进行两次相互垂直的检测。第四章磁粉检测两触头间距200mm，磁化电流400A的交流电时的感应磁场强度等值曲线。两触点连线上的磁场强度最大。第6章常用无损检测方法2、平行电缆法用与被检区域平行的电缆作周向磁化可以检测该区域存在的纵向裂纹。第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法（二）纵向磁化纵向磁化的目的使用环绕被检工件或磁轭铁心的励磁线圈在工件中建立起沿其轴向分布的纵向磁场，以发现取向基本与工件轴向垂直的缺陷（周向或径向缺陷）。常用的方法是磁轭法和线圈法。第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法1、磁轭法将电磁轭或永久磁轭的两极与被检工件相接触，即可对其作整体或局部的纵向磁化。如被检工件的两个断面能够被夹持在磁轭的两极之间，形成闭合的磁路，可以对工件作整体纵向磁化。否则为局部磁化。作局部磁化时，磁轭两极间的磁力线大致与两极的连线平行，可以检出取向基本与两极连线垂直的缺陷。第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法2、线圈法用螺旋管线圈对被检工件作纵向磁化的方法称为线圈法。用线圈法可以对管道环焊缝作磁粉检测，可以发现环焊缝及其热影响区的纵向裂纹。一般线圈缠绕4-6匝。第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法（三）复合磁化复合磁化将周向磁化和纵向磁化的两次磁化过程合二为一，同时在被检工件上施加两个或两个以上不同方向的磁场，合成磁场的方向在被检区域内随着时间变化，经一次磁化就能检出各种不同取向的缺陷。交叉电磁轭复合磁化（旋转磁化）：有两个参数相同的单磁轭交叉构成，交叉角度为90°。用幅值相等，相位相差120°的交流电分别对两个单磁轭励磁。则在被检工件表面上将产生方向随时间变化的椭圆型旋转磁场。因此这种磁化方法又叫旋转磁化。交叉电磁轭通常在被检表面连续行走检测，使产生的椭圆型旋转磁场移动。由于被检表面上有效磁场内任意取向的缺陷都有与旋转磁场最大幅值方向正交的机会，因此可获得最强的缺陷漏磁场。第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法二、为了在工件上产生磁场而采用的电流称为磁化电流。磁粉检测采用的磁化电流有交流、直流和整流电流。第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法第四章磁粉检测在电流产生的磁场强度H的激励下，铁磁材料（如铁心）被磁化并以感应强度B描述磁化程度。磁化后的铁心，若去除电流激励，使H=0，铁磁材料中的磁感应强度虽减小，但并不为零，即B≠0，这种现象称为铁磁材料具有剩磁特性。铁磁材料的剩磁可通过施加适当的反向磁场，或对其施加高温或振动而减弱或消失。（一）交流磁化优点：（1）交流电的趋肤效应可提高检测表面缺陷的灵敏度；（2）交流磁化的磁场随时间变化，可实现复合磁化；（3）比直流磁化时在工件表面截面变化部位的分布较均匀，有利于对这这些部位缺陷的检测；（4）交流电的不断换向有利于磁粉的迁移，提高检测的灵敏度；（5）交流磁化的磁场较浅，易于退磁；（6）设备简便，易于维修，价格便宜。缺点：（1）由于趋肤效应的影响，对近表面缺陷的检测能力不如直流磁化；（2）交流磁化后被检工件的剩磁不稳定。第6章常用无损检测方法（二）直流与整流磁化整流电有单向半波、单向全波、三向半波和三向全波整流几种类型。三向全波整流很接近纯直流电。在这几种整流电中，随着电流波形脉动程度的减小，磁场的渗透能力增强，可检出缺陷的埋藏深度增大。直流磁化可检出缺陷的埋藏深度最大。直流与整流磁化被检工件均可获得稳定的剩磁，但检测后退磁也比较困难。另外，在被检工件的截面突变部位，容易出现磁化不足或过磁化，易造成这些部位缺陷的漏检。第四章磁粉检测第6章常用无损检测方法三、磁化规范为获得较高的磁粉检测灵敏度，在被检工件上建立的磁场就必须具有足够的强度。使用电磁轭的纵向磁场进行检测时，可以通过测量其提升力确定被磁化区域的磁场强度是否满足要求。当使用最大的磁极间距时，要求交流电磁轭至少应具有44N的提升力；直流电磁轭至少应具有177N的提升力。使用触头法检测时，电极间距控制在75-200mm之间，推荐使用的磁化电流为：第四章磁粉检测材料厚度t/mm电流值/电极间距/A.mm-1t＜19t≥193.5-4.54-5第6章常用无损检测方法使用直流或整流励磁的缠