无损检测--磁粉探伤

第四章磁粉检测（MT)利用磁粉的聚集显示铁磁性材料及其工件表面缺陷及近表面缺陷的无损检测方法。一概念二特点1.直观显示缺陷的形状、位置和大小，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。4.工艺简单，检测速度快，成本低。磁粉检测可对原材料、半成品、成品工件和在役的零部件检测探伤，还可对板材、型材、管材、棒材、焊接件、铸钢件及锻钢件进行检测。三适用范围马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢具有磁性，可进行MT。MT可发现裂纹、夹杂、发纹、白点、折叠、冷隔和疏松等缺陷。MT不能检测奥氏体不锈钢材料和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝，也不能检测铜、铝、镁、钛等非磁性材料。对于表面浅的划伤、埋藏较深的孔洞和与工件表面夹角小于20°的分层和折叠难以发现。第一节磁粉探伤的基本原理一磁粉探伤中的相关物理量磁性：磁铁能够吸引铁磁性材料的性质叫磁性。磁体：凡能够吸引其他铁磁性材料的物体叫磁体。磁极：靠近磁铁两端磁性特别强吸附磁粉特别多的区域称为磁极。每一小块磁体总有两个磁极。磁化：使原来没有磁性的物体得到磁性的过程叫磁化。二退磁场和漏磁场1退磁场把铁磁性材料磁化时，由材料中磁极所产生的磁场称为退磁场，它对外加磁场有削弱作用，用符号ΔH表示。2漏磁场铁磁性材料磁化后，在不连续性处或磁路的截面变化处，磁感应线离开和进入表面时形成的磁场。3漏磁场对磁粉的作用力利用磁化材料或工件表面的漏磁场吸引磁粉颗粒或磁悬液中的磁粉颗粒，使其在具有较强漏磁场的位置聚集，从而形成磁痕达到显示缺陷的效果。三检测原理三影响漏磁场的因素（1）外加磁场强度的影响缺陷的漏磁场大小与工件磁化程度有关。当铁磁性材料的磁感应强度达到饱和值的80%左右时，漏磁场便会迅速增大。（2）缺陷位置及形状的影响a缺陷埋藏深度的影响b缺陷方向的影响c缺陷深宽比的影响（3）工件表面覆盖层的影响（4）工件材料及状态的影响晶粒大小的影响含碳量的影响热处理的影响合金元素的影响冷加工的影响第二节磁化过程铁磁性材料1磁畴在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子中电子磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的微小区域，这些自发磁化的微小区域，称为磁畴。在没有外加磁场作用时，铁磁性材料内各磁畴的磁矩方向相互抵消，对外显示不出磁性，如图所示。一个典型的磁畴宽度约为10-3cm，体积约为10-9cm3，内部大约含有1014个磁性原子。a）不显示磁性；b）磁化c）保留一定剩磁当把铁磁性材料放到外加磁场中去时，磁畴就会受到外加磁场的作用，一是使磁畴磁矩转动，二是使畴壁发生位移，最后全部磁畴的磁矩方向转向与外加磁场方向一致，铁磁性材料被磁化，显示出很强的磁性。永久磁铁中的磁畴，在一个方向上占优势，因而形成N和S极，能显示出很强的磁性。在高温情况下，磁体中分子热运动会破坏磁畴的有规则排列，使磁体的磁性削弱。超过某一温度后，磁体的磁性也就全部消失而呈现顺磁性，实现了材料的退磁。铁磁性材料在此温度以上不能再被外加磁场磁化，并将失去原有的磁性的临界温度称为居里点或居里温度。从居里点以上的高温冷却下来时，只要没有外磁场的影响，材料仍然处于退磁状态。铁磁性材料的居里点材料居里点（℃）铁镍钴铁，硅5%铁，铬10%铁，锰4%铁，钒6%7693651150720740715815磁场方向与发现缺陷的关系磁化过程工件磁化时，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。一磁化方法1周向磁化给工件直接通电，或者使电流通过平行于工件轴向放置的导体的磁化方法，旨在工件中建立一个环绕工件周向并与工件轴向垂直的闭合磁场，用于发现与电流方向平行的缺陷。直接通电法中心导体法（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。（2）平行电缆法它可用于发现与电缆平行的缺陷。实际检测中，可用于压力容器焊缝，特别是角焊缝中的纵向缺陷的检测。（二）纵向磁化是指将电流通过环绕工件的线圈，工件中的磁力线平行于线圈的中心轴线。用于发现与工件或焊缝轴线垂直的缺陷。电磁轭整体磁化电磁轭：绕有螺线管线圈的π形铁芯整个工件置于磁轭法产生的纵向磁场中进行磁化的方法，叫整体磁轭法。这种方法可用于发现与工件轴向垂直或与轴向夹角大于45°的缺陷。整体磁轭法主要在固定式磁粉检测机上的磁轭中进行，适用于大批量中、小工件的检测。（1）整体磁轭法1.磁轭法利用便携式磁轭或永久磁轭产生的纵向磁场，对工件表面局部区域进行磁化的方法，称为局部磁轭法。这种方法主要用于检出与两磁极连线垂直的（2）局部磁轭法采用局部磁轭法时，对同一部位，应作相互垂直的两次磁化，防止漏检。电磁轭局部磁化（2）线圈法管道的局部纵向磁化将工件置于通电螺线管线圈内，用线圈内的纵向磁场进行磁化的方法，称为线圈法。它有利于检出与线圈轴线垂直的缺陷。（三）复合磁化是指通过复合磁化，在工件中产生一个大小和方向随时间成圆形、椭圆形或螺旋形轨迹变化的磁场。因为磁场的方向在工件上不断地变化着，所以可发现工件上多个方向的缺陷。由两个参数相同的单磁轭构成。两个单磁轭的交叉角度为90°，并分别通以相位差为φ=90°、幅值相等的正弦交流电，于是在4个磁极所在的被探工件表面上产生随时间而不断变化的旋转磁场。交叉磁轭交叉磁轭旋转磁场二选择磁化方法应考虑的因素（1）工件尺寸大小（2）工件的外形结构（3）工件的表面状态（4）根据工件过去断裂的情况和个部位的应力分布，分析可能产生缺陷的部位和方向，选择合适的磁化方法。1概念三磁化规范把工件在磁化时选择磁化方法和磁化电流等应遵循的原则称为磁化规范被检工件具体情况、检测要求和磁化方法、探伤设备条件2考虑因素（1）被检工件材料的磁特性、热处理状态，确定采用哪种探伤方法，即连续法还是剩磁法。（2）被检工件的形状、尺寸、表面状况及缺陷可能存在的位置、方向、大小，按检测要求确定磁化方法、磁化电流的种类和大小。1磁轭法磁化规范三磁化规范（1）磁轭法磁化时，两磁极间距一般应控制在75-200mm之间，检测的有效区域为两极连线两侧各50mm的范围内，磁化区域每次应有不小于15mm重叠。（2）磁轭法磁化时，检测灵敏度可根据标准试片上的磁痕显示和电磁轭的提升力来确定。当使用磁轭最大间距时，交流电磁轭至少应有45N的提升力；提升力（liftingforce）：是指通电电磁轭在最大极距下，其磁感应强度达到一定峰值时，对铁磁性材料工件探伤的磁轭吸引力F。单位：牛顿（N）2触头法磁化规范触头法磁化时，触头间距一般应控制在75mm～200mm之间，有效磁化区宽度为触头间距L的一半（L/2），触头与工件之间应保持良好接触，两次磁化间应有不小于10%的磁化重叠区。表1触头法磁化规范板厚：mm磁化电流计算公式T＜19I=（3.5～4.5）LT≥19I=（4～5）L注：I──磁化电流A；L──两触头间距。[例]：有一板材对接焊缝，板厚=20mm，采用触头间距固定为150mm的仪器来检查，需要多大磁化电流？四系统性能和灵敏度评价磁粉检测系统性能测试板人工缺陷试环一表面预处理第三节磁粉检测技术二施加磁粉的方法①干法—采用干燥磁粉进行检测的方法。磁粉粒度以10～60μm为宜。②湿法—磁粉悬浮在油、水或其它载体中进行磁粉检测的方法。磁粉粒度以1～10μm为宜。磁悬液—磁粉或磁膏悬浮在载液(媒质)中形成的一种液体.磁粉又分为：普通磁粉和荧光磁粉。湿法荧光磁粉三检测方法①连续法—在外加磁场的同时，将检验介质（磁粉或磁悬液）加到试件上进行检测的方法。特点：检测灵敏度高，但效率低，容易出现干扰缺陷评定的杂乱显示，复合磁化方法只能在连续法检测中使用②剩磁法—先将试件磁化，待切断电源或移去外加磁场后，再进行检测的方法。特点：检测灵敏度高，效率高，磁痕容易显示，复合磁化方法和干粉不能在剩磁法检测中使用。四、磁粉分析与记录1.非荧光磁粉的磁痕应当在白光照射下进行观察，白光强度不小于1000lx。（一）磁痕观察2.荧光磁粉的磁痕应当在强度不大于20lx的阴暗环境下用紫外线灯进行观察，紫外线灯的发光强度应不低于1500μW/cm2。磁痕分析原材料缺陷裂纹磁痕一般呈直线状，有时也分叉，显示清晰热加工缺陷锻造裂纹锻造裂纹的磁痕浓密、清晰，呈直的或弯曲的线状热加工缺陷锻造折叠直线状和弧形线白点：氢致裂纹横向断口表现为由内部向外辐射状不规则分布的小裂纹，在纵向断口呈弯曲线状裂纹或银白色的圆形或椭圆形斑点分层（荧光磁粉）断续或连续的线状铸造热裂纹铸造冷裂纹疏松（荧光磁粉）点状或线状分布，磁粉堆集比裂纹稀疏冷隔圆角或凹陷状焊接裂纹磁痕浓密、清晰，有的呈直线状，有的呈弯曲状，也有呈树枝状焊接裂纹焊接裂纹（荧光磁粉）淬火裂纹磁痕浓密、清晰，一般呈细直的线状，尾端尖细，有时呈锯齿形或弧形磨削裂纹疲劳裂纹它常出现在应力集中处，与应力方向垂直。疲劳裂纹中间粗、两端细，磁痕浓密、清晰，有时成群出现，在主裂纹的旁边还有一些平行的小裂纹五退磁退磁就是将工件内的剩磁减少到零或最小的操作过程，使剩磁对工件的使用性能不产生不利影响。下述几种情况必须进行退磁（a）需要再次进行磁粉检测的工件，而前一次检测留下的剩磁对工件以后的磁化有影响；（b）工件上的剩磁对以后的机械加工会造成困难；（c）工件上的剩磁对测量仪器的操作或精度会造成不良影响；（d）轴承、轴套、齿轮等配合良好的运动件，如有剩磁存在，会吸引金属微粒，加快工件的磨损而损坏；一退磁原理退磁就是使构件内的剩磁减为零，也就是打乱构件内由于磁化而取向一致排列的磁畴，从而使之恢复到未磁化前的杂乱无章的状态，最终使工件对外不再显示磁性二退磁方法（1）交流退磁法常用的交流退磁法是把工件放入通以交流电的退磁线圈中，然后将工件通过并逐渐离开线圈至1.5m外，或者将工件放入退磁线圈中不动，而逐渐将电流降低到零，即可实现退磁（2）直流退磁法用直流电产生的磁场对工件进行退磁的方法，称为直流退磁法。直流电退磁时，既要不断变换电流的方向，同时又要逐渐减小电流强度六后处理经磁粉检测的工件要求进行后处理。对检验合格的工件，要进行清洗，去除工件表面残留的磁粉、磁悬液，如果使用水磁悬液，清洗后应进行脱水防锈处理。经检验不合格的工件应另外存放，并在工件上标记缺陷的位置和尺度范围，以便进一步验证和返修。对于无法返修的报废品，应在检测报告中注明其数量，对主要缺陷(报废原因)进行定性、定量、定位分析。如有可能，还要对缺陷产生原因进行分析，提出防止缺陷的意见和建议。