磁粉无损检测

第三章磁粉检测物理基础1.磁粉探伤原理2.磁粉探伤装置3.磁粉探伤方法4.磁粉与磁悬液5.磁化电流规范6.磁粉探伤的技术规范7.磁粉探伤灵敏度8.磁痕分析序——磁粉探伤（MagneticParticleTesting，简称MT）磁粉探伤与磁性检测（分类）漏磁场探伤：是利用铁磁性材料或工件磁化后，在表面和近表面如有不连续性（材料的均质状态即致密性受到破坏）存在，则在不连续性处磁力线离开工件和进入工件表面发生局部畸变产生磁极，并形成可检测的漏磁场进行探伤的方法。漏磁场探伤包括磁粉探伤和利用检测元件探测漏磁场。其区别在于:磁粉探伤是利用铁磁性粉末——磁粉，作为磁场的传感器，即利用漏磁场吸附施加在不连续性处的磁粉聚集形成磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。利用检测元件探测漏磁场的磁场传感器有磁带、霍尔元件、磁敏二极管和感应线圈等。利用检测元件检测漏磁场：录磁探伤法、感应线圈探伤法、霍尔元件检测法、磁敏二极管探测法。3.1磁粉探伤原理MagneticParticleTesting，简称MT3.1.1基本原理：铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。图1－1所示。局限性：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。3.1.2磁粉探伤的适用性和局限性适用性：磁粉探伤适用于检测铁磁性材料表面和近表面尺寸很小、间隙极窄（如可检测出长0.1mm、宽为微米级的裂纹），目视难以看出的不连续性。铁磁性材料磁畴在铁磁质中，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。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。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。铁磁性材料的磁畴方向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。居里点：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%76936511507207407158153.1.3磁场和磁力线磁场：具有磁性作用的空间磁场的特征：是对运动的电荷（或电流）具有作用力，在磁场变化的同时也产生电场。磁场的显示：磁场的大小、方向和分布情况，可以利用磁力线来表示。3.1.4缺陷漏磁场的强度磁粉探伤中缺陷处漏磁场的强度决定是否能够发现缺陷，缺陷处的漏磁场强度：0内缺BH为保证探伤灵敏度，应当提高工件的磁感应强度B缺陷磁场的强度还与材料有关缺陷处漏磁场的大小还取决于缺陷本身的尺寸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。应用1：钢棒通电法磁化分别通交流和直流时，磁场强度和磁感应强度的分布特点应用2：通电钢管的磁场磁场方向：右手定则磁场大小：（1）钢管内表面H=0，B=0（直流和交流）（2）钢管外表面及外部（3）钢管横截面：设管内外半径分别为R1和R2，通直流电磁化，由安培环路定律得钢管直接通电法磁化时，由于其内部磁场强度为零，所以不能用磁粉检测的方法来检测内表面即近表面的缺陷。)(2)(2122212RRrRrIH21RrRRIH2应用2：通电钢管的磁场3.1.5外磁场种类3.1.5-1磁化方法：按磁路是否闭合（1）开路磁化：把需要磁化的工件放在线圈中进行磁化或对大型工件进行绕电缆进行磁化，常称为线圈法。线圈法磁化工件时，由于在工件两端产生磁极，因而会产生退磁场。退磁场定义材料的磁化状态，不仅依赖于它的磁化率，也依赖于样品的形状。当一个有限大小的样品被外磁场磁化时，在它两端出现的自由磁极将产生一个与磁化强度方向相反的磁场，该磁场被称为退磁场。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。退磁场与材料的磁化强度成正比MNH退磁因子：它仅仅和材料的形状有关。例如：对一个沿长轴磁化的细长样品，N接近于0，而对于一个粗而短的样品，N就很大。对于一般形状的磁体，很难求出N的大小。能严格计算其退磁因子的样品形状只有椭球体。ΔH――退磁场M――磁化强度N――退磁因子有效磁场铁磁性材料磁化时，只要在工件上产生磁极，就会产生退磁场，它削弱了外加磁场，所以工件上的有效磁场用H表示，等于外加磁场减去退磁场。其数学表达式为：H――有效磁场（A/m）Ho――外加磁场（A/m）ΔH――退磁场（A/m）HHHo3.1.5外磁场种类3.1.5-1磁化方法：按磁路是否闭合（2）闭路磁化：把线圈绕在铁芯上构成电磁轭或交叉磁轭对工件进行的磁化，常称为磁轭法。磁轭法磁化时，以提升力来衡量导入工件的磁感应强度或磁通。磁轭法磁化工件不产生磁极，因而没有退磁场的影响。提升力（liftingforce）：是指通电电磁轭在最大极距下，其磁感应强度峰值时，对铁磁性材料工件探伤的磁轭吸引力F。单位：牛顿（N）磁轭的提升力的相关因素：被探伤工件的磁导率、磁极与工件间隙、移动速度、通电电流的类型和大小等。当上述条件一定时，提升力大小与极距有关。因此，磁化规范中说明提升力时，必须同时注明磁轭极距大小。3.1.5-2磁化方法磁化按方向分为：纵向磁化、周向磁化和复合磁化1.纵向磁化：是指电流通过一个环绕工件的线圈，或通入磁通使其磁力线平行于工件轴向的磁化方法。•检测与工件轴线方向垂直或夹角大于或等于45°的缺陷时，应使用纵向磁化方法。纵向磁化可用下列方法获得：•a）线圈法b）磁轭法说明•缺陷的方向性与磁场方向的相对关系——当缺陷平行于磁场时，缺陷的磁痕一般是观察不到的。由于零件中的缺陷方向是多种多样的或未知的，因此每一零件至少需在两个相互近似垂直的方向上进行磁化。纵向磁化线圈法螺管线圈法绕电缆法磁轭法电磁轭整体磁化电磁轭局部磁化永久磁铁法检测与工件轴线方向平行或夹角小于45°的缺陷时，应使用周向磁化方法。周向磁化可用下列方法获得：a）轴向通电法（见图1）；2.周向磁化：电流从导体或试件一端流向另一端时，在导体或试件内部及周围产生的环形磁场。图1轴向通电法b）触头法（见图2）；2.周向磁化：电流从导体或试件一端流向另一端时，在导体或试件内部及周围产生的环形磁场。检测与工件轴线方向平行或夹角小于45°的缺陷时，应使用周向磁化方法。a)固定触头间距双触头接触磁化b)非固定触头间距双触头接触磁化图2触头法c）中心导体法（见图3）；图3中心导体法周向磁化强度的计算：（1）长直导体的磁场强度：rIH2.0(2)板状工件通电电流的磁场强度：bIH2H：奥斯特；I：安；r：工件半径（厘米）说明•周向磁化：电流从导体或试件一端流向另一端时，在导体或试件内部及周围产生的环形磁场。周向磁化通电法轴向通电法直角通电法夹钳通电法中心导体法偏置芯棒法触头法感应电流法环形件绕电缆法复合磁化法包括交叉磁轭法（如下图）和交叉线圈法等多种方法。交叉磁轭法3复合磁化（又叫多向磁化）：在工件上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。说明复合磁化交叉磁轭法交叉线圈法直流电磁轭与交流通电法直流线圈与交流通电法有相位的整流电磁化法（附录）焊接接头的典型磁化方法：磁轭法和触头法的典型磁化方法见表B.1，绕电缆法和交叉磁轭法的典型磁化方法见表B.2。磁轭法的典型磁化方法L≥75mmb≤L/2β≈90°L≥75mmb≤L/2L1≥75mmL2≥75mmb1≤L1/2b2≤L2－50L1≥75mmL2＞75mmb1≤L1/2b2≤L2－50L1≥75mmL2≥75mmb1≤L1/2b2≤L2－50表B.1磁轭法和触头法的典型磁化方法（1）触头法的典型磁化方法L≥75mmb≤L/2β≈90°L≥75mmb≤L/2L≥75mmb≤L/2L≥75mmb≤L/2L≥75mmb≤L/2表B.1磁轭法和触头法的典型磁化方法（2）说明1.磁化方法特点：用固定式电磁轭两磁极夹住零件进行整体磁化，或用便携式电磁轭两磁极接触工件表面进行局部磁化。用于发现与两磁极连线垂直的不连续2.应用范围：整体磁化适用于零件横截面小于磁极横截面的纵长零件。局部磁化适用于对大型零部件的检测。使用磁轭法时应注意以下几点：1、磁轭的磁极必须与工件良好接触，特别是旋转磁场和交叉磁场更是如此，否则检测无效。2、磁轭必须满足提升力的要求，且检测前、后应采用A型灵敏度试片对其检测灵敏度进行校验。3、磁轭的极间距应控制在75mm～200mm之间。4、对于每一磁化区域至少作两次近似垂直的磁化。5、采用电磁轭检测T型和角型应采用带活动关节的电磁轭，通过调节电磁轭活动关节的角度，来保证磁极与工件表面接触良好。说明1.磁化方法的特点：•用支杆触头接触零件表面，通电磁化，形成周向磁场。用于发现与两触头连线平行的不连续。2.应用范围：•适于焊接件及大型铸件、锻件及板材的局部检测•对焊接接头和坡口主要用磁轭法（条件允许时，也可使用旋转磁场磁化法）和触头法进行检测在使用触头法时应注意以下几点：1.必须保持触头与工件的良好接触，减少接触点的发热和防止产生电火花及局部过热。如果使用铜质触头，当产生电火花时，有可能在触头与工件接触点上发生渗铜现象并产生微裂纹，从而对工件产生伤害。因此推荐采用钢、铝或铜网的触头或衬垫，而不用实心铜作触头。2.触头应首先牢固的压在被检工件表面，然后通电，这样就在工件上沿触头电极的周围和在两触头之间建立周向磁场，足以进行局部磁粉检测。3.触头间距：触头间距一般不应超过200mm。为了提高灵敏度或受检验区域几何尺寸的限制时，可使用较短的间距，但不应小于76mm。因为此时磁粉能在电极周围形成条状物。4.磁化电流应按JB/T4730.4-2005的3.8.4选用。5.对于每一磁化区域至少作两次近似垂直的磁化。在使用触头法时应注意以下几点：说明表B.2绕电缆法和交叉磁轭法的典型磁化方法平行于焊缝的缺陷检测平行于焊缝的缺陷检测平行于焊缝的缺陷检测a说明磁化方法检测特点：用软电缆线环绕工件，通电磁化，形成周向磁场应用范围：用于检测与电流方向平行的不连续。注意：1.对管板角焊缝和管座角焊缝的纵向缺陷，可以采用绕电缆法。2.应注意控制焊缝与电缆之间的间距。3.要用标准试片确认磁化规范是否满足要求。表B.2绕电缆法和交叉磁轭法的典型磁化方法垂直焊缝检测垂直焊缝检测说明使用交叉磁轭的方法1.必须采用移动式磁化工件，边移动磁轭边施加磁悬液。2.为了确保灵敏度和不会造成漏检，磁轭的移动速度不能过快，不能超过标准规定值，即4m/min。因为磁轭移动速度过快，对表面裂纹的检出影响不大，但是对近表面裂纹，即使是埋藏深度只有零点几毫米，也难以形成磁痕。3.磁悬液的喷洒至关重要，必须在有效磁化场范围内始终保持润湿状态，以利于缺陷磁痕的形成。尤其对有埋藏深度的裂纹，由于磁悬液喷洒不当，使已经形成的缺陷磁痕被磁悬液冲刷掉，造成漏检。4.磁痕观察必须在磁轭通过后立即进行，避免已形成的磁痕遭到破坏。5.交叉磁轭的外侧也存在有效磁化场，可用来磁化工件，但必须通过灵敏度试片确定有效磁化场的范围。3.2磁粉探伤装置3.2.1磁粉检测设备的分类按重量和可移动性分：固定式、移