磁粉检测原理

4磁粉检测4-1磁粉检测基本原理磁粉检测是用于检测铁磁性材料(包括铁、镍、钻等)表面上或近表面的裂纹以及其它缺陷。磁粉检测对表面缺陷最灵敏，但对表面以下的缺陷随埋藏深度的增加检测灵敏度迅速下降。磁粉检测方法检测磁性材料的表面缺陷，比采用超声波或射线检测的灵敏度高，而且操作简便、结果可靠、价格便宜。因此，被广泛用于磁性材料表面和近表面缺陷的检测。铁磁性材料上存在非磁性层涂，只要其厚度不超过50μm，对磁粉检测灵敏度影响很小。对于非磁性材料如有色金属、奥氏体不锈钢、非金属材料等并不能采用磁粉检测方法。磁粉检测的原理是，当工件被磁化后，如果表面或近表面存在裂纹、冷隔等缺陷，便会在该处形成一漏磁场。施加磁粉后，漏磁场将吸引磁粉，而形成缺陷显示。磁粉检测首先是对工件加外磁场进行磁化，外加磁场的获得一般有两种方法，一种是直接给被检工件通电流产生磁场，另一种是把工件放在螺旋管线圈磁场中，或是放在电磁铁产生的磁场中使工件磁化。工件被磁化后，在工件表面上均匀喷洒微颗粒的磁粉(磁粉平均粒度为5～10μm)，一般用四氧化三铁或三氧化二铁作为磁粉。若工件没有缺陷则磁粉在表面均匀分布。如果存在缺陷，由于缺陷(如裂纹、气孔、非金属夹杂物等)内含有空气或非金属，其磁导率远小于工件，导致磁阻变化，工件表面或近表面缺陷处产生漏磁场，形成小磁极，如图所示磁粉将被小磁极所吸引，缺陷处由于堆积较多的磁粉而被显示出来，形成肉眼可以看到的缺陷图象。为了使磁粉图象便于观察，可以采用与被检工件表面有较大反衬颜色的磁粉。常用的磁粉有黑色、红色和白色。为提高检测灵敏度，可以采用荧光磁粉，在紫外线照射下更容易观察到工件中缺陷的存在。磁粉检测中能否发现缺陷，首先决定于工件缺陷处漏磁场强度是否足够大。要提高磁粉检测灵敏度，就必须提高漏磁场的强度。缺陷处漏磁场强度主要与被检工件中的磁感应强度B有关，工件中磁感应强度越大，则缺陷处的漏磁场强度越大。一般情况下，工件中磁盛应强度达到0.8T(特)左右即可保证缺陷处的漏磁场能够吸附磁粉。磁导率μ是磁通量密度B与磁场强度H的比值，不同材料工件由于磁导率不同，在同样外磁场强度时的磁感应强度也不同。铁磁性物质的磁导率比非铁磁性物质要大几个数量级，容易获得足够大的磁感应强度。而非磁性物质则不能获得足够大的磁感应强度，因而不能采用磁粉检测方法采检测。不同铁磁性材料的磁导率也有差异，为了达到足够大的磁感应强度，应选用不同强度的外磁场进行磁化。这就是在对不同磁性材料工件进行检测时选用不同磁化规范的原因。当然，缺陷处漏磁场的大小还取决于缺陷本身的状况(例如缺陷的宽窄、深度与宽度之比、缺陷埋藏深度以及顿角方向等)。因此，对于具有相同磁感应强度的被检工件，在不同缺陷处的漏磁场强度也有差异。由于空气的磁导率远比工件的磁导率低，因而缺陷处不容易使磁力线通过，就会产生对原来均匀分布的磁力线的干扰。一部分磁力线被挤到裂纹尖端的下面，一部分穿过裂纹气隙；另一部分被挤出工件表面后再进入工件，如图a所示，在工件表面形成漏磁场。有些靠近表面的缺陷虽没暴露到工件表面，但当工件被磁化时，缺陷处靠近工件表面的受干扰的磁力线有可能被挤出表面，如图b所示，这样在工件表面上也会有漏磁场产生。但当缺陷离工件表面较深时，受干扰的磁力线没有被挤出工件表面就不会产生漏磁场，即离工件表面比较深的缺陷用磁粉检测检查不出来。同样深度的缺陷由于形状与位置不同，能检出的程度也不一样，例如当被检工件近表面缺陷的方向与磁场相垂直时就容易被检出。所能检出缺陷的深度与磁感应强度有关，磁感应强度愈大，愈能检出埋藏深度大的缺陷。对于夹杂物，如果磁导率与工件材料的磁导率相差不大时，缺陷就不易被显示。此时在检测某些合金钢时有可能会遇到。工件表面缺陷处的漏磁场密度与缺陷深度几手成正比关系。缺陷深度愈长，愈容易显示。缺陷深度与宽度之比很重要，缺陷的深度与宽度之比愈小，则引起的漏磁愈少，不容易引起磁痕。工件表面的磁场强度应能使工件上的表面缺陷充分显示，另一方面，这种表面磁场强度最好是该工件材料的磁饱和强度的80%这样既可避免因磁化不足造成的漏检，又可防止因过强磁化而带来的杂乱显示。根据工件材料的磁化曲线，找出工件磁感应强度为80%磁饱和强度时对应的磁场强度。如采用连续磁化法，则当工件表面磁场强度在2400～4800(A/m)范围时，大部分铁磁性材料能满足上述要求。当采用剩磁法检测时，耍达到与连续法相同的检测要求，就必须使工件表面的磁场强度达到8000～14400(A/m)。一般对容易磁化的材料采用电流的下限，不容易磁化的材料采用电流的上限。不同情况下，电流与磁场强度的关系如表所示H-磁场强度，I-电流，R-导体外表面及导体之外距导体中心距离，r-导体内部距导体中心距离，L-线圈长度，N-螺管线圈匝数，α-线圈对角线与轴线之间的夹角。对于截面有变化的工件，所选用的磁化电流应不小于按其最大直径算得的电流值的75%，但也不应大于按其最小直径所算得的电流的150%。另一方面，从工件最大直径处计算的磁化电流应不会烧蚀工件的最小直径处表面。对齿轮一类的盘状工件，在沿轴向通电进行周向磁化时，由于去磁因子的影响，齿尖上(边缘部位)的磁场强度比较低，可适当增大电流。形状不规则的带筋的工件，在凸起处的磁场强度较低，应补充局部磁化。另外一些有明显转角的工件，在转角处应适当提高磁场强度。形状复杂或反磁场比较大的工件，其各处磁感应强可能差别很大。此时，应采用磁粉检测标准缺陷试片，在工件的不同表面确定合适的磁化电流大小。这就是调节磁化电流，使该处试片上人工缺陷刻槽处的背面形成比较清晰的磁痕。