1、磁粉检测磁粉检测特点和方特点和方法法 3.0 概 述磁粉检测 铁磁材料被磁场强烈磁化铁磁材料被磁场强烈磁化后，如在材料表面或近表面存在与磁化方向垂直的缺陷，即会造成部分磁力线外溢，形成漏磁场漏磁场。若在漏磁场施加磁粉或磁悬液，则漏磁场对磁粉产生吸引而显示缺陷的痕迹3 31 1 磁粉检测的基本原理磁粉检测的基本原理 磁粉检测基本原理 当材料或工件被磁化后，若在工件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漏磁场。此漏磁场将吸引、聚集检测过程中施加的磁粉，而形成缺陷显示 优点：优点： 1. 对磁性材料表面和近表面表面缺陷最灵敏; 2. 检测磁性材料表面缺陷时，比超声波或射线检测灵敏度
2、高; 3. 操作简便、结果可靠、价格便宜; 4. 铁磁性材料上非磁性涂层厚度50 m时，对磁粉检测的灵敏度影响很小。 缺点：缺点： 1. 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 2. 对于非磁性材料如有色金属、奥氏体不锈钢、非金属材料等基本无效。磁粉检测的主要环节磁粉检测的主要环节：使用外磁场对被检工件进行磁化磁化获得外磁场的途径获得外磁场的途径：1. 由大电流 (几百A至上万A) 磁力探伤机直接给被检工件通电产生磁场2. 把被检工件置放在螺旋管线圈产生的磁场中，或置放在电磁铁产生的磁场中 当工件上有缺陷时，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
3、远小于工件的磁导率；由于磁阻的变化，位于工件表面或近表面的缺陷处产生漏磁场漏磁场，形成一个小磁极，如下图所示： 磁粉将被小磁极所吸引，缺陷处由于堆积比较多的磁粉而被显示出来，形成肉眼可以看到的缺陷能否发现缺陷的关键：工件缺陷处漏磁场强度漏磁场强度是否足够大决定漏磁场强度的因素：决定漏磁场强度的因素：n1. 被检工件中的磁感应强度 B；B 越大，则缺陷处的漏磁场强度越大（一般 B 0.8 T）n2. 缺陷本身的状况 (例如缺陷的宽窄、深度与宽度之比、缺陷埋藏深度以及倾角方向等)漏磁场的形成: 对于表面缺陷而言，由于空气的磁导率远比工件的磁导率低，因而缺陷孔隙处磁力线难于通过，一部分磁力线被“挤入
4、”裂纹尖端的下面，一部分穿过裂纹气隙；另一部分被“挤出”工件表面后再进人工件，如下图所示。这后两部分磁力线在工件表面形成漏磁场 近表面的缺陷在工件被磁化时，缺陷处靠近工件表面的受干扰的磁力线有可能被挤出工件表面，如下图所示，这样在工件表面上也会有漏磁场产生 近表面缺陷方向与磁场相垂直时更易被检出 被缺陷的深度与工件的磁感应强度 B 有关，B愈大，被检出缺陷埋藏深度愈大 工件表面缺陷处的漏磁场密度与缺陷深度几乎成正比 缺陷深宽比缺陷深宽比很重要，实践证明，缺陷的深宽比愈小，则引起的漏磁愈少，两者之比小于或等于一时所引起的漏磁极少，不容易引起磁痕 表面的磁场强度的确定： 1. 应能使工件上的表面缺
5、陷充分显示； 2. 表面的磁场强度达到工件材料的磁饱和强度的80时，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；n结论：根据工件材料的磁化曲线磁化曲线，找出工件磁感应强度为80磁饱和强度时对应的磁场强度连续磁化法 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剩磁法 要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下限电流下限，不容易磁化的材料采用电流上限电流上限。不同情况下，电流与磁场强度的关系如表3.1所列： H 磁场强度 (A/m)； I 电流(A
6、)； R 导体外表面及导体之外距导体中心距离 (cm)； r 导体内部距导体中心距离(cm)； L 线圈长度(cm)； N 螺管线圈匝数； 线圈对角线与轴线之间的夹角3 2 磁粉检测方法磁粉检测方法321 磁化方法磁化方法磁化方法的选择需特别考虑以下三个因素： (1)要尽可能考虑使磁场方向与预测缺陷的方向成直角与预测缺陷的方向成直角 (2)要尽可能考虑使磁场方向与检验面平行与检验面平行 (3)要尽可能减小反磁场减小反磁场的影响两种磁化方法：1. 对工件直接通电，或者使电流通过贯穿工件中心孔的导体，可在工件中建立一个环绕工件的并与工件轴垂直的闭合磁场其示意图如下图所示： 2. 将电流通过环绕工件
7、的线圈，使工件沿纵长方向磁化的方法，工件中的磁力线平行于线圈的轴心线，主要用于发现与工件轴垂直的缺陷。其示意图如下图所示：直接通电法直接通电法 电流从被检工件上直接流过，在工件周围及工件上产生一个周向磁场；在圆柱形工件内如果没有缺陷，磁力线流经的途径全部通过工件，磁场封闭在工件的轮廓内，不会形成磁极，因此不会有反磁场，从而使工件得到有效磁化。对长圆柱形工件周向磁化时，外加磁场的电流选择可用下式计算：连续法磁化时 I (510) D 剩磁法磁化时 I (2030) D 芯杆法磁化芯杆法磁化 采用铜棒或电缆穿过工件，同时通电流以产生周向磁场，用于检查管子内外表面缺陷。这种磁化方法不但能发现空心工件
8、内外表面上的纵向缺陷，而且能同时发现工件端面上的径向缺陷采用芯杆法磁化的空心工件，磁场强度分布如从下图：中心导体中的电流所产生的磁通密度在导体表面处最大 (图中用H表示)；在导体表面与工件内表面之间，磁通密度下降；但在工件的内表面上，磁通密度突然增加了倍 (为工件材料的磁导率)，然后逐渐下降至外表面；当离开工件外表面时，磁通密度又突然下降了倍。下图是给工件局部通大电流，用以形成局部周向磁化的方式来磁化工件，常用于检测大型工件和焊缝局部缺陷。实践证明，当通电间距为150200 mm时，磁化效果最好，最小极距不小于75 mm。磁化电流可按下式计算： I = 4 L (3.6)式中：L 两支杆间距
9、(mm)当工件厚度超过19 mm 时，电流应适当加大。环形工件的磁化方式：感应电流法 将环形工件在磁化线圈中作适应取向，使环形工件与磁通量相耦合或包围磁通量，如下图所示。当磁通量变化时，就有感应电流沿环形件流过；感应电流所产生的周向磁场为环形，它包围了环形工件的整个表面积，可发现沿工件圆周上的缺陷。下图所示是利用通电线圈产生与工件轴向相同方向的磁场磁化工件，这种磁化方法主要用于检查工件上的横向缺陷，称为纵向磁化纵向磁化。纵向磁化时要适当增强磁场强度，以消除反磁场的影响。线圈内的磁通密度与电流 I 和线圈匝数 N 的乘积成正比。当采用连续法磁化时，所需安匝数可由下式得到： NI = 45000/
10、(L/D) n下图是用电磁铁对工件进行闭路磁化的方式，也是固定式磁力探伤机检查中小件上横向缺陷的常用磁化方法。 该方法又称为磁轭纵向磁化法，由于采用此法时磁力线通过工件形成闭合回路，因此反磁很小，磁化效果比较好。特别是磁轭局部磁化法还具有设备简单、小巧，磁化方向可自由变动等优点，特别适用于板状工件。n下图是用电磁铁对工件进行局部磁化，形成局部闭合磁路，用于发现与磁场方向垂直的缺陷 该方法也被属于磁轭纵向磁化法复合磁化复合磁化方式 两种磁化方式的组合，可提高检测效率，如下左图所示。它既给工件通电流形成周向磁场，又采用通电线圈产生纵向磁场，从而可同时检查工件中不同方向的缺陷。 旋转磁场旋转磁场磁化
11、方式 可发现各种方向的缺陷，如下右图所示。 旋转磁场的产生 ： 由两个参数相同的磁轭交叉放置构成；两个单磁轭的交叉角度一般取 90，并且分别用相位差为 120 、幅值相等的两相正弦交变电流激磁；此时在四个磁极所在的被检工件表面将产生随时间而不断变化的椭圆形旋转磁场3 32 22 2 磁粉探伤机磁粉探伤机 磁粉探伤机主体装置附属装置主体装置磁化装置 降压变压器式（多用于固定式磁粉探伤设备） 蓄电器充放电式 可控制单脉冲式 电磁铁式和交叉线圈式（多用于携 带式小型磁粉探伤设备）附属装置 包括退磁装置、工件夹持装置、磁悬液喷洒装置、剩磁测定装置和缺陷图像观察装置等 固定式 移动式 和可携带手提式磁化
12、装置的形式磁粉探伤机分类323 磁粉与磁悬浮液磁粉与磁悬浮液磁粉 一种由高磁导率和低矫顽力材料组成的粉末状微粒，常用的有黑色、棕色和表面涂有银白色或荧光物质的磁粉，可根据工件表面颜色的不同来选择使用 湿粉显示法 先把磁粉配制成一定浓度的水磁悬浮水磁悬浮液液或油磁悬浮液油磁悬浮液，检测时磁悬液均匀地喷洒在被检工件表面上，工件表面上缺陷处的漏磁将吸附磁粉，形成磁痕而显示小缺陷 磁悬液特点： a. 具有良好的流动性 b. 能同时显示工件整个表面上的微小缺陷 c. 操作简单，灵敏度高n干粉显示法 使用充分干燥磁粉，将磁粉喷雾于预先干燥良好的工件表面后，再将没有被吸引的剩余磁粉吹去，工件表面上所剩的是缺
13、陷处被漏磁吸附形成的磁痕 荧光显示法 使用表面涂有一层荧光物质的磁粉，荧光磁粉在紫外光激发下呈现黄绿色荧光，色泽鲜明，容易观察，可见度和对比度均好，适用于任何颜色的受检工件表面，能提高检测速度，有效地降低漏检率，提高了方法的可靠性 荧光磁粉一般只用于湿法显示 磁粉的作用 被缺陷处的微弱漏磁场所吸附，显示出用肉眼可见的图像 对磁粉性能的要求： (1) 磁粉粒度 (2) 磁粉相对密度 (3) 磁粉形状 (4) 磁粉磁性 (5) 磁粉识别力(1) 磁粉粒度 粗磁粉在工件表面移动时很难被微弱的磁场吸牢，而过细的磁粉则会粘附在无缺陷的工件表面上，造成本底模糊 ( 特别是粗糙表面) 湿法磁粉粒度： 2m
14、荧光磁粉粒度：5 25m, 平均值：8 10m 干磁粉的颗粒度：5 150m, 最大颗粒 200m 荧光磁粉具有较高的对比度，因而具有较高的检测灵敏度，大多数湿法显示都采用荧光磁粉配制磁悬液 标准干磁粉中，较细颗粒有助于磁粉的移动，较粗磁粉则有良好灵敏度并使细粉块裂散(2) 磁粉相对密度 n干法所用磁粉： 相对密度为 8 的铁粉n而湿法用磁粉：相对密度约为 4.5 的铁磁性氧化物n干法检测要求的磁粉应具有非常高的导磁率、非常低的剩磁和矫顽力磁粉相对密度要大n干粉显示的细小缺陷检测灵敏度湿粉显示的原因： a.要求吸附磁粉所需的磁场强度过大 b.要求磁粉粒度过小（ 2m）(3) 磁粉形状 条状磁粉
15、 球状磁粉 磁粉形状 影响磁粉性能和检测效率 容易被磁化而有助于缺陷显示 成本昂贵 会发生严重结块而降低灵敏度 会导致磁粉活动性不良n理想磁粉 足够多的球状颗粒高比例的条状颗粒n荧光磁粉 在未粘结荧光物质前的磁粉，仍应含有高 比例的条状颗粒磁粉形状条状磁粉 (4) 磁粉磁性 n对磁粉磁性的要求 具有很高的磁导率以促进快速响应，较易被缺陷附近的微弱漏磁场所磁化；同时，具有低剩磁剩磁和较低的矫顽力矫顽力，以免形成不良的衬底和在检测后可以快速除去磁粉注意：nA . 高磁导率磁粉不一定总能得到高检测灵敏度。例：干粉检测时所用磁粉的磁导率比用于磁悬液的磁粉高得多，但其灵敏度反而比磁悬液的灵敏度低nB .
16、 剩磁和矫顽力也不是愈低愈好，因为完全没有剩磁和矫顽力会妨碍磁粉的纵向磁化，而纵向磁化对确保缺陷图像的形成极为重要(5) 磁粉识别力 对磁粉识别力的要求 磁粉检测必须保证在大多数被检工件表面获得良好的对比度和识别力，在银灰色的磁粉表面上染上各种颜色各种颜色或荧光荧光物质能有效提高识别力3 32 24 4 试块与试片试块与试片试块和试片的用途 用来检查探伤设备、磁粉、磁悬液的综合使用性能，以及操作方法是否恰当。试片还可用于考查被检工件表面各处的磁场分布规律，并可用于大致确定理想的磁化电流值 (1) 直流标准环形试块 为美国ASME标准提出，又称Betz环，如下图所示，用AISl 01中碳工具钢制
17、成；试块上钻有12个1.8 mm的通孔，第一个孔的中心距环边缘的距离为1.8 mm，然后每孔递增1.8mm，直到第12个孔 使用时用铜棒为中心导体， 芯杆法磁化，通以直流电， 用连续法检测，观察试块 外缘清晰显示的孔数 适用领域：直流电或整流电磁化法(2) A型试片 其类别和名称如下表所列。 通用名称的分数中，分子 表示槽深，分母表示板厚， 尺寸单位：m，通用名称的分数值愈小，就要求用更高的有效磁场才能显示出磁粉痕迹 在连续法中，A型试片磁痕显示几乎不受工件材料影响，而在剩磁法中则情况完全不同，故A型试片一般不用于剩磁法(3) 磁场指示器 磁场指示器如下图所示。由8块低碳钢片与铜片焊在一起构成
18、。 用途 与A型试片基本相同，可粗略检查工件磁化是否合适及其磁化方向；不适于用做磁场强度及其分布的定量指示3 32 25 5 退退 磁磁退磁的必要性 剩磁剩磁的存在将影响工件的使用，例如会影响仪表的正常动作和造成对精密仪器正常工作的干扰，会因吸附铁屑而影响切削加工，以及影响磁粉的清除等退磁 采用一个恰好能克服工件剩磁的反向磁场磁化工件，这样就可得到一个剩磁强度低于原剩磁的新剩磁，这种多次换向、减弱磁场的过程就是退磁 软磁性钢材制成的工件 随后要加热到居里点以上的材料 剩磁不影响工件使用 工件需进一步磁化不必退磁的场合 a. 减少磁化电流 b. 使工件逐步离开磁化线圈 退磁方法： a. 交流退磁
19、法 电流不断反向，逐步减小电流或使工件从线圈中通过，即可达到减弱磁场强度的目的 b. 直流退磁法 采用改换电流方向来得到反转磁场，反转磁场的频率可调范围为0.15 Hz，同时通过调压器自动降压，逐步减小电流强度。 直流退磁效果一般优于交流退磁 减弱磁场强度的方法3 33 3 磁粉探伤的应用与磁痕分析磁粉探伤的应用与磁痕分析331 非连续性的分类非连续性磁痕非连续性磁痕 探伤人员所发现的任何磁痕 (或称磁粉迹象、磁粉痕迹、磁粉显示) ；对产品运行有影响的非连续性才叫缺陷缺陷3 33 31 11 1 非连续性曲分类法非连续性曲分类法(1) 固有非连续性：通常在金属熔化浇铸时形成(2) 加工中产生的
20、非连续性：通常和各种制造加工方式有关，如切削、模锻、挤压、轧制、焊接、热处理以及电镀等(3) 运行中产生的非连续性：和产品运行的情况有关，如应力、腐蚀、疲劳等3 33 31 12 2 非相关磁痕非相关磁痕由一组无关的散乱磁感应线所引起的磁痕，而不是由于试件真实的非连续性所引起磁痕 引起非相关磁痕的原因： (1) 磁化电流过大引起的磁痕 (2) 加工引起的磁痕 (3) 组织结构不均匀的分界面上的磁痕 (4) 试件尺寸突变处的伪缺陷磁痕 (5) 杂质引起的伪缺陷磁痕 (6) 磁写3 33 32 2 铸件的磁粉探伤铸件的磁粉探伤铸件中缺陷的形成 金属液体注入铸型，并冷却到接近凝固温度时，铸件的一些突
21、出部分，由于各部分的冷却速度不一致，收缩时产生了不均匀的巨大应力，先凝固部分阻止后凝固部分的收缩，当铸件金属强度极限低于收缩时的应力时，就产生裂纹缺陷裂纹缺陷磁化方式：直流电磁化直流电磁化；电流 18002400A；触头间距(150200)2 mm；磁化时间 3 s磁粉选择：干粉法干粉法；磁粉粒度15m；通电时，用压缩空气吹喷在试件表面3.3.3 3.3.3 锻件的磁粉探伤锻件的磁粉探伤 锻件缺陷：锻造折叠与锻裂 磁粉探伤部位的选择以及对缺陷磁痕的分析应根据锻造条件和工艺加以考虑 磁化方式：直流电磁化直流电磁化 磁粉选择：干粉法干粉法或湿粉湿粉法均可3 33 34 4 疲劳缺陷的磁粉探伤疲劳缺
22、陷的磁粉探伤疲劳缺陷 在使用过程中，由于受到多次交变应力的作用，引起试件原有的小缺陷的延伸，扩展成疲劳缺陷，或者是试件在交变应力作用下新的金属连续破坏 有的疲劳裂纹可在内部的气孔和夹杂处开始，但大多数的疲劳裂纹出现在表面上，因为疲劳裂纹通常是从表面上的应力集中的地方开始的磁化方式：直流电磁化磁粉选择：干粉法或湿粉法均可3 34 4 磁粉探伤过程磁粉探伤过程1. 1. 预清洗2. 2. 缺陷的探伤3. 3. 探伤方法的选择4. 4. 退磁5. 5. 后清洗 6. 标记 7. 记录（报告）1. 预清洗： 应清除掉试件表面油脂及其它可能影响磁粉正常分布或影响磁粉堆积物的密集度、特性以及清晰度的杂质2
23、. 磁粉缺陷的探伤基本要求：应以确保满意的测出任何方向的有害缺陷为准。一套完整的磁粉探伤方法应包括一种或多种不同类型的磁化和操作，以使磁力线在切实可行的范围内横穿过可能存在于试件内的任何缺陷 3. 探伤方法的选择： （1）湿 法 （2）干 法 （3）检测近表面缺陷 （4）周向磁化 （5）纵向磁化4. 退 磁：只要前次磁化残留的剩磁可能影响磁痕的解释时，则应在两次连续操作之间，对试件进行退磁所有试件在整个磁化结束之后，应充分退磁5. 后清洗：在检验并退磁后，应把所有试件上的磁粉清洗干净，应该注意彻底清除孔和空腔内的所有堵塞物6. 标 记：按相应的图纸、规范、订货单、合同或规范说明的规定做出标记每个已经探伤并验收的试件应按下述方法做出标记： (1) 当印记和酸蚀适用时，应使用符号M (2) 当着色适用时，应使用绿色染料 (3) 当标签适用时，标签上应包括试件符合磁粉检验 要求的说明7. 记录：按JB396585标准要求进行记录
