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1、第五章 磁粉检测技术,5.1 磁粉检测技术简介5.2 磁粉检测物理基础5.3 磁化方法和磁化规范5.4 磁粉检测设备5.5 磁粉检测材料5.6 磁粉检测工艺5.7 磁痕分析与工件验收,5.1 磁粉检测技术简介,5.1.1 磁粉检测发展历史和现状5.1.2 漏磁场检测与磁粉检测5.1.3 表面缺陷无损检测方法的比较,5.1.1 磁粉检测发展历史和现状,1868年，英国利用罗盘仪探查磁通以检测枪管上的不连续性缺陷。1874年，Hering利用罗盘仪检查钢轨的不连续性获得了美国专利。1922年，美国人Hoke利用磁粉检测钢块表面的裂纹区域。1928年，Forest利用周向磁化法研究油井钻杆断裂失效。
2、1930年，Forest和Doane将干磁粉成功地应用于焊缝及各种工件上的探伤。1934年，生产磁粉探伤设备和材料的美国磁通公司(Magnaflux)创立。1941年，荧光磁粉投入使用。20世纪50年代初期，前苏联瑞加德罗系统研究了各种因素对磁粉探伤灵敏度的影响，在大量试验的基础上，制订出了磁化规范。,5.1.2 漏磁场检测与磁粉检测,漏磁场铁磁性材料或工件磁化后，在表面和近表面的不连续处磁场方向将发生改变，在磁力线离开和进人工件表面的地方产生磁极，形成漏磁场。,漏磁场检测磁粉检测法利用漏磁场吸附磁粉形成的磁痕来显示不连续性的位置、大小、形状和严重程度。检测元件检测法利用磁带、霍耳元件、磁敏二
3、极管或感应线圈作为磁场的传感器，来检测不连续性部位漏磁场的大小、位置。,磁带录制法。感应线圈探伤法。磁敏元件检测法。,磁粉检测,(1)磁化被检验的工件；(2)在磁化的工件上施加合适的磁粉；(3)观察和解释磁粉堆积。,Magnetic Particle Testing，简称 MT,铁磁性材料和工件被磁化后，工件的表面和近表面不连续处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。,磁粉检测原理,磁粉检测流程,磁粉检测适用范围,(1)未加工的原材料(如钢坯)、半成品、成品及在役与使用过的工件。(2)管材、棒材、板材、型
4、材和锻钢件、铸钢件及焊接件。(3)铁磁性材料（微米级缺陷）。(4)马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料(5)表面和近表面的裂纹、白点、发纹、折叠、疏松、冷隔、气孔和夹杂等缺陷。,磁粉检测的优点,(1)可检测铁磁性材料表面和近表面的开口和不开口缺陷。(2)检测灵敏度高，能检测出微米级宽度的缺陷。(3)直观显示大小、位置、形状和严重程度,及大致缺陷性质。(4)重复性好。 (5)单个工件检测速度快，工艺简单，成本低，污染小。(6)综合使用多种磁化方法，可检测出工件各方向的缺陷。(7)利用磁粉探伤的橡胶铸型法，可间接检测小孔内壁早期疲劳裂纹的产生和扩展速率。,磁粉检测的局限性,(1) 只能检测铁磁性材料以
5、及表面、近表面缺陷。(2) 单一的磁化方法检测受工件几何形状影响(如键槽)，会产生非相关显示。(3) 通电法和触头法磁化时，易产生打火烧伤。(4) 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。,5.1.3 表面缺陷无损检测方法的比较,5.1.3 表面缺陷无损检测方法的比较,5.2 磁粉检测物理基础,5.2.1 相关的物理量5.2.2 铁磁性材料5.2.3 电流的磁场5.2.4 退磁场5.2.5 磁路与磁感应线的折射5.2.6 漏磁场,5.2.1 相关的物理量,1磁
6、极与磁化2磁场3磁力线4磁场强度5磁通量6磁通密度与磁感应强度7磁导率,1 磁极与磁化,磁性：磁铁能够吸引铁磁性材料的性质。磁体：能够吸引其他铁磁性材料的物体。永磁体是不需要外力维持其磁场的磁体；电磁体是需要外加电源维持其磁场的磁体；超导磁体是用超导材料制成的磁体。磁极：磁铁磁力线密度大、磁性强的两端。同性磁极相互排斥，异性磁极相互吸引。磁极成对出现。磁化：使原来没有磁性的物体得到磁性的过程叫磁化。,2 磁场,磁场：磁体或通电导体周围具有磁力作用的空间。,磁场的特征：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。 磁场的表示：磁场的大小、方向和分布情况，可以利用磁力线来表示。,
7、3 磁力线,在磁场范围内画出许条假想的连续曲线，形象地描述磁场的大小、方向和分布情况，称为磁力线。,(1)各点的切线方向代表磁场的方向。(2)磁力线的疏密程度反映磁场的大小。 (3)互不相交。(4)是闭合的曲线。在磁体内，磁力线由S极到N极，在磁体外，磁力线由N极出发，穿过空气进入S极。(5)磁力线沿磁阻最小的路径通过。,磁力线的特征,N,S,Magnetic lines of force around a bar magnet,Opposite poles attracting,Similar poles repelling,电磁量及单位,电流 i A磁动势 Ni安匝磁场强度HA/m磁通量F
8、wb磁通密度磁感应强度BT B=mH磁导率m真空磁导率m04px10-7 H/m电感LH磁路长度 lm,4磁场强度,表征磁场大小和方向的物理量称为磁场强度。符号：H 单位：安/米(A/m)，奥斯特(Oe),5磁通量,磁通量简称磁通，是指垂直穿过某一截面的磁力线条数。符号：单位：韦伯(Wb), 麦克斯韦 (Mx),6 磁通密度与磁感应强度,磁通密度：垂直穿过单位面积上的磁通量，/S磁感应强度：表征磁场强度大小和方向的量，B=mH单位：特斯拉(T)，高斯(Gs)与磁场强度和材料磁导率相关,7磁导率,磁感应强度B与磁场强度H的比值称为磁导率。磁导率表示材料被磁化的难易程度，反映材料的导磁能力。不是常
9、数，随磁场大小改变，有极大和极小值。单位：亨利/米(H/m)真空磁导率： 04107H/m相对磁导率： r /0,5.2 磁粉检测物理基础,5.2.1 相关的物理量5.2.2 铁磁性材料5.2.3 电流的磁场5.2.4 退磁场5.2.5 磁路与磁感应线的折射5.2.6 漏磁场,5.2.2 铁磁性材料,1磁介质2磁畴3. 磁化曲线4磁滞回线,1磁介质,能影响磁场的物质称为磁介质。,2 抗磁性材料：相对磁导率r略小于1在外加磁场中呈现微弱的磁性产生与外加磁场方向相反的附加磁场铜、银、金等,1 顺磁性材料：相对磁导率r略大于1在外加磁场中呈现微弱的磁性产生与外加磁场同方向的附加磁场。铝、铬、锰等,设
10、某一电流分布在真空中激发的磁场磁感应强度为B0，那么在同一电流分布下，当磁场中放进了某种磁介质后，磁化了的磁介质激发附加磁感应强度B，这时磁场中任一点的磁感应强度B等于B0和B的矢量和，即BB0B,1磁介质,能影响磁场的物质称为磁介质。,3 铁磁性材料：相对磁导率r远远大于1在外加磁场中呈现很强的磁性产生与外加磁场方向一致的附加磁场铁、镍、钴及其合金等 (工业纯铁的r5000左右),2磁畴,磁畴：在铁磁性材料的内部由于旋转电子形成的具有相同磁矩方向的自发磁化小区域。体积约为103cm3,3. 磁化曲线,外加磁场强度H与磁感应强度B之间的关系曲线。反映了磁化程度随外加磁场变化的规律。,4磁滞回线
11、,描述磁滞现象的闭合磁化曲线称为磁滞回线。磁滞现象：磁感应强度的变化滞后于磁场强度变化的现象。,剩余磁感应强度Br：外加磁场强度H减小到零时，仍然保留在材料中的磁性。矫顽力Hc：为使剩磁减小到零所施加的反向磁场强度。饱和磁感应强度Bm：工件在饱和磁场强度Hm的磁化下B达到饱和，不再随H的增大而增大。只有交流电才能产生磁滞回线。,铁磁性材料特性,铁磁性材料特性(1)高导磁性，磁导率很高，几百或几千以上。(2)磁滞性，磁感应强度落后磁场强度的变化。(3)磁饱和性，外加磁场达到一定程度后，磁感应强度不在增加。由矫顽力大小将铁磁材料分为软磁材料和硬磁材料。铁磁材料为半硬磁材料。,5.2 磁粉检测物理基
12、础,5.2.1 相关的物理量5.2.2 铁磁性材料5.2.3 电流的磁场5.2.4 退磁场5.2.5 磁路与磁感应线的折射5.2.6 漏磁场,5.2.3 电流的磁场,5.2.3.1 通电圆柱导体的磁场1. 磁场方向2磁场强度计算3. 钢棒通电法磁化4. 钢管通电法磁化5. 钢管中心导体法磁化5.2.3.2 通电线圈的磁场5.2.3.3 环形件绕电缆的磁场,1. 磁场方向,右手法则,2磁场强度计算,R导体半径,3. 钢棒通电法磁化,(1)钢棒表面的磁场强度最大；(2)钢棒中心处的磁场强度为零；(3)离开钢棒表面，磁场强度随距离的增大而下降。,4. 钢管通电法磁化,5. 钢管中心导体法磁化,5.2
13、.3.2 通电线圈的磁场,与线圈轴平行的纵向磁场,5.2.3.3 环形件绕电缆的磁场,5.2 磁粉检测物理基础,5.2.1 相关的物理量5.2.2 铁磁性材料5.2.3 电流的磁场5.2.4 退磁场5.2.5 磁路与磁感应线的折射5.2.6 漏磁场,5.2.4 退磁场,退磁场：铁磁性材料在外加磁场中磁化时，其端部产生磁极，由材料中磁极所产生的磁场称为退磁场，用符号H表示。 方向与外加磁场的方向相反削弱外加磁场的磁化作用有效磁场：HH0H,5.2.4 退磁场,(1)与外加磁场强度的大小有关。(2)与工件的长径比LD值有关。(3)退磁因子N与工件的几何形状有关(4)钢管比钢棒产生的退磁场小。(5)
14、交流电比直流电产生的退磁场小。,影响退磁场的因素,5.2.5 磁路与磁感应线的折射,磁路：磁感应线通过的闭合路径。磁路定律：磁通量等于磁动势与磁阻之比磁阻与工件的长度成正比与横截面积和磁导率成反比。,磁感应线的折射：在不同磁导率的两种材料的界面上磁感应线的方向发生突变。,5.2 磁粉检测物理基础,5.2.1 相关的物理量5.2.2 铁磁性材料5.2.3 电流的磁场5.2.4 退磁场5.2.5 磁路与磁感应线的折射5.2.6 漏磁场,5.2.6 漏磁场,磁粉检测利用漏磁场吸附磁粉形成磁痕显示进行探伤。影响因素：外加磁场强度缺陷位置缺陷的延伸方向缺陷的深宽比工件表面覆盖层工件材料及状态,5.3 磁
15、化方法和磁化规范,5.3.1 磁化电流5.3.2 磁化方法5.3.3 磁化规范,5.3.1 磁化电流,为了在工件上产生磁场而施加的电流。,交流电直流电整流电1单相半波整流电2三相全波整流电冲击电流,1. 交流电,趋肤效应：交变电流通过导体时，导体表面的电流密度较大而内部电流密度较小的现象。,优点(1)电源设备结构简单。(2)对表面缺陷检测灵敏度高。(3)退磁容易。(4)能够实现感应电流法磁化。(5)可以实现多向磁化。(6)磁化变截面时工件磁场分布较均匀。(7)有利于磁粉的迁移。(8)交流电磁化时工序间可以不退磁。局限性(1)剩磁法检验时受交流电断电相位影响。(2)探测缺陷深度小。,2. 直流电
16、,使用较少,深度大剩磁稳定可测镀层下裂纹退磁困难,3整流电,优点：(1)兼有直流的渗入性和交流的脉动性。(2)剩磁稳定。(3)有利于磁粉的迁移。(4)能提供较高的灵敏度和对比度。局限性。退磁困难检测深度小,单相半波整流电,优点：(1)具有很大的渗透性和很小的脉动性。(2)剩磁稳定。(3)设备需要输人的功率小。局限性：(1)退磁困难。(2)变截面工件磁化不均匀。(3)不适用于干法检验。(4)周向和纵向磁化的工序之间一般要退磁。,三相全波整流电,3整流电,优点：(1)设备小(2)适于剩磁法局限性：(1)通电时加磁粉困难,4冲击电流,5. 磁化电流选用原则,(1)交流电的渗入深度，不如整流电和直流电
17、；(2)用交流电磁化湿法检验，对工件表面微小缺陷检测灵敏度高；(3)整流电流中包含的交流分量越大，检测近表面较深缺陷的能力越小：(4)单相半波整流电磁化干法检验，对工件近表面缺陷的检测灵敏度高；(5)三相全波整流电可检测工件近表面较深的缺陷；(6)冲击电流只能用于剩磁法检验和专用设备。,5.3.2 磁化方法,5.3.2.1 选择磁化方法应考虑的因素5.3.2.2 磁化方法分类5.3.2.3 各种磁化方法,5.3.2.1 选择磁化方法应考虑的因素,工件大小工件的外形结构工件的表面状态工件可能产生缺陷的部位和方向,5.3.2.2 磁化方法分类,1 周向磁化在工件中建立一个环绕工件、并与工件轴垂直的
18、周向的闭合磁场用于发现与工件轴平行的纵向缺陷。,5.3.2.2 磁化方法分类,2 纵向磁化将电流通过环绕工件的线圈，沿工件纵长方向进行磁化的方法。工件中的磁力线平行于线圈的中心轴线。主要用于发现与工件轴向垂直的周向缺陷。,5.3.2.2 磁化方法分类,2 多向磁化4 辅助通电法,5.3.2.3 各种磁化方法的特点,1通电法2中心导体法3偏置心棒法4触头法5感应电流法6环形件绕电缆法,7线圈法8磁轭法（极间法）9永久磁轭法10交叉磁轭法11直流电磁轭与交流 通电复合磁化法12辅助通电法,1通电法,主要用于检查与磁场方向垂直、与电流方向平行的纵向缺陷。适用于实心和空心工件的检测，如焊接件、机加工件
19、、轴类、管子、铸钢件和锻钢件等。,通电法周向磁化,2中心导体法,用于检查空心工件内、外表面与电流平行的纵向不连续性和端面的径向不连续性。适用于各种有孔的工件如轴承圈、空心圆柱、齿轮、螺帽、环形件、管子、管接头和空心焊接件等。,中心导体法周向磁化,3偏置心棒法,用于局部检验空心工件内、外表面与电流方向平行和端面的径向缺陷。,偏心导体法周向磁化,4 触头法,适用于焊接件及各种大中型工件的局部检验。,触头法周向磁化,5 感应电流法,薄壁环形工件，内插铁芯通交变磁场，变压器效应，工件中感应圆周电流,Producing a Longitudinal Magnetic Field Using a Coil
20、,A longitudinal magnetic field is usually established by placing the part near the inside or a coils annulus. This produces magnetic lines of force that are parallel to the long axis of the test part.,Coil on Wet Horizontal Inspection Unit,Portable Coil,线圈法纵向磁化,磁轭法,局部纵向磁化,5.3.3 磁化规范,对工件磁化，选择磁化电流值或磁场
21、强度值时所遵循的规则称为磁化规范。,制定方法(1)经验公式计算。(2)用毫特斯拉计（高斯）测量工件表面的切向磁场强度。(3)测绘钢材的磁特性曲线。(4)用标准试片确定磁化规范。,规范通电法和中心导体法磁化规范偏置心棒法磁化规范触头法磁化规范线圈法磁化规范磁轭法的磁化规范感应电流法的磁化规范,5.4 磁粉检测设备,5.4.1 磁粉检测设备分类5.4.2 磁粉检测设备的组成5.4.3 测量仪器,5.4.1 磁粉检测设备分类,固定式移动式携带式,一体型分立型,5.4.2 磁粉检测设备的组成,磁化电源螺管线圈工件夹持装置指示装置磁粉或磁悬液喷洒装置照明装置退磁装置,5.4.3 测量仪器,1. 毫特斯拉
22、计(高斯计)或磁强计 2. 照度计3. 黑光辐射计4. 弱磁场测量计 5. 快速断电试验器,5.5 磁粉检测材料,5.5.1 磁粉5.5.2 载液5.5.3 磁悬液5.5.4 反差增强剂5.5.5 标准试片5.5.6 标准试块,5.5.1 磁粉,分类：1荧光磁粉2非荧光磁粉,特性磁特性粒度形状流动性密度识别度,5.5.2 载液,用来悬浮磁粉的液体称为载液。油基载液高闪点、低黏度、无荧光和无臭味的煤油水基载液在水中添加润湿剂、防锈剂制成具有合适的润湿性、分散性、防锈性、消泡性和稳定性乙醇载液,5.5.3 磁悬液,浓度太低，影响漏磁场对磁粉的吸附量，磁痕不清晰，会使缺陷漏检；浓度太高，会在工件表面
23、滞留过多磁粉，形成过度背景，甚至会掩盖相关显示。,载液与磁粉的混合液：质量浓度、体积浓度,5.5.5 标准试片,用途(1)检验磁粉检测设备、磁粉和磁悬液的综合性能(系统灵敏度)；(2)检测被检工件表面的磁场方向、有效磁化区以及大致的有效磁场强度；(3)考察所用的探伤工艺规程和操作方法是否妥当；(4)帮助制定磁化规范。类型美国：QQI质量定量指示器日本：A型和C型中国：A1型、C型、D型和M1型四种试片,5.5.6 标准试块,作用：检验磁粉检测设备、磁粉和磁悬液的综合性能(系统灵敏度)考察磁粉检测的试验条件和操作方法是否恰当检验不同大小的磁场在标准试块上渗入的大致深度类型：直流试块，B型标准试块
24、交流试块，E型标准试块磁场指示器，八角形试块自然缺陷标准样件,5.6 磁粉检测工艺,预处理磁化工件施加磁粉或磁悬液磁痕分析评定退磁后处理,5.6 磁粉检测工艺,根据磁粉检测所用的载液或载体不同湿法检验干法检验根据磁化工件和施加磁粉、磁悬液的时机不同连续法检验剩磁法检验根据硫化硅橡胶液内配与不配磁粉磁橡胶法检验磁粉探伤橡胶铸型法检验,连续法磁粉检测,在外加磁场磁化的同时，将磁粉或悬磁液施加到工件上进行磁粉检测的方法。适用于所有铁磁性材料的磁粉检测,剩磁法磁粉检测,在停止磁化后，再将磁悬液施加到工件上进行磁粉检测的方法。热处理后的高碳钢和合金结构钢，矫顽力在1000Am以及剩磁在08T以上；因工件
25、几何形状限制而使连续法难以检验的部位；评价连续法检验出的磁痕显示的性质，判断其属于表面还是近表面缺陷显示。,5 退磁,退磁是将工件置于交变磁场中，产生磁滞回线，当交变磁场的幅值逐渐递减时，磁滞回线的轨迹也越来越小。,退磁方法,1交流电退磁2直流电退磁3加热工件退磁,磁痕观察与记录,照相贴印橡胶铸型可剥性涂层摹绘,5.7 磁痕分析与工件验收,区分相关显示、非相关显示和伪显示相关显示原材料缺陷热加工缺陷冷加工缺陷使用缺陷电镀缺陷,非相关显示磁极和电极附近工件截面突变的磁写两种材料交界处局部冷作硬化金相组织不均匀磁化电流过大,漏磁检测,直流磁轭,磁粉检测组件,黑光灯,三相全波直流磁粒探伤设备,Cra
26、ne Hook with Service Induced Crack,Fluorescent, Wet Particle Method,Gear with Service Induced Crack,Fluorescent, Wet Particle Method,Drive Shaft with Heat Treatment Induced Cracks,Fluorescent, Wet Particle Method,Splined Shaft with Service Induced Cracks,Fluorescent, Wet Particle Method,Threaded Sha
27、ft withService Induced Crack,Fluorescent, Wet Particle Method,Large Bolt with Service Induced Crack,Fluorescent, Wet Particle Method,Crank Shaft with Service Induced Crack Near Lube Hole,Fluorescent, Wet Particle Method,Lack of Fusion in SMAW Weld,Visible, Dry Powder Method,Indication,Toe Crack in SMAW Weld,Visible, Dry Powder Method,Throat and Toe Cracks in Partially Ground Weld,Visible, Dry Powder Method,第五章作业1、简述磁粉检测的原理2、什么是铁磁材料的磁畴？3、某圆柱形工件直径为50mm，通过其两端加10安培电流磁化，试计算其表面的周向磁场强度。4、对圆柱形工件进行轴向磁化的方法有哪些？5、连续法和剩磁法磁粉检测的区别是什么？6、为什么要退磁？退磁原理是什么？,
