磁粉檢測基礎(chǔ)知識及原理PPT課件

1、1 磁粉探傷基礎(chǔ)知識1.1 磁粉探傷與漏磁檢測（分類方法） 漏磁場探傷：是利用鐵磁性材料或工件磁化后，在表面和近表面如有不連續(xù)性（材料的均質(zhì)狀態(tài)即致密性受到破壞）存在，則在不連續(xù)性處磁力線離開工件和進(jìn)入工件表面發(fā)生局部畸變產(chǎn)生磁極，并形成可檢測的漏磁場進(jìn)行探傷的方法。漏磁場探傷包括磁粉探傷和利用檢測元件探測漏磁場。其區(qū)別在于，磁粉探傷是利用鐵磁性粉末磁粉，作為磁場的傳感器，即利用漏磁場吸附施加在不連續(xù)性處的磁粉聚集形成磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、形狀和大小。利用檢測元件探測漏磁場的磁場傳感器有磁帶、霍爾元件、磁敏二極管和感應(yīng)線圈等。 利用檢測元件檢測漏磁場：錄磁探傷法、感應(yīng)線圈探傷法、霍爾

2、元件檢測法、磁敏二極管探測法。第1頁/共33頁1.2 磁粉探傷Magnetic Particle Testing，簡稱 MT基本原理是：鐵磁性材料和工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面和近表面的磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合適光照下目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、形狀和大小。如圖11所示。 磁粉探傷的適用性和局限性 適用性： 磁粉探傷適用于檢測鐵磁性材料表面和近表面尺寸很小、間隙極窄（如可檢測出長0.1mm、寬為微米級的裂紋），目視難以看出的不連續(xù)性。第2頁/共33頁 磁粉檢測可對原材料、半成品、成品工件和在役的零部件檢測探傷，還可對板材、

3、型材、管材、棒材、焊接件、鑄鋼件及鍛鋼件進(jìn)行檢測。馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼具有磁性，可進(jìn)行MT。MT可發(fā)現(xiàn)裂紋、夾雜、發(fā)紋、白點(diǎn)、折疊、冷隔和疏松等缺陷。磁粉檢測程序 磁粉檢測的七個(gè)程序是： (1)預(yù)處理； (2)磁化； (3)施加磁粉或磁懸液；(4)磁痕的觀察與記錄； (5)缺陷評級； (6)退磁； (7)后處理。第3頁/共33頁 局限性： MT不能檢測奧氏體不銹鋼材料和用奧氏體不銹鋼焊條焊接的焊縫，也不能檢測銅、鋁、鎂、鈦等非磁性材料。對于表面淺的劃傷、埋藏較深的孔洞和與工件表面夾角小于20的分層和折疊難以發(fā)現(xiàn)。 磁粉檢測在壓力容器定期檢驗(yàn)中的重要性第4頁/共33頁2 磁粉探傷的物理基

4、礎(chǔ)2.1 磁粉探傷中的相關(guān)物理量2.1.1 磁的基本現(xiàn)象磁性、磁體、磁極、磁化磁性：磁鐵能夠吸引鐵磁性材料的性質(zhì)叫磁性。磁體：凡能夠吸引其他鐵磁性材料的物體叫磁體。磁極：靠近磁鐵兩端磁性特別強(qiáng)吸附磁粉特別多的區(qū)域稱為磁極。 每一小塊磁體總有兩個(gè)磁極。磁化：使原來沒有磁性的物體得到磁性的過程叫磁化。2.1.2 磁場和磁力線 磁場：具有磁性作用的空間磁場的特征、顯示和磁力線磁場的特征：是對運(yùn)動的電荷（或電流）具有作用力，在磁場變化 的同時(shí)也產(chǎn)生電場。 磁場的顯示：磁場的大小、方向和分布情況，可以利用磁力線來表 示。第5頁/共33頁磁力線（a）馬蹄形磁鐵被校直成條形磁鐵后N極和S極的位置 （b）具有

5、機(jī)加工槽的條形磁鐵產(chǎn)生的漏磁場 （c）縱向磁化裂紋產(chǎn)生的漏磁場 條形磁鐵的磁力線分布 第6頁/共33頁 磁力線在每點(diǎn)的切線方向代表磁場的方向，磁力線的疏密程度反映磁場的大小。磁力線具有以下特性：第7頁/共33頁2.2 鐵磁性材料2.2.1 磁疇 在鐵磁質(zhì)中，相鄰鐵原子中的電子間存在著非常強(qiáng)的交換耦合作用，這個(gè)相互作用促使相鄰原子中電子磁矩平行排列起來，形成一個(gè)自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域，這些自發(fā)磁化的微小區(qū)域，稱為磁疇。 在沒有外加磁場作用時(shí)，鐵磁性材料內(nèi)各磁疇的磁矩方向相互抵消，對外顯示不出磁性，如下圖a。 第8頁/共33頁鐵磁性材料的磁疇方向a）不顯示磁性； b）磁化 c）保留一定剩磁

6、 當(dāng)把鐵磁性材料放到外加磁場中去時(shí)，磁疇就會受到外加磁場的作用，一是使磁疇磁矩轉(zhuǎn)動，二是使疇壁發(fā)生位移，最后全部磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)向與外加磁場方向一致，鐵磁性材料被磁化，顯示出很強(qiáng)的磁性。 永久磁鐵中的磁疇，在一個(gè)方向上占優(yōu)勢，因而形成N和S極，能顯示出很強(qiáng)的磁性。 在高溫情況下，磁體中分子熱運(yùn)動會破壞磁疇的有規(guī)則排列，使磁體的磁性削弱。超過某一溫度后，磁體的磁性也就全部消失而呈現(xiàn)順磁性，實(shí)現(xiàn)了材料的退磁。鐵磁性材料在此溫度以上不能再被外加磁場磁化，并將失去原有的磁性的臨界溫度稱為居里點(diǎn)或居里溫度。從居里點(diǎn)以上的高溫冷卻下來時(shí)，只要沒有外磁場的影響，材料仍然處于退磁狀態(tài)。第9頁/共33頁2.2.

7、3 磁化過程 (1)未加外加磁場時(shí)，磁疇磁矩雜亂無章，對外不顯示宏觀磁性，如圖未加外加磁場時(shí)，磁疇磁矩雜亂無章，對外不顯示宏觀磁性，如圖 (a) (2)在較小的磁場作用下，磁矩方向與外加磁場方向一致或接近的磁疇體積在較小的磁場作用下，磁矩方向與外加磁場方向一致或接近的磁疇體積增大，而磁矩方向與外加磁場方向相反的磁疇體積減小，疇壁發(fā)生位移，增大，而磁矩方向與外加磁場方向相反的磁疇體積減小，疇壁發(fā)生位移，如圖如圖 (b)。 (3)增大外加磁場時(shí)，磁矩轉(zhuǎn)動疇壁繼續(xù)位移，增大外加磁場時(shí)，磁矩轉(zhuǎn)動疇壁繼續(xù)位移， 最后只剩下與外加磁場方最后只剩下與外加磁場方向比較向比較接近的磁疇，如圖接近的磁疇，如圖 (

8、c)。 (4)繼續(xù)增大外加磁場，磁矩方向轉(zhuǎn)動，與外加磁場方向接近，如圖繼續(xù)增大外加磁場，磁矩方向轉(zhuǎn)動，與外加磁場方向接近，如圖 (d)。 (5)當(dāng)外加磁場增大到一定值時(shí)，所有磁疇的磁矩都沿外加磁場方向有序排當(dāng)外加磁場增大到一定值時(shí)，所有磁疇的磁矩都沿外加磁場方向有序排列，列， 達(dá)到磁化飽和，相當(dāng)于一個(gè)微小磁鐵或磁偶極子，產(chǎn)生達(dá)到磁化飽和，相當(dāng)于一個(gè)微小磁鐵或磁偶極子，產(chǎn)生N極和極和S極，宏觀上極，宏觀上呈現(xiàn)呈現(xiàn)磁性，如圖磁性，如圖 (e)。第10頁/共33頁2.5 漏磁場與磁粉檢測2.5.1 漏磁場的形成 所謂漏磁場，就是鐵磁性材料磁化后，在不連續(xù)性處或磁路的截面變化處，磁感應(yīng)線離開和進(jìn)入表面

9、時(shí)形成的磁場。 漏磁場形成的原因，是由于空氣的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鐵磁性材料的磁導(dǎo)率。如果在磁化了的鐵磁性工件上存在著不連續(xù)性或裂紋，則磁感應(yīng)線優(yōu)先通過磁導(dǎo)率高的工件，這就迫使不部分磁感應(yīng)線從缺陷下面繞過，形成磁感應(yīng)線的壓縮。但是，工件上這部分可容納的磁感應(yīng)線數(shù)目也是有限的，又由于同性磁感應(yīng)線相斥，所以，不部分磁感應(yīng)線從不連續(xù)性中穿過，另一部分磁感應(yīng)線遵從折射定律幾乎從工件表面垂直地進(jìn)入空氣中去繞過缺陷又折回工件，形成了漏磁場。 第11頁/共33頁2.5.2 缺陷的漏磁場分布 缺陷產(chǎn)生的漏磁場可以分解為水平分量Bx和垂直分量By，水平分量與工件表面平行，垂直分量與工件表面垂直。假設(shè)有一矩形缺陷，則在

10、矩形中心，漏磁場的水平分量有極大值，并左右對稱。而垂直分量為通過中心點(diǎn)的曲線，見下圖，圖中（a）為水平分量，（b）為垂直分量，如果將兩個(gè)分量合成，則可得到如圖（c）所示的漏磁場。 第12頁/共33頁第13頁/共33頁2.5.3 漏磁場對磁粉的作用力 漏磁場對磁粉的吸附可看成是磁極的作用，如果有磁粉在磁極區(qū)通過，則將被磁化，也呈現(xiàn)出N極和S極，并沿著磁感應(yīng)線排列起來。當(dāng)磁粉的兩極與漏磁場的兩極互相作用時(shí)，磁粉就會被吸附并加速移到缺陷上去。漏磁場的磁力作用在磁粉微粒上，其方向指向磁感應(yīng)線最大密度區(qū)，即指向缺陷處。 見下頁 圖 漏磁場的寬度要比缺陷的實(shí)際寬度大數(shù)倍至數(shù)十倍，所以磁痕對缺陷寬度具有放大

11、作用，能將目視不可見的缺陷變成目視可見的磁痕使之容易觀察出來。第14頁/共33頁 磁粉受漏磁場吸引第15頁/共33頁2.5.4 影響漏磁場的因素（1）外加磁場強(qiáng)度的影響 缺陷的漏磁場大小與工件磁化程度有關(guān)。一般說來，外加磁場強(qiáng)度一定要大于產(chǎn)生最大磁導(dǎo)率m對應(yīng)的磁場強(qiáng)度Hm，使磁導(dǎo)率減小，磁阻增大，漏磁場增大。 當(dāng)鐵磁性材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到飽和值的80%左右時(shí)，漏磁場便會迅速增大。第16頁/共33頁（2）缺陷位置及形狀的影響 a 缺陷埋藏深度的影響 影響很大 同樣的缺陷，位于工件表面時(shí)，產(chǎn)生的漏磁場大；若位于工件的近表面，產(chǎn)生的漏磁場顯著減小；若位于工件表面很深處，則幾乎沒有漏磁場泄漏出工件表面

12、。 b 缺陷方向的影響 缺陷垂直于磁場方向，漏磁場最大，也最有利于缺陷的檢出；若與磁場方向平行則幾乎不產(chǎn)生漏磁場；當(dāng)缺陷與工件表面由垂直逐漸傾斜成某一角度，而最終變?yōu)槠叫?，即傾角等于0時(shí)，漏磁場也由最大下降至零，下降曲線類似于正弦曲線由最大值降至零值的部分。c 缺陷深寬比的影響 缺陷的深寬比是影響漏磁場的一個(gè)重要因素，缺陷的深寬比愈大，漏磁場愈大，缺陷愈容易發(fā)現(xiàn)。第17頁/共33頁（3）工件表面覆蓋層的影響（4）工件材料及狀態(tài)的影響 晶粒大小的影響 含碳量的影響 熱處理的影響 合金元素的影響 冷加工的影響第18頁/共33頁1.3 磁粉介質(zhì) 磁粉的功用是作為顯示介質(zhì)，其種類包括有： a.黑磁粉-

13、成分為四氧化三鐵（Fe3O4），呈黑色粉末狀，適用于背景為淺色或光亮的工件。 b.紅磁粉-成分為三氧化二鐵（Fe2O3），呈鐵紅色粉末狀，適用于背景較暗的工件。 c.熒光磁粉-在四氧化三鐵磁粉顆粒外裹有熒光物質(zhì)，在紫外線輻照下能發(fā)出黃綠色熒光，適用于背景較深暗的工件，特別是由于人眼色敏特性的原因，使得以熒光磁粉作磁介質(zhì)的磁粉檢驗(yàn)較之其他磁粉具有更高的靈敏度。 d.白磁粉-在四氧化三鐵磁粉顆粒外裹有白色物質(zhì)，適用于背景較深暗的工件。第19頁/共33頁磁粉介質(zhì) 為了便于現(xiàn)場檢驗(yàn)的使用，商品化的磁介質(zhì)種類很多，除了有黑、紅、白磁粉，熒光磁粉，還有球形磁粉（空心、彩色，用于干粉法），還有事先配置好的磁

14、膏、濃縮磁懸液，還有磁懸液噴罐等等，以及為了提高背景深暗或者表面粗糙工件的可檢驗(yàn)性而提供的表面增白劑（反差增強(qiáng)劑）等。 為了保證磁粉檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性，對磁粉（包括磁性、粒度、形狀）以及磁懸液的濃度、均勻性、懸浮性等均需要經(jīng)過校驗(yàn)合格后才能使用，并且在使用過程中也需要定期校驗(yàn)，此外對于觀察評定時(shí)環(huán)境的白光照度，或者熒光磁粉檢驗(yàn)時(shí)使用的紫外線燈的紫外線強(qiáng)度等等，也是屬于校驗(yàn)的項(xiàng)目，以求保證檢驗(yàn)質(zhì)量。 磁粉應(yīng)具有高磁導(dǎo)率、低矯頑力和低剩磁，并應(yīng)與被檢工件表面顏色有較高的對比度。第20頁/共33頁磁粉介質(zhì) 磁懸液 配制磁懸液時(shí)，應(yīng)按程序要求進(jìn)行，即在所需數(shù)量磁粉中加入少量載液混合，使磁粉均勻濕潤，然后

15、加入其余載液使之成為均勻懸浮狀液體磁懸液的濃度和性能在使用前和使用中應(yīng)進(jìn)行檢查，其濃度應(yīng)符合表1規(guī)定。 第21頁/共33頁1.4 靈敏度試片 靈敏度試片還可用來檢查探傷設(shè)備、磁粉、磁懸液的綜合使用性能,檢查被檢工件表面各點(diǎn)磁場的分布規(guī)律。靈敏度試片的使用方法是將A型標(biāo)準(zhǔn)試片上開槽的一面緊貼在被檢工件清潔的表面上，在對工件和試片進(jìn)行磁化的同時(shí)向試片上噴灑磁懸液,并觀察試片上的磁痕。磁化電流恰當(dāng),那么試片未刻的槽表面上就會出現(xiàn)清晰的刻槽的磁痕。 探傷靈敏度對復(fù)雜工件進(jìn)行磁化時(shí),工件表面的磁場強(qiáng)度分布很不均勻,磁化電流的大小難以估算,僅憑經(jīng)驗(yàn)對磁化電流進(jìn)行選擇往往也很難達(dá)到理想的磁化效果。因此一般都

16、采用靈敏度試片來選擇最佳的磁化規(guī)范。第22頁/共33頁1.5 便攜式磁粉探傷儀 CDX型探傷儀，是利用磁軛對鐵磁性被探傷工件進(jìn)行交直流磁化的磁粉探傷儀，它能對各種零件進(jìn)行磁化探傷，包括對大型零部件進(jìn)行局部磁化探傷，能用作外加法磁力探傷和剩磁法磁力探傷。儀器體積小，重量輕，提升力大，活關(guān)節(jié)可調(diào)，特別適用于平焊縫、角焊縫、壓力容器、管道及形狀復(fù)雜零部件的探傷。儀器輸出為低電壓，對不允許高電壓進(jìn)入設(shè)備內(nèi)探傷的場合更為適合。 A型探頭：馬蹄磁軛角焊縫探頭，活動關(guān)節(jié)斜面磁頭，配有工作燈；對異形面、形狀復(fù)雜工件探傷尤其適用。配備一臺電磁軛角焊縫探傷儀，探頭采用活關(guān)節(jié)可自由調(diào)節(jié)使用范圍廣. D型探頭：電磁軛

17、探頭，多種活動關(guān)節(jié)，磁化強(qiáng)度大。配備一臺電磁軛角焊縫探傷儀，探頭具有導(dǎo)磁高、磁化強(qiáng)度大等特點(diǎn)。第23頁/共33頁 磁粉探傷操作規(guī)程 磁粉檢測程序 磁粉檢測的七個(gè)程序是： (1)預(yù)處理（檢驗(yàn)時(shí)機(jī)）； (2)磁化； (3)施加磁粉或磁懸液； (4)磁痕的觀察與記錄； (5)缺陷評級； (6)退磁； (7)后處理。第24頁/共33頁 磁粉探傷操作規(guī)程 (1)預(yù)處理（檢驗(yàn)時(shí)機(jī)） 1、表面預(yù)處理 a探傷前應(yīng)對焊縫及熱影響區(qū)的表面進(jìn)行修磨，不應(yīng)有油污、鐵銹、氧化皮等，清理時(shí)不要將異物堵塞表面開口缺陷。被檢工件表面不得有粘附磁粉的物質(zhì)。 b被檢工作上孔隙在檢驗(yàn)后難于清除磁粉時(shí)，應(yīng)在檢驗(yàn)前用無害物質(zhì)堵塞。 2

18、、 檢驗(yàn)時(shí)機(jī) a焊縫的檢驗(yàn)通常安排在焊接完成之后，對于有延遲裂紋傾向的應(yīng)安排在焊后24小時(shí)進(jìn)行。 b緊固件和鍛件的磁粉檢測應(yīng)安排在最終熱處理之后進(jìn)行。第25頁/共33頁 磁粉探傷操作規(guī)程 (2)磁化； 工件磁化 a磁軛的磁極間距應(yīng)控制在75 mm200 mm之間，檢測的有效區(qū)域?yàn)閮蓸O連線兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)，磁化區(qū)域每次應(yīng)有15mm的重疊。 b磁化工件時(shí)，必須在同一部位至少作兩次互相垂直的探傷，而且將焊縫劃分為幾個(gè)受檢段，其長度小于磁軛間距10mm20mm。 第26頁/共33頁 磁粉探傷操作規(guī)程 磁粉檢測程序 (3)施加磁粉或磁懸液； 施加磁粉 a先用磁懸液濕潤工件表面，在外加磁場磁化的同時(shí)，將磁懸液施加到工件上，已形成的磁痕不應(yīng)被流動磁懸液所破壞，停止?jié)泊艖乙汉笤偻姅?shù)次，待磁痕形成并滯留下來時(shí)再