磁粉檢測(cè)物理基礎(chǔ)

1、磁粉檢測(cè)物理基礎(chǔ)廣東省特種設(shè)備檢測(cè)院陳玉寶1 磁粉探傷基礎(chǔ)知識(shí)1.1 磁粉探傷與磁性檢測(cè)（分類(lèi)方法） 漏磁場(chǎng)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(xiàn)離開(kāi)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(cè)的漏磁場(chǎng)進(jìn)行探傷的方法。漏磁場(chǎng)探傷包括磁粉探傷和利用檢測(cè)元件探測(cè)漏磁場(chǎng)。其區(qū)別在于，磁粉探傷是利用鐵磁性粉末磁粉，作為磁場(chǎng)的傳感器，即利用漏磁場(chǎng)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(cè)元件探測(cè)漏磁場(chǎng)的磁場(chǎng)傳感器有磁帶、霍爾元件、磁敏二極管和感應(yīng)線(xiàn)圈等。 利用檢測(cè)元件檢

2、測(cè)漏磁場(chǎng)：錄磁探傷法、感應(yīng)線(xiàn)圈探傷法、霍爾元件檢測(cè)法、磁敏二極管探測(cè)法。1.2 磁粉探傷Magnetic Particle Testing，簡(jiǎn)稱(chēng) 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(xiàn)發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合適光照下目視可見(jiàn)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(cè)鐵磁性材料表面和近表面尺寸很小、間隙極窄（如可檢測(cè)出長(zhǎng)0.1mm、寬為微米級(jí)的裂紋），目視難以看出的不連續(xù)性。 磁粉檢測(cè)可對(duì)原材料、半成品、成品工件和在役的零部件檢測(cè)探傷，還

3、可對(duì)板材、型材、管材、棒材、焊接件、鑄鋼件及鍛鋼件進(jìn)行檢測(cè)。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(cè)程序 承壓設(shè)備磁粉檢測(cè)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(píng)級(jí)； (6)退磁； (7)后處理。局限性： MT不能檢測(cè)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(cè)銅、鋁、鎂、鈦等非磁性材料。對(duì)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)。 1.3 磁粉探傷方法與其他表面探傷方法的比較 P.6 表 1

4、-1 磁粉檢測(cè)在壓力容器定期檢驗(yàn)中的重要性2 磁粉探傷的物理基礎(chǔ)2.1 磁粉探傷中的相關(guān)物理量 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(chēng)為磁極。 每一小塊磁體總有兩個(gè)磁極。磁化：使原來(lái)沒(méi)有磁性的物體得到磁性的過(guò)程叫磁化。 磁場(chǎng)和磁力線(xiàn) 磁場(chǎng)：具有磁性作用的空間磁場(chǎng)的特征、顯示和磁力線(xiàn)磁場(chǎng)的特征：是對(duì)運(yùn)動(dòng)的電荷（或電流）具有作用力，在磁場(chǎng)變化 的同時(shí)也產(chǎn)生電場(chǎng)。 磁場(chǎng)的顯示：磁場(chǎng)的大小、方向和分布情況，可以利用磁力線(xiàn)來(lái)表 示。（b）具有機(jī)加工槽的條形磁鐵產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)

5、（c）縱向磁化裂紋產(chǎn)生的漏磁場(chǎng) 條形磁鐵的磁力線(xiàn)分布 （a）馬蹄形磁鐵被校直成條形磁鐵后N極和S極的位置 磁力線(xiàn)在每點(diǎn)的切線(xiàn)方向代表磁場(chǎng)的方向，磁力線(xiàn)的疏密程度反映磁場(chǎng)的大小。磁力線(xiàn)具有以下特性： 磁力線(xiàn)是具有方向性的閉合曲線(xiàn)。在磁體內(nèi)，磁力線(xiàn)是由S極到N極，在磁體外，磁力線(xiàn)是由N極出發(fā)，穿過(guò)空氣進(jìn)入S極的閉合曲線(xiàn)。 磁力線(xiàn)互不相交。 磁力線(xiàn)可描述磁場(chǎng)的大小和方向。 磁力線(xiàn)沿磁阻最小路徑通過(guò)。 真空中的恒定磁場(chǎng)1 磁感應(yīng)強(qiáng)度B ： 設(shè)一電量為q的電荷在磁場(chǎng)中，以速度運(yùn)動(dòng)，其受到的最大磁力為Fm，則該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為： 磁感應(yīng)強(qiáng)度B為矢量，其方向?yàn)樵擖c(diǎn)處小磁針N極的方向，可以用右手螺旋法則來(lái)

6、確定：由正電荷所受力Fm的方向，關(guān)系沿小于的角度轉(zhuǎn)向正電荷運(yùn)動(dòng)速度的方向，這時(shí)螺旋前進(jìn)的方向便是該點(diǎn)B的方向，如圖2-7所示； B的方向總是垂直于Fm 和組成的平面。 圖 2-7 B、Fm、的方向 在國(guó)際單位制中，力Fm的單位用牛頓（N），電量q的單位用庫(kù)侖（C），速度v的單位用米/秒（m/s），磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位定為N·s/（C·m）N/(A·m)，稱(chēng)為特斯拉，用T表示，即 1T= 1N/(A·m) 磁感應(yīng)強(qiáng)度的另一個(gè)單位是高斯，用Gs表示，兩個(gè)單位的換算關(guān)系為 1T=104Gs 地球磁場(chǎng)的數(shù)量級(jí)大約是10-4T，嚴(yán)格講地球表面的磁場(chǎng)在赤道處約為0.3&

7、#215;10-4T，在兩極處約為0.6×10-4T。大型的電磁鐵能激發(fā)出約為2T的恒定磁場(chǎng)，超導(dǎo)磁體能激發(fā)高達(dá)25T的磁場(chǎng)，人體心臟激發(fā)的磁場(chǎng)約為3×10-10T，而脈沖星表面的磁場(chǎng)約為108T。 可以用磁感應(yīng)線(xiàn)來(lái)描繪磁場(chǎng)的分布，并且規(guī)定：通過(guò)磁場(chǎng)中某點(diǎn)處垂直于B矢量的單位面積的磁感應(yīng)線(xiàn)數(shù)等于該點(diǎn)B矢量的大小，該點(diǎn)磁感應(yīng)線(xiàn)的切線(xiàn)方向?yàn)锽矢量的方向。 在任何磁場(chǎng)中，每一條磁感應(yīng)線(xiàn)都是和閉合電流相互套鏈的無(wú)頭無(wú)尾的閉合線(xiàn)，磁場(chǎng)較強(qiáng)的地方，磁感應(yīng)線(xiàn)較密；反之，磁感應(yīng)線(xiàn)就較疏， 2 磁通量在磁場(chǎng)中，通過(guò)一給定曲面的總磁感應(yīng)線(xiàn)，稱(chēng)為通過(guò)該曲面的磁通量，用表示。 在曲面上取面積元ds

8、，如圖所示，ds的法線(xiàn)方向與該點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度方向之間的夾角為，則通過(guò)面積元ds的磁通量為所以，通過(guò)有限曲面S的磁通量為磁通量的單位為T(mén)·m2，叫做韋伯（Wb）。因此，磁感應(yīng)強(qiáng)度也稱(chēng)為磁通密度。在CGS單位制中，磁通的單位是麥克斯韋(Mx)，1 麥克斯韋表示通過(guò)1根磁力線(xiàn)，在SI單位制中，磁通的單位是韋伯(Wb)，其換算關(guān)系為： 1韋伯(Wb)108麥克斯韋(Mx) 1麥克斯韋(Mx)10-8韋伯(Wb)對(duì)閉合曲面來(lái)說(shuō)，一般規(guī)定取向外的指向?yàn)檎ň€(xiàn)的指向，這樣，磁感應(yīng)線(xiàn)從閉合面穿出處的磁通量為正，穿入處的磁通量為負(fù)。由于磁感應(yīng)線(xiàn)是閉合線(xiàn)，因此穿入閉合曲面的磁感應(yīng)線(xiàn)數(shù)必然等于穿出閉合曲面

9、的磁感應(yīng)線(xiàn)數(shù)，所以通過(guò)任一閉合曲面的總磁通量必然為零，即上式稱(chēng)為磁場(chǎng)的高斯定理，是電磁場(chǎng)理論的基本方程之一。該定理說(shuō)明，磁場(chǎng)是渦旋場(chǎng)，其磁感應(yīng)線(xiàn)無(wú)頭無(wú)尾，恒是閉合的。3. 畢奧薩伐爾定律及其應(yīng)用(1)畢奧薩伐爾定律 一個(gè)載流導(dǎo)體L在空間任一點(diǎn)P產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度可由畢奧薩伐爾定律來(lái)確定，即 電流元所激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 式中，dl表示在載流導(dǎo)體上沿電流方向所取的線(xiàn)元，I為導(dǎo)線(xiàn)中的電流，r是從電流元所在點(diǎn)到P點(diǎn)的矢量r的大小， H/m，稱(chēng)為真空磁導(dǎo)率，dB的方向垂直于Idl與r組成的平面，指向?yàn)橛蒊dl經(jīng)小于的角度轉(zhuǎn)向r時(shí)右螺旋前進(jìn)的方向， 如上圖所示。（2）載流長(zhǎng)直導(dǎo)體的磁場(chǎng) 設(shè)有長(zhǎng)為L(zhǎng)的載流直導(dǎo)體

10、，其電流為I，計(jì)算離直導(dǎo)體距離為a的P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，先在直導(dǎo)體上任取一電流元Idl，如圖2-11所示。按畢奧薩伐爾定律，這電流元在給定P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度dB為dB的方向由Idl×r來(lái)確定，即垂直紙面向內(nèi)，在圖中用 表示。由于長(zhǎng)直導(dǎo)體L上每一個(gè)電流元在P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)dB的方向都是一致的（垂直紙面向內(nèi)），所以矢量積分 可變?yōu)闃?biāo)量積分 式中，1和2分別為直線(xiàn)的兩個(gè)端點(diǎn)到P點(diǎn)的矢量與P點(diǎn)到直導(dǎo)線(xiàn)垂線(xiàn)之間的夾角。角從垂線(xiàn)向上轉(zhuǎn)時(shí)取正值，從垂線(xiàn)向下轉(zhuǎn)時(shí)取負(fù)值。對(duì)于“無(wú)限長(zhǎng)”載流直導(dǎo)體，則取 則上式變?yōu)椋?）載流圓線(xiàn)圈軸線(xiàn)上的磁場(chǎng) 設(shè)有圓形線(xiàn)圈L，半徑為R，通以電流I，如圖2-12所示。根據(jù)畢奧

11、薩伐爾定律，圓線(xiàn)圈上任一電流元Idl在軸線(xiàn)P點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度dB為各電流元在P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向各不相同，但各dB與軸線(xiàn)成一相等的夾角（如上圖）。我們把dB分解為平行于軸線(xiàn)的分矢量dB和垂直于軸線(xiàn)的分矢量dB。由于對(duì)稱(chēng)關(guān)系，任一直徑兩端的電流元在P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的垂直軸線(xiàn)的分量dB大小相等，方向相反，因此，載流圓線(xiàn)圈上電流在P點(diǎn)dB互相抵消，而dB互相加強(qiáng)。所以P點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度為圓形線(xiàn)圈上所有電流元的dB的代數(shù)和，即將 代入得 式中 為圓線(xiàn)圈的面積。圓線(xiàn)圈軸線(xiàn)上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度都沿軸線(xiàn)方向，與電流方向組成右手螺旋關(guān)系，離圓心距離x越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱。在圓心O點(diǎn)處 由上式得(4)載流直螺線(xiàn)

12、管內(nèi)部的磁場(chǎng) 直螺線(xiàn)管是指均勻地密繞在直圓柱面上的螺旋形線(xiàn)圈，如圖所示。最后經(jīng)計(jì)算可得如果螺線(xiàn)管為“無(wú)限長(zhǎng)”，亦即螺線(xiàn)管的長(zhǎng)度較其直徑大得多時(shí)， 所以 這一結(jié)果說(shuō)明：任何繞得很緊密的長(zhǎng)螺線(xiàn)管內(nèi)部軸線(xiàn)上的磁感應(yīng)強(qiáng)度和點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)。還可以證明，對(duì)于不在軸線(xiàn)上的內(nèi)部各點(diǎn)B的值也等于，因此“無(wú)限長(zhǎng)”螺線(xiàn)管內(nèi)部的磁場(chǎng)是均勻的。 還可以證明，對(duì)于不在軸線(xiàn)上的內(nèi)部各點(diǎn)B的值也等于 ，因此“無(wú)限長(zhǎng)”螺線(xiàn)管內(nèi)部的磁場(chǎng)是均勻的。 對(duì)長(zhǎng)螺線(xiàn)管的端點(diǎn)來(lái)說(shuō)，例如在A1點(diǎn)， ， ，所以在A1點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 恰好是內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度的一半。長(zhǎng)直螺線(xiàn)管所激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向沿著螺線(xiàn)管軸線(xiàn)，其指向可按右手定則確定，右手四指表

13、示電流的流向，拇指就是磁場(chǎng)的指向。4 安培環(huán)路定理已知長(zhǎng)直載流導(dǎo)體周?chē)拇鸥袘?yīng)線(xiàn)是一組以導(dǎo)體為中心的同心圓，如下圖（a）所示。在垂直于導(dǎo)線(xiàn)的平面內(nèi)任意作一包圍電流的閉合曲線(xiàn)L，如下圖 (b)所示，線(xiàn)上任一點(diǎn)P的磁感應(yīng)強(qiáng)度為式中I為導(dǎo)線(xiàn)中的電流，r為該點(diǎn)離開(kāi)導(dǎo)線(xiàn)的距離。由圖可知， 所以按圖中所示的繞行方向沿這條閉合曲線(xiàn)B矢量的線(xiàn)積分為以上結(jié)果雖然是從長(zhǎng)直載流導(dǎo)線(xiàn)的磁場(chǎng)的特例導(dǎo)出的，但其結(jié)論具有普遍性，對(duì)任意幾何形狀的通電導(dǎo)體的磁場(chǎng)都是適用的，而且當(dāng)閉合曲線(xiàn)包圍多根載流導(dǎo)線(xiàn)時(shí)也同樣適用，故一般可寫(xiě)成 該式表達(dá)了電流與它所激發(fā)磁場(chǎng)之間的普遍規(guī)律，稱(chēng)為安培環(huán)路定理。 磁介質(zhì)中的磁場(chǎng) 1. 磁介質(zhì) 能影

14、響磁場(chǎng)的物質(zhì)稱(chēng)為磁介質(zhì)。各種宏觀物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)都有不同程度的影響，因此一般都是磁介質(zhì)。 設(shè)某一電流分布在真空中激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，那么在同一電流分布下，當(dāng)磁場(chǎng)中放進(jìn)了某種磁介質(zhì)后，磁化了的磁介質(zhì)激發(fā)附加磁感應(yīng)強(qiáng)度B，這時(shí)磁場(chǎng)中任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于B0和B的矢量和，即BB0B 順磁性材料這類(lèi)磁介質(zhì)磁化后使磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B稍大于B0，即B>B0，如鋁、鉻、錳、鉑、氮等，能被磁體輕微吸引。 抗磁性材料這類(lèi)磁介質(zhì)磁化后使磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B稍小于B0，即B<B0，如銅、銀、金、鉛、鋅等，能被磁體輕微排斥。 鐵磁性材料這類(lèi)磁介質(zhì)磁化后所激發(fā)的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度B遠(yuǎn)大于B0，使得B&g

15、t;>B0，如鐵、鎳、鈷、釓及其合金等，鐵磁質(zhì)能顯著地增強(qiáng)磁場(chǎng)，能被磁體強(qiáng)烈吸引。 2. 磁化強(qiáng)度 分子電流 分子磁矩 為了描述磁介質(zhì)的磁化狀態(tài)（磁化程度和磁化方向）,我們引入磁化強(qiáng)度矢量M，它表示單位體積內(nèi)所有分子磁矩的矢量和，即 在外磁場(chǎng)中，磁化了的磁介質(zhì)會(huì)激發(fā)附加磁場(chǎng)；這附加磁場(chǎng)起源于磁化了的介質(zhì)內(nèi)所出現(xiàn)的束縛電流（實(shí)質(zhì)上是分子電流的宏觀表現(xiàn)）。設(shè)有一“無(wú)限長(zhǎng)”的載流直螺線(xiàn)管，管內(nèi)充滿(mǎn)均勻磁介質(zhì)，電流在螺線(xiàn)管內(nèi)激發(fā)均勻磁場(chǎng)。在此磁場(chǎng)中磁介質(zhì)被均勻磁化，這時(shí)磁介質(zhì)中各個(gè)分子電流平面將轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)的方向相垂直，下圖表示磁介質(zhì)內(nèi)任一截面上分子電流排列的情況。從圖（b）和（c）中可以看出，在

16、磁介質(zhì)內(nèi)部任意一點(diǎn)處，總是有兩個(gè)方向相反的分子電流通過(guò)，結(jié)果相互抵消；只有在截面邊緣處，分子電流未被抵消，形成與截面邊緣重合的圓電流。對(duì)磁介質(zhì)的整體來(lái)說(shuō)，未被抵消的分子電流是沿著柱面流動(dòng)的，稱(chēng)為束縛面電流。對(duì)順磁性物質(zhì)，束縛面電流和螺線(xiàn)管上導(dǎo)體中的電流I方向相同；對(duì)抗磁性物質(zhì)，則兩者方向相反。設(shè) 為圓柱形磁介質(zhì)表面上“單位長(zhǎng)度的束縛面電流”，S 為磁介質(zhì)的截面積， 為所選取的一段磁介質(zhì)的長(zhǎng)度。在長(zhǎng)度 上，束縛電流的總量值為 ，因此在這段磁介質(zhì)總體積 中的總磁矩為 所以在圖 (a)所示的圓柱形磁介質(zhì)的邊界附近，取一長(zhǎng)方形閉合回路ABCD，AB邊在磁介質(zhì)內(nèi)部，它平行于圓柱軸線(xiàn)，長(zhǎng)度為l，而B(niǎo)C、A

17、D兩邊則垂直于柱面。在磁介質(zhì)內(nèi)部各點(diǎn)處，M都沿AB方向，大小相等，在柱外各點(diǎn)處M=0。所以M沿BC、CD、DA三邊的積分為零，因而M對(duì)閉合回路ABCD的積分等于M沿AB邊的積分，即將 代入得 該式表明，磁化強(qiáng)度對(duì)閉合回路的線(xiàn)積分等于通過(guò)回路所包圍的面 積內(nèi)的總束縛電流。該式雖是從均勻磁化介質(zhì)及長(zhǎng)方形閉合回路的簡(jiǎn)單特例導(dǎo)出的，但卻是在任何情況都普遍適用的關(guān)系式。3. 磁場(chǎng)強(qiáng)度 在電流產(chǎn)生磁場(chǎng)中有磁介質(zhì)存在時(shí)，空間任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于導(dǎo)線(xiàn)中的電流（稱(chēng)為傳導(dǎo)電流）所激發(fā)的磁場(chǎng)與磁介質(zhì)磁化后束縛電流所激發(fā)的附加磁場(chǎng)的矢量和，這時(shí)安培環(huán)路定理應(yīng)為 H 稱(chēng)為磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量，其單位為安/米（A/m），故有

18、該式稱(chēng)為有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理，它表明H矢量的環(huán)流（沿任何閉合曲線(xiàn)的線(xiàn)積分）只和傳導(dǎo)電流I有關(guān)，與磁介質(zhì)的磁性無(wú)關(guān)。 因?yàn)榇呕瘡?qiáng)度M不僅和磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，也和磁介質(zhì)所在處的磁場(chǎng)有關(guān)，實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于各向同性的磁介質(zhì)，在磁介質(zhì)中任一點(diǎn)磁化強(qiáng)度M和磁場(chǎng)強(qiáng)度H 成正比，即 式中， 為物質(zhì)的磁化率，它對(duì)不同的物質(zhì)是不同的，對(duì)抗磁質(zhì)是負(fù)值，對(duì)順磁質(zhì)是正值，但都很小，對(duì)鐵磁質(zhì)為正，而且很高。 因?yàn)?通常令稱(chēng)為該磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率，于是有式中 稱(chēng)為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率，或稱(chēng)為絕對(duì)磁導(dǎo)率。 對(duì)于各向同性的磁介質(zhì)，和都是無(wú)量綱的常數(shù)。所有順磁性材料、抗磁性材料的磁化率都很小，其相對(duì)磁導(dǎo)率幾乎等于1，這說(shuō)明它們對(duì)原磁

19、場(chǎng)只產(chǎn)生微弱的影響。 為了形象地表示出磁場(chǎng)中H 矢量的分布，可以引入H 線(xiàn)（磁力線(xiàn)）來(lái)描述磁場(chǎng)，規(guī)定如下：磁力線(xiàn)上任一點(diǎn)的切線(xiàn)方向和該點(diǎn)H矢量的方向相同，磁力線(xiàn)的疏密程度代表H矢量的大小，磁力線(xiàn)越密，表示H越大，磁力線(xiàn)越疏，表示H越小。 2.2 鐵磁性材料 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(lái)，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(chēng)為磁疇。 一個(gè)典型的磁疇寬度約為10-3cm，體積約為10-9cm3，內(nèi)部大約含有1014個(gè)磁性原子。在沒(méi)有外加磁場(chǎng)作用時(shí)， 鐵磁性材料內(nèi)各磁疇的磁 矩方向相互抵

20、消，對(duì)外顯 示不出磁性，如下圖a。 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 當(dāng)把鐵磁性材料放到外加磁場(chǎng)中去時(shí)，磁疇就會(huì)受到外加磁場(chǎng)的作用，一是使磁疇磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)，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(chǎng)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(shì)，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(dòng)會(huì)破壞磁疇的有規(guī)則排列，使磁體的磁性削弱。超過(guò)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(chǎng)磁化，并將失去原有的磁性的臨界溫度稱(chēng)為居里點(diǎn)或居里溫度

21、。從居里點(diǎn)以上的高溫冷卻下來(lái)時(shí)，只要沒(méi)有外磁場(chǎng)的影響，材料仍然處于退磁狀態(tài)。一些鐵磁性材料的居里點(diǎn)見(jiàn)下表鐵磁性材料的居里點(diǎn)材 料居里點(diǎn)（）鐵鎳鈷鐵，硅5%鐵，鉻10%鐵，錳4%鐵，釩6%7693651150720740715815 磁化過(guò)程(1)未加外加磁場(chǎng)時(shí)，磁疇磁矩雜亂無(wú)章，對(duì)外不顯示宏觀磁性，如圖 (a) (2)在較小的磁場(chǎng)作用下，磁矩方向與外加磁場(chǎng)方向一致或接近的磁疇體積增大，而磁矩方向與外加磁場(chǎng)方向相反的磁疇體積減小，疇壁發(fā)生位移，如圖 (b)。(3)增大外加磁場(chǎng)時(shí)，磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)疇壁繼續(xù)位移， 最后只剩下與外加磁場(chǎng)方向比較接近的磁疇，如圖 (c)。(4)繼續(xù)增大外加磁場(chǎng)，磁矩方向轉(zhuǎn)動(dòng)，與

22、外加磁場(chǎng)方向接近，如圖 (d)。 (5)當(dāng)外加磁場(chǎng)增大到一定值時(shí)，所有磁疇的磁矩都沿外加磁場(chǎng)方向有序排列， 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N極和S極，宏觀上呈現(xiàn)磁性，如圖 (e)。 磁化曲線(xiàn)磁化曲線(xiàn)是表征鐵磁性材料磁特性的曲線(xiàn)，用以表示外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化關(guān)系。BH曲線(xiàn)的測(cè)繪方法: 采用如圖所示的裝置曲線(xiàn)特征：2.2.5 磁滯回線(xiàn)飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度 Bm矯頑力 Hc 30CrMnSiA 經(jīng)880油淬，300回火狀態(tài)下，測(cè)得的磁化曲線(xiàn)見(jiàn)下圖，包括BH曲線(xiàn)，H曲線(xiàn)，和BrH曲線(xiàn)。 鐵磁性材料的特性：高導(dǎo)磁性 磁飽和性 磁滯性根據(jù)矯頑力Hc大小分為軟磁材料（Hc<10

23、0A/m）和硬磁材料（Hc100A/m）。軟磁材料與硬磁材料的特征 (1)軟磁材料是指磁滯回線(xiàn)狹長(zhǎng)，具有高磁導(dǎo)率、低剩磁、低矯頑力和低磁阻的鐵磁性材料。軟磁材料磁粉檢測(cè)時(shí)容易磁化，也容易退磁。軟磁材料如電工用純鐵、低碳鋼和軟磁鐵氧體等材料。 (2)硬磁材料是指磁滯回線(xiàn)肥大，具有低磁導(dǎo)率、高剩磁、高矯頑力和高磁阻的鐵磁性材料。硬磁材料磁粉檢測(cè)時(shí)難以磁化，也難以退磁。硬磁材料如鋁鎳鈷、稀土鈷和硬磁鐵氧體等材料。 （3）矩磁材料現(xiàn)代電機(jī)中常用的一種鐵氧體材料的磁滯回線(xiàn)差不多呈矩形，故稱(chēng)矩磁材料。其特點(diǎn)是：一經(jīng)磁化，其剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度接近于非常穩(wěn)定的飽和值Bs。 退磁曲線(xiàn)和磁能積 退磁曲線(xiàn)是指最大磁滯回

24、線(xiàn)在第二象限中部分，即Hc至Br之間的曲線(xiàn)段。如下圖所示。在退磁曲線(xiàn)上任一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的B與H的乘積，是標(biāo)志磁性材料在該點(diǎn)上單位體積內(nèi)所具有的能量。因?yàn)槌朔e（BH）的量綱是磁能密度，所以叫（BH）為磁能積。（BH）的乘積正比于圖中劃斜線(xiàn)的矩形面積?？梢栽谕舜徘€(xiàn)上找到一點(diǎn)P其所對(duì)應(yīng)的B與H的乘積為最大值，這點(diǎn)叫做最大磁能積點(diǎn)，其值（BH）m叫做最大磁能積。磁能積是Br和Hc的綜合參數(shù)，它表明工件在磁化后所能保留磁能量的大小，亦即剩磁的大小。磁能積的數(shù)值越大，表明保留在工件中的磁能越多。這在磁粉檢測(cè)中是很有意義。最大磁能積可采用等磁能曲線(xiàn)法或幾何作圖法來(lái)確定。2.3電流的磁場(chǎng)通電圓柱導(dǎo)體的磁場(chǎng)磁場(chǎng)方

25、向：與電流方向有關(guān)，用右手定則確定。磁場(chǎng)大小：安培環(huán)路定律計(jì)算通電直長(zhǎng)導(dǎo)體表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度為： 應(yīng)用鋼棒通電法磁化 分別通交流和直流時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布特點(diǎn)鋼管中心導(dǎo)體法磁化 鋼管中心導(dǎo)體法磁化時(shí)，在通電中心導(dǎo)體內(nèi)、外磁場(chǎng)分布與圖2-17相同，由于中心導(dǎo)體為銅棒，其 ，所以只存在H。在鋼管上由于 ，所以能感應(yīng)產(chǎn)生較大的磁感應(yīng)強(qiáng)度。并且鋼管內(nèi)壁的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度都比外壁大。應(yīng)采用直流電或整流電理論計(jì)算及應(yīng)用 通電鋼管的磁場(chǎng) 磁場(chǎng)方向：右手定則 磁場(chǎng)大小： （1）鋼管內(nèi)表面 H=0，B=0（直流和交流） （2）鋼管外表面及外部 （3）鋼管橫截面 設(shè)管內(nèi)外半徑分別為R1和R2，通直流電磁

26、化，由安培環(huán)路定律得 ( ) 鋼管直接通電法磁化時(shí)，由于其內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度為零，所以不能用磁粉檢測(cè)的方法來(lái)檢測(cè)內(nèi)表面即近表面 通電線(xiàn)圈的磁場(chǎng)磁場(chǎng)方向： 右手定則磁場(chǎng)大小：空載通電線(xiàn)圈中心的磁場(chǎng)強(qiáng)度可用下式計(jì)算ambbmcos)cos(cos210120nInIB=-=H磁場(chǎng)強(qiáng)度（A/m） N線(xiàn)圈匝數(shù) L線(xiàn)圈長(zhǎng)度（m） D線(xiàn)圈直徑（m） 線(xiàn)圈對(duì)角線(xiàn)與軸線(xiàn)的夾角 線(xiàn)圈縱向磁化的磁化力用安匝（IN）來(lái)表示。線(xiàn)圈的分類(lèi)a 按結(jié)構(gòu)分 電纜纏繞線(xiàn)圈和螺管線(xiàn)圈 b 按填充系數(shù) 低填充 中填充 高填充c 按L/D 短螺管線(xiàn)圈 L<D 有限長(zhǎng)螺管線(xiàn)圈L>D 線(xiàn)圈內(nèi)磁場(chǎng)分布特點(diǎn)： 在有限長(zhǎng)螺管線(xiàn)圈內(nèi)部的中

27、心軸線(xiàn)上，磁場(chǎng)分布較均勻，線(xiàn)圈兩端處的磁場(chǎng)強(qiáng)度為內(nèi)部的1/2左右，見(jiàn)右圖。 在線(xiàn)圈橫截面上，靠近線(xiàn)圈內(nèi)壁中心的磁場(chǎng)強(qiáng)度較線(xiàn)圈中心強(qiáng)，見(jiàn)右圖。無(wú)限長(zhǎng)螺管線(xiàn)圈L>>D 內(nèi)部磁場(chǎng)分布均勻，并且磁場(chǎng)只存在于線(xiàn)圈內(nèi)部，磁力線(xiàn)方向與線(xiàn)圈的中心軸線(xiàn)平行。理論計(jì)算 P31 例1 例2 應(yīng)用（1）開(kāi)路磁化：把需要磁化的工件放在線(xiàn)圈中進(jìn)行磁化或?qū)Υ笮凸ぜM(jìn)行繞電纜進(jìn)行磁化，常稱(chēng)為線(xiàn)圈法。線(xiàn)圈法磁化的磁化力一般用安匝數(shù)(NI)表示。線(xiàn)圈法磁化工件時(shí)，由于在工件兩端產(chǎn)生磁極，因而會(huì)產(chǎn)生退磁場(chǎng)。（2）閉路磁化：把線(xiàn)圈繞在鐵芯上構(gòu)成電磁軛或交叉磁軛對(duì)工件進(jìn)行的磁化，常稱(chēng)為磁軛法。磁軛法磁化時(shí)，以提升力來(lái)衡量導(dǎo)

28、入工件的磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁通。磁軛法磁化工件不產(chǎn)生磁極，因而沒(méi)有退磁場(chǎng)的影響。 感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場(chǎng)1. 感應(yīng)電流的產(chǎn)生 如下圖，將鐵芯插入環(huán)行工件中，把工件當(dāng)作變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈。當(dāng)線(xiàn)圈中通以交流電后，通過(guò)鐵芯的磁通也是交變的，由于電磁感應(yīng)的作用，因而在工件中就產(chǎn)生了周向的感應(yīng)電流。該感應(yīng)電流在工件中又產(chǎn)生磁場(chǎng)，稱(chēng)為感應(yīng)磁場(chǎng)。2. 應(yīng)用 主要應(yīng)用在環(huán)行工件的磁化中。2.4 磁場(chǎng)的合成 當(dāng)有多個(gè)磁場(chǎng)同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行多方向磁化時(shí)，對(duì)工件作用的磁場(chǎng)應(yīng)是各磁場(chǎng)的矢量和，即合成磁場(chǎng)為各個(gè)磁場(chǎng)矢量的疊加。下面介紹兩種常用的合成磁場(chǎng)。 2.4.1 交叉磁軛的磁場(chǎng)合成1 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成 交叉磁軛屬于復(fù)合 磁化（多向磁

29、化）它是 利用兩相或多相磁場(chǎng)相 互疊加而形成的合成磁 場(chǎng)對(duì)工件進(jìn)行磁化的， 如右圖所示。 交叉磁軛可以形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。它的四個(gè)磁極分別由兩相具有一定相位差的正弦交變電流激磁。于是就能在四個(gè)磁極所在平面形成與激磁電流頻率相等的旋轉(zhuǎn)著的（合成）磁場(chǎng)。能形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的基本條件是：兩相磁軛的幾何夾角與兩相激磁電流的相位差均不等于0°或180°。如下圖所示，當(dāng)1、2兩相磁軛的激磁電流分別為： H1=HmSin（t-） H2=HmSint 而且兩相磁軛的所有參數(shù)均相等時(shí)，可以用下面的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái) 描述四個(gè)磁極所在平面幾何中心點(diǎn)的合成磁場(chǎng)軌跡。 1相磁軛產(chǎn)生的磁場(chǎng)； 2相磁軛產(chǎn)生的磁場(chǎng)；

30、與 的峰值； 兩相磁軛的幾何夾角； 兩相磁軛激磁電流的相位差； 當(dāng)兩相磁軛的幾何夾角與兩相磁軛激電流的相位差均為90°時(shí)，在磁極所在面的幾何中心點(diǎn)將形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，即一個(gè)周期內(nèi)其合成磁場(chǎng)軌跡為圓，而且其幅值始終與Hm相等。 下圖是交叉磁軛的四個(gè)磁極所在平面幾何中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)如何形成的幾何模型。該圖是兩相磁軛的幾何夾角=90°，兩相磁軛激磁電流的相位差=2/3時(shí)，不同瞬間其合成磁場(chǎng)形成的過(guò)程。此圖是按每隔/6的相位角進(jìn)行一次磁場(chǎng)合成的結(jié)果。 由該圖不難看出，隨著時(shí)間的變化，合成磁場(chǎng)的方向在旋轉(zhuǎn)，當(dāng)激磁電流相位角t由0逐漸變到2時(shí)，其合成磁場(chǎng)正好旋轉(zhuǎn)一周。當(dāng)所用交流電為50H

31、z時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間為0.02s。 交叉磁軛產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)2 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分布特點(diǎn) 交叉磁軛的磁場(chǎng)無(wú)論在四個(gè)磁極的內(nèi)側(cè)還是外側(cè)，其分布都是極不均勻的。只有在幾何中心點(diǎn)附近很小的范圍內(nèi)，其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的橢圓度變化不大，而離開(kāi)中心點(diǎn)較遠(yuǎn)的其它位置，其橢圓度變化很大，甚至不能形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。另外四個(gè)磁極外側(cè)仍然有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)存在，只是有效磁化范圍較小。3 交叉磁軛的提升力 交叉磁軛的提升力代表交叉磁軛導(dǎo)入被檢測(cè)工件有效磁通的多少，亦即工件被磁化后其磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，提升力必須大于某一值后，才能保證被檢工件的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度，亦即保證檢測(cè)靈敏度。 擺動(dòng)磁場(chǎng)的合成 直流電磁軛與交流通電法復(fù)合磁化工件用直流電磁軛進(jìn)行縱

32、向磁化，并同時(shí)用交流通電法進(jìn)行周向磁化，如下圖所示。擺動(dòng)磁場(chǎng)的形成直流電磁軛產(chǎn)生的縱向磁場(chǎng)Hx=H0，大小保持不變，交流通電法產(chǎn)生的周向磁場(chǎng) Hy=H0Sint，大小隨時(shí)間而變化，其合成磁場(chǎng)是一個(gè)在±45°之間不斷擺動(dòng)的擺動(dòng)磁場(chǎng)，在工件上產(chǎn)生的螺旋形磁場(chǎng),如圖所示。交流磁場(chǎng)值比直流磁場(chǎng)值愈大，則擺動(dòng)的范圍愈大。在某一瞬時(shí)間，工件上不同部位的磁場(chǎng)大小和方向并不相同。2.5 退磁場(chǎng) 退磁場(chǎng)定義 把鐵磁性材料磁化時(shí)，由材料中磁極所產(chǎn)生的磁場(chǎng)稱(chēng)為退磁場(chǎng)，它對(duì)外加磁場(chǎng)有削弱作用，用符號(hào)H表示。 退磁場(chǎng)與材料的磁化強(qiáng)度成正比 H退磁場(chǎng) M磁化強(qiáng)度 N退磁因子 有效磁場(chǎng) 鐵磁性材料磁化時(shí)

33、，只要在工件上產(chǎn)生磁極，就會(huì)產(chǎn)生退磁場(chǎng)，它削弱了外加磁場(chǎng)，所以工件上的有效磁場(chǎng)用H表示，等于外加磁場(chǎng)減去退磁場(chǎng)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： H 有效磁場(chǎng)（A/m） Ho外加磁場(chǎng)（A/m） H退磁場(chǎng)（A/m） 得: 退磁因子N N 主要與工件的形狀有關(guān)（L/D），對(duì)于完整的閉合的環(huán)形試樣N=0；對(duì)于球體，N=0.333；對(duì)于圓鋼棒，L/D愈小，N愈大。 影響試件退磁場(chǎng)大小的因素： 退磁場(chǎng)大小與外加磁場(chǎng)大小有關(guān)，外加磁場(chǎng)增大，退磁場(chǎng)也增大 退磁場(chǎng)與L/D有關(guān)，L/D增大，退磁場(chǎng)減小；工件磁化時(shí)，如果不產(chǎn)生磁極，就不會(huì)產(chǎn)生退磁場(chǎng)。 退磁因子N與工件幾何形狀有關(guān). 磁化尺寸相同的鋼管和鋼棒，鋼管比鋼棒產(chǎn)生的退磁

34、場(chǎng)小. 磁化同一工件，交流電比直流電產(chǎn)生的退磁場(chǎng)小 .退磁場(chǎng)的計(jì)算如果工件的截面為非圓形，設(shè)截面面積為S，則有效直徑為： 則 計(jì)算結(jié)果討論： 當(dāng)L/D2時(shí)，退磁場(chǎng)影響很大，工件磁化需要很大的外加磁場(chǎng)強(qiáng)度。只有當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度Ho遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有效磁場(chǎng)強(qiáng)度H時(shí)，才足以克服退磁場(chǎng)的影響，對(duì)工件進(jìn)行有效的磁化。但實(shí)際上通電線(xiàn)圈很難產(chǎn)生上千Oe的外加磁場(chǎng)強(qiáng)度，所以通常采用延長(zhǎng)塊將工件接長(zhǎng)，以增大L/D值，減小退磁場(chǎng)的影響。2.6 磁路與磁感應(yīng)線(xiàn)的折射 磁力線(xiàn)通過(guò)的閉合路徑叫磁路。鐵磁性材料磁化后，不僅能產(chǎn)生附加磁場(chǎng)， 而且還能夠把絕大部分磁感線(xiàn)約束在一定的閉合路徑上，見(jiàn)下圖。 磁路可用電路來(lái)模擬。 磁路定律：

35、磁路的串聯(lián)和并聯(lián)串聯(lián)磁路 式中 Rm=Rml+Rm0并聯(lián)磁路 式中 串聯(lián)磁路和并聯(lián)磁路的推導(dǎo)串聯(lián)磁路和并聯(lián)磁路的計(jì)算磁感應(yīng)線(xiàn)的折射 當(dāng)磁通量從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，它的量不變。但是如果這兩種介質(zhì)的磁導(dǎo)率不同，那么這兩種介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度就會(huì)不同，方向也會(huì)改變，這稱(chēng)為磁感應(yīng)線(xiàn)的折射，并遵循折射定律： 當(dāng)磁感應(yīng)線(xiàn)由鋼鐵進(jìn)入空氣，或者由空氣進(jìn)入鋼鐵，在空氣中磁感應(yīng)線(xiàn)實(shí)際上是垂直的。例題磁感應(yīng)強(qiáng)度的邊界條件: （方向分量連續(xù)） 切向分量連續(xù)）2.7 漏磁場(chǎng)與磁粉檢測(cè) 漏磁場(chǎng)的形成 所謂漏磁場(chǎng)，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(xiàn)離開(kāi)和進(jìn)入表面時(shí)形成的磁場(chǎng)。 漏磁場(chǎng)形成的原

36、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(xiàn)優(yōu)先通過(guò)磁導(dǎo)率高的工件，這就迫使部分磁感應(yīng)線(xiàn)從缺陷下面繞過(guò)，形成磁感應(yīng)線(xiàn)的壓縮。但是，工件上這部分可容納的磁感應(yīng)線(xiàn)數(shù)目也是有限的，又由于同性磁感應(yīng)線(xiàn)相斥，所以，部分磁感應(yīng)線(xiàn)從不連續(xù)性中穿過(guò)，另一部分磁感應(yīng)線(xiàn)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(guò)缺陷又折回工件，形成了漏磁場(chǎng)。 缺陷的漏磁場(chǎng)分布 缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)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，則在矩形中心，漏磁場(chǎng)的水平分量有極大值，并左右對(duì)稱(chēng)。而垂直分量為通過(guò)

37、中心點(diǎn)的曲線(xiàn)，見(jiàn)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(chǎng)。 漏磁場(chǎng)對(duì)磁粉的作用力 漏磁場(chǎng)對(duì)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(guò)，則將被磁化，也呈現(xiàn)出N極和S極，并沿著磁感應(yīng)線(xiàn)排列起來(lái)。當(dāng)磁粉的兩極與漏磁場(chǎng)的兩極互相作用時(shí)，磁粉就會(huì)被吸附并加速移到缺陷上去。漏磁場(chǎng)的磁力作用在磁粉微粒上，其方向指向磁感應(yīng)線(xiàn)最大密度區(qū)，即指向缺陷處。 見(jiàn)下頁(yè) 圖 漏磁場(chǎng)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(duì)缺陷寬度具有放大作用，能將目視不可見(jiàn)的缺陷變成目視可見(jiàn)的磁痕使之容易觀察出來(lái)。 影響漏磁場(chǎng)的因素（1）外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響 缺陷的

38、漏磁場(chǎng)大小與工件磁化程度有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，外加磁場(chǎng)強(qiáng)度一定要大于產(chǎn)生最大磁導(dǎo)率m對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度Hm，使磁導(dǎo)率減小，磁阻增大，漏磁場(chǎng)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(chǎng)便會(huì)迅速增大。（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(chǎng)大；若位于工件的近表面，產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)顯著減??；若位于工件表面很深處，則幾乎沒(méi)有漏磁場(chǎng)泄漏出工件表面。 b 缺陷方向的影響 缺陷垂直于磁場(chǎng)方向，漏磁場(chǎng)最大，也最有利于缺陷的檢出；若與磁場(chǎng)方向平行則幾乎不產(chǎn)生漏磁場(chǎng)；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(chǎng)也

39、由最大下降至零，下降曲線(xiàn)類(lèi)似于正弦曲線(xiàn)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(chǎng)的一個(gè)重要因素，缺陷的深寬比愈大，漏磁場(chǎng)愈大，缺陷愈容易發(fā)現(xiàn)。（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2.8 磁粉檢測(cè)的光學(xué)基礎(chǔ) 光度量術(shù)語(yǔ)及單位 光是任何能夠直接引起視覺(jué)的電磁輻射，光度學(xué)是有關(guān)視覺(jué)效應(yīng)評(píng)價(jià)輻射量的學(xué)科。磁粉檢測(cè)觀察和評(píng)定磁痕顯示，必須在可見(jiàn)光或黑光下進(jìn)行，其光源的發(fā)光強(qiáng)度、光通量、光照度、輻射照度和光亮度都與檢測(cè)結(jié)果直接有關(guān)。其含義為國(guó)際照明委員會(huì)把紫外線(xiàn)分成如下三種范圍： 波長(zhǎng)32

40、0nm400nm的紫外線(xiàn)稱(chēng)為UV-A、黑光或長(zhǎng)波紫外線(xiàn)，UV-A波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)，適用于熒光磁粉檢測(cè)，它的峰值波長(zhǎng)約為365nm。 波長(zhǎng)280nm320nm的紫外線(xiàn)稱(chēng)為UV-B或中波紫外線(xiàn)，又叫紅斑紫外線(xiàn)。UV-B具有使皮膚變紅的作用，還可引起曬斑和雪盲，不能用于磁粉檢測(cè)。 波長(zhǎng)100nm280nm的紫外線(xiàn)稱(chēng)為UV-C或短波紫外線(xiàn)，UV-C具有光化和殺菌作用，能引起猛烈的燃燒，還傷害眼睛，也不能用于磁粉檢測(cè)，醫(yī)院使用UV-C紫外線(xiàn)來(lái)殺菌。人眼在暗室，觀察靈敏度會(huì)提高。 觀察時(shí)佩帶眼睛的問(wèn)題黑光燈的構(gòu)造和使用注意事項(xiàng)3磁化電流、磁化方法和磁化規(guī)范3.1 磁化電流 磁粉探傷采用的磁化電流有交流電、整流

41、電（包括單相半波整流電、單相全波整流電、三相半波整流電和三相全波整流電）、直流電和沖擊電流，其中最常用的磁化電流是交流電、單相半波直流電和三相全波整流電。 交流電概念：峰值、有效值、平均值、趨膚效應(yīng)、趨膚深度（穿透深度）交流電的趨膚效應(yīng)：導(dǎo)體表面電流密度大，內(nèi)部電流密度小產(chǎn)生的原因是電磁感應(yīng)產(chǎn)生了渦流。 電流從表面值下降到1/e0.37的深度稱(chēng)為趨膚深度，可由下式求出 磁導(dǎo)率 電導(dǎo)率 電流的頻率交流電的優(yōu)點(diǎn)：a 對(duì)表面缺陷檢測(cè)靈敏度高 b 容易退磁 C 電源易得，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 d 能夠?qū)崿F(xiàn)感應(yīng)電流磁化 e 能夠?qū)崿F(xiàn)多向磁化 f 變截面工件磁場(chǎng)分布較均勻 g 有利于磁粉遷移 h 用于評(píng)價(jià)直流電發(fā)

42、現(xiàn)的磁痕顯示 i 適用于在役工件的檢驗(yàn)j 交流電磁化時(shí)，兩次磁化的工序間不需要退磁交流電的局限性：a 剩磁法檢驗(yàn)時(shí)，受交流電斷電相位的影響 b 探測(cè)缺陷的深度小。交流斷電相位的控制：為了得到穩(wěn)定和最大的剩磁整流電單相半波 單相全波 三相半波 三相全波最常用的是單相半波和三相全波整流電 單相半波整流電 主要和干法配合使用 磁粉探傷中最常用的磁化電流之一，其優(yōu)點(diǎn)：a 兼有直流的滲透性和交流的脈動(dòng)性b 剩磁穩(wěn)定 c 有利于近表面缺陷的檢測(cè)d 能提供較高的靈敏度和對(duì)比度e 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，有利于現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。局限性：a 退磁較困難 b 檢測(cè)缺陷深度不如直流電大 c 要求較大的輸入功率三相全波整流電 磁

43、粉探傷中最常用的磁化電流之一，其優(yōu)點(diǎn)：a 具有很大的滲透性和很小的脈動(dòng)性 b 剩磁穩(wěn)定c 適用于近表面缺陷的檢測(cè)d 需要設(shè)備的輸入功率小。局限性： a 退磁困難 b 退磁場(chǎng)大 c 變截面工件磁化不均勻 d 不適用于干法檢驗(yàn) e 在周向和縱向磁化工序間需要退磁。直流電最早使用，現(xiàn)在使用少，其優(yōu)缺點(diǎn)：a 具有很大的滲透性和很小的脈動(dòng)性 b 剩磁穩(wěn)定c 適用于近表面缺陷的檢測(cè) d 需要設(shè)備的輸入功率小。局限性：a 退磁困難 b 退磁場(chǎng)大 c 不適用于干法檢驗(yàn) d 在周向和縱向磁化工序間需要退磁。沖擊電流 由電容器充放電而獲得，只能用于剩磁法，且僅適用于需要電流值特別大而常規(guī)設(shè)備又不能滿(mǎn)足時(shí)，根據(jù)工件

44、要求制作專(zhuān)用設(shè)備。 選擇磁化電流規(guī)則 (1)用交流電磁化濕法檢驗(yàn)，對(duì)工件表面微小缺陷檢測(cè)靈敏度高；(2)交流電的滲入深度，不如整流電和直流電；(3)交流電用于剩磁法檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)加裝斷電相位控制器；(4)交流電磁化連續(xù)法檢驗(yàn)主要與有效值電流有關(guān)，而剩磁檢驗(yàn)主要與峰值電流有關(guān)；(5)整流電流中包含的交流分量越大，檢測(cè)近表面較深缺陷的能力越小；(6)單相半波整流電磁化干法檢驗(yàn)，對(duì)工件近表面缺陷檢測(cè)靈敏度高；(7)三相全波整流電可檢測(cè)工件近表面較深的缺陷；(8)直流電可檢測(cè)工件近表面最深的缺陷；(9)沖擊電流只能用于剩磁法檢驗(yàn)和專(zhuān)用設(shè)備。 3.2 磁化方法3.2.1 磁場(chǎng)方向與發(fā)現(xiàn)缺陷的關(guān)系 （磁場(chǎng)方向

45、與缺陷垂直） 磁粉檢測(cè)的能力，取決于施加磁場(chǎng)的大小和缺陷的延伸方向，還與缺陷的位置、大小和形狀等因素有關(guān)。工件磁化時(shí)，當(dāng)磁場(chǎng)方向與缺陷延伸方向垂直時(shí)，缺陷處的漏磁場(chǎng)最大，檢測(cè)靈敏度最高。選擇磁化方法應(yīng)考慮的因素工件的尺寸大小；工件的外形結(jié)構(gòu)；工件的表面狀態(tài)；根據(jù)工件過(guò)去斷裂的情況和各部位的應(yīng)力分布，分析可能產(chǎn)生缺陷的部位和方向，選擇合適的磁化方法。 磁化方法的分類(lèi) 根據(jù)工件的幾何形狀，尺寸大小和欲發(fā)現(xiàn)缺陷方向而在工件上建立的磁場(chǎng)方向，將磁化方法一般分為周向磁化、縱向磁化和多向磁化（復(fù)合磁化）。1 周向磁化 周向磁化是指給工件直接通電，或者使電流流過(guò)貫穿空心工件孔中的導(dǎo)體，旨在工件中建立一個(gè)環(huán)繞

46、工件的并與工件軸垂直的周向閉合磁場(chǎng)，用于發(fā)現(xiàn)與工件軸平行的縱向缺陷，即與電流方向平行的缺陷。軸向通電法定義：P.32 如果工件截面是圓形，便產(chǎn)生圓形磁場(chǎng)；長(zhǎng)方形截面則產(chǎn)生橢圓形 磁場(chǎng)；電流方向和磁場(chǎng)方向的關(guān)系遵從右手定則。 另有直角通電和夾鉗通電法 通電法產(chǎn)生打火燒傷的原因及預(yù)防措施；通電法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。P.33中心導(dǎo)體法（芯棒法）定義：P.33 是感應(yīng)磁化，可用于檢查空心工件內(nèi)、外表面與電流平行的縱向不連續(xù)性和端面的徑向不連續(xù)性?？招募弥苯油姺ú荒軝z查內(nèi)表面的不連續(xù)性，因?yàn)閮?nèi)表面的2. 縱向磁化 是指將電流通過(guò)環(huán)繞工件的線(xiàn)圈，沿工件縱長(zhǎng)方向磁化的方法，工件中的磁力線(xiàn)平行于線(xiàn)圈的中心軸線(xiàn)。用于發(fā)現(xiàn)與工件軸向垂直的周向缺陷（橫向缺陷）。利用電磁軛和永久磁鐵磁化，使磁力線(xiàn)平行于工件縱軸的磁化方法亦屬于縱向磁化。將工件置于線(xiàn)圈中進(jìn)行縱向磁化，稱(chēng)為開(kāi)路磁化，開(kāi)路磁化在工件兩端產(chǎn)生磁極，因而產(chǎn)生退磁場(chǎng)。 電磁軛整體磁化、電磁軛或永久磁鐵的局部磁化，稱(chēng)為閉路磁化，閉路磁化不產(chǎn)生退磁場(chǎng)或退磁場(chǎng)很小。3. 多向磁化（也叫復(fù)合磁化） 是指通過(guò)復(fù)合磁化，在工件中產(chǎn)生一個(gè)大小和方向隨時(shí)間成圓形、橢圓形或螺旋形軌跡變化的磁場(chǎng)。因?yàn)榇艌?chǎng)的方向在工件上不斷地變化著，所以可發(fā)現(xiàn)工件上多個(gè)方向的缺陷。4. 輔助通電法 是指將通電導(dǎo)體置于工件受檢部位而進(jìn)行局部磁化的方法，如電纜平行磁化法和銅板