《無損檢測(cè)》課件7 磁粉檢測(cè)

1、第七講 磁粉檢測(cè)對(duì)應(yīng)教材內(nèi)容：4.1 磁粉檢測(cè)的基本原理4.2 磁化的過程 金屬的鐵磁性 在外磁場(chǎng)作用下，鐵磁性材料會(huì)被強(qiáng)烈磁化。反映外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H與鐵磁性材料內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間聯(lián)系的閉合曲線稱為磁滯回線。軟磁性材料的磁滯特性不顯著，矯頑磁力很小，剩磁非常容易消除；硬磁性材料的磁滯特性則非常顯著，矯頑磁力和剩磁都很大，適于制造永久磁鐵。依據(jù)磁滯回線分軟硬磁性 1）在常溫下，面心立方晶格鐵是非磁性材料，體心立方晶格鐵是鐵磁性材料。 2) 含碳量增加，碳鋼的矯頑力幾乎呈線性增大，最大相對(duì)磁導(dǎo)率下降。 3) 合金化將增大鋼材的矯頑力，使其磁性硬化。 鋼材的鐵磁性 鋼材的鐵磁性 4) 退火和正火狀態(tài)

2、鋼材磁特性的差別不大，而淬火則可以提高鋼材的矯頑力。隨著淬火以后回火溫度的提高，矯頑力又有所降低。 5）晶粒愈粗大，鋼材的磁導(dǎo)率愈大，矯頑力愈小，逆之則反。 6)鋼材的矯頑力和剩磁將隨壓縮變形率的增加而增加。 退磁場(chǎng) 將截面積相同、長(zhǎng)度不同的圓鋼棒料放在相同的外磁場(chǎng)Ho中磁化，則各棒料中部截面的磁場(chǎng)強(qiáng)度H是各不相同的。這是因?yàn)樵诒淮呕耐瑫r(shí)，棒料兩端也分別感應(yīng)出了N、S極，形成了方向與外磁場(chǎng)相反的磁場(chǎng)增量H。因?yàn)镠減弱了外磁場(chǎng)的磁化作用，所以稱其為退磁場(chǎng)。 退磁場(chǎng)HNJ/0 N：退磁因子 J：磁極化強(qiáng)度 0：真空磁導(dǎo)率 N的大小主要取決于被磁化物體的形狀。 完整的環(huán)形閉合體N0； 球體N0.3

3、33； 長(zhǎng)、短軸比值為2的橢團(tuán)體N0.73； 對(duì)于棒料，N與其長(zhǎng)度/直徑的比值LD成反比，LD愈小，N愈大。 漏磁場(chǎng) 漏磁場(chǎng)：指被磁化物體內(nèi)部的磁力線在缺陷或磁路截面發(fā)生突變的部位離開或進(jìn)入物體表面所形成的磁場(chǎng)。 漏磁場(chǎng)的成因在于磁導(dǎo)率的突變。由于缺陷內(nèi)含的物質(zhì)一般有遠(yuǎn)低于鐵磁性材料的磁導(dǎo)率，從而造成了缺陷附近磁力線的彎曲和壓縮。如果該缺陷位于工件的表面或近表面，則部分磁力線就會(huì)在缺陷處逸出工件表面進(jìn)入空氣，繞過缺陷后再折回工件，由此形成了缺陷的漏磁場(chǎng)。 漏磁場(chǎng)與磁粉的相互作用 設(shè)在被檢工件表面上有漏磁場(chǎng)存在。如果在漏磁場(chǎng)處撒上磁導(dǎo)率很高的磁粉，因?yàn)榇帕€穿過磁粉比穿過空氣更容易，所以磁粉會(huì)被

4、該漏磁場(chǎng)吸附。缺陷的漏磁場(chǎng)與磁粉的吸附 由于缺陷的漏磁場(chǎng)有比實(shí)際缺陷本身大數(shù)倍乃至數(shù)十倍的寬度，故而磁粉吸附形成的磁痕能夠放大缺陷。磁粉檢測(cè)的機(jī)理 磁粉檢測(cè)的基礎(chǔ)是缺陷的漏磁場(chǎng)與外加磁粉的磁相互作用。 即通過磁粉的聚集來顯示被檢測(cè)件表面上出現(xiàn)的漏磁場(chǎng)，再根據(jù)磁粉聚集形成的磁痕的形狀和位置分析漏磁場(chǎng)的成因并評(píng)價(jià)缺陷。 影響漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的主要因素 磁粉檢測(cè)靈敏度取決漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，而真實(shí)缺陷漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度受到多種因素的影響： 外加磁場(chǎng)強(qiáng)度。缺陷漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小與工件被磁化的程度有關(guān)。如外加磁場(chǎng)能使被檢材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到其飽和值的80以上，缺陷漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度就會(huì)顯著增加。 缺陷的位置與形狀。隨著埋藏深

5、度的增加，其漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度將迅速減至近似于零。另一入面，缺陷切割磁力線的角度越接近正交(900)，其漏磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，反之亦然。 影響漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的主要因素 事實(shí)上，缺陷與被檢表面所夾角度小于20o時(shí)就很難檢測(cè)。此外，表面缺陷的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著其深/寬比的增加而增加。 被檢表面的覆蓋層，如涂料會(huì)降低缺陷漏磁場(chǎng)強(qiáng)度。 材料狀態(tài)。鋼材的合金成分、含碳量、加工及熱處理狀態(tài)的改變均會(huì)影響材料的磁特性，進(jìn)而會(huì)影響缺陷的漏磁場(chǎng)。 磁化方法小型件檢測(cè) 由于實(shí)際缺陷可能有各種取向，因此在實(shí)際檢測(cè)中，常需要采用不同的磁化方法，使工件內(nèi)的磁力線能與缺陷表面基本正交，獲得盡可能強(qiáng)的缺陷漏磁場(chǎng)。 周向磁化：在被檢工件上直接通

6、電，或讓電流通過平行于工件軸向放置的導(dǎo)體的磁化方法稱為周向磁化。其目的是建立起環(huán)繞工件周向并垂直于工件軸向的閉合周向磁場(chǎng)，以發(fā)現(xiàn)取向基本與電流方向平行的缺陷。 磁化方法小型件檢測(cè) 有多種方法實(shí)現(xiàn)被檢工件的周向磁化。 對(duì)于小型零部件：可以采用直接通電或中心導(dǎo)體通電法對(duì)被檢測(cè)工件作整體周向磁化。直接通電法 中心導(dǎo)體法 大型結(jié)構(gòu)的觸頭法檢測(cè) 在大型結(jié)構(gòu)的磁粉檢測(cè)中，可以采用觸頭法(直接通電)和平行電纜法(輔助通電)對(duì)被檢區(qū)域作局部周向磁化。 (1)觸頭法 用兩個(gè)電極觸頭將磁化電流導(dǎo)入被檢工件進(jìn)行局部磁化的方法稱為觸頭法。 兩觸頭間距為200mm，磁化電流為400A的交流電時(shí)，觸頭法在鋼板上形成的閉合

7、感應(yīng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度等值線。兩觸點(diǎn)連線上的磁場(chǎng)強(qiáng)度最大。 大型結(jié)構(gòu)的觸頭法檢測(cè)觸頭法檢測(cè)示意圖 感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度等值線 大型結(jié)構(gòu)的觸頭法檢測(cè)為避免因缺陷取向不利造成漏檢，對(duì)同一被檢部位應(yīng)改變觸點(diǎn)連線方位，至少進(jìn)行兩次相互垂直的檢測(cè)。為保證人身安全，觸頭法檢測(cè)的開路電壓應(yīng)低于24V。觸頭在接觸和離開被檢表面時(shí)，必須先通過觸頭手柄上的遙控開關(guān)斷電，以避免因起弧燒傷觸點(diǎn)部位。 大型結(jié)構(gòu)件的平行電纜法檢測(cè)平行電纜法：用與被檢區(qū)域(例如焊縫)平行的電纜作周向磁化可以檢驗(yàn)該區(qū)域內(nèi)存在的縱向裂紋。采用這種方法磁化工件時(shí)，為避免有效磁場(chǎng)被干擾，應(yīng)注意讓返回電流的電纜盡可能遠(yuǎn)離被檢區(qū)域，該距離應(yīng)大于被檢區(qū)域?qū)挾鹊?0倍。

8、斷電后觀察磁痕。 平行電纜法的優(yōu)點(diǎn)是可以用300500A的交流弧焊機(jī)替代專用的磁粉檢，但每次通電時(shí)間不宜超過23s。 縱向磁化磁扼法 縱向磁化的目的是用環(huán)繞被檢工件或磁扼鐵心的勵(lì)磁線圈在工件中建立起沿其軸向分布的縱向磁場(chǎng)，以發(fā)現(xiàn)取向基本與工件軸向垂直的缺陷。 (1)磁扼法 將電磁扼或永久磁扼的兩極與被檢工件相接觸，即可對(duì)其作整體的或局部的縱向磁化。如果被檢工件的兩個(gè)端面能夠被夾持在磁扼的兩極之間，形成閉合的磁路，可以對(duì)其作整體縱向磁化；反之則作局部磁化。作局部磁化時(shí)，磁扼兩極間的磁力線大致與兩極的連線平行，可以檢出取向基本與兩極連線垂直的缺陷。磁扼的有效檢測(cè)范圍一般情況下是以兩極連線為短軸的橢

9、圓形。 縱向磁化磁扼法 縱向磁化磁扼法 便攜式交流電磁扼設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，被廣泛用于大型結(jié)構(gòu)件的磁粉檢測(cè)。 在檢測(cè)過程中，磁極間距應(yīng)該控制在50200mm以內(nèi)。檢測(cè)區(qū)域應(yīng)限制在磁極連線兩側(cè)相當(dāng)于l4最大磁極間距的范圍內(nèi)。 為了能檢出各種取向的缺陷，在同一被檢部位必須作至少兩次方位相互垂直的檢測(cè)。移動(dòng)磁扼時(shí)，有效磁化區(qū)域應(yīng)至少重疊25mm以上，以避免缺陷漏撿。 縱向磁化線圈法 用螺旋管線圈對(duì)被檢工件作縱向磁化的方法。用線圈法可以對(duì)管道環(huán)焊縫作磁粉檢測(cè)，方法是用電纜在被檢焊縫的附近纏繞46匝以進(jìn)行縱向磁化。用這種磁化方法可以發(fā)現(xiàn)焊縫及其熱影響區(qū)內(nèi)的縱向裂紋。管道的局部縱向磁化考慮到工件上實(shí)際存在

10、的缺陷可能有各種取向，因此為避免缺陷的漏檢，就需要至少在兩個(gè)相互垂直的方向上磁化被檢工件。采用前述的磁化方法要分兩次完成這過程，檢測(cè)速度很慢。復(fù)合磁化可將這兩次磁化過程合二為，即同時(shí)在被檢工件上施加兩個(gè)或兩個(gè)以上不同方向的磁場(chǎng)，其合成磁場(chǎng)的方向在被檢區(qū)域內(nèi)隨著時(shí)間變化，經(jīng)一次磁化就能檢出各種不同取向的缺陷。 復(fù)合檢測(cè) 復(fù)合檢測(cè)交叉電磁扼由兩個(gè)參數(shù)相同的單磁扼交叉構(gòu)成、交叉角90度。用幅值相等、相位相差120度的交流電分別對(duì)兩個(gè)單磁扼勵(lì)磁。由磁場(chǎng)的矢量疊加原理可知，在四個(gè)磁極包圍的被檢表面上將產(chǎn)生方向隨時(shí)間變化的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，為此又稱這種磁化方法為旋轉(zhuǎn)磁化。 磁化電流交流電 (1)交流電的趨膚

11、效應(yīng)能提高磁粉檢測(cè)檢驗(yàn)表面缺陷的靈敏度。 (2)只有使用交流電才能在被檢工件上建立起方向隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合磁化。 (3)與直流磁化相比，交流磁場(chǎng)在被檢工件截面變化部位的分布較為均勻，更有利于對(duì)這些部位缺陷的檢測(cè)。 (4)交流電的不斷換向有利于磁粉在被檢表面上的遷移，提高檢測(cè)靈敏度。 (5)交流磁化的磁場(chǎng)淺，容易退磁。 (6)設(shè)備簡(jiǎn)便，易于維修，價(jià)格便宜。 磁化電流整流與直流磁化三相全波整流已經(jīng)很接近純直流電。在整流電中，隨著電流波型脈動(dòng)程度的減小，其磁場(chǎng)的滲透能力增強(qiáng)，可檢出缺陷的埋藏深度隨之增大。相比之下，直流磁化可檢出的缺陷的埋藏深度最大。 用整流或直流磁化，被檢工件均可獲得穩(wěn)定的

12、剩磁，但檢測(cè)以后退磁也較為困難，徹底退磁需要使用專用的超低頻退磁設(shè)備。此外，在整流或成直流磁化的被檢工件的截面突變部位，容易出現(xiàn)磁化不足或過量磁化現(xiàn)象，由此易造成這些部位缺陷的漏檢。 磁化規(guī)范 為獲得較高的磁粉檢測(cè)靈敏度，在被檢工件上建立的磁場(chǎng)就必須具有足夠的強(qiáng)度。使用電磁扼的縱向磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以通過測(cè)量其提升力確定被磁化區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度是否滿足要求。當(dāng)使用最大的磁極間距時(shí)，要求交流電磁扼至少應(yīng)具有44N提升力；直流電磁扼至少應(yīng)具有177N的提升力。觸頭法的磁化電流值(交流有效值、直流) 磁化規(guī)范安匝數(shù) 使用直流或整流勵(lì)磁的纏繞電纜法作縱向磁化檢驗(yàn)管道環(huán)焊縫時(shí)，推薦使用的安匝數(shù)(NI)可按下

13、式估算： 對(duì)于LD15的情況，一律取LD15。上式的有效檢測(cè)范圍為纏繞電纜區(qū)域的兩端再各加上一個(gè)管道半徑的長(zhǎng)度。 用交流勵(lì)磁的纏繞電纜法檢測(cè)時(shí)，實(shí)際需要的安匝數(shù)(NI)要使用人工缺陷試板或磁場(chǎng)指示器測(cè)定。I電流（A）；N匝數(shù)（）；L管道長(zhǎng)度（mm）；D管道直徑（mm） 系統(tǒng)性能與靈敏度評(píng)價(jià) 在磁粉檢測(cè)中，要使用標(biāo)準(zhǔn)試板、試環(huán)和磁場(chǎng)指示器評(píng)價(jià)磁粉檢測(cè)系統(tǒng)的蹤合性能及檢測(cè)的靈敏度。其中試板和試環(huán)主要用于評(píng)價(jià)磁粉檢測(cè)系統(tǒng)的綜合性能，并間接地考察檢測(cè)的操作方法是否合理。磁場(chǎng)指示器除具備上述用途以外，還可以定性地反映被檢表面的磁場(chǎng)分布特征，確定磁粉檢測(cè)的磁化規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)試板標(biāo)準(zhǔn)試板 通過觀察試板上最淺的磁

14、痕可以比較和評(píng)定用磁扼法或觸頭法檢測(cè)時(shí)磁粉材料與檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度。試板的厚度、寬度和長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際需要變更。試板材料應(yīng)與被檢材料相間，所有低合金鋼材料可用一種低合金鋼材料代替。被檢材料厚度在19mm以下時(shí)，試板厚度應(yīng)在6.4mm以內(nèi)；被檢材料厚度在19mm以上時(shí)，試板厚度取為19mm。 系統(tǒng)性能與靈敏度評(píng)價(jià) 試環(huán) 通過觀察人工缺陷試環(huán)上顯示的缺陷痕跡，可以比較和評(píng)定用中心導(dǎo)體法及直流或全波整流勵(lì)磁檢測(cè)時(shí)，磁粉材料與檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度。試環(huán)為MnCrWV冷作模具鋼，硬度為9095HRC。試板上依次排列12個(gè)1.8mm的通孔。 測(cè)試時(shí)，用直徑約為32mm的銅質(zhì)中心導(dǎo)體對(duì)試環(huán)作周向磁化。在不同的磁化電流下，試環(huán)外緣上所應(yīng)顯示的最小磁痕數(shù)目應(yīng)達(dá)到國(guó)標(biāo)預(yù)設(shè)值，若磁痕數(shù)目達(dá)不到表中的規(guī)定值，就應(yīng)校正所采用的檢測(cè)系統(tǒng)。磁場(chǎng)指示器 用磁場(chǎng)指示器可以直接考察磁粉檢測(cè)條件與操作方