第4章 磁粉檢測(cè)2013

第四章磁粉檢測(cè)12磁粉檢測(cè)的發(fā)展簡(jiǎn)史早在春秋戰(zhàn)國時(shí)期，我國勞動(dòng)人民就發(fā)現(xiàn)了磁石吸鐵現(xiàn)象，并在此基礎(chǔ)上發(fā)明了指南針，最早應(yīng)用于航海業(yè)。18世紀(jì)，人們就已開始從事磁通檢漏試驗(yàn)。1868年，英國工程雜志首先發(fā)表了利用羅盤儀探查磁通發(fā)現(xiàn)槍管上不連續(xù)性的報(bào)告。8年之后，Hering利用羅盤儀檢查鋼軌的不連續(xù)性獲得美國專利。31918年，美國人Hoke發(fā)現(xiàn)，由磁性夾具夾持的硬鋼塊上磨削下來的金屬粉末，會(huì)在該鋼塊表面形成一定的花樣，而此花樣常與鋼塊表面裂紋形態(tài)相一致，被認(rèn)為是由于鋼塊被縱向磁化而引起的，它促使了磁粉檢測(cè)法的發(fā)明。1928年，deForest為解決油井鉆桿的斷裂失效，研制出周向磁化法，還提出了使用尺寸和形狀受控并具有磁性的磁粉的設(shè)想，經(jīng)過不懈的努力，磁粉檢測(cè)方法基本研制成功，并獲得了比較可靠的檢測(cè)結(jié)果。1941年，熒光磁粉投入使用。至此，磁粉檢測(cè)從理論到實(shí)踐，已初步形成了一種無損檢測(cè)方法。4

前蘇聯(lián)全蘇航空研究院的瑞加德羅，為磁粉檢測(cè)的發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。二十世紀(jì)50年代初期，他在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制訂出了一整套磁化規(guī)范，得到世界許多國家的認(rèn)可。

在我國，北京航空材料研究院的鄭文儀，是我國磁粉檢測(cè)的奠基人，近幾十年來，在廣大磁粉檢測(cè)工作者和設(shè)備器材制造者的共同努力下，使我國磁粉檢測(cè)由無到有，并已發(fā)展成為一種成熟的無損檢測(cè)方法。5磁粉檢測(cè)的現(xiàn)狀基礎(chǔ)理論研究方面，已取得較大的進(jìn)展，斷裂和塑性力學(xué)的應(yīng)用以及“磁偶極子”理論的研究使磁粉檢測(cè)方法更合理，日臻完善。檢測(cè)設(shè)備方面，從固定式、移動(dòng)式到攜帶式，從半自動(dòng)、全自動(dòng)到專門設(shè)備；從單向磁化到多向磁化；國外設(shè)備已實(shí)現(xiàn)系列化和商品化，國內(nèi)目前只實(shí)現(xiàn)了系列化。器材方面，國外在標(biāo)準(zhǔn)試片和標(biāo)準(zhǔn)試塊及磁強(qiáng)計(jì)等方面形成了系列產(chǎn)品，國內(nèi)檢測(cè)器材部分已經(jīng)達(dá)到并已經(jīng)超過國外同類產(chǎn)品。6工藝方面有所創(chuàng)新，北京航空材料研究院的鄭文儀發(fā)明的磁粉探傷-橡膠鑄型法比國外的磁橡膠法優(yōu)越的多。質(zhì)量控制方面，國外非常重視，不僅制定了具體的控制項(xiàng)目、校驗(yàn)周期和技術(shù)要求，還設(shè)有質(zhì)量監(jiān)督檢查機(jī)制，保證其貫徹執(zhí)行。在我國，質(zhì)量控制也日受重視，但各行業(yè)、各單位的發(fā)展不平衡，以致一些質(zhì)量控制項(xiàng)目沒有納入標(biāo)準(zhǔn)，有的雖納入但流于形式，這一點(diǎn)已引起業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。71、磁粉檢測(cè)原理：1）定義：磁體:自然界有些物質(zhì)具有吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)的特性，我們把這些具有磁性的物質(zhì)稱為磁體。磁化與磁性材料:使原來不帶磁性的物質(zhì)變得具有磁性叫磁化，能夠被磁化的材料稱為磁性材料。磁體各處的磁性大小不同，在它的兩端最強(qiáng)，這兩端稱為磁極。每一磁體都有一對(duì)磁極即N極和S極。它們具有不可分割的特性，即使把磁體分割成無數(shù)小磁體，每一個(gè)小磁體同樣存在N極和S極。8如果把兩塊磁鐵的的同性磁極靠在一起，兩個(gè)磁體之間就存在一個(gè)相斥的力使磁體分離；而把磁體的異性磁極靠在一起，則兩塊磁鐵之間就存在一個(gè)相吸的力，使磁鐵靠近。這說明磁體周圍空間存在有力的作用，我們把磁力作用的空間稱為磁場(chǎng)。為了形象地描述磁場(chǎng)，人們采用了磁力線的概念，并且規(guī)定①磁力線密度表示磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，磁力線密度大的地方表示磁感應(yīng)強(qiáng)度大，磁力線密度小的地方表示磁感應(yīng)強(qiáng)度??；②磁力線方向表示磁場(chǎng)的方向；③磁力線永遠(yuǎn)不會(huì)相交；④磁力線由磁鐵的N極出發(fā)經(jīng)外部空間到達(dá)S極，再由S極經(jīng)磁體內(nèi)部回到N極，形成閉合曲線。92）通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)：當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體的周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與電流方向的關(guān)系可用右手定則來描述。如圖，用右手握住導(dǎo)線，大拇指表示電流方向，其余四指的彎曲方向即為導(dǎo)線產(chǎn)生周向磁場(chǎng)方向。如通電導(dǎo)體是一個(gè)螺管線圈，也可用右手定則來判斷磁場(chǎng)方向，其方法是：用右手握住線圈，彎曲的四指表示電流在線圈中的方向，伸直的大拇指則表示磁場(chǎng)的方向。如圖：103）描述磁場(chǎng)的幾個(gè)物理量：A、磁場(chǎng)強(qiáng)度H：表征磁化強(qiáng)度的物理量，其數(shù)值大小取決于電流I，I越大，H值也越大。單位：安培/米B、磁感應(yīng)強(qiáng)度B：表征被磁化了的磁介質(zhì)中磁場(chǎng)強(qiáng)度大小的物理量，單位：特斯拉C、磁導(dǎo)率μ：表征介質(zhì)磁特性的物理量。μ=μ0·μr，其中μ0為真空中的磁導(dǎo)率，μ0=4π×10-7安培/米。μr為相對(duì)磁導(dǎo)率，不同介質(zhì)的μr值不同，其中非鐵磁材料的μr值約等于1，鐵磁材料的μr值在幾十到幾千之間。磁感應(yīng)強(qiáng)度B，磁導(dǎo)率μ，磁場(chǎng)強(qiáng)度H三者之間有以下關(guān)系：B=μH=μ0·μr·H在磁場(chǎng)強(qiáng)度H（電流I）一定的情況下，不同介質(zhì)中感生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B各不同，鐵磁材料中的B值比非鐵磁材料可大幾百甚至幾千倍。114）磁粉檢測(cè)原理：鐵磁性材料被磁化后，其內(nèi)部產(chǎn)生很強(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁力線密度增大幾百倍到幾千倍，如果材料中存在不連續(xù)性（包括缺陷造成的不連續(xù)性和結(jié)構(gòu)、形狀、材質(zhì)等原因造成的不連續(xù)性），磁力線會(huì)發(fā)生畸變，部分磁力線有可能逸出材料表面，從空間穿過，形成漏磁場(chǎng)，漏磁場(chǎng)的局部磁極能夠吸引鐵磁物質(zhì)。如圖12試件中裂紋造成的不連續(xù)性使磁力線畸變，由于裂紋中空氣介質(zhì)的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于試件的磁導(dǎo)率，使磁力線受阻，一部分磁力線擠到缺陷的底部，一部分穿過裂紋，一部分排擠出工件的表面后再進(jìn)入工件。如果這時(shí)在工件上撒上磁粉，漏磁場(chǎng)就會(huì)吸附磁粉，形成與缺陷形狀相近的磁粉堆積。我們稱其為磁痕，從而顯示缺陷。當(dāng)裂紋方向平行于磁力線的傳播方向時(shí)，磁力線的傳播不會(huì)受到影響，這時(shí)缺陷也不可能檢出。具有機(jī)加工槽的條形磁鐵產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)縱向磁化裂紋產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)

13有表面和近表面缺陷的工件磁化后,當(dāng)缺陷方向和磁場(chǎng)方向成一定角度時(shí),由于缺陷處的磁導(dǎo)率的變化使磁力線逸出工件表面,產(chǎn)生漏磁場(chǎng),可以吸附磁粉而產(chǎn)生磁痕顯示。145）影響漏磁場(chǎng)的幾個(gè)因素：A、外加磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，形成的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度也越大；B、在一定外加磁場(chǎng)強(qiáng)度下，材料的磁導(dǎo)率越高，工件越易被磁化，材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，漏磁場(chǎng)強(qiáng)度也越大。C、當(dāng)缺陷的延伸方向與磁力線的方向成90°時(shí)，由于缺陷阻擋磁力線穿過的面積最大，形成的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度也最大。隨著缺陷的方向與磁力線的方向從90°逐漸減?。ɑ蛟龃螅┞┐艌?chǎng)強(qiáng)度明顯下降；因此，磁粉探傷時(shí)，通常需要在兩個(gè)（兩次磁力線的方向互相垂直）或多個(gè)方向上進(jìn)行磁化。D、隨著缺陷的埋藏深度增加，逸出工件表面的磁力線迅速減少。缺陷的埋藏深度越大，漏磁場(chǎng)就越小。因此，磁粉探傷只能檢測(cè)鐵磁材料制成的工件表面或近表面的裂紋及其它缺陷。

152、磁粉檢測(cè)設(shè)備器材1）磁力探傷機(jī)分類：按設(shè)備體積和重量，磁力探傷機(jī)可分為固定式、移動(dòng)式、攜帶式三類。A、固定式探傷機(jī)：最常見的固定式探傷機(jī)為臥式濕法探傷機(jī)，設(shè)有放置工件的床身，可以進(jìn)行包括通電法、線圈法多種磁化，配置了退磁裝置和磁懸液攪拌噴灑裝置等，最大磁化電流可達(dá)12KA，主要用于中小型工件探傷。固定式探傷機(jī)16固定式磁粉探傷機(jī)17附件：帶有照明裝置，退磁裝置，磁懸液攪拌，噴灑裝置，有夾持工件的磁化夾頭和放置工件的工作臺(tái)，另備有觸頭和電纜。適用：對(duì)中小工件檢測(cè)，利用備有的觸頭和電纜也可對(duì)難以搬上工作臺(tái)的大型工件進(jìn)行探傷。局限性：檢測(cè)的最大截面受磁化電流和夾頭中心高限制，檢測(cè)長(zhǎng)度受最大夾頭間距限制。特點(diǎn)：體積和重量大，額定周向磁化電流一般從1000——10000A。可進(jìn)行通電法，中心導(dǎo)體法，感應(yīng)電流法，線圈法，磁軛法整體磁化或復(fù)合磁化等。18B、移動(dòng)式探傷機(jī)：體積重量中等，配有輪子，可運(yùn)至檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，能進(jìn)行多種方式磁化，磁化電流為3～6KA。檢測(cè)對(duì)象為不易搬動(dòng)的大型工件移動(dòng)式探傷機(jī)19C、便攜式探傷機(jī)：體積小、重量輕；適合野外和高空作業(yè)，多用于鍋爐壓力容器焊縫和大型工件局部探傷，最常用的是電磁軛探傷機(jī)。電磁軛探傷機(jī)是一個(gè)繞有線圈的U型鐵芯，當(dāng)線圈中通過電流，鐵芯中產(chǎn)生大量的磁力線，軛鐵放在工件上，兩極之間的工件局部被磁化。軛鐵兩極可做成活動(dòng)式的，極間距和角度可調(diào)，磁化強(qiáng)度指標(biāo)是磁軛能吸起的鐵塊重量，稱作提升力。便攜式探傷機(jī)202）靈敏度試片：用于檢查磁粉探傷設(shè)備、磁粉、磁懸液的綜合性能。213）磁粉和磁懸液：磁粉是具有高磁導(dǎo)率和低剩磁的四氧化三鐵或三氧化二鐵粉末。濕法磁粉平均粒度為2～10μm，干法磁粉平均粒度不大于90μm。按加入的染料可將磁粉分為熒光磁粉和非熒光磁粉，非熒光磁粉有黑、紅、白幾種不同顏色供選用。由于熒光磁粉的顯示對(duì)比度比非熒光磁粉高得多，所以采用熒光磁粉進(jìn)行檢測(cè)具有磁痕觀察容易，檢測(cè)速度快，靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。但熒光磁粉檢測(cè)需一些附加條件：暗環(huán)境和黑光燈。磁懸液是以水或煤油為分散介質(zhì)，加入磁粉配置成的懸浮液。223、磁粉檢測(cè)工藝要點(diǎn)：

磁軛法線圈法①線圈法②磁軛法磁化方法③軸向通電法④觸頭法⑤中心導(dǎo)體法復(fù)合磁化縱向磁化周向磁化交叉磁軛法和交叉線圈法233.1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。下面簡(jiǎn)單介紹軸向通電法、中心導(dǎo)體法24介紹軸向通電法、中心導(dǎo)體法2526中心導(dǎo)體法介紹中心導(dǎo)體法2728293031交叉磁軛法和交叉線圈法32332)磁粉探傷方法分類：按檢測(cè)時(shí)機(jī)分為連續(xù)法和剩磁法。磁化、施加磁粉和觀察同時(shí)進(jìn)行的方法稱為連續(xù)法；先磁化，后施加磁粉和觀察的方法稱為剩磁法，只適用于剩磁很大的硬磁材料。按使用的電流種類可分為交流電、直流電兩大類。交流電因有集膚效應(yīng)，對(duì)表面缺陷檢測(cè)靈敏度高。按施加磁粉的方法分類可分為濕法和干法，其中濕法采用磁懸液，干法則直接噴灑干粉。前者適宜檢測(cè)表面光滑的工件上的細(xì)小缺陷，后者多用于粗糙表面。分類條件磁粉檢測(cè)方法分類施加磁粉的載體干法(熒光、非熒光）、濕法（熒光、非熒光）施加磁粉的時(shí)機(jī)連續(xù)法、剩磁法磁化方法軸向通電法、觸頭法、線圈法、磁軛法、穿棒法、交叉磁軛法、感應(yīng)電流法343）磁粉探傷的一般程序：探傷操作包括：預(yù)處理、磁化和施加磁粉、觀察、記錄以及后處理（退磁）等。4、磁粉檢測(cè)的特點(diǎn)①只適用于鐵磁性材料,一般無毒性；②可檢查表面和近表面開口與不開口的缺陷，③檢測(cè)靈敏度與磁化規(guī)范、檢測(cè)方法、被檢材料的磁特性等因素有關(guān)，也同磁化方向與缺陷方向有關(guān)，并受工件幾何形狀特性限制；④操作簡(jiǎn)單，效率高，成本低。355、磁粉檢測(cè)用途事例鐵磁性材料的角焊縫檢測(cè)、對(duì)接焊縫表面檢測(cè)、原材料檢測(cè)如鋼管、圓鋼等。6、磁化電流

種類:

有7種，最常用3種：交流電、單向半波整流電、三相全波整流電。直流電不常用，要用蓄電池或直流發(fā)電機(jī)，多用整流電代替。36磁化電流選擇要點(diǎn)1）有的是通電接觸。有的是非電接觸；2）有的有較強(qiáng)的反磁場(chǎng)，當(dāng)L/D小于2時(shí)，線圈法不能用；3）有的檢測(cè)范圍廣，如中心導(dǎo)體法可檢內(nèi)外表面與電流平行的縱向缺陷和端面徑向缺陷；4）有的很適用于現(xiàn)場(chǎng)和局部檢測(cè)，如磁軛法；5）從靈敏度來看，交流電+濕法：檢測(cè)表面缺陷靈敏度最高，易發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋、磨削裂紋和發(fā)紋；單相半波整流電+干法：檢測(cè)近表面靈敏度最高；6）從檢測(cè)深度來看，由大到小順序?yàn)椋褐绷麟姟ㄕ麟姟氩ㄕ麟姟涣?77、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。

38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