磁粉檢測基礎(chǔ)知識及原理

關(guān)于磁粉檢測基礎(chǔ)知識及原理第1頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三

中國工業(yè)檢驗檢測網(wǎng)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、磁敏二極管和感應線圈等。

利用檢測元件檢測漏磁場：錄磁探傷法、感應線圈探傷法、霍爾元件檢測法、磁敏二極管探測法。第2頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三

1.2磁粉探傷

MagneticParticleTesting，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1－1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3頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三

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、型材、管材、棒材、焊接件、鑄鋼件及鍛鋼件進行檢測。

馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼具有磁性，可進行MT。

MT可發(fā)現(xiàn)裂紋、夾雜、發(fā)紋、白點、折疊、冷隔和疏松等缺陷。

磁粉檢測程序

磁粉檢測的七個程序是：

(1)預處理；(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。

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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中的重要性第5頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三2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：是對運動的電荷（或電流）具有作用力，在磁場變化的同時也產(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6頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三

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）具有機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

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磁力線在每點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：磁力線是具有方向性的閉合曲線。在磁體內(nèi)，磁力線是由S極到N極，在磁體外，磁力線是由N極出發(fā)，穿過空氣進入S極的閉合曲線。磁力線互不相交。磁力線可描述磁場的大小和方向。磁力線沿磁阻最小路徑通過。第8頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三2.2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的交換耦合作用，這個相互作用促使相鄰原子中電子磁矩平行排列起來，形成一個自發(fā)磁化達到飽和狀態(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，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9頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三鐵磁性材料的磁疇方向a）不顯示磁性；b）磁化

c）保留一定剩磁當把鐵磁性材料放到外加磁場中去時，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，顯示出很強的磁性。永久磁鐵中的磁疇，在一個方向上占優(yōu)勢，因而形成N和S極，能顯示出很強的磁性。在高溫情況下，磁體中分子熱運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或居里溫度。從居里點以上的高溫冷卻下來時，只要沒有外磁場的影響，材料仍然處于退磁狀態(tài)。第10頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三2.2.3磁化過程

(1)未加外加磁場時，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(b)。

(3)增大外加磁場時，磁矩轉(zhuǎn)動疇壁繼續(xù)位移，最后只剩下與外加磁場方向比較接近的磁疇，如圖(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(d)。

(5)當外加磁場增大到一定值時，所有磁疇的磁矩都沿外加磁場方向有序排列，達到磁化飽和，相當于一個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)。第11頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三2.5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，磁感應線離開和進入表面時形成的磁場。漏磁場形成的原因，是由于空氣的磁導率遠遠低于鐵磁性材料的磁導率。如果在磁化了的鐵磁性工件上存在著不連續(xù)性或裂紋，則磁感應線優(yōu)先通過磁導率高的工件，這就迫使不部分磁感應線從缺陷下面繞過，形成磁感應線的壓縮。但是，工件上這部分可容納的磁感應線數(shù)目也是有限的，又由于同性磁感應線相斥，所以，不部分磁感應線從不連續(xù)性中穿過，另一部分磁感應線遵從折射定律幾乎從工件表面垂直地進入空氣中去繞過缺陷又折回工件，形成了漏磁場。

第12頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三2.5.2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，如果將兩個分量合成，則可得到如圖（c）所示的漏磁場。

第13頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三第14頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三2.5.3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，并沿著磁感應線排列起來。當磁粉的兩極與漏磁場的兩極互相作用時，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15頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三

磁粉受漏磁場吸引第16頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三2.5.4影響漏磁場的因素（1）外加磁場強度的影響

缺陷的漏磁場大小與工件磁化程度有關(guān)。一般說來，外加磁場強度一定要大于產(chǎn)生最大磁導率μm對應的磁場強度Hμm，使磁導率減小，磁阻增大，漏磁場增大。當鐵磁性材料的磁感應強度達到飽和值的80%左右時，漏磁場便會迅速增大。第17頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三（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，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?。蝗粑挥诠ぜ砻婧苌钐?，則幾乎沒有漏磁場泄漏出工件表面。

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，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18頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三（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19頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三

中國工業(yè)檢驗檢測網(wǎng)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-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20頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三

中國工業(yè)檢驗檢測網(wǎng)磁粉介質(zhì)為了便于現(xiàn)場檢驗的使用，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性而提供的表面增白劑（反差增強劑）等。為了保證磁粉檢驗結(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)過校驗合格后才能使用，并且在使用過程中也需要定期校驗，此外對于觀察評定時環(huán)境的白光照度，或者熒光磁粉檢驗時使用的紫外線燈的紫外線強度等等，也是屬于校驗的項目，以求保證檢驗質(zhì)量。磁粉應具有高磁導率、低矯頑力和低剩磁，并應與被檢工件表面顏色有較高的對比度。第21頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三

中國工業(yè)檢驗檢測網(wǎng)磁粉介質(zhì)磁懸液配制磁懸液時，應按程序要求進行，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進行檢查，其濃度應符合表1規(guī)定。第22頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三

中國工業(yè)檢驗檢測網(wǎng)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磁場的分布規(guī)律。靈敏度試片的使用方法是將A型標準試片上開槽的一面緊貼在被檢工件清潔的表面上，在對工件和試片進行磁化的同時向試片上噴灑磁懸液,并觀察試片上的磁痕。磁化電流恰當,那么試片未刻的槽表面上就會出現(xiàn)清晰的刻槽的磁痕。探傷靈敏度對復雜工件進行磁化時,工件表面的磁場強度分布很不均勻,磁化電流的大小難以估算,僅憑經(jīng)驗對磁化電流進行選擇往往也很難達到理想的磁化效果。因此一般都采用靈敏度試片來選擇最佳的磁化規(guī)范。第23頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三

中國工業(yè)檢驗檢測網(wǎng)1.5便攜式磁粉探傷儀CDX—Ⅲ型探傷儀，是利用磁軛對鐵磁性被探傷工件進行交直流磁化的磁粉探傷儀，它能對各種零件進行磁化探傷，包括對大型零部件進行局部磁化探傷，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、管道及形狀復雜零部件的探傷。儀器輸出為低電壓，對不允許高電壓進入設(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：電磁軛探頭，多種活動關(guān)節(jié)，磁化強度大。配備一臺電磁軛角焊縫探傷儀，探頭具有導磁高、磁化強度大等特點。第24頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三磁粉探傷操作規(guī)程磁粉檢測程序

磁粉檢測的七個程序是：

(1)預處理（檢驗時機）；

(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25頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三磁粉探傷操作規(guī)程

(1)預處理（檢驗時機）1、表面預處理a．探傷前應對焊縫及熱影響區(qū)的表面進行修磨，不應有油污、鐵銹、氧化皮等，清理時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后難于清除磁粉時，應在檢驗前用無害物質(zhì)堵塞。

2、檢驗時機a．焊縫的檢驗通常安排在焊接完成之后，對于有延遲裂紋傾向的應安排在焊后24小時進行。b．緊固件和鍛件的磁粉檢測應安排在最終熱處理之后進行。第26頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三磁粉探傷操作規(guī)程(2)磁化；

工件磁化

a．磁軛的磁極間距應控制在75mm～200mm之間，檢測的有效區(qū)域為兩極連線兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)，磁化區(qū)域每次應有15mm的重疊。

b．磁化工件時，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受檢段，其長度小于磁軛間距10mm～20mm。第27頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三磁粉探傷操作規(guī)程磁粉檢測程序

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