第4章 磁粉检测2014A

1、1第四章第四章 磁粉检测磁粉检测 23磁粉检测的发展简史磁粉检测的发展简史 早在春秋战国时期，我国劳动人民就发现了磁石吸铁现象，并在此基础上发明了指南针，最早应用于航海业。 18世纪，人们就已开始从事磁通检漏试验。1868年，英国工程杂志首先发表了利用罗盘仪探查磁通发现枪管上不连续性的报告。8年之后，Hering利用罗盘仪检查钢轨的不连续性获得美国专利。4 1918年，美国人Hoke发现，由磁性夹具夹持的硬钢块上磨削下来的金属粉末，会在该钢块表面形成一定的花样，而此花样常与钢块表面裂纹形态相一致，被认为是由于钢块被纵向磁化而引起的，它促使了磁粉检测法的发明。 1928年，de Forest为解

2、决油井钻杆的断裂失效，研制出周向磁化法，还提出了使用尺寸和形状受控并具有磁性的磁粉的设想，经过不懈的努力，磁粉检测方法基本研制成功，并获得了比较可靠的检测结果。 1941年，荧光磁粉投入使用。至此，磁粉检测从理论到实践，已初步形成了一种无损检测方法。5 前苏联全苏航空研究院的瑞加德罗，为磁粉检测的发展做出了卓越的贡献。二十世纪50年代初期，他在大量试验的基础上，制订出了一整套磁化规范，得到世界许多国家的认可。 在我国，北京航空材料研究院的郑文仪，是我国磁粉检测的奠基人，近几十年来，在广大磁粉检测工作者和设备器材制造者的共同努力下，使我国磁粉检测由无到有，并已发展成为一种成熟的无损检测方法。6磁

3、粉检测的现状磁粉检测的现状 基础理论研究方面，已取得较大的进展，断裂和塑性力学的应用以及“磁偶极子”理论的研究使磁粉检测方法更合理，日臻完善。 检测设备方面，从固定式、移动式到携带式，从半自动、全自动到专门设备；从单向磁化到多向磁化；国外设备已实现系列化和商品化，国内目前只实现了系列化。 器材方面，国外在标准试片和标准试块及磁强计等方面形成了系列产品，国内检测器材部分已经达到并已经超过国外同类产品。7 工艺方面有所创新，北京航空材料研究院的郑文仪发明的磁粉探伤-橡胶铸型法比国外的磁橡胶法优越的多。 质量控制方面，国外非常重视，不仅制定了具体的控制项目、校验周期和技术要求，还设有质量监督检查机制

4、，保证其贯彻执行。在我国，质量控制也日受重视，但各行业、各单位的发展不平衡，以致一些质量控制项目没有纳入标准，有的虽纳入但流于形式，这一点已引起业内人士的关注。81 1、磁粉检测原理：、磁粉检测原理：1 1）定义：）定义：磁体磁体:自然界有些物质具有吸引自然界有些物质具有吸引铁、钴、镍铁、钴、镍等物质的等物质的特性，我们把这些具有磁性的物质称为特性，我们把这些具有磁性的物质称为磁体磁体。磁化与磁性材料磁化与磁性材料:使原来不带磁性的物质变得具有磁使原来不带磁性的物质变得具有磁性叫性叫磁化磁化，能够被磁化的材料称为，能够被磁化的材料称为磁性材料磁性材料。磁体各处的磁性大小不同，磁体各处的磁性大小

5、不同，在它的两端最强，这两端称为在它的两端最强，这两端称为磁极。每一磁体都有一对磁极磁极。每一磁体都有一对磁极即即N N极和极和S S极。它们具有不可分极。它们具有不可分割的特性，即使把磁体分割成割的特性，即使把磁体分割成无数小磁体，每一个小磁体同无数小磁体，每一个小磁体同样存在样存在N N极和极和S S极。极。9 如果把两块磁铁的的同性磁极靠在一如果把两块磁铁的的同性磁极靠在一起，两个磁体之间就存在一个相斥的力起，两个磁体之间就存在一个相斥的力使磁体分离；而把磁体的异性磁极靠在使磁体分离；而把磁体的异性磁极靠在一起，则两块磁铁之间就存在一个相吸一起，则两块磁铁之间就存在一个相吸的力，使磁铁靠

6、近。这说明磁体周围空的力，使磁铁靠近。这说明磁体周围空间存在有力的作用，我们把磁力作用的间存在有力的作用，我们把磁力作用的空间称为空间称为磁场磁场。 为了形象地描述磁场，人们采用了为了形象地描述磁场，人们采用了磁力线磁力线的概念，并的概念，并且规定且规定磁力线密度表示磁感应强度大小，磁力线密度大的磁力线密度表示磁感应强度大小，磁力线密度大的地方表示磁感应强度大，磁力线密度小的地方表示磁感地方表示磁感应强度大，磁力线密度小的地方表示磁感应强度小；应强度小；磁力线方向表示磁场的方向；磁力线方向表示磁场的方向；磁力线永远不会相交；磁力线永远不会相交；磁力线由磁铁的磁力线由磁铁的N N极出发经外部空间

7、到达极出发经外部空间到达S S极，再由极，再由S S极经磁体内部回到极经磁体内部回到N N极，形成闭合曲线。极，形成闭合曲线。102 2）通电导体产生的磁场：）通电导体产生的磁场： 当电流通过导体时，会在导体当电流通过导体时，会在导体的周围产生磁场。通电导体产生的的周围产生磁场。通电导体产生的磁场方向与电流方向的关系可用右磁场方向与电流方向的关系可用右手定则来描述。如图，用右手握住手定则来描述。如图，用右手握住导线，大拇指表示电流方向，其余导线，大拇指表示电流方向，其余四指的弯曲方向即为导线产生周向四指的弯曲方向即为导线产生周向磁场方向。磁场方向。如通电导体是一个螺管线圈，如通电导体是一个螺管

8、线圈，也可用右手定则来判断磁场方向，也可用右手定则来判断磁场方向，其方法是：用右手握住线圈，弯其方法是：用右手握住线圈，弯曲的四指表示电流在线圈中的方曲的四指表示电流在线圈中的方向，伸直的大拇指则表示磁场的向，伸直的大拇指则表示磁场的方向。如图：方向。如图：113 3）磁粉检测原理：铁磁性材料被磁化后，其内部产生很）磁粉检测原理：铁磁性材料被磁化后，其内部产生很强的磁感应强度，磁力线密度增大几百倍到几千倍，如果强的磁感应强度，磁力线密度增大几百倍到几千倍，如果材料中存在不连续性（包括缺陷造成的不连续性和结构、材料中存在不连续性（包括缺陷造成的不连续性和结构、形状、材质等原因造成的不连续性），磁

9、力线会发生畸变，形状、材质等原因造成的不连续性），磁力线会发生畸变，部分磁力线有可能逸出材料表面，从空间穿过，形成部分磁力线有可能逸出材料表面，从空间穿过，形成漏磁漏磁场场，漏磁场的局部磁极能够吸引铁磁物质。如图，漏磁场的局部磁极能够吸引铁磁物质。如图12试件中裂纹造成的不连续性使磁力线畸变，由于裂纹中空气试件中裂纹造成的不连续性使磁力线畸变，由于裂纹中空气介质的磁导率远远低于试件的磁导率，使磁力线受阻，一部分介质的磁导率远远低于试件的磁导率，使磁力线受阻，一部分磁力线挤到缺陷的底部，一部分穿过裂纹，一部分排挤出工件磁力线挤到缺陷的底部，一部分穿过裂纹，一部分排挤出工件的表面后再进入工件。如果

10、这时在工件上撒上磁粉，漏磁场就的表面后再进入工件。如果这时在工件上撒上磁粉，漏磁场就会吸附磁粉，形成与缺陷形状相近的磁粉堆积。我们称其为会吸附磁粉，形成与缺陷形状相近的磁粉堆积。我们称其为磁磁痕痕，从而显示缺陷。当裂纹方向平行于磁力线的传播方向时，从而显示缺陷。当裂纹方向平行于磁力线的传播方向时，磁力线的传播不会受到影响，这时缺陷也不可能检出。磁力线的传播不会受到影响，这时缺陷也不可能检出。具有机加工槽的条形磁铁产生的漏磁场纵向磁化裂纹产生的漏磁场 13有表面和近表面缺陷的工件磁化后有表面和近表面缺陷的工件磁化后, ,当缺陷方向和磁场方当缺陷方向和磁场方向成一定角度时向成一定角度时, ,由于缺

11、陷处的磁导率的变化使磁力线逸由于缺陷处的磁导率的变化使磁力线逸出工件表面出工件表面, ,产生漏磁场产生漏磁场, ,可以吸附磁粉而产生磁痕显示。可以吸附磁粉而产生磁痕显示。144 4）影响漏磁场的几个因素：）影响漏磁场的几个因素：A A、外加磁场强度越大，形成的漏磁场强度也越大；、外加磁场强度越大，形成的漏磁场强度也越大；B B、在一定外加磁场强度下，材料的磁导率越高，工件越易、在一定外加磁场强度下，材料的磁导率越高，工件越易被磁化，材料的磁感应强度越大，漏磁场强度也越大。被磁化，材料的磁感应强度越大，漏磁场强度也越大。C C、当缺陷的延伸方向与磁力线的方向成、当缺陷的延伸方向与磁力线的方向成9

12、090时，由于缺陷时，由于缺陷阻挡磁力线穿过的面积最大，形成的漏磁场强度也最大。随阻挡磁力线穿过的面积最大，形成的漏磁场强度也最大。随着缺陷的方向与磁力线的方向从着缺陷的方向与磁力线的方向从9090逐渐减小（或增大）漏逐渐减小（或增大）漏磁场强度明显下降；因此，磁粉探伤时，通常需要在两个磁场强度明显下降；因此，磁粉探伤时，通常需要在两个（两次磁力线的方向互相垂直）或多个方向上进行磁化。（两次磁力线的方向互相垂直）或多个方向上进行磁化。D D、随着缺陷的埋藏深度增加，逸出工件表面的磁力线迅速、随着缺陷的埋藏深度增加，逸出工件表面的磁力线迅速减少。缺陷的埋藏深度越大，漏磁场就越小。因此，磁粉探减少

13、。缺陷的埋藏深度越大，漏磁场就越小。因此，磁粉探伤只能检测铁磁材料制成的工件表面或近表面的裂纹及其它伤只能检测铁磁材料制成的工件表面或近表面的裂纹及其它缺陷。缺陷。 152 2、磁粉检测设备器材、磁粉检测设备器材1 1）磁力探伤机分类：按设备体积和重量，磁力探伤机可分）磁力探伤机分类：按设备体积和重量，磁力探伤机可分为固定式、移动式、携带式三类。为固定式、移动式、携带式三类。A A、固定式探伤机：最常见的固定式探伤机为卧式湿法探伤、固定式探伤机：最常见的固定式探伤机为卧式湿法探伤机，设有放置工件的床身，可以进行包括通电法、线圈法多机，设有放置工件的床身，可以进行包括通电法、线圈法多种磁化，配置

14、了退磁装置和磁悬液搅拌喷洒装置等，最大磁种磁化，配置了退磁装置和磁悬液搅拌喷洒装置等，最大磁化电流可达化电流可达12KA12KA，主要用于中小型工件探伤。，主要用于中小型工件探伤。固定式探伤机固定式探伤机16固定式磁粉探伤机固定式磁粉探伤机 17附件：附件： 带有照明装置，退磁装置，磁悬液搅拌，喷洒装置，有夹持工件的磁化夹头和放置工件的工作台，另备有触头和电缆。适用：适用： 对中小工件检测，利用备有的触头和电缆也可对难以搬上工作台的大型工件进行探伤。局限性：局限性： 检测的最大截面受磁化电流和夹头中心高限制，检测长度受最大夹头间距限制。特点：特点：体积和重量大，额定周向磁化电流一般从10001

15、0000A。可进行通电法，中心导体法，感应电流法，线圈法，磁轭法整体磁化或复合磁化等。18B B、移动式探伤机：体积重量中等，配有轮子，可、移动式探伤机：体积重量中等，配有轮子，可运至检测现场作业，能进行多种方式磁化，磁化电运至检测现场作业，能进行多种方式磁化，磁化电流为流为3 36KA6KA。检测对象为不易搬动的大型工件。检测对象为不易搬动的大型工件 移动式探伤机移动式探伤机19C C、便携式探伤机：体积小、重量轻；适合野外和高、便携式探伤机：体积小、重量轻；适合野外和高空作业，多用于锅炉压力容器焊缝和大型工件局部探伤，空作业，多用于锅炉压力容器焊缝和大型工件局部探伤，最常用的是电磁轭探伤机

16、。电磁轭探伤机是一个绕有线最常用的是电磁轭探伤机。电磁轭探伤机是一个绕有线圈的圈的U U型铁芯，当线圈中通过电流，铁芯中产生大量的型铁芯，当线圈中通过电流，铁芯中产生大量的磁力线，轭铁放在工件上，两极之间的工件局部被磁化。磁力线，轭铁放在工件上，两极之间的工件局部被磁化。轭铁两极可做成活动式的，极间距和角度可调，磁化强轭铁两极可做成活动式的，极间距和角度可调，磁化强度指标是磁轭能吸起的铁块重量，称作提升力。度指标是磁轭能吸起的铁块重量，称作提升力。便携式探伤机便携式探伤机202 2）灵敏度试片：用于检查磁粉探伤设备、磁粉、磁）灵敏度试片：用于检查磁粉探伤设备、磁粉、磁悬液的综合性能。悬液的综合

17、性能。213 3）磁粉和磁悬液：磁粉是具有高磁导率和低剩磁的）磁粉和磁悬液：磁粉是具有高磁导率和低剩磁的四氧化三铁或三氧化二铁粉末。湿法磁粉平均粒度为四氧化三铁或三氧化二铁粉末。湿法磁粉平均粒度为2 210m10m，干法磁粉平均粒度不大于，干法磁粉平均粒度不大于90m90m。按加入的。按加入的染料可将磁粉分为荧光磁粉和非荧光磁粉，非荧光磁染料可将磁粉分为荧光磁粉和非荧光磁粉，非荧光磁粉有黑、红、白几种不同颜色供选用。由于荧光磁粉粉有黑、红、白几种不同颜色供选用。由于荧光磁粉的显示对比度比非荧光磁粉高得多，所以采用荧光磁的显示对比度比非荧光磁粉高得多，所以采用荧光磁粉进行检测具有磁痕观察容易，检

18、测速度快，灵敏度粉进行检测具有磁痕观察容易，检测速度快，灵敏度高的优点。但荧光磁粉检测需一些附加条件：暗环境高的优点。但荧光磁粉检测需一些附加条件：暗环境和黑光灯。磁悬液是以水或煤油为分散介质，加入磁和黑光灯。磁悬液是以水或煤油为分散介质，加入磁粉配置成的悬浮液。粉配置成的悬浮液。223 3、磁粉检测工艺要点：、磁粉检测工艺要点：线圈缺陷工件缺陷铁芯电流磁轭法线圈法线圈法线圈法磁轭法磁轭法磁化方法磁化方法轴向通电法轴向通电法触头法触头法中心导体法中心导体法复合磁化复合磁化纵向磁化纵向磁化周向磁化周向磁化交叉磁轭法和交叉线圈法交叉磁轭法和交叉线圈法 233.1 周向磁化周向磁化 周向磁化是指给工

19、件直接通电，或者使电流流过贯穿周向磁化是指给工件直接通电，或者使电流流过贯穿空心工件孔中的导体，旨在工件中建立一个环绕工件的空心工件孔中的导体，旨在工件中建立一个环绕工件的并与工件轴垂直的周向闭合磁场，用于发现与工件轴平并与工件轴垂直的周向闭合磁场，用于发现与工件轴平行的纵向缺陷，即与电流方向平行的缺陷。行的纵向缺陷，即与电流方向平行的缺陷。下面简单介绍轴向通电法、中心导体法下面简单介绍轴向通电法、中心导体法24介绍轴向通电法、中心导体法介绍轴向通电法、中心导体法2526工件缺陷中心导体电流中心导体法介绍中心导体法介绍中心导体法2728293031交叉磁轭法和交叉线圈法 32332)2)磁粉探

20、伤方法分类：磁粉探伤方法分类：按检测时机分为按检测时机分为连续法和剩磁法连续法和剩磁法。磁化、施加磁粉和观察。磁化、施加磁粉和观察同时进行的方法称为连续法；先磁化，后施加磁粉和观察的同时进行的方法称为连续法；先磁化，后施加磁粉和观察的方法称为剩磁法，只适用于剩磁很大的硬磁材料。方法称为剩磁法，只适用于剩磁很大的硬磁材料。按使用的电流种类可分为交流电、直流电两大类。交流电按使用的电流种类可分为交流电、直流电两大类。交流电因有集肤效应，对表面缺陷检测灵敏度高。因有集肤效应，对表面缺陷检测灵敏度高。按施加磁粉的方法分类可分为湿法和干法，其中湿法采用按施加磁粉的方法分类可分为湿法和干法，其中湿法采用磁

21、悬液，干法则直接喷洒干粉。前者适宜检测表面光滑的工磁悬液，干法则直接喷洒干粉。前者适宜检测表面光滑的工件上的细小缺陷，后者多用于粗糙表面。件上的细小缺陷，后者多用于粗糙表面。分类条件分类条件磁粉检测方法分类磁粉检测方法分类施加磁粉的施加磁粉的载体载体干法干法(荧光、非荧光）、湿法（荧光、非荧光）荧光、非荧光）、湿法（荧光、非荧光）施加磁粉的施加磁粉的时机时机 连续法、剩磁法连续法、剩磁法磁化方法磁化方法轴向通电法、触头法、线圈法、磁軛法、穿棒法、交叉磁軛法、感应电流法轴向通电法、触头法、线圈法、磁軛法、穿棒法、交叉磁軛法、感应电流法343 3）磁粉探伤的一般程序：探伤操作包括：预处理、磁粉探伤

22、的一般程序：探伤操作包括：预处理、磁化和施加磁粉、观察、记录以及后处理（退磁）等。磁化和施加磁粉、观察、记录以及后处理（退磁）等。4 4、磁粉检测的特点、磁粉检测的特点只适用于铁磁性材料只适用于铁磁性材料,一般无毒性；一般无毒性；可检查表面和近表面开口与不开口的缺陷，可检查表面和近表面开口与不开口的缺陷，检测灵敏度与磁化规范、检测方法、被检材料的磁特性检测灵敏度与磁化规范、检测方法、被检材料的磁特性等因素有关，也同磁化方向与缺陷方向有关，并受工件几等因素有关，也同磁化方向与缺陷方向有关，并受工件几何形状特性限制；何形状特性限制；操作简单，效率高，成本低。操作简单，效率高，成本低。355、磁粉检测用途事例、磁粉检测用途事例 铁磁性材料的角焊缝检测、对接焊缝表面检测、原材料检测如钢管、圆钢等。6、磁化电流、磁化电流 种类种类: 有有7种，最常用种，最常用3种：交流电、单向半波种：交流电、单向半波整流电、三相全波整流电。直流电不常用，要用蓄整流电、三相全波整流电。直流电不常用，要用蓄电池或直流发电机，多用整流电代替。电池或直流发电机，多用整流电代替。36磁化电流选择要点磁化电流选择要点1）有的是通电接触。有的是非电接触；）有的是通电接触。有的是非电接触；2