磁粉检测1-4章讲稿

1、磁粉检测基本原理讲义 第一章 绪（xu、）论11 磁粉检测的发展简史和现状111磁粉检测的发展简史1）春秋战国时期：中国人发现了磁石吸铁现象,并以此为基础发明了指南针；2）十七世纪法国物理学家对磁力作了定量研究；3）十九世纪初期丹麦科学家奥斯特发现了电流周围存在着磁场的现象，同时法国科学家毕奥、沙伐尔及安培，对电流周围磁场的分布进行了系统的研究，得出了一般规律；后来英国的法拉第首创了磁力线的概念。4）磁粉探伤的设想：早在1918年，美国人霍克发现由磁性夹具从钢制工件上磨削下来的铁末会聚集在工件表面有裂纹的区域，因此提出利用磁性检验工件表面裂纹的设想。1928年-1930年福雷斯特成功研制出了周

2、向磁化法，并将干磁粉用于焊缝及各种工件的探伤。1934年首次用来演示磁粉检测技术的一台实验性固定式磁粉探伤装置问世。1935年油磁悬液在美国开始使用。1936年法国人申请了在水磁悬液中添加润湿剂和防锈剂的专利。1938年无损检测论文集在德国出版，有了磁粉检测理论（原理和装置）。1940年磁通检验的原理教科书在美国出版。1941年荧光磁粉投入使用。1949年以前，我国仅有几台美国进口的蓄电池式直流探伤机，用于航空工件的维修检查。苏联学者瑞加德罗对磁粉的研究和发展作出了卓越的贡献，在大量实验数据的基础上制定了在世界上有广泛影响的磁化规范，在50年代初期首创了鉴定磁粉质量的磁性称量法和酒精沉淀法。5

3、）国外磁化技术的发展：磁化技术改造的目的就是简化探伤工序、提高检测速度、提高探伤灵敏度。 30-50年代有了从两个垂直方向分别磁化的方法（原理：利用电流转换开关，实现单方向磁化）； 60年代初期有了复合磁化、摆动磁场（交流+直流）； 60-70年代改进了复合磁化，又有了旋转磁场（交流+交流）；80年代有了多向复合磁化，即两组或两组以上（其中一组必须是交流 ）存在相位差的电流在工件上构成多组电流（或磁通）回路；90年代的复合磁化为：工件不接触电磁极且不直接通过线圈的复合磁化法（原理：利用线圈有效磁化区在空间强度分布叠加）。之后，世界各国的无损检测科技人员不断创新，使磁粉探伤成为一项较成熟的技术，

4、并广泛用于各行业，相继成立了各种组织：ICNDT国际无损检测委员会（1949年成立，有34个成员国）；PPCNDT泛太平洋地区NDT组织；APCNDT亚太地区NDT组织；中国内地无损检测学会。112磁粉检测的现状 国外磁粉探伤设备：(重视设备的开发)从固定式、移动式到便携式；从半自动、全自动到专用设备；从单向磁化到多向磁化，设备已系统化和商品化。 由于可控硅等电子元器件用于磁粉探伤设备，设备的小型化成为可能，并实现了电流的无极调节。 计算机编程应用到磁粉探伤设备，使智能化设备大量涌现，这些设备可以预置磁化规范和合理的工艺参数，进行荧光磁粉检测和自动化操作 成功运用电视光电探测器的荧光磁粉扫查系

5、统和激光飞点扫描系统，实现了磁粉检测观察阶段的自动化（将数据信息在微机或其他电子装置中进行处理，鉴别可剔除的不连续性，可以自动标记和分选，大大降低劳动强度。）。 国外磁粉检测的辅助设备： 400w冷光源黑光灯、高强黑光灯（用于荧光磁粉检测）、快速断电试验器（用于剩磁法）、光导纤维内窥镜（检测孔内壁缺陷） 国外磁粉检测的器材：白光下发荧光的荧光磁粉、低黏度高闪点无臭味煤油等 国外磁粉检测的质量控制 通过工艺的约束来控制 国内磁粉探伤设备：（加紧步伐与国际接轨）三相全波直流探伤超低频退磁设备（性能可比国外同类设备的水平）； 交流探伤机（用于剩磁检验法）率先加装了断电相位控制器，确保了剩磁稳定； 磁

6、粉检测智能化设备和自动化、半自动化设备已经生产运用； 光电扫描图像识别的磁粉探伤机也研究成功； 多向复合磁化技术、CCD光学检测技术与计算机图像处理技术相组合而成的集成检测设备，完全改变了传统磁粉检测“手脚并用眼睛看”的状态。 国内磁粉检测的辅助设备：袖珍式磁强计（用于测定剩磁）、光导纤维内窥镜（检测孔内壁缺陷）国内磁粉检测的器材：无臭味煤油、B型、E型标准试块、磁悬液喷罐等 国内磁粉检测的工艺： 特殊工艺：橡胶铸型法用于检测小孔内壁疲劳裂纹，并可记录缺陷磁痕国内磁粉检测的质量控制 有了明显的进步12漏磁场检测分类121漏磁场检测（包括磁粉检测与检测元件检测） 铁磁性材料工件被磁化以后，在不连

7、续性处或磁路截面变化处，磁感应线离开和进入工件表面而形成的磁场称为漏磁场。 不连续性就是工件正常组织结构或外形的任何间断，这种间断可能会也可能不会影响工件的使用性能。通常把影响工件使用性能的不连续性称为缺陷。 磁粉检测：利用漏磁场吸附磁粉形成磁痕来显示不连续性的位置、大小、形状和严重程度。 检测元件检测：利用磁带、霍尔元件、磁敏二极管或感应线圈作为磁场的传感器，检测不连续性处漏磁场的位置、大小、方向。122磁粉检测（MT）：被检材料必须是铁磁性材料1221磁粉检测原理 铁磁性材料在通电磁化后，由于工件表面和近表面有不连续性的存在，因此在表面和近表面处产生了漏磁场，通过施加磁粉介质，磁粉被漏磁场

8、吸附聚集，在光亮的作用下，显示出可见的磁痕，从而反应了不连续性的位置、大小、形状和严重程度。 即：铁磁性材料被通电磁化不连续性处产生漏磁场施加磁粉介质漏磁场吸附聚集磁粉介质产生磁痕光亮照射观察显示不连续性的位置、大小、形状和严重程度。 磁粉检测的基础：不连续性处的漏磁场与磁粉的相互作用。也说明了电子绕核运动产生的磁矩是有电就有磁的基本原因。1222磁粉检测的适用范围a适用于检测铁磁性材料(16MnR,20g,30CrMnSiA)。马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料(1Cr17Ni7)具有磁性，可以磁粉检测。不适用于非磁性材料（奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni9）和铜、铝、镁、钛

9、合金等非磁性材料。b适用于检测工件表面和近表面的裂纹、白点、发纹、折叠、疏松、冷隔、气孔和夹杂等缺陷。不适用于检测工件表面浅而宽的划伤、针孔状缺陷、埋藏较深的内部缺陷和延伸方向与磁感应线方向的夹角小于200的缺陷。c适用于检测未加工的原材料（如钢坯）和加工的半成品、成品件及使用过的工件及特种设备。d适用于检测管材、棒材、板材、型材和锻钢材及焊接件。1223磁粉检测的基本操作步骤预处理磁化施加磁粉或磁悬液磁痕的观察和记录缺陷评级退磁后处理1224磁粉检测的优点及其局限性磁粉检测的优点：a可检测出铁磁性材料表面和近表面（开口和不开口）的缺陷；b能直观地显示出缺陷的位置、形状、大小和严重程度；c具有

10、很高的检测灵敏度，可检测微米级宽度的缺陷；d单个工件检测速度快，工艺简单，成本低廉，污染少；e采用合适的磁化方法，几乎可以检测到工件表面的各个部位，基本上不受工件大小和几何形状的限制；f缺陷检测重复性好；g可检测腐蚀的表面。磁粉检测的局限性：a只适用于铁磁性材料，不能检测奥氏体不锈钢材料和奥氏体不锈钢焊缝及其它非铁磁性材料；b只能检测表面和近表面缺陷；c检测时的灵敏度与磁化方向有很大的关系，若缺陷方向与磁化方向近似平行或缺陷与工件表面夹角小于200，缺陷就难以发现。另外，表面浅而宽的划伤、锻造皱折也不易发现；d受几何形状影响，易产生非相关显示；e若工件表面有覆盖层，将对磁粉检测有不良影响。用通

11、电法和触头法磁化时，易产生电弧，烧伤工件。（因此，电接触部位的非导电覆盖层必须打磨掉）f部分磁化后具有较大剩磁的工件需进行退磁处理。123利用检测元件探测漏磁场（一般了解）检测元件检测的几种方法：录磁探伤法（磁录像法）；感应线圈探伤法；磁敏元件探测法。1231录磁探伤法（磁录像法）：采用具有高剩磁和高矫顽力的磁带对工件进行磁化后，得到工件不连续性的漏磁场信息，再通过磁电转换（磁头）将漏磁场信息传到屏幕上或得到不连续性的完整曲线或图像，从而确定不连续性的部位、性质和大小；1232感应线圈探伤法：利用电磁感应定律，线圈和磁化的工件相对运动时，线圈产生的感应电动势E=-NddtE=-NSdBdl，所

12、以E跟线圈匝数、面积及其相对工件的运动速度有关，而且还与不连续性漏磁通密度的梯度有关；1233磁敏元件探测法：利用霍尔元件、磁敏二极管等磁电转换元件来探测工件表面的漏磁场，探测灵敏度与检查速度和工件大小无关，此方法还可获得不连续性的深度信息。1）霍尔元件：制作高斯计、毫特斯拉计；2）磁敏二极管：制作小量程毫特斯拉计、漏磁场测量仪和自动磁性检测设备。13表面无损检测方法的比较 表面无损检测方法的比较 方法项目磁粉检测 （MT）渗透检测 （PT） 涡流检测 （ET）方法原理磁力作用 毛细（管）渗透作用电磁感应作用适用材质铁磁性材料 非多孔性材料导电材料检出缺陷表面和近表面缺陷表面开口性缺陷表面和近

13、表层缺陷应用对象铸钢件、锻钢件、压延件、管材、棒材、型材、焊接件、机加工件及使用中的上述工件检测。任何非多孔性材料工件及使用中的上述工件检测。管材线材棒材等工件检测；材料状态检验和分选；厚度测量等。主要检测缺 陷裂纹、发纹、白点、折叠、夹杂物、冷隔。裂纹、白点、疏松、针孔、夹杂物。裂纹、材质变化、厚度变化。显示器材磁粉渗透液和显像剂记录仪，示波仪或电压表表现形式漏磁场吸附磁粉形成磁痕渗透液的回渗线圈输出电压和相位的变化缺陷显示直观直观不直观缺陷性质判断能大致确定能大致确定难以判断灵敏度高较高较低检测速度较快慢很快（可自动化）污 染较轻较重很轻其他检测几乎不受工件几何形状和缺陷方向的限制检测时的

14、灵敏度与磁化方向有很大关系检验不受工件几何形状和缺陷方向的影响 溶剂去除法渗透检测不用水电，特别适用于现场检验对形状复杂的工件不适用，有边界效应影响 非接触法检验第二章 磁粉检测物理基础21磁现象和磁场211磁的基本现象磁性：磁铁能够吸引铁磁性材料的性质；磁体：凡能够吸引其他铁磁性材料的物体（能够建立或有能力建立外磁场的物体）。（磁体分类：永磁体自然具有磁性、电磁体需用电源维持其磁性、超导磁体用超导材料所制）。磁极：靠近磁铁两端磁性特别强、吸附磁粉特别多的区域；磁力：磁极间相互排斥和相互吸引的力；（磁力的大小和方向可以测定，同一个磁体两个磁极的磁力大小相等，方向相反）磁化：使原来没有磁性的物体

15、得到磁性的过程； 一般条形磁铁两极总是分别指向南北方向。通常称磁针指向北的一端为北极，用N表示；指向南的一端为南极，用S表示。有同性相斥，异性相吸的特点。地球本身是一个大的磁场，其地理位置的南极是地磁场的北极，地理位置的北极是地磁场的南极。 磁极都是成对出现，自然界没有单独的N极和S极存在。212磁场与磁感应线磁体间的相互作用是通过磁场来实现的。磁场：就是具有磁力作用的空间。磁场存在于被磁化物体或通电导体的内部和周围，它是由运动电荷形成的。磁场的特征：对运动电荷（或电流）具有作用力，在磁场变化的同时也产生电场。1）圆周磁场：磁体内既无磁极又无漏磁场2）纵向磁场：具有明显的N、S极磁感应线 ：用

16、来描述（观察）磁场大小、方向、分布的力线。磁感应线上每点的切线方向都与该点的磁场方向一致；单位面积上的磁感应线数目与磁场的大小成正比（可用磁感应线的疏密程度反映磁场的大小，磁感应线越密，磁场强度越大。）磁感应线具有以下特性：a磁感应线是具有方向性的闭合曲线。在磁体内，磁感应线是由S极N极；在磁体外，磁感应线是由N极（出发，穿过空气进入）S极的闭合曲线；b磁感应线互不相交；c磁感应线可描述磁场的大小和方向；d磁感应线沿磁阻最小路径通过。213真空中的恒定磁场1）磁感应强度B：描述物体被磁化后磁性大小的物理量B=FmQ（描述磁场的特性）。B为矢量，有大小和方向，方向可以用右手螺旋法来确定；即磁感应

17、线的切线方向为B矢量的方向。Fm在磁场中受到的最大磁力；Q运动电荷的电量；电荷的运动速度。B的单位：国际单位（SI）中是特斯拉（T）；实用单位（CGS）中是高斯（GS）。换算关系：1特斯拉（T）=104高斯（GS）2）磁通量：在磁场中，（垂直）通过一给定曲面的总磁感应线，称为通过该曲面的磁通量d=BCOSdS或d=B×dS（表示某一面积磁感应线的总数量）。磁场高斯定理：通过任一闭合曲面的总磁通量一定为零。因为穿入闭合曲面的磁感应线与穿出闭合曲面的磁感应线数量相等，方向相反。单位：国际单位（SI）中是韦伯（Wb）；实用单位（CGS）中是麦克斯韦（Mx）。换算关系：1韦伯（Wb）=108

18、麦克斯韦（Mx）3)毕奥-萨伐尔定律及其应用：（倒出引用公式）4）磁场强度H：单位正磁极在磁场中所受的力叫该处磁场强度（定量描述磁场概念）H=（B0）M。单位：国际单位（SI）中是安培/米（A/m）；实用单位（CGS）中是奥斯特（Oe）。换算关系：1奥斯特（Oe）=14×103安培/米（A/m）80安培/米（A/m）5）安培定律：（倒出引用公式）真空中的安培环路定律：LB×dl=0I有磁介质时的安培环路定律：LH×dl=I214磁介质中的磁场1磁介质：能影响磁场的物质；由于磁介质有不同的磁化特性，它们磁化后所激发的附加磁场也有所不同。磁介质分类：顺磁性材料（顺磁质

19、）r1；抗磁性材料（抗磁质）又叫逆磁性材料r1；铁磁性材料（铁磁质）r1。2磁化强度M=PmV：与磁介质的性质有关，也和磁介质所处的磁场有关。3磁场强度H=（B0）M磁导率：表示物质被磁化的难易程度，反映了材料的导磁能力=BH=tg。1）绝对磁导率=0r：磁感应强度B与磁场强度H的比值称为磁导率或绝对磁导率；绝对磁导率不是常数，是随磁场大小不同而改变的，有最大值和最小值。2）相对磁导率r=介质0：把任何一种材料的磁导率和真空磁导率的比值叫做相对磁导率，是一个纯数，没有量纲，用来比较不同材料的磁化能力；铜r=0999912，r1；铝r=1000033，r1；铁r=5000-7000，r1；3）真

20、空磁导率0：在真空中是一个常数，0=4×10-7亨（H）米（m）；在CGS单位制中，0=1GSOe;4）最大磁导率max（见书21页图2-21）:指磁化曲线出现拐点附近B和H之比的磁导率（大多数磁性钢max在500-2000高斯奥斯特之间，含Cr、V的非奥氏体钢max在100-400高斯奥斯特之间）；5）有效磁导率（表观磁导率）：是指工件在线圈中进行纵向磁化时，工件表面的磁感应强度B与空载线圈中磁场强度H之比，它不完全由材料磁性决定，在很大程度上取决于零件的形状（相当于纵向磁化中的磁导率）；例如：材料相同，直径相同，热处理条件也相同，就是长度不同，则不同，主要是长径之比发生变化，产生

21、退磁场；6）起始磁导率：初始阶段磁化曲线上可逆段上的磁感应强度B与磁场强度H之比。（见书21页图2-20 oa段 ） 单位换算： 名称 制 国际单位（SI）实用单位（CGS）换算关系代号名称代号名称代号磁场强度 H安培米 Am 奥斯特 Oe1 Oe=14×103 Am80 Am磁感应强度 B特斯拉 T 高 斯 Gs1 T=104 Gs磁通量 韦伯 Wb 麦克斯韦 Mx1Wb=108 Mx磁导率亨利米 Hm高斯奥斯特GsOe22铁磁性材料（r1）221磁畴(磁本质)：在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子中电子磁矩平行排列起来，形成一个自发

22、磁化达到饱和状态的微小区域，这些自发磁化的微小区域，称为磁畴。磁畴是铁磁性物质固有的特性，磁畴的存在使铁磁性物质磁化后，值的增加达103105数量级，因此能显示缺陷的灵敏度所需的磁感应强度，这就是能够对铁磁性物质进行磁粉检测的原因。居里点（居里温度）：铁磁性材料失去原有磁性的临界温度称为居里温度。Fe的居里点是769。铁磁性材料的温度在居里点以上时，不能被外磁场磁化。222磁化过程：利用磁畴解释铁磁性材料的磁化过程；见课本20页图2-18。223磁特性曲线：初始磁化曲线是表征铁磁性材料磁特性的曲线，用以表示外加磁场强度H与磁感应强度B的变化关系。（图2-20）224磁滞回线：描述磁滞现象的闭合

23、磁化曲线叫磁滞回线。（见图2-22）磁滞现象磁感应强度的变化滞后于磁场强度的变化的现象叫磁滞现象。磁滞现象只存在于交流电磁化时，因为直流电的大小和方向始终不发生变化。初始磁化曲线H增加，B停止增加的0-1曲线称为初始磁化曲线。剩磁当外加磁场强度H减小到零时，保留在材料中的磁性，称为剩余磁感应强度，简称剩磁（Br）。矫顽力使剩磁降为零所施加的反向磁场强度称为矫顽力（Hc）。 根据矫顽力（Hc）大小可将铁磁性材料分为软磁性材料（Hc100Am）和硬磁性材料（Hc100Am）两大类。软磁性材料的特征（见图2-23a）：指磁滞回线狭长，具有高磁导率、低矫顽力和低磁阻的铁磁性材料。容易磁化，容易退磁，如

24、：电工用的纯铁、低碳钢和软磁铁氧体等材料。硬磁性材料的特征（见图2-23b）：指磁滞回线肥大，具有低磁导率、高矫顽力和高磁阻的铁磁性材料。硬磁性材料难以磁化，难以退磁，如：铝、镍、钴、稀土钴和硬磁铁氧体等材料。总结铁磁性材料的特性：1）高导磁性能在外加磁场中强烈地磁化，产生非常强的附加磁场，它的磁导率很高，相对磁导率可达数百甚至数千；2）磁饱和性铁磁性材料由于磁化所产生的附加磁场，不会随外加磁场增加而无限地增加，当外加磁场达到一定程度后，全部磁畴的方向都与外加磁场的方向一致，磁感应强度B不再增加，呈现磁饱和；3）磁滞性当外加磁场的方向发生变化时，磁感应强度的变化滞后于磁场强度的变化。当磁场强度

25、减小到零时，铁磁性材料在磁化时所获得的磁性并不完全消失，而保留了剩磁。225退磁曲线（Hc到Br的曲线段，见图2-24）和磁能积（H和B的乘积）23电流与磁场231通电圆柱导体的磁场电流的磁效应：有电流通过的导体内部和周围都存在磁场的现象。1通电圆柱导体的磁场方向：是以导体中心轴线为圆心的同心圆。用右手定则确定，见课本24页图2-27。在半径相等的同心圆上，磁场强度相等。2通电圆柱导体磁场强度大小的计算通电圆柱导体外部r处（rR）的磁场强度：H=I/2r；通电圆柱导体内部r处（rR）的磁场强度：H=Ir/2R2注：R圆柱导体的半径（m） r圆柱导体外部某点至导体中心轴线的距离（m）例：一圆柱导

26、体直径为20cm，通以4000A的直流电，求与导体中心轴相距5 cm 、10cm、20cm各点的磁场强度？解： R =D/2=20cm/2 =10cm r=5cm10cm H=Ir/2R2=4000×0.05/2×0.1×0.1=3185（A/m）r=10cm=10cm H=I/2r=4000/2×0.1=6369(A/m)r=20cm10cm H=I/2r=4000/2×0.2=3185(A/m)答：与导体中心轴相距5 cm 、10cm、20cm各点的磁场强度分别为：3185A、6369A、3185A。3应用 1钢棒通电磁化： a.用交流电和

27、直流电对同一钢棒通电磁化时，磁场强度分布见图2-29所示，其共同点是：1）在钢棒中心处，磁场强度为零；2）在钢棒表面，磁场强度达到最大；3）离开钢棒表面，磁场强度随r的增大而下降。其不同点是：直流电磁化，从钢棒中心到表面，磁场强度直线上升到最大值；交流电磁化，由于集肤效应，只在钢棒近表面才有磁场强度，并缓慢上升，在接近钢棒表面时迅速上升达到最大值。b.用交流电和直流电对同一钢棒通电磁化时，磁感应强度分布见图2-30所示，其不同点是：1）由于钢棒的磁导率高，磁感应强度B=HBHBmHm；2）离开钢棒表面，在空气中r1 BH，所以磁感应强度突降后与磁场强度曲线重合。2钢管中心导体法磁化：用直流电中

28、心导体法磁化钢管时，磁场强度和磁感应强度的分布见图2-31所示，其特点是：1）通电中心导体（铜棒）内外磁场强度的分布与钢棒的分布是一样的。在钢管内是空气，由于铜棒的r1，所以管内只存在磁场强度H；2）在钢管上由于r1，所以能感应产生较大的磁感应强度；3）由于H= I /2 r，且钢管的内径小于外径，因此钢管的内壁的B和H都大于钢管外壁的B和H；4）离开钢管表面，在空气中r1 BH，所以磁感应强度突降后与磁场强度曲线重合。采用中心导体法对钢管进行磁化时，一般推荐采用直流电和三相全波整流电。231通电钢管的磁场1磁场方向：用右手定则确定。2磁场强度计算（见图2-32）钢管内部空心部分：H=0钢管横

29、截面内部：H=I（r2-R12）2r( R22- R12)钢管外表面：H=I2R2钢管外部：H=I2r注：R1钢管的内半径（m） R2钢管的外半径（m） r钢管内/外部某点至钢管中心轴线的距离（m）通电钢管的磁场强度的分布特点是：钢管的内部磁场强度为零，所以不能用磁粉检测的方法来检测内表面的缺陷。例1：钢管规格100×6mm。采用中心同轴穿棒法磁化，若磁化电流I=1600A，试计算管内、外壁上的磁场强度为多少A/m？解：已知D外=100mm=0.1m； D内=100-（2×6）=88mm=0.088m; I=1600A 求H内=？H外=？H内=I/2R H内=I/D内=16

30、00/×0.088=5787.5A/mH外=I/2R H外=I/D外=1600/×0.1=5093 A/m答：H内=5787.5A/m；H外=5093 A/m。233通电线圈的磁场1磁场方向：右手定则用右手握住线圈，四指指向电流方向，与四指垂直的拇指所指的方向就是线圈内部的磁场方向。2空载线圈磁场强度计算国际单位（SI）：H中心=NI / （L2+D2）1/2；H端= IN2（L2+R2）1/2；H磁场强度，A/m；N线圈匝数；I电流，A；L线圈长度，m；D线圈直径，m；R线圈半径，m；实用单位（CGS）：H端=2 IN（L2+R2）1/2；H磁场强度，Oe；N线圈匝数；I

31、电流，A；L线圈长度，mm；R线圈半径，mm；3线圈分类a.按通电线圈的结构分为：1）软电缆缠绕在工件上的缠绕线圈；2）将绝缘导线绕在骨架内的螺管线圈；b.按线圈横截面积与被检工件横截面积的比值充填因数（填充）分为：1）低充填因数线圈当线圈的横截面积大于或等于被检工件横截面积的10倍时。磁化电流计算公式：偏心放置：I=45000N（L/D）；正中放置I=1690RN6（L/D）-5；2）中充填因数线圈当线圈大于2倍而小于10倍被检工件横截面积时。磁化电流计算公式：NI=（NI）h（10-Y）+（NI）I（Y-2）/8；3）高充填因数线圈用固定线圈或电缆缠绕进行检测，若此时线圈的截面积小于或等于

32、2倍工件截面积（包括中空部分）时。磁化电流计算公式：I=35000N（L/D）+2；注意：1上述公式不适用于长径比（LD）小于2的工件，如果长径比（LD）小于2的工件，若要使用线圈法磁化时，可利用磁极加长块来提高长径比的有效值或采用标准灵敏度试片实测来决定电流值； 2对于长径比（LD）大于或等于15时，公式中的（LD）取15； 3当被检工件太长时，应进行分段磁化，且有一定的重叠区。重叠区应不小于分段检测长度的10%。检测时，磁化电流应采用标准灵敏度试片实测来决定；I线圈中的磁化电流，A；L线圈长度，m m；D工件直径或横截面上最大尺寸，m m；N线圈匝数；R线圈半径，m m；（NI）h 为高充

33、填因数线圈计算的NI值；（NI）I 为低充填因数线圈计算的NI值；Y线圈的横截面积与工件横截面积之比；4）计算空心工件时，此时工件直径D应由有效直径Deff代替。对于圆筒形工件：Deff=D02 Di21/2;对于非圆筒形工件：Deff=2（At-Ah）1/2；D0外直径；Di内直径；At零件总的横截面积，mm2；Ah零件中空部分的横截面积，mm2；c.按通电线圈的长度L和内径D的比分为：1）短螺管线圈（LD）：在内部的中心轴线上，磁场分布极不均匀。中心比两端强（见图2-35）。在线圈横截面上，靠近线圈内壁的磁场强度较线圈中心强（见图2-36）；2）有限长螺管线圈（LD）：在内部的中心轴线上，

34、磁场分布较均匀，磁感应线方向大体上与中心轴线平行，线圈两端处的磁场强度为中心的12（见图2-37）。在线圈横截面上，靠近线圈内壁的磁场强度较线圈中心强（见图2-36）；3）无限长螺管线圈（LD）：内部磁场分布均匀，并且磁场只存在于线圈内部，磁感应线方向与线圈的中心轴线平行。4应用1）开路磁化：线圈绕在工件上或把工件放入线圈之中，产生磁极，有退磁场；2）闭路磁化：线圈绕在铁心上，通常指磁轭法磁化，不产生磁极，没有退磁场；例1钢制轴类试件LD=22，正中放入N为5匝的低充填因数线圈中检查周向缺陷。已知线圈的半径R=150mm，需要选用多大的磁化电流？解：已知L/D=22取15； R=150mm 求

35、I=？（A）I=1690R/N6×（LD）5 =1690×1505×6×（15）5 =596.5A答：要选用596.5A的磁化电流。例2已知开路线圈的内半径R=150mm，宽度L=50mm。若要求在线圈轴线端部产生磁化强度H端=60Oe，试求磁化线圈的安匝NI为多少？解：已知R=150mm；L=50mm； H端=60Oe 求NI=？安匝H端=2NI（ L2+R2）1/2NI= H端×（ L2+R2）1/2 2 =60×（250022500）1/2 2 =1510安匝答：磁化线圈的安匝NI为1510安匝。例3有两个长为30mm，直径为2

36、0mm的钢制轴类试件需检查周向缺陷。若选用连续法线圈纵向磁化，则应施加多大的磁化电流？.解：已知L=30mm D=20mm L/D=3020=1.52 要将两个连起来进行连续法线圈纵向磁化，此时的L/D=60/20=3。采用低填充偏心放置法磁化I N =45000（LD） I N =450003=15000安匝答：施加15000安匝的磁化电流。234感应电流和感应磁场1感应电流和感应磁场的产生：由于电磁感应的作用产生感应电流产生感应磁场。2应用：用于环形工件的磁化中。24磁场的合成241交叉磁轭的磁场合成1旋转磁场的形成：两相磁轭的激磁电流产生的磁场，分别为： H1=HmSin(t) H2=H

37、mSint H12 （2 HmSin2 Sin2）2 H22 （2 HmCos2 Cos2）2 = 1 H11相磁轭产生的磁场； H22相磁轭产生的磁场； HmH1 与H2的峰值；两相磁轭激磁电流的相位差；两相磁轭的几何夹角；注意：能形成旋转磁场的基本条件是：1两相磁轭的几何夹角与两相磁轭激磁电流的相位差均不等于00或1800；2两相磁轭的线圈几何夹角=900，两相磁轭激磁电流相位角=1200形成的磁场轨迹是一个椭圆；3两相磁轭的线圈几何夹角=900，两相磁轭激磁电流相位角=900形成的磁场轨迹是一个圆；2旋转磁场分布特点:内侧有旋转磁场,外侧也有旋转磁场,只是有效磁化范围小点。旋转磁场关键要

38、有一定的旋转起来的时间，所以要求连续通电和行走，给个足够的产生旋转磁场的时间;3交叉磁轭的提升力：至少应有118N（约12.1Kg）的提升力（磁极与工件表面间隙为0.5mm，最大不超过1.5mm）；242摆动磁场的合成：工件用直流电磁轭进行纵向磁化的同时，用交流轴向通电法进行周向磁化，即： Hx=H0 Hy=H0Sint 摆动磁场的特点：1.）其合成磁场是一个在±450之间不断摆动的摆动磁场，在工件上产生螺旋形磁场（见图2-43），2.）摆动磁场的最大摆角900，轨迹为平行于Y轴的直线；25退磁场251退磁场概念：把铁磁性材料磁化时，由材料中磁极所产生的磁场称为退磁场（也叫反磁场）。

39、 实际中，我们发现在同一线圈中用相同的磁场强度磁化工件，长径比大的磁痕显示要比长径比小的磁痕显示清晰，磁场强度也大。原因：圆钢棒在外加磁场中磁化时，在它的端头产生了磁极，这些磁极形成了磁场H，其方向与外加磁场H0相反，因而削弱了外加磁场H0对圆钢棒的磁化作用。 工件长径比越小，纵向磁化时，产生的退磁场越大。退磁场总是起着阻碍磁化的作用。252有效磁场： H有效磁场= H0H=H0N（B0H有效磁场）=H0N（H有效磁场0H有效磁场）= H0NH有效磁场（r1）H有效磁场= H01+N（r1）H有效磁场有效磁场，A/m；H0外加磁场，A/m；H退磁场，A/m；N退磁因子（主要与工件的形状有关）；

40、r相对磁导率。圆钢棒的退磁因子与LD的关系LD NSI单位制CGS单位制 1 0.333 3.39 2 0.14 1.76 5 0.04 0.50 10 0.017 0.215 20 0.006 0.07253影响退磁场大小的因素1.）退磁场大小与外加磁场强度大小有关; H0H2.）退磁场大小与工件LD值有关; L/DH计算LD值时：a. 对于实心工件：圆柱形的工件D为外直径，非圆柱形工件D为最大横截面的最大尺寸；b.对于中空的圆筒形工件，设外直径为D0，内直径为Di，有效直径Deff代替D=Deff= （D02Di2）1/2；对于中空的非圆筒形工件D=Deff=2（AtAh）1/2；At零件

41、总的横截面积；Ah零件中空部分的横截面积3.）退磁因子N与工件几何形状有关; LDNH；4.）磁化尺寸相同的钢管和钢棒,钢管比钢棒产生的退磁场小(主要是有效直径小);5.）磁化同一工件时，交流电比直流电产生的退磁场小（主要是交流电有趋肤效应，端头所形成的磁极磁性小，用交流电和直流电对同一工件磁化时，交流电产生的退磁场小）。254退磁场计算例：一长度为100mm的钢棒，截面积为正方形，边长为20mm，求LD=？解：横截面最大尺寸为对角线，即D = 20Sin450 = 28.3mm ,LD=10028.3 = 3.5答：LD=3.526磁路与磁感应线的折射261磁路：在铁磁性材料内（包括气隙）磁

42、感应线通过的闭合路径叫磁路。 磁路定律：磁通量等于磁动势=NI与磁阻之比m=LS，称为磁路定律。 =m=NILS或=NIm类似于I=V/R；与欧姆定律相似。 1.磁路是串联磁路时：= NIRm1+ Rm0； = NIRm；与串联电路相似，串联磁路的磁阻等于串联各部分磁阻之和Rm= Rm1+ Rm0； 2.磁路是并联磁路时：= NIRmRm； 1Rm =1Rm11Rm2；与并联电路相似，并联磁路的磁阻倒数等于分支磁路磁阻倒数之和。262磁感应线的折射1.当磁通量从 一种介质进入另一种介质时，它的量不变；2.但是，如果一种介质与另一种介质的磁导率不同，那么，这两种介质中的磁感应强度便会显著不同（B

43、=H）。3.说明了在不同磁导率的两种材料的界面上磁感应线的方向会发生突变，这种突变称作磁感应线的折射，并遵从折射定律。 = tg1= tg1；2= tg2； 12= tg1tg2；1 tg11 = tg22;24.磁感应强度的边界条件：磁感应强度在两种磁介质中分布时，其界面处的磁感应强度的法向（y轴或n表示）分量和切向（x轴或t表示）的关系应满足下列两个条件： B1n = B2n1H1t = H2t2或B1 tB2 t =123例1设钢的相对磁导率r =600，在钢中的磁感应线与两种磁导率的分界面的法线成1=890角，而界面的另一侧是空气，其相对磁导率r1，求在空气中的磁感应线的折射角2为多少

44、？解：已知r =600；1=890；r 1；求：2=？ tg11 = tg22;1=r0 ；2=r0 ； tg2 = tg1 r0 r0；2 =5.50 答: 在空气中的磁感应线的折射角2为5.50。例2设钢与空气的界面的法线与钢中磁感应线B1的夹角1= 89.90，且磁感应强度的大小为B1 =0.8T时,求空气中的磁感应强度的法向分量B2n =？解：已知1= 89.90；B1 =0.8T；求：B2n =？B1n = B2n ; B1n = B1 Cos1 ; B2n = B1 Cos1 = 0.0014T答：空气中的磁感应强度的法向分量B2n = 0.0014T。例3已知20钢磁感应强度B=

45、0.8T时，H=1600Am，求钢此时的相对磁导率r =？（B和H值由BH曲线查出）。解：已知B=0.8T；H=1600Am；0 = 4×10-7亨米; 求：r =？ =BH =0.81600 = 0.0005亨米;又=0r; r =0 =0.00054×10-7 = 397.9答: 钢此时的相对磁导率r = 397.9。27漏磁场：就是铁磁性材料磁化后，在不连续性处或磁路的截面变化处，磁感应线离开和进入表面时形成的磁场（见图1-1和2-6）。 由于缺陷的磁阻高，磁通量便在缺陷附近漏泄到空气中，这种漏泄磁通量称之为漏磁通或漏磁通密度，又称漏磁场。271漏磁场的形成原因：是由

46、于空气的磁导率远远低于铁磁性材料的磁导率。272缺陷的漏磁场分布在磁感应线离开或进入试件表面时，形成N极和S极，磁极区显示强磁性，当磁粉通过磁极区时将被磁化，磁化后也形成N极和S极，此时磁粉的磁极与漏磁场的磁极相互作用时，磁粉就会被吸附在漏磁场区，形成磁痕，显示了缺陷的大小和方向，这就是磁粉检测的原理。因此，漏磁场是磁粉检测的基础。漏磁场的宽度要比实际缺陷宽度大数倍至数百倍，所以磁痕对缺陷宽度有放大作用。磁粉除了受漏磁场的磁力作用之外，还受重力、液体介质的悬浮力、摩擦力、磁粉微粒间的静电力与磁力的作用（见图2-55）。273影响漏磁场的因素1外加磁场强度的影响：当铁磁性材料的磁感应强度达到饱和

47、值的80%左右时，漏磁场便会迅速增大。（H0Hmax）2缺陷位置及形状的影响:a.缺陷的埋藏深度影响：缺陷埋藏深度越大，漏磁场越小;b.缺陷方向的影响：缺陷方向垂直于磁场方向时，漏磁场最大；c.缺陷的深宽比的影响；（缺陷的深宽比越大，漏磁场越大，缺陷越容易检出。）d缺陷的自身高度的影响：自身高度越高，漏磁场就越大；.3工件表面覆盖层的影响：试件表面覆盖层很容易导致漏磁场的下降，一般覆盖层在0.02-0.05mm覆盖层时，不影响，但是在磁极接触的位置必须要接触良好；4工件材料及状态的影响：a.晶粒大小的影响；晶粒大磁导率矫顽力漏磁场；晶粒小磁导率矫顽力漏磁场；b.含碳量的影响； 含碳量矫顽力相对

48、磁导率漏磁场c.热处理的影响；淬（cui）火可提高钢材的矫顽力和剩磁漏磁场d.合金元素的影响；材料硬度增加矫顽力漏磁场e. 冷加工的影响；材料硬度增加矫顽力和剩磁漏磁场28磁粉检测的光学基础281光度量术语及单位1发光强度：单位Cd; （坎德拉）2光通量: 单位lm; （流明）3（光）照度: 单位lx；（勒克斯）4辐（射）照度:W/m2; （瓦特/米2）5. 光亮度：Cd/ m2；（坎德拉/米2）282发光光致发光许多原来在可见光下不发光的物质，在紫外线的照射下却能够发光，这种现象称为光致发光；磷光（磷光物质）在外界光源移去后，经过很长时间才停止发光，这种光称为磷光（这种物质称为磷光物质）；荧

49、光在外界光源移去后立即停止发光，这种光称为荧光。283紫外线：只有波长在320 nm400nm的黑光才能用于荧光磁粉检测；284人眼对光的响应人眼对于波长小于400nm的辐射响应并不敏感，但是在不存在长波可见光情况下，人眼的灵敏度往往会提高。1）在可见光下：在1000lx明亮条件下观察，相当于最大灵敏度时的眼的明视觉；2）在暗室中：平均照度在10lx，人眼对380nm400nm波长范围内的辐射变得很灵敏；人眼在强光下，对颜色和对比度的差别辨别能力强，在暗光下，对光强度的差别辨别能力强。人眼最敏感的光是波长为555nm的黄绿色光，因此，荧光磁粉检测时，磁痕显示为黄绿色。285黑光灯使用注意事项：

50、1）黑光灯刚点燃时，输出达不到最大值，所以检验工作应至少等3min以后再进行；2）要尽量减少灯的开关次数，频繁开启会减少寿命；3）黑光灯使用后，辐射能量下降，所以应定期测量黑光辐射照度；4）控制好电压波动；5）保持滤光片的清洁；6）防止磁悬液溅到黑光灯上；7）不要将黑光灯直射人的眼睛；8）滤光片发生破裂，应立即更换。第三章 磁化电流、磁化方法和磁化规范31磁化电流最常用的磁化电流：交流电、整流电流（半波整流电、全波整流电）和直流电； 各种磁化电流波形、电流表指示及换算关系电流波形电流表指示（I）换算关系峰值(Im)为100A时的电流表读数交流有效值（Ie）Im=2 Ie70A单相半波平均值(I

51、d)两倍平均值Im=IdIm=Id232 A65A单相全波平均值(Id)Im=Id265 A三相半波平均值(Id)Im=2Id3383 A三相全波平均值(Id)Im=Id395 A直流平均值(Id)Im= Id100 A注：Im电流峰值；Id电流平均值；Ie电流有效值。311交流电(大小、方向随时间按正弦规律变化的电流，AC表示)1表征交流电的物理量1）峰值电流：交流电在一个周期内的电流最大值，用Im表示；2）交流电流有效值：在相同的电阻上分别通以直流电和交流电，经过一个交流周期时间，电阻上所损失的电能如果相同，该直流电的大小作为该交流电的有效值，用Ie表示；用交流电流表测得。3）交流电平均值：交流电在半个周期范围内各瞬间的算术平均值，用Id表示。2趋肤效应：交变电流通过导体时，导体表面电流密度较大而内部电流密度较小的现象。材料的电导率、相对磁导率r、交流电的频率f，趋肤效应更明显，即：交流电的渗入深度减小。 =500/fr3交流电的优点和局限性1）对表面缺陷检测灵敏度最高（趋肤效应）；2）容易退磁；3）电源易得，设备结构简单；4）能够实现感应电流法磁化；5）能够实现多向磁化；6）磁化变截面工件时，工件表面磁场分布均匀；7）有利于磁粉迁移；8）用于评价直流电（整流电）磁化发现的磁痕显示；9）适用于在役工件的检验，因为在