磁粉检测第3章

1、梁国利梁国利河南特种设备无损检测考委会考评员河南特种设备无损检测考委会考评员磁粉组组长磁粉组组长 （RTRT、UTUT、MTMT、PTPT、ECTECT）-级级 TOFD-TOFD-级级 联系方式： 1 磁粉探伤基础知识磁粉探伤基础知识1.1 磁粉探伤与磁性检测（分类方法）磁粉探伤与磁性检测（分类方法）漏磁场探伤：是利用铁磁性材料或工件磁化后，在表面和近表面漏磁场探伤：是利用铁磁性材料或工件磁化后，在表面和近表面如有不连续性（材料的均质状态即致密性受到破坏）存在，则在不如有不连续性（材料的均质状态即致密性受到破坏）存在，则在不连续性处磁力线离开工件和进入工件表面发生局部畸变产生磁极，连续性处磁

2、力线离开工件和进入工件表面发生局部畸变产生磁极，并形成可检测的漏磁场进行探伤的方法。漏磁场探伤包括磁粉探伤并形成可检测的漏磁场进行探伤的方法。漏磁场探伤包括磁粉探伤和利用检测元件探测漏磁场。其区别在于，磁粉探伤是利用铁磁性和利用检测元件探测漏磁场。其区别在于，磁粉探伤是利用铁磁性粉末磁粉，作为磁场的传感器，即利用漏磁场吸附施加在不连续粉末磁粉，作为磁场的传感器，即利用漏磁场吸附施加在不连续性处的磁粉聚集形成磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大性处的磁粉聚集形成磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。利用检测元件探测漏磁场的磁场传感器有磁带、霍尔元件、磁小。利用检测元件探测漏磁场的磁场传

3、感器有磁带、霍尔元件、磁敏二极管和感应线圈等。敏二极管和感应线圈等。1.2 磁粉探伤磁粉探伤Magnetic Particle Testing，简称，简称 MT1.3 磁粉探伤的适用性和局限性磁粉探伤的适用性和局限性1.4 磁粉探伤方法与其他表面探伤方法的比较磁粉探伤方法与其他表面探伤方法的比较 P.6 表表1-1 磁粉检测在压力容器定期检验中的重要性磁粉检测在压力容器定期检验中的重要性.5 磁粉探伤中使用的单位、磁粉探伤中使用的单位、SI单位与单位与CGS制的换算关系制的换算关系mAmAOe/80/104113MxWb8101GsT41012 磁粉探伤的物理基础磁粉探伤的物理基础2.1 磁粉

4、探伤中的相关物理量磁粉探伤中的相关物理量2.1.1 磁的基本现象磁的基本现象磁性、磁体、磁极、磁化磁性、磁体、磁极、磁化磁性磁性：磁铁能够吸引铁磁性材料的性质叫磁性。：磁铁能够吸引铁磁性材料的性质叫磁性。磁体磁体：凡能够吸引其他铁磁性材料的物体叫磁体。：凡能够吸引其他铁磁性材料的物体叫磁体。磁极磁极：靠近磁铁两端磁性特别强吸附磁粉特别多的区域称为磁极。：靠近磁铁两端磁性特别强吸附磁粉特别多的区域称为磁极。 每一小块磁体总有两个磁极。每一小块磁体总有两个磁极。磁化磁化：使原来没有磁性的物体得到磁性的过程叫磁化。：使原来没有磁性的物体得到磁性的过程叫磁化。2.1.2 磁场：具有磁性作用的空间磁场：

5、具有磁性作用的空间（a）马蹄形磁铁被校直成条形磁铁后N极和S极的位置 （b）具有机加工槽的条形磁铁产生的漏磁场 （c）纵向磁化裂纹产生的漏磁场 条形磁铁的磁力线分布 磁感应强度B与磁场强度H的比值称为磁导率，或称为绝对磁导率，用符号表示，表示材料被磁化的难易程度，单位 H/m . 不是常数，随磁场大小不同而改变，有最大值。不是常数，随磁场大小不同而改变，有最大值。n真空磁导率 o 在真空中，磁导率是常数， o 410-7 H/m2.2 铁磁性材料铁磁性材料2.2.1 磁介质磁介质磁介质分类磁介质分类能影响磁场的物质称为磁介质。各种宏观物质 都是磁介质。 磁介质分为：顺磁质、逆磁质（抗磁质）和铁

6、磁质。 磁粉探伤只适用于铁磁性材料，通常把顺磁性材料和逆磁性材磁粉探伤只适用于铁磁性材料，通常把顺磁性材料和逆磁性材料都列入非磁性材料。料都列入非磁性材料。2.2.2 磁畴磁畴铁磁性材料的磁畴方向a）不显示磁性； b）磁化 c）保留一定剩磁 当把铁磁性材料放到外加磁场中去时，磁畴就会受到外加磁场的作用，一是使磁畴磁矩转动，二是使畴壁发生位移，最后全部磁畴的磁矩方向转向与外加磁场方向一致，铁磁性材料被磁化，显示出很强的磁性。 高温情况下，磁体中分子热运动会破坏磁畴的有规则排列，使磁体的磁性削弱。超过居里点后，磁性全部消失，变为顺磁质。2.2.3 磁化过程磁化过程 (1)未加外加磁场时，磁畴磁矩杂

7、乱无章，对外不显示宏观磁性，如图 (a) (2)在较小的磁场作用下，磁矩方向与外加磁场方向一致或接近的磁畴体积增大， 而磁矩方向与外加磁场方向相反的磁畴体积减小，畴壁发生位移，如图 (b)。 (3)增大外加磁场时，磁矩转动畴壁继续位移， 最后只剩下与外加磁场方向比较接近的磁畴，如图 (c)。 (4)继续增大外加磁场，磁矩方向转动，与外加磁场方向接近，如图 (d)。 (5)当外加磁场增大到一定值时，所有磁畴的磁矩都沿外加磁场方向有序排列， 达到磁化饱和，相当于一个微小磁铁或磁偶极子，产生N极和S极，宏观上呈现磁性，如图 (e)。铁磁性材料的特性：n高导磁性n磁饱和性n磁滞性根据矫顽力Hc大小分为

8、软磁材料（Hc=8000A/m）软磁材料与硬磁材料的特征(1)软磁材料是指磁滞回线狭长，具有高磁导率、低剩磁、低矫顽力和低磁阻的铁磁性材料。软磁材料磁粉检测时容易磁化，也容易退磁。软磁材料如电工用纯铁、低碳钢和软磁铁氧体等材料。 (2)硬磁材料是指磁滞回线肥大，具有低磁导率、高剩磁、高矫顽力和高磁阻的铁磁性材料。硬磁材料磁粉检测时难以磁化，也难以退磁。硬磁材料如铝镍钴、稀土钴和硬磁铁氧体等材料。2.3电流的磁场电流的磁场2.3.1通电圆柱导体的磁场通电圆柱导体的磁场IdlHRIH2rIH222 RIrH)(2)(2122212RRrRrIH21RrR0HRr 1r1r22cosDLNILNIH

9、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，它对外加磁场有削弱作用，用符号场，它对外加磁场有削弱作用，用符号H表示。表示。 退磁场与材料的磁化强度成正比。退磁场与材料的磁化强度成正比。铁磁性材料磁化时，铁磁性材料磁化时，只要在工件上产生磁极，只要在工件上产生磁极，就会产生退磁场，就会产生退磁场，它削弱了外加磁场，所以工件上的有效磁场用它削弱了外加磁场，所以工件上的有效磁场用H表示，等于外加表示，等于外加磁场减去退磁场。其数学表达式为：磁场减去退磁场。其数学表达式为：MNH2.4.3 退磁因子退磁因子N影响试件退磁场大小的因素：影响

10、试件退磁场大小的因素：HHHo) 1(1ooNHH) 1(000000rNHHHHNHHBNHHHHSD2SLDL2mrNIsLNI2.6.2 缺陷的漏磁场分布缺陷的漏磁场分布3.1 磁化电流磁化电流3.1.1 交流电交流电rff50011.单相半波整流电单相半波整流电 主要和干法配合使用主要和干法配合使用2.三相全波整流电三相全波整流电3.1.4 冲击电流冲击电流3.1.5 选择磁化电流规则选择磁化电流规则 3.2 磁化方法磁化方法 3.2.1 磁场方向与发现缺陷的关系磁场方向与发现缺陷的关系 （磁场方向与缺陷垂直）（磁场方向与缺陷垂直） 磁粉检测的能磁粉检测的能力，取决于施力，取决于施加磁

11、场的大小加磁场的大小和缺陷的延伸和缺陷的延伸方向，还与缺方向，还与缺陷的位置、大陷的位置、大小和形状等因小和形状等因素有关。工件素有关。工件磁化时，当磁磁化时，当磁场方向与缺陷场方向与缺陷延伸方向垂直延伸方向垂直时，缺陷处的时，缺陷处的漏磁场最大，漏磁场最大，检测灵敏度最高。检测灵敏度最高。3.2.2 磁化方法的分类磁化方法的分类 根据工件的几何形状，尺寸大小和欲发现缺陷方向而在工件上建根据工件的几何形状，尺寸大小和欲发现缺陷方向而在工件上建立的磁场方向，将磁化方法一般分为周向磁化、纵向磁化和多向磁立的磁场方向，将磁化方法一般分为周向磁化、纵向磁化和多向磁化（复合磁化）。化（复合磁化）。 1.

12、周向磁化方法周向磁化方法 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并与工件轴相垂直的周中的导体，旨在工件中建立一个环绕工件的并与工件轴相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。行的缺陷。3121.轴向通电法2.中心导体法（芯棒法）3.偏置芯棒法偏置芯棒法4.触头法（支杆法）触头法（支杆法）5.感应电流法感应电流法8.8.磁轭法磁轭法是用固定式电磁轭两磁极夹住工件进行整体磁化，或用便携式电磁轭两

13、磁极接触工件表面进行局部磁化，用于发现与两磁极连线垂直的缺陷。如图3-26和3-27所示。n在磁轭法中，工件是闭合磁路的一部分，用磁极间对工件感应磁化，所以磁轭法也称为极间法，属于闭路磁化。n磁轭法分为整体磁化和局部磁化。n整体磁化如图3-26所示。n局部磁化如图3-27所示。（2 2）整体磁化）整体磁化 用固定式电磁轭进行整体磁化的要求：用固定式电磁轭进行整体磁化的要求：（3）局部磁化）局部磁化 用便携式电磁轭的两极与工件接触，使工件得到局部磁化，两极间的磁感应线大体上平行于两磁极的连线，有利于发现与两磁极连线垂直的缺陷。n便携式电磁轭，磁极间距L一般控制在75200mm为宜，但最短不得小于

14、75mm。因为磁极附近25mm范围内，磁通密度过大会产生过渡背景，有可能掩盖相关显示。nJB/T 4730.4-2005中3.8.5条规定：磁轭的磁极间距应控制在75200mm之间，检测的有效区域为两极连线两侧各50mm的范围，磁化区域每次应有不少于15mm的重叠。n采用磁轭法磁化工件时，其磁化电流应根据标准试片实测结果来选择；如果采用固定式磁轭磁化工件时，应根据标准试片实测结果来校验灵敏度是否满足要求。n采用磁轭法应考虑的因素：a 有效磁化范围的确定 b 工件上的磁场分布 c 活动关节的影响d 通过测量提升力来控制探伤灵敏度 e 磁极与工件间隙的影响f 交流电的趋肤效应的影响 （表面缺陷检测

15、灵敏度高）g 直流电对近表面的缺陷检测灵敏度较高h 直流电磁轭不适用厚工件的探伤 I 永久磁铁的使用磁轭法的优缺点和适用范围。n纵向磁化方法的选择及使用中注意事项纵向磁化方法的选择及使用中注意事项 使用时的注意事项 （只适用于连续法）（1） 磁化场对检测灵敏度的影响 对旋转磁化来说，由于其合成磁场方向是不断的随时旋转着的，任何方向的缺陷都有机会与某瞬时的合成磁场垂直，从而产生较大的缺陷漏磁场而形成磁痕。但是，只有当旋转磁场的长轴方向与缺陷方向垂直时才有利于形成磁痕。因此，不能认为只要使用旋转磁场，不管如何操作就一定能发现任何方向的缺陷，这种认识是错误的。（2） 交叉磁轭必须在移动时才能检测 （

16、静止时也可以） 交叉磁轭磁场分布无论在四个磁极的内侧还是外侧，磁场分布是极不均匀的。只有在几何中心点附近很小的范围内，其旋转磁场的椭圆度变化不大，而离开中心点较远的其它位置，其椭圆度变化很大，甚至不形成旋转磁场。因此，使用交叉磁轭进行探伤时，必须连续移动磁轭，边行走磁化边施加磁悬液。只有这样操作才能使任何方向的缺陷都能经受不同方向和大小磁场的作用，从而形成磁痕。（3） 行走速度与磁化时间交叉磁轭的行走速度对检测灵敏度至关重要，因为行走速度的快慢决定着磁化时间。而磁化时间是有要求的，磁化时间过短缺陷磁痕就无法形成。所以标准规定，速度不能超过4m/min，这也是为了保证不漏检必须控制的工艺参数11

17、. 11. 直流磁轭与交流通电法复合磁化直流磁轭与交流通电法复合磁化tSinHHy03.3 磁化规范磁化规范3.3.1 3.3.1 磁化规范及其制定磁化规范及其制定 磁化规范:对工件磁化时，选择磁化电流值或磁场强度值所遵循的规则称为磁化规范。n磁化规范要合适，磁粉检测时应使用既能检测出所有的有害缺陷，又能区分磁痕显示的最小磁场强度进行检测。因为磁场强度过大易产生过渡背景，会掩盖相关显示；磁场强度过小，磁痕显示不清楚，难以发现缺陷。1 制定磁化规范应考虑的因素 首先根据工件的材料、热处理状态和磁特性，确定采用连续法还是剩磁法检验；还要根据工件的尺寸、形状、表面状态和欲检出缺陷的种类、位置、形状及

18、大小，确定磁化方法、磁化电流种类和有效磁化区，制定相应的磁化规范。2 制定磁化规范的方法 (参考标准3.8条） (1)用经验公式计算 (2)用毫特斯拉计测量工件表面的切向磁场强度 施加在工件表面的切向磁场强度为2.44.8KA/m，剩磁法检测时应达到14.4KA/m（3）利用材料的磁特性曲线，确定合适的磁场强度。（4）用标准试片确定 (形状复杂的工件，难以用计算法求得磁化规范时，把标准试片贴在被磁化工件不同部位，可确定大致理想的磁化规范。) 制定周向磁化规范的的基本原则制定周向磁化规范的的基本原则规范规范名称名称检测方法应用范围连续法剩磁法严格严格规范规范 H2H3（基本饱和区） H3以后（饱

19、和区） 适用于特殊要求或进一步鉴定缺陷性质的工作标准标准规范规范 H1H2（近饱和区） H3以后（饱和区） 适用于较严格的要求放宽放宽规范规范 HmH1（激烈磁化区） H2H3（基本饱和区） 适用于一般的要求 （发现较大的缺陷）3.3.2 3.3.2 轴向通电法和中心导体法磁化规范轴向通电法和中心导体法磁化规范 轴向通电法和中心导体法的磁化规范按表3-3计算 n中心导体法可用于检测工件内、外表面与电流平行的纵向缺陷和端面的径向缺陷。外表面缺陷检测时应尽量使用直流电或整流电。n磁化规范公式的来源：轴向通电法磁化电流公的计算公式为H=I/D3.3.2 轴向通电法和中心导体法磁化规范轴向通电法和中心

20、导体法磁化规范 轴向通电法和中心导体法的磁化规范按下表计算轴向通电法和中心导体法的磁化规范按下表计算 表3.3 轴向通电法和中心导体法磁化规范检验方法检验方法磁化电流计算公式磁化电流计算公式ACFWDC连续法连续法I=（815）DI=（1232）D剩磁法剩磁法I=（2545）DI=（2545）D注：I磁化电流， A； 圆柱形工件 D工件直径，mm 对于非圆柱形工件，工件横截面最大尺寸，mm 例 一截面为50mm50mm，长为1000mm的方钢，要求工件表面磁场强度为8000A/m，求所需的磁化电流值？解：略 3.3.3 偏置芯棒法磁化规范 当采用中心导体法磁化时，若工件直径大、设备的功率不能满

21、足时，可采用偏置芯棒法磁化。应依次将芯棒紧靠工件内壁（必要时对与工件接触部位的芯棒进行绝缘）停放在不同位置，以检测整个圆周，在工件圆周方向表面的有效磁化区为芯棒直径d的4倍，并应有不小于10%的磁化重叠区。磁化电流仍按表3-3中的公式计算，只是工件直径D要按芯棒直径加两倍工件壁厚之和计算。3 . 69 . 0100570%1014DLN工件厚度工件厚度T (T (mm)磁化电流计磁化电流计I I （A A）T19I=（3.54.5）LT19I=（45）L注：注： I磁化电流磁化电流A；L两触头间距。两触头间距。以上各式中：I施加在线圈上的磁化电流，A； N线圈匝数； R线圈半径，mm； L工件

22、长度，mm； D工件直径或横截面上最大尺寸，mm。 5/61690DLRIN（10%）2/35000DLIN（10%）DLIN/45000（10%）(3)中填充因数线圈线圈横截面积与被检工件横截面积之比2并10倍时，线圈的安匝数为：注：很多条注：很多条 对于中空的非圆筒形工件，对于中空的非圆筒形工件，Deff的计算为：的计算为： 式中式中：At工件总的横截面积，工件总的横截面积，mm2； Ah工件空心部分横截面积，工件空心部分横截面积，mm2。82)(810)(1YINYININh)(2hteffAAD对于圆筒形工件对于圆筒形工件，Deff的计算为：的计算为：608010022220IeffD

23、DD220IeffDDD答：需663A磁化电流值。 lhhNINIYINYININ)(25. 0)(75. 082)(810)(145001045000/45000)(1DLNI292012350002)/(35000)(DLNIh讨论：由计算结果可看出，用高、中、低填充因数线圈磁化同一工件时，所需安匝数依次为2920、3315和4500，逐渐递增，因此若线圈匝数相同，低填充因数线圈要达到同样的磁化效果需要更大的磁化电流。L/D 磁场强度：（磁场强度：（KA/m）2528 5102010123.3.6 磁轭法1.磁轭法的提升力 磁轭法的提升力是指通电电磁轭在最大磁极时（有的指磁极间距为200mm时），对铁磁性材料（工件）的吸引力是多少。n磁轭的提升力大小反映了磁轭对磁化规