磁粉检测课程设计

1、 目 录1、摘 要 .22、磁粉探伤的原理和特点.33、主要磁化方法.4 31 磁轭法和交叉磁轭法 32 触头法 33 轴向通电法或中心导体法和线圈法 34 复合磁化法 35 平行电缆法 36 直流磁化法和交流磁化法4、磁粉探伤的工艺.75、柄管磁粉检测工艺卡.86、磁粉探伤工艺编制说明.97、磁粉检测报告.138、参考文献.141、摘 要 磁粉探伤是通过对铁磁材料进行磁化所产生的漏磁场，来发现其表面或近表面缺陷的无损检测方法。本文主要介绍了磁粉探伤的原理，磁粉探伤的方法，磁粉探伤的工艺，磁粉探伤在焊接件中的应用。随着我国国民经济的发展,我国压力容器的数量将日益增多。由此可见,在用压力容器的安

2、全运行是一项十分重要的安全工作,因此,加强在用压力容器无损检测就显得尤为重要。工业现代化进程日新月异,高温、高压、高速度和高负荷,无疑已成为现由于压力容器的使用条件恶劣,原材料中存在的缺陷、制造过程中遗留的缺陷或使用中产生的新生缺陷,均会导致其安全可靠性大幅下降,甚至产生灾难性的后果。已有的统计数据表明,在原材料中存在的与制造过程中产生的缺陷有70 %以上是表面缺陷,而在使用中产生的缺陷有90 %以上是表面缺陷或由表面缺陷导致的缺陷1 。断裂力学分析表明,表面和近表面缺陷的当量尺寸比埋藏缺陷大一倍,故其对压力容器安全性的影响至关重要。磁粉检测对表面缺陷有很高的检测灵敏度、准确性和可靠性,是最常

3、用、最直观、最经济方便的常规无损检测方法之一。这使得压力容器的磁粉检测具有十分重要的作用。关键词 无损检测 磁粉探伤 缺陷 检验2、磁粉探伤的原理和特点 磁粉探伤是通过磁粉在缺陷附近漏磁场中的堆积以检测铁磁性材料表面或近表面处缺陷的一种无损检测方法。磁粉探伤的基本原理：将待测物体置于强磁场中或通以大电流使之磁化，若物体表面或表面附近有缺陷（裂纹、折叠、夹杂物等）存在，由于它们是非铁磁性的，对磁力线通过的阻力很大，磁力线在这些缺陷附近会产生漏磁。当将导磁性良好的磁粉（通常为磁性氧化铁粉）施加在物体上时，缺陷附近的漏磁场就会吸住磁粉，堆集形成可见的磁粉迹痕，从而把缺陷显示出来，如图1所示。(a)

4、(b) 图1 磁粉探伤原理示意图 (a) 表面缺陷 (b) 近表面缺陷磁粉探伤的用途：在工业中，磁粉探伤可用来作最后的成品检验，以保证工件在经过各道加工工序（如焊接、金属热处理、磨削）后，在表面上不产生有害的缺陷。它也能用于半成品和原材料如棒材、钢坯、锻件、铸件等的检验，以发现原来就存在的表面缺陷。铁道、航空等运输部门、冶炼、化工、动力和各种机械制造厂等，在设备定期检修时对重要的钢制零部件也常采用磁粉探伤，以发现使用中所产生的疲劳裂纹等缺陷，防止设备在继续使用中发生灾害性事故。磁粉探伤的特点：磁粉探伤对钢铁材料或工件表面裂纹等缺陷的检验非常有效;设备和操作均较简单;检验速度快，便于在现场对大型

5、设备和工件进行探伤；检验费用也较低。但它仅适用于铁磁性材料；仅能显出缺陷的长度和形状，而难以确定其深度；对剩磁有影响的一些工件，经磁粉探伤后还需要退磁和清洗。3、主要磁化方法31 磁轭法和交叉磁轭法在压力容器制造和在用检验中,以焊缝检测为主,一般采用便携式磁轭探伤仪,其结构简单、重量轻、使用方便,在压力容器行业得到最广泛的应用,甚至有“磁轭打天下”的说法。磁轭法采用单关节和多关节磁轭纵向磁化工件,适用于大型工件的局部检测,如对接焊缝、角焊缝、筒体钢板母材及坡口等的检测。其特点是设备简单、操作方便,但由于须在同一部位至少作两次相互垂直的独立检测,故效率低,且易造成漏检。交叉磁轭法采用旋转磁场磁化

6、工件,适用于对接焊缝、母材、坡口及大口径筒体封头等局部检测。JB 4730 标准规定条件允许时可使用该方法。由于采用交叉磁轭能获得旋转磁场,灵敏可靠且探伤效率高,故在低碳钢和低合金钢焊缝的制造和在用检验中得到了广泛应用。采用旋转磁场磁化工件常用完全连续磁化法。其磁轭的行走速率一般应为23m/ min ;磁极端面与工件表面的间隙越小越好,一般1. 5mm;检验部位的方向一般限于向下和斜向下;磁悬液喷洒应使磁粉有足够时间聚集,并避免冲刷已形成的磁痕;观察磁痕应及时进行3 。JB 4730 标准规定磁轭法的磁化规范可根据灵敏度试片或提升力来确定。对于磁轭,当电磁轭极间距为200mm时,交流电磁轭至少

7、应有44N 的提升力,直流电磁轭至少应有177N 的提升力,其磁极间距应控制在50200mm ,但其有效磁化区域规定为两极连线两侧50mm 区域, 两次检测时应重叠15mm;对于交叉磁轭,其提升力要求88N。32 触头法 触头法作为周向磁化方法,也适用于大型工件的局部检测,包括坡口、焊缝层间、电弧气刨面、铸锻件材料及无法在固定式设备上进行探伤的大型结构和工件等的检测。触头法通常使用便携式或移动式探伤设备,其特点是电极间距及磁化规范可调,但也须在同一部位至少作两次相互垂直的独立检测,效率不高,且易造成漏检。由于存在电流的导入,可能产生过热、起弧或烧伤工件,对于热处理后的焊缝及有淬硬倾向材料制造的

8、压力容器等需限制使用。当触头法用于坡口和焊缝层间检测时,应在操作时注意保持触头与工件表面的良好接触后再通电磁化,并在关闭电源后再拿开触头,以免烧伤工件。有些材料或特殊用途的容器禁止使用铜触头。触头法磁轭的磁化规范可根据灵敏度试片来确定。其磁极间距应控制在75200mm。磁化电流的选取应保证在一定范围内灵敏度达到要求,工件厚度 20mm 时为3 4 倍间距的范围, 工件厚度20mm时为45 倍间距的范围。33 轴向通电法或中心导体法和线圈法对于制造螺栓螺母的棒材、抽样检验钢棒和钢管原材料缺陷状况的塔形试验件、无缝钢管和螺栓等轴类零件、法兰、凸圆及圆筒等,常用固定式或移动式设备进行轴向通电法或中心

9、导体法周向磁化和线圈法纵向磁化进行检测。对现场的管状工件,也常用电焊机电缆缠绕工件的绕电缆法或线圈法进行纵向磁化,用直接通电法或中心导体法进行周向磁化。轴向通电法或中心导体法和线圈法的磁化规范,可由JB 4730 标准规定的经验公式计算确定。34 复合磁化法复合磁化为同时在被检工件上施加两个或两个以上方向的磁场,其中一个必然是交流磁场,合成磁场的方向在被检区域内随着时间变化,一次磁化就能检出各种取向的缺陷。其主要优点是灵敏可靠,检测效率高。在管板焊缝的检测中应用效率高。手提式复合磁化磁粉探伤仪于集箱管子接头角焊缝等的检测,提高了可靠性,效率更是提高10 倍以上。35 平行电缆法平行电缆法可用于

10、较长尺寸的角焊缝等的检测,其优点是可用交流弧焊机替代专门的磁粉检测电源进行检测。但其磁化规范不能准确控制,只能采用灵敏度试片来确定。36 直流磁化法和交流磁化法由于集肤效应、焊缝表面磁场强度和分布规律、磁粉的振动有利于其迁移以及退磁等原因,交流磁化和整流磁化对表面缺陷的检测效果通常优于直流和永久磁铁(磁轭) 磁化,其应用范围更广泛。如充电式电瓶的直流磁轭探伤仪,虽然提升力指标远大于188N ,但针对表面缺陷的检测,其效果仍远差于交流磁轭探伤仪。4、磁粉探伤的工艺 根据被探件的材料、形状、尺寸及需检查缺陷的性质、部位、方向和形状等的不同，所采用的磁粉探伤方法也不尽相同，但其探伤步骤大体如下：1、

11、探伤前的准备 校验探伤设备的灵敏度，除去被探伤件表面的油污、铁锈、氧化皮等。2、磁化（1）确定探伤方法 对高碳钢或经热处理（淬火、回火、渗碳、渗氮）的结构钢零件用剩磁法探伤；对低碳钢、软钢用连续法。（2）确定磁化方法。（3）确定磁化电流种类 一般直流电结合干磁粉、交流电结合湿磁粉效果较好。（4）确定磁化方向 应尽可能使磁场方向与缺陷分布方向垂直。（5）确定磁化电流 磁化电流的选择是影响磁粉检验灵敏度的关键因素。磁化电流的大小一般是根据磁化方式再由相应的标准或技术文件中给出。（6）确定磁化的通电时间 采用连续法时，应在施加磁粉工作结束后在切断磁化电流。一般是在磁悬液停止流动后必须再通几次电，每次

12、时间为0.52s。采用剩磁法时，通电时间一般为0.21s。3、喷洒磁粉或磁悬液 采用干法检验时，应使干磁粉喷成雾状；湿法检验时，磁悬液需经过充分的搅拌，然后进行喷洒。4、对磁痕进行观察及评定 用于非荧光法检验的白色光强度应保证试件表面有足够的亮度。若发现有裂纹、成排气孔或超标的线形或圆形显示，均判定为不合格。5、退磁 当工件进行两个以上方向的磁化后，若后道工序不能克服前道工序剩磁影响时，应进行退磁处理。6、清洗、干燥、防锈7、结果记录5、 柄管磁粉检测工艺卡工件名称柄管工件牌号35#检测设备CEW-2000型磁粉探伤机检测范围表面及近表面检测方法湿法荧光法剩磁法磁悬液施加浸没磁痕记录 临摹草图

13、磁粉种类荧光磁粉磁悬液浓度（0.5-3.0）g/L检测环境黑光灯磁化方法一次周向（穿棒法）两次纵向（线圈法）磁化规范I1=875A I2=3.5A执行标准JB/T4730-2005验收等级I级退磁方法交流退磁主要步骤1、 预处理，去除工件上的铁锈、油污等污渍。2、 第一次周向磁化，将工件穿在铜棒上，夹紧铜棒并固定。电流I1为875A3、 施加磁悬液，将工件浸泡在荧光磁悬液中来回晃动几次，使漏磁场吸附足够的磁粉。4、 在黑光灯下观察并记录磁痕。5、 第二次纵向磁化，采取线圈法把工件平放在线圈中间，电流I2为3.5A。6、 施加磁悬液，将工件浸泡在荧光磁悬液中来回晃动几次，使漏磁场吸附足够的磁粉。

14、7、 在黑光灯下观察并记录磁痕。8、 退磁，用CEW-2000型磁粉探伤机的线圈进行退磁，退磁后要求剩磁小于0.3T。9、后处理，清洗干净工件。工件草图检验日期2012-12-20检验人员黎鹏审核人员6、磁粉探伤工艺编制说明仪器设备及环境 磁粉探伤设备必须符合GB3721的规定，在室温20正负5摄氏度，相对湿度不大于80%的条件下各回路绝缘强度在规定的50HZ正负交变试验电压作用下，历时一分钟无击穿或闪烁现象。整机对地绝缘电阻不小于1兆欧。周向磁化电流及纵向磁化安匝数应连续或断续可调，并有指示表指示，采用剩磁法是交流探伤应配断点相位控制器，退磁装置应能保证工件退磁后表面磁场强度小于0.3mT。

15、CEW2000磁粉探伤机磁粉检测方法按施加磁粉时间分类连续法 连续法是在外加磁场作用的同时对工件施加磁粉或是磁悬液，也称外加磁化法，适用于任何铁磁性材料。比剩磁法灵敏度高，但是效率低，有时会产生一些干扰缺陷磁痕，评定时杂乱显示。本次采用采用剩磁法做一次周向磁化和纵向磁化进行检测剩磁法 剩磁法是利用工件中的剩磁进行检验的方法。一般来说经淬火、调质渗碳、渗氮的高碳钢，合金钢都满足剩磁法的要求，剩磁法效率高、干扰小。磁粉检测方法按显示材料分类荧光法 以荧光磁粉做显示材料，它的检测灵敏度高，适用于精密零件的检测要求较高的工件通常要在暗室中紫光灯照射下进行。本次采用荧光法非荧光法 以普通磁粉做显示材料，

16、在自然光下进行检测，普通磁粉种类很多、适用广泛。磁化方法的选择周向磁化 是在工件中建立一个沿圆周方向的磁场，主要用于发现纵向和接近纵向的缺陷，常用方法包括直接通电法，中心导体法，穿电缆法和支杆法。先用穿棒法周向磁化再用线圈法纵向磁化纵向磁化 使工件得到一个与其轴线平行方向的磁场，用于发现与其轴线垂直的横向和接近横向的缺陷。常用的纵向磁化方法有线圈法，磁轭法和感应电流法。复合磁化 一般认为缺陷和磁化方向夹角应大于45度。由此可见，采用方向的一次磁化不能把所有的方向检测出，要对工件施加两个或两个以上不同方向的磁场。 磁 化 规 范周向磁化规范根据标准JB/T47302005，当采用穿棒法对工件磁化

17、，磁化时电流选择由公式：I=(2545)D对本零件而言采用I=25D，零件最大直径D=35，所以得到周向磁化电流为I=25D=25x35=875A周向I=875A 纵向磁化规范根据标准JB/T47302005，当工件纵向磁化时根据L/D的取值磁场强度，线圈中心的磁场强度可以分别取：长径比 磁化场磁化电流L/D10150奥斯特3.5A5L/D10250奥斯特4.5A2L/D5350奥斯特6.5AL/D2450奥斯特9.5A工件尺寸最大直径为35mm，最小直径为26mm，长度570mm。由于工件太长需要分两段磁化L/D=16在10L/D范围取3.5A线圈参数L=570mm D=35mm N=136

18、0由公式H=NI/L+D得 : 可求磁化电流为I=HL+D/N=3.5A纵向I=3.5A标准试片标准试片是磁粉检测的必备测试工具，它可以用来检查和评定设备性能，磁粉和磁悬液性能。磁化方法和磁化规范选择是否适当、操作方法是否正确；检查和评定磁粉检测的综合灵敏度。标准试片分为：A型标准试片、C型对比试片A型标准试片中央有圆形和十字形人工刻槽，分高中低三种灵敏度。灵敏度要求高时选A115/100试片；被检工件表面较小或是曲面，A1型试片使用不便时选用C115/50试片；特种设备一般选用A130/100试片；为了更准确的推断出被检工件的表面磁化状态，可选用D型或M1型标准试片。本实验选用A130/10

19、0试片即可达到要求。A130/100试片 磁痕分析 磁痕分为3类：由缺陷漏磁场产生的磁痕为相关磁痕；由非漏磁场产生的磁痕为非相关磁痕；由其它原因产生的磁痕为假磁痕。 磁痕分析首先要分出非相关磁痕和假磁痕，然后根据缺陷磁痕的特征辨别缺陷的种类。假磁痕产生的原因：1. 工件表面粗糙，会在凹陷处滞留磁粉。2. 工件表面氧化皮、锈蚀和油漆斑点、剥落边缘处容易滞留磁粉。3. 工件表面存在油脂、等赃物，都会粘附磁粉。 4. 磁悬液浓度太大、施加磁悬液方式不当，都可能造成假磁痕。假磁痕的堆积比较松散，在分散剂中漂洗可以洗去磁痕，如果是工件表面状态引起的假磁痕，可在工件表面上找到原因，其它原因引起的假磁痕，当

20、擦去磁痕后，对其进行校验时，原来假磁痕一般不会出来。非相关磁痕由漏磁场产生，但它不是有害缺陷的漏磁场，其产生原因主要有以下几个方面：1. 工件截面突变会改变工件内部磁力线的分布，在工件上孔洞、键槽、齿条等部位由于截面缩小，形成漏磁场。2. 工件磁导率不均匀会产生漏磁场，它将产生宽松、浅淡和模糊的磁痕。一般在下列位置常产生：冷作加工后未经热处理的材料，在变形量大的冷作硬化区边缘；局部淬火工件的不同热处理状态的交界处；两种钢材焊接交界处；被检材料有组织差异的部位；焊条金属与母材有磁性差异的焊缝；工件中有残余应力存在的部位。3. 磁写已经磁化的工件如与铁磁性材料接触、碰撞的部位就会有磁力线溢出表面，

21、形成漏磁场，所形成磁痕叫磁写，这种磁痕一般松散、模糊、线条不清晰。4. 磁化电流过大这些磁痕的共同特点是：磁痕模糊松散，痕迹不分明。结合工件形状就能找出原因并加以判断。相关磁痕在磁粉检测中常见的相关磁痕重要有：裂纹、发纹、折迭、白点、夹杂和疏松。在实际中根据工艺和磁痕的特征来确定缺陷的性质。1 .裂纹裂纹危害很大，根据成因不同可分为：锻造裂纹、焊接裂纹、磨削裂纹、应力裂纹和疲劳裂纹等。裂纹的磁痕一般磁粉堆积浓密，沿着裂纹走向，磁痕中部稍粗，端部尖细。锻造裂纹一般比较严重，有尖锐的根部或边缘，磁痕浓密清晰，呈折线状或弯曲线状，严重的摸去磁痕后可以看到裂纹。锻造裂纹一般出现在截面突变处，应力集中部

22、位。锻造裂纹一般有一定的密度和深度，一般趋于直线状或略有弯曲，尾部尖锐。磁痕浓密清晰，宽度较大，严重的裂纹直接可用肉眼观察到，细小的裂纹的磁痕有时会呈断续状。焊接裂纹根据形成机理可分为热裂纹和冷裂纹。焊缝裂纹产生在焊缝和母材的热影响区。有纵向裂纹、横向裂纹、还有星形的火口裂纹。两头尖细多有弯曲。磁痕一般浓密清晰可见，有直线状、弯曲状和放射状。磨削裂纹是对高硬度工件表面磨削产生的裂纹。磨削裂纹一般都尺寸较小，一般出现在磨削面上。往往不是单个存在，呈网状、放射状。以垂直与磨削方向的居多。磨削裂纹大都浅而细，磁痕堆积集中，轮廓较清晰。疲劳裂纹是工件在交变应力长期作用下形成的。疲劳裂纹以表面裂纹居多，

23、通常垂直于主应力方向。磁痕浓密，中间大，对称向两边扩展，两端尖细，轮廓清晰可见。应力腐蚀裂纹是在应力和腐蚀的双重作用下产生的裂纹。应力腐蚀起源于工件表面，方向与主应力垂直，它的深度长度往往比较大，最严重的是品界裂纹，会沿品枝裂，扩展。深度虽然比较大但裂纹宽度很小，肉眼根本无法看到。它的磁痕浓密，轮廓清晰，多有棱角，磁痕呈折线状，粗细较均匀。2.发纹发纹是原材料中的一种缺陷。钢中的非金属夹杂，气孔在轧制、拉拔过程中随金属伸长形成细细的裂纹。发纹通常呈细细流线方向，深度浅，宽度小，呈直线状。磁痕细而均匀，有时呈断续状。尾部不尖，摸去磁痕，肉眼不易看见。3.折迭 折迭是锻件中的常见缺陷。磁痕不太浓密，有时断续，轮廓不很清晰。4.白点 白点是对钢材危害很大的内部缺陷，在钢材的纵断面上呈现银白色的斑点。经机械加工后工件表面的白点磁痕