（中职）焊接检测技术第5章教学课件

1、YCF正版可修改PPT（中职）焊接检测技术第5章教学课件5.1 磁粉检测原理与影响漏磁场的因素5.2 工件磁化方法5.3 磁粉及磁悬液5.4 磁粉检测过程第5章 磁粉检测磁粉检测是用于检测铁磁性材料和工件（包括铁、镍、钴等）表面上或近表面的裂纹及其他缺陷。磁粉检测对表面缺陷最灵敏，对表面以下的缺陷随埋藏深度的增加检测灵敏度迅速下降。采用磁粉检测方法检测磁性材料的表面缺陷，比采用超声波或射线检测的灵敏度高，而且操作简便、结果可靠、价格便宜。因此它被广泛用于磁性材料表面和近表面缺陷的检测。对于非磁性材料如有色金属、奥氏体不锈钢、非金属材料等不能采用磁粉检测方法。但当铁磁性材料上的非磁性涂层厚度不超

2、过50m时，对磁粉检测的灵敏度影响很小。5.1.1磁粉检测原理磁粉检测的基本原理为：当材料或工件被磁化后，若在工件表面或近表面存在裂纹、冷隔等缺陷，便会在该处形成一漏磁场。此漏磁场将吸引、聚集检测过程中施加的磁粉，而形成缺陷显示。因此，磁粉检测首先是对被检工件加外磁场进行磁化，外加磁场的获得一般有两种方法：一种是由可以产生大电流（几百安培至上万安培）的磁力检测机直接给被检工件通大电流而产生磁场；5.1 磁粉检测原理与影响漏磁场的因素返回下一页另一种是把被检工件放在螺旋管线圈产生的磁场中，或是放在电磁铁产生的磁场中使工件磁化。工件被磁化后，在工件表面上均匀喷洒微颗粒的磁粉（磁粉平均粒度为510m

3、），一般用Fe3O4、或Fe2O3作为磁粉。如果被检工件没有缺陷，则磁粉在工件表面均匀分布。当工件上有缺陷时，由于缺陷（如裂纹、气孔、非金属夹杂物等）内含有空气或非金属，其磁导率远远小于工件的磁导率，由于磁阻的变化，位于工件表面或近表面的缺陷处产生漏磁场，形成一个小磁极，如图5-1所示。磁粉将被小磁极所吸引，缺陷处由于堆积比较多的磁粉而被显示出来，形成肉眼可以看到的缺陷图像。为了使磁粉图像便于观察，可以采用与被检工件表面有较大反衬颜色的磁粉。常用的磁粉有黑色、红色和自色。为了提高检测灵敏度，还可以采用荧光磁粉，在紫外线照射下使之更容易观察到工件中缺陷的存在。5.1 磁粉检测原理与影响漏磁场的因

4、素返回下一页上一页5.1.2影响漏磁场的因素磁粉检测中能否发现缺陷，首先决定于工件缺陷处漏磁场强度是否足够大，要提高磁粉检测灵敏度，即提高发现更细小缺陷的能力，就必须提高漏磁场的强度。缺陷处漏磁场强度主要与以下因素有关。1.被检工件中的磁感应强度B工件中磁感应强度越大，则缺陷处的漏磁场强度越大。一般情况下，工件中磁感应强度达到0.8T（特）左右即可保证缺陷处的漏磁场能够吸附磁粉。2.磁导率是磁通量密度B与磁场强度H的比值，不同材料工件由于磁导率不同，在同样外磁场强度时的磁感应强度也不同。铁磁性物质的磁导率比非铁磁性物质的磁导率要大几个数量级，容易获得足够大的磁感应强度；而非磁性物质则不能获得足

5、够大的磁感应强度，因而不能采用磁粉检测方法来检测。5.1 磁粉检测原理与影响漏磁场的因素返回下一页上一页不同铁磁性材料的磁导率也有差异，为了达到足够大的磁感应强度，应选用不同强度的外磁场进行磁化。这就是在对不同磁性材料工件进行检测时选用不同磁化规范的原因。3.缺陷本身的状况缺陷的宽窄、深度与宽度之比、缺陷埋藏深度及倾角方向等缺陷本身的状况也会影响漏磁场强度，因此，对于具有相同磁感应强度的被检工件，在不同缺陷处的漏磁场强度也有差异。当缺陷离工件表面较深时，受干扰的磁力线没有被挤出工件表面，就不会产生漏磁场。也就是说，离工件表面比较深的缺陷用磁粉检测检查不出来。另外，同样深度的缺陷由于形状与位置不

6、同，能检出的程度也不一样。例如，当被检工件近表面缺陷的方向与磁场相垂直时就容易被检出。当然，能检出缺陷的深度与工件的磁感应强度有关，磁感应强度越大，越能检出埋藏深度大的缺陷。工件表面缺陷处的漏磁场密度与缺陷深度几乎成正比关系。5.1 磁粉检测原理与影响漏磁场的因素返回下一页上一页缺陷深度越长，越容易显示。缺陷深度与宽度之比很重要，实践证明，缺陷的深度与宽度之比越小，则引起的漏磁越少，两者之比不大于一时所引起的漏磁极少，不容易引起磁痕。5.1 磁粉检测原理与影响漏磁场的因素返回上一页磁粉检测关键在于如何在被检工件上建立起磁场。因此，首先需对被检工件施加外磁场进行磁化。5.2.1磁化方法的分类当缺

7、陷方向与磁力线方向垂直时，缺陷显示最清晰。其夹角小于45时，灵敏度明显降低。方向平行则缺陷有可能不显示。因此要尽可能选择有利于发现缺陷的方向磁化。对于形状复杂的工件，往往需要综合采用各种磁化方法。现将各种磁化方法介绍如下。（1）通电法。将工件夹在检测机夹头之间，电流从工件上通过，形成周向磁场，可发现与电流方向平行的缺陷。适合检测中小工件，如图5-2（a）、（b）所示。（2）支杆法。用支杆触头或夹钳接触工件表面，通电磁化。适用于焊缝或大型部件的局部检测，如图5-2（c）所示。（3）穿棒法（芯棒法或中心导体法）。将导体穿入空心工件，电流从导体上流过形成周向磁场，可发现与电流方向平行的缺陷，如图5-

8、2（d）所示。5.2 工件磁化方法返回下一页适合检测管材、壳体、螺帽等空心工件的内、外表面。导体材料可以是铜、铝和钢，如果工件的孔不是直的，可用软电缆代替棒状导体。如果工件较大，可用偏置穿棒法。（4）线圈法。工件放于通电线圈内，或用通电软电缆绕在工件上形成纵向磁场，有利于发现与线圈轴垂直的缺陷，如图5-2（e）所示。（5）磁扼法（极间法）。将工件夹在电磁铁的两极之间磁化，或用永久磁铁对工件局部磁化。该方法适合大型工件局部检测，或不可拆卸的工件检测，如图5-2（f）所示。（6）感应电流法。将环形件当成变压器次级线圈，利用磁感应原理，在工件上产生感应电流，再由感应电流产生环形磁场。可发现环形工件上

9、的圆周方向的缺陷。适用于检测薄壁环形件、盘件、轴承、座圈等，如图5-2（g）所示。（7）复合磁化。将周向磁化和纵向磁化组合在一起，一次可发现不同方向的缺陷，如图5-3（a）所示。5.2 工件磁化方法返回下一页上一页（8）直电缆法。电流通过与受检工件表面平行放置的电缆来磁化工件。可发现与电缆平行的缺陷，如图5-3（b）所示。5.2.2磁化方法的选择磁化方法要根据被测件的磁性、形状、尺寸、预测的缺陷性质（种类、位置、方向等）来合理地选择。在选择磁化方法时，要特别考虑以下三个因素。（1）要尽可能考虑使磁场方向与预测缺陷的方向成直角。（2）要尽可能考虑使磁场方向与检测面平行。如果磁场方向与检测面不平行

10、，那么从表面出入的磁力线会造成磁粉的吸附，缺陷的磁粉显像就不清楚，使检测变得困难。（3）要尽可能减小反磁场的影响。在磁化强磁体时，由物体中产生的磁极而引起的磁场称为反磁场，它的方向与外加磁场的方向相反，而部分地抵消外加磁场。反磁场的影响在用线圈磁化短件时表现特别显著。5.2 工件磁化方法返回下一页上一页但这时两端伸出延续铁棒就能减小反磁场。在用线圈法磁化长试件时，为了减小反磁场，最好将线圈尽量做长些。5.2.3磁化规范的选择磁粉检测时，要制定合理的磁化规范。磁化规范是指各种磁化方法所选择的磁化电流。改变磁化电流就等于改变漏磁场强度，只有磁化电流选择合适，才能避免因磁化不足、磁场强度不够而产生缺

11、陷的漏检，因此磁化规范对检测的灵敏度影响很大。但磁化电流也不能无限制地增大，电流太大，除了造成不必要的浪费，还会影响检测效果，使一些非缺陷磁痕得以显示。1.周向磁化规范用直接通电法磁化圆棒、圆筒及类似工件时，磁化电流可根据式（5-1）选择，即I=815D （5-1）5.2 工件磁化方法返回下一页上一页式中 I-磁化电流，A； D工件直径，mm用穿棒法检测管状工件时，也可以采用式（5-1）选择磁化电流，式中的D是指工件的外径，且由于穿棒与工件内孔之间一般都有间隙，为弥补间隙对磁场的影响，所选的磁化电流应略高于计算值。2.纵向磁场磁化规范产生纵向磁场一般是使用线圈使工件磁化。磁场强度的大小不仅取决

12、于磁化电流，还取决于线圈的匝数。所以工件磁化规范用线圈匝数和通电电流的乘积，即安匝数来表示。用线圈法磁化棒、管类工件时，磁化规范可根据式（5-2）和式（5-3）来选择，即当L/D4时 （5-2）5.2 工件磁化方法返回下一页上一页当2L/D4时 （5-3）式中I-磁化电流，A； N线圈匝数； L工件长度，mm； D工件直径或厚度，mm这里需要指出，当L/D2时，必须把若干个工件串接起来磁化。3.触头法磁化规范用触头法磁化焊缝时，磁化电流可根据下式选择，即 I=KS式中I磁化电流，A；K比例系数，当工件厚度19mm时，K=3.54.5；当（19mm时，K=45；S两支杆间距离，mm。5.2 工件

13、磁化方法返回上一页磁粉检测按显示方法的不同可分为湿粉显示和干粉显示两种。湿粉显示法是先把磁粉配制成一定浓度的水磁悬浮液或油磁悬浮液，检测时磁悬液均匀地喷洒在被检工件表面上，工件表面上缺陷处的漏磁将吸附磁粉，形成磁痕而显示出缺陷。磁悬液具有良好的流动性，因此，能同时显示工件整个表面上的微小缺陷。由于操作简单，灵敏度高，这种方法得到广泛应用。干粉显示法用的磁粉必须充分干燥，被检工件表面也必须充分干燥，否则由于磁粉流动性差，不容易均匀分布而影响缺陷显示。干粉显示时，一般将磁粉喷雾于工件表面后，再将没有被吸引的剩余磁粉吹去，工件表面上所剩的是缺陷处被漏磁吸附形成的磁痕。下面分别介绍磁粉和磁悬液。5.3

14、.1磁粉磁粉是一种由高磁导率和低矫顽力材料组成的粉末状微粒，常用的有黑色、棕色和表面涂有银自色或荧光物质的磁粉，可根据工件表面颜色的不同来选择使用。5.3 磁粉及磁悬液返回下一页在磁粉检测中，磁粉的作用十分重要，它应能够被缺陷处的微弱漏磁场所吸附，显示出用肉眼可见的图像。因此，应对磁粉性能提出下列几点要求。（1）磁粉粒度。粗磁粉在工件表面移动时很难被微弱的磁场吸牢，而过细的磁粉则会钻附在无缺陷的工件表面上，造成本底模糊（特别是粗糙表面）。对湿法来说，磁粉粒度比干法要细得多，粒度大于60m的磁粉不能用于磁悬液，一般磁悬液用的磁粉粒度约为2m荧光磁粉的粒度比较大，这是因为需要在铁磁性材料表面钻附有

15、一层荧光物质，这种磁粉的粒度一般在525m之间，平均值为810m。虽然荧光磁粉的颗粒度比较大，但由于它能得到比较高的对比度，因而具有较高的检测灵敏度，所以大多数湿法显示都采用荧光磁粉配制磁悬液。采用干法检测时，尽管因亚微米颗粒的特细磁粉会像尘埃一样，聚集在精加工的工件表面上，而掩盖被检缺陷的显示，但总的来说，随着粒度减小灵敏度是提高的。5.3 磁粉及磁悬液返回下一页上一页尽管如此，比较理想的磁粉粒度是在最佳的条件下，给出磁粉的粒度分布。标准干磁粉的颗粒度为5150m的均匀混合物，最大颗粒不超过200m，在这样的磁粉中，较细的颗粒往往有助于磁粉的移动，而较粗的磁粉则有良好的灵敏度并使细粉块裂散。

16、（2）磁粉相对密度。湿法和干法所用磁粉材料的选择应有严格限制。一般来说，干法所用磁粉是相对密度为8的铁粉，而湿法用磁粉是相对密度约为4.5的铁磁性氧化物。调整磁粉相对密度的唯一办法是与染料磁结。磁粉相对密度与磁性之间的内在关系使干法检测的潜在灵敏度在某些方面受到限制。干法检测要求的磁粉，以铁粉为代表，应具有非常高的磁导率、非常低的剩磁和矫顽力，这就意味着磁粉相对密度要大。因此，甚至非常细的磁粉，其相对密度也几乎是湿法用磁粉的2倍。基于这个原因，采用干法时，要求吸附磁粉所需的磁场强度要比湿法的大，而实际上这是不可行的。5.3 磁粉及磁悬液返回下一页上一页要求磁粉粒度小于2m也是不现实的，因此，对

17、于非常细小的缺陷，干粉显示的灵敏度不如湿粉显著。（3）磁粉形状。磁粉形状对磁粉性能和检测效率影响很大，当磁粉处于磁场的影响下时，便出现沿磁场磁力线排列成行的趋势。条状磁粉容易被磁化而有助于缺陷的显示。但实际上采用的磁粉不可能完全由条状磁粉来组成，因为全部由条状颗粒所组成的磁粉不但成本昂贵，而且由于严重结块而降低灵敏度，并且还会导致磁粉活动性不良。为确保良好的活动性，一般理想的磁性材料应有足够的球状颗粒和高比例的条状颗粒所组成，这是因为球状磁粉具有良好的流动性。虽然荧光磁粉由于其分辨力高，而且颗粒一般比较大，因而对荧光磁粉的形状与非荧光磁粉相比显得不那么重要，但在纵向磁化时还是有益的。因此，在未

18、磁结荧光物质前的磁粉，仍应含有高比例的条状颗粒。也有人认为由于检测漏磁场时，是靠磁粉的移动去显示缺陷，因此，磁粉形状应以球形颗粒为主，配以一定比例的条形颗粒。5.3 磁粉及磁悬液返回下一页上一页（4）磁粉磁性。所有材料的磁性磁导率、剩磁和矫顽力，通常都以其饱和值来引用，但在磁粉检测时是达不到饱和的，一般仅仅是起始磁响应。因此，磁粉应具有很高的磁导率以促进快速响应，比较容易地被缺陷附近的很微弱的漏磁场所磁化。要求低剩磁和较低的矫顽力，以免形成不良的衬底和在检测后可以快速除去磁粉。当然磁导率高的磁粉不一定总能得到高的检测灵敏度，如干粉检测时所用的磁粉的磁导率比用于磁悬液的磁粉高得多，但它的灵敏度反

19、而比磁悬液的灵敏度低。因此，不能孤立地在磁导率和灵敏度之间得到一个简单的相互关系。剩磁和矫顽力也不是越低越好，因为完全没有剩磁和矫顽力会妨碍磁粉的纵向磁化，而纵向磁化对确保缺陷图像的形成是极为重要的。（5）磁粉识别力。磁粉检测必须保证在大多数被检工件表面获得良好的对比度和识别，在银灰色的磁粉表面上染上各种颜色（例如，Fe2O3是红色的，Fe3O4是黑色的，其他还有蓝色、紫色、棕色、灰色、黄色、绿色和自色等），特别是涂上荧光物质的磁粉能够非常有效地提高识别力。5.3 磁粉及磁悬液返回下一页上一页一般磁粉在可见光下进行检测，荧光磁粉需在比较暗的地方、在紫外线（黑光）照射下进行识别。但当检测大型铁磁

20、性工件而又不能得到规定暗度区域时，最好采用可见光和紫外线两用的磁粉。例如，两用的橙色、蓝色、紫色、红色、粉红色、绿色和黄色磁粉，均可在两种形式的照明下使用。换句话说，在自炽光照射下十分醒目，而在紫外线的照射下也能发出强烈的荧光。5.3.2磁悬液（1）湿法用磁悬液应保持一定的磁粉浓度。例如，荧光磁粉每升为12g，非荧光磁粉每升1025g，使其既能保证有足够磁粉流经缺陷部位，同时，又保证清晰的衬底而便于观察。浓度过低则流经缺陷部位的磁粉量过少，缺陷显示不明显；浓度过高则工件表面衬底过浓，干扰缺陷的显示。因此，在检测表面粗糙的工件时，应采用浓度稍低的悬浮液。在检测设备、磁悬液的使用方式、工件及所检测

21、缺陷类型等已给定的情况下，最佳磁悬液的浓度只能用实验得到。5.3 磁粉及磁悬液返回下一页上一页（2）磁悬液应保持适当的黏度。黏度过大则磁悬液中的磁粉受阻，不容易被缺陷处的漏磁场吸附，不但延缓显像，而且所得磁粉痕迹也不清晰；黏度过小则因流动过快而影响缺陷处漏磁场对磁粉的吸附；另一方面，黏度过小的磁悬液由于磁粉容易沉淀而造成磁悬液的浓度不匀。磁悬液的黏度大小首先决定于悬浮磁粉用的载液的黏度，载液的黏度应能使磁粉悬浮而又不影响磁悬液的渗透性能。磁悬液中还可以加入适量的表面活性物质，以减少磁悬液的表面张力，使其喷洒到被检工件表面后能迅速覆盖整个检测区域。另外，磁悬液中还应加入防锈剂（特别是以水为载液的

22、磁悬液），以防止工件在检测后因有水迹而锈蚀。油磁悬液的运动黏度在20时应在（615）10-6m2/s范围内，水磁悬浮液的运动黏度在20时应在（4.55）10-6m2/s范围内。一般情况下，磁粉检测中普遍用水代替油作磁悬液的悬浮载体，这是因为水磁悬液方法简便，检测灵敏度较高，运动黏度较小，检测速度提高，成本较低，而且没有着火危险。5.3 磁粉及磁悬液返回下一页上一页（3）磁悬液在使用过程中为避免磁粉聚沉，需用循环泵不断搅动。但循环泵的剪切力会使磁粉和在它表面上附着的染料分离或使磁粉破碎、粒度下降，出现被剥离的非磁性杂质和非常细的磁粉，必然造成增强背景，反过来造成对检测的“干扰”，致使检测灵敏度下

23、降。因此，必要时需定期进行更换。5.3 磁粉及磁悬液返回上一页5.4.1焊缝磁粉检测的一般工艺过程根据被检测件的材料、形状、尺寸及需检查缺陷的性质、部位、方向和形状等的不同，所采用的磁粉检测方法也不尽相同，但其检测的一般工艺过程大体如下。1.检测前的准备校验检测设备的灵敏度，除去被测件表面的油污、铁锈、氧化皮等。2.磁化（1）确定检测方法。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检测；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。5.4 磁粉检

24、测过程返回下一页（5）确定磁化电流。磁化电流的选择是影响磁粉检测灵敏度的关键因素。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再切断磁化电流。一般是在磁悬液停止流动后必须再通几次电，每次时间为0.52s。采用剩磁法时，通电时间一般为0.21s。3.喷撒磁粉或磁悬液采用干法检测时，应使干磁粉喷成雾状，湿法检测时，磁悬液需经过充分的搅拌，然后进行喷撒。4.对磁痕进行观察及评定对钢制压力容器的磁粉检测，必须用210倍放大镜观察磁痕。用于非荧光法检测的自色光强度应保证试件表面有足够的亮度。用荧光磁粉检测时，被检表面黑光强

25、度应不少于970lx。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。5.4 磁粉检测过程返回下一页上一页5.退磁剩磁的存在将影响工件的使用，例如它会影响仪表的正常工作和造成对精密仪表正常工作的干扰，会因吸附铁屑而影响切削加工，以及影响磁粉的清除等。因此，在磁粉检测后必须对工件进行退磁。6.清洗、干燥、防锈清洗磁粉彻底清除孔和空腔内的所有堵塞物，并且在通风处干燥，做防锈处理。7.结果记录记录磁化过程、试件状况、磁化电流、磁化方式、磁痕的解释和评定、检测日期、操作者和评定者以及最终检测结果。5.4.2磁粉检测验收标准工件的磁粉检测验收标准有各式各样的，有的根据工件的类型有统一的标准

26、，但很多工件各自遵循专用的技术条件或验收标准，现以压力容器磁粉检测诊断标准（JB4730-1994）为例简单介绍如下。5.4 磁粉检测过程返回下一页上一页JB4730-1994标准规定：除能确认磁痕是由于工件材料局部磁性不均匀或操作不当造成的之外，其他一切磁痕显示均作为缺陷磁痕处理。长度与宽度之比大于3的缺陷磁痕按线性缺陷处理；长度与宽度之比不大于3的缺陷磁痕，按圆形磁痕处理；缺陷磁痕长轴方向与工件轴线或母线的夹角不小于30。时，作为横向缺陷处理；其他按纵向缺陷处理；两条或两条以上缺陷磁痕在同一直线上且间距不大于2mm时，按同一条缺陷处理，其长度为两条缺陷之和加间距，长度小于0.5mm的缺陷磁

27、痕不计。不允许存在这些缺陷：任何裂纹和自点；任何横向缺陷显示；焊缝及紧固件上任何长度大于1.5mm的线性缺陷显示；锻件上的任何长度大于2mm的线性缺陷显示；单个尺寸不小于4mm的圆形缺陷显示。其他缺陷按表5-1所示进行缺陷显示累积长度的等级评定。5.4 磁粉检测过程返回下一页上一页5.4.3典型焊接产品磁粉检测实例随着科学不断发展，对产品质量要求越来越高。由于磁粉检测的优越性，故广泛用于锻钢件、铸钢件、焊接件制造中的质量检测，以及在役工件的质量检测。凡铁、镍、钴和其他许多合金以及碳素钢与某些合金钢等导磁性金属均可采用磁粉检测控制质量。检测前需根据工件材料的磁特性、热加工、冷加工制造工艺、工件几

28、何形状、表面状态、使用状态和受力情况等因素综合分析，选择适当阶段、设备及检测工艺对工件进行最有效的质量控制。以下介绍焊接件诊断检测应用实例。1.带摇臂轴（1）目的对象。对带摇臂轴进行多次检测，分别控制原材料质量和机加工、焊接等工艺质量。（2）原理方法。该轴是飞机上重要的受力件，如图5-4所示。材料30CrMnSiNi2A。该工件安排多次磁粉检测工序。在焊接前对摇臂和轴分别在固定检测机上进行磁粉检测，以发现原材料和机加工的缺陷，合格后焊接。5.4 磁粉检测过程返回下一页上一页焊接后在固定磁粉检测机上进行两次周向磁化，用湿式连续法检测焊缝和热影响区，重点检查焊接质量。焊接质量符合要求的焊接件进行热处理后，还需在固定磁粉检测机上再进行两次周向磁化和线圈内进行两次纵向磁化，用湿式剩磁法检测焊缝和整个工件，检测合格后退磁。（3）结果评定。各个磁粉检测工序的验收要求均按本工件的专用技术条件执行。2.球形压力容器（1）目的对象。对球形压力容器焊接质量进行控制。（2）原理方法。该手工电弧焊焊接的球形容器的内外侧所有焊缝，包括板接头及柱腿与球皮连接处的角焊缝和热影响区以及母材的机械损伤部分均应进行磁粉检测。在检测之前必