第5章 磁力探伤

第五章磁力探伤与涡流探伤1磁力探伤（MagneticTesting）磁力探伤（MT）：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探伤方法。包括：磁粉法、磁敏探头法和录磁法。涡流探伤:利用电磁感应原理，使金属材料在交变磁场作用下产生涡流，根据涡流的大小和分布来探测磁性和非磁性材料缺陷的无损检验法。2

磁介质：能影响磁场的介质分为顺磁性、抗磁性和铁磁材料三种。顺磁性材料：相对磁导率略大于1，在外加磁场中呈微弱磁性，并产生同向附加磁场，如Al、Cr、Mn等。抗磁性材料：相对磁导率略小于1，在外加磁场中呈微弱磁性，并产生异向附加磁场，如Ag、Cu、Au等。铁磁性材料：相对磁导率远远大于1，在外加磁场中呈很强磁性，并产生同向附加磁场，如Fe、Ni、Co等。3第一节磁力探伤原理一、分类：根据检测漏磁场的方式不同，分为：磁粉法磁敏探头法录磁法：也称中间储存漏磁检验法，以磁带记录为主。41、磁粉法在磁化后的工件表面上撒上磁粉，磁粉粒子便会吸附在缺陷区域，显示出缺陷的位置、磁痕形状和大小。磁粉有干式磁粉和悬浮液类型的湿式磁粉。可用于任何形状的被测件，不能测出缺陷沿板厚方向的尺寸。

磁粉法提供的缺陷分布和数量是直观的，且可用光电式照相法拍摄下来，得到广泛应用。52、磁敏探头法

磁敏探头探测工件表面，把漏磁场转换成电信号，再经过放大、信号处理和储存，并用光电指示器显示。与磁粉法相比，磁敏探头法所测得的漏磁大小与缺陷大小有着更明显的关系。常见的磁敏探头的几种形式：磁感应线圈：交变的漏磁场，感应线圈上的感应电压等于单位时间内磁通的变化率。直流的漏磁场，感应电压的大小与运动速度有关。磁敏元件：霍尔元件或磁敏二极管等磁电转换元件获得缺陷大小的信息。适用于测较强的漏磁场。注意：该类元件的测量信号与温度有关，必须采取温度补偿。磁敏探针：尺寸很小（1mm左右）,能实现近似点状的测量，灵敏度极高。6磁敏元件：工作时，将磁敏元件通工作电流，由于缺陷处漏磁场的作用使其电性能发生改变，并输出相应的电信号。这个输出的电信号反映了漏磁场的强弱及缺陷尺寸的大小。补充：磁敏元件--霍尔元件基本原理：它由磁性材料、电桥、运算放大器构成，当有磁场通过霍尔元件内部的磁性材料时，霍尔元件内部的电桥平衡被破坏，这样使运算放大器产生输出变化，输出信号反映漏磁场的强弱和缺陷的大小。根据变化霍尔元件可形成形形色色的检测电路。

7磁敏元件--磁敏二极管磁敏二极管是一种新型的磁电转换器件。它比霍尔元件的探测灵敏度高，且具有体积小、响应快、无触点、输出功率大、线性特性好等优点。83.录磁法录磁探伤法：以磁带记录为主。将磁带覆盖在已磁化的工件上时，缺陷的漏磁场就在磁带上产生局部磁化作用，然后再用磁敏探头测出磁带录下的漏磁，从而确定焊缝表面缺陷的位置。其录磁过程和测量过程可以在不同的时间和地点分别进行，在焊缝质量检验中正得到推广和应用。

9二、探伤基本原理铁磁材料的工件被磁化后，其表面和近表面的缺陷处磁力线发生变形，逸出工件表面形成漏磁场。用上述方法将漏磁场检测出来，进而确定缺陷的位置(包括缺陷形状、大小和深度)。

磁粉探伤的三步：1）必须磁化；

2）施加合适的磁粉；

3）对聚集的磁粉加以观察和解释。10不连续性部位的漏磁场分布：1-漏磁场2-裂纹3-近表面气孔4-划伤5-内部气孔6-磁力线7-工件▲漏磁场：铁磁材料的工件磁化后，在其表面和近表面的缺陷处的磁力线（不连续）发生变形（畸变，是磁场方向发生改变），逸出（离开或进入）工件表面形成漏磁场。11漏磁场的影响因素：（1）外加磁场的影响（右图）

缺陷漏磁通密度随着工件磁感应强度的增加而增加。（2）工件材料及状态的影响

钢材的磁化曲线与合金成分、含碳量、加工状态及热处理等有关。材料的磁特性不同，缺陷处形成的漏磁场也不同。此外，若工件表面有覆盖层，则会导致漏磁场的下降。（3）缺陷位置和形状的影响

磁感应强度漏磁感应强度同样的缺陷，位于表面时漏磁通增多；位于很深处，则几乎没有漏磁通泄漏于空间。缺陷的深宽比愈大，漏磁场愈强。缺陷垂直于工件表面时，漏磁场最强；若与工件表面平行，则几乎不产生漏磁通。12一、磁粉探伤器材和设备

磁粉、磁悬液、灵敏度试片、磁粉探伤设备。1.磁粉

显示介质，由铁磁性金属微粒组成。具有适当的大小、形状和较高的磁导率。第二节磁粉探伤法荧光磁粉YC-2使用方法：配制磁悬液时，按照1升水，1-3g磁粉，5-10g分散剂，2-5g消泡剂，20-50g防锈剂的比例进行配比。特点是水油、两用。131.磁粉种类和特点磁粉由工业纯铁粉、羰基铁粉或磁性氧化铁粉(Fe2O3或Fe3O4)制成。若在其上包覆一层荧光物质或其它颜料就构成荧光磁粉或有色磁粉。干法：用干磁粉进行探伤的方法。广泛用于大型结构件和大型焊缝局部区域的探伤。湿法：悬浮在载液(油或水)中的湿磁粉，通过流淌、喷雾或浇注的方法施加到被探工件表面。湿法比干法具有更高的检测灵敏度，适合探测表面微小缺陷，常用于大批量工件的探伤。羰读音是“碳”“氧”的拼合tāng,化学上“羰基”就是“碳氧基”，意思是“碳、氧”的组合。

特点：14荧光磁粉：显示的缺陷清晰可见，在紫外线的激发下呈黄绿色，色泽鲜明易于观察，一般用于湿法检验。若配上光电转换装置，可实现自动或半自动探伤。有色磁粉：可以增强磁粉的可见度，提高与被探件表面的衬度，使缺陷容易发现。

152．磁悬液磁悬液：将磁粉混合在液体介质中形成磁粉的悬浮液。分散剂（载液)：用来悬浮磁粉的液体。磁悬液是磁粉和载液是按一定比例混合而成。磁悬液分为：油磁悬液、水磁悬液和荧光磁悬液。表5-1为钢制压力容器焊缝磁粉探伤用的磁悬液种类、特点及技术要求。16173.灵敏度试片（标准试片）灵敏度试片是用来定期检查系统的全面性能和灵敏度（如磁粉材料的组成，磁粉探伤设备，操作技术和磁场值）。在钢制压力容器焊缝的磁粉探伤中采用三种试片：性能测试板、试验环和磁场指示器。18

(1)性能测试板

其材料应与被检材料相同，形状和尺寸见图5-4。试板上有10个不同深度的小槽，当用磁轭法和触头法磁化时，通过观察最浅的磁痕来比较和评定磁粉材料的灵敏度及设备性能。试板的厚度、宽度和长度可根据实际需要改变。

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(2)试验环

带有人工缺陷的试验环用于评价中心导体法的

磁粉材料和系统灵敏度。其形状和尺寸图5-5。测试时，使用全波整流电，通过铜质中心导体来对试验环产生周向磁化。在试验环的外圆柱面上所显示的磁痕数量应达到表5-2、表5-3的规定值。否则，对使用的系统(磁粉、设备、方法等)加以检查和修正。

20（3）磁场指示器（八角试块）它可反映试验工件表面场强和方向；但不能作为磁场强度和磁场分布的定量指示。21它能作为工件表面磁场方向是否正确的一种较为简略的校验工具。使用磁场指示器时，当磁场指示器上没有形成磁痕或没有在所需方向形成磁痕时，应改变或校正磁化方法。只有当磁粉在磁化力的作用下，在指示器的表面形成清楚的规则磁痕时，才表明有适当的磁通或磁场强度,并可根据规则的横跨磁痕确定磁场方向。（3）磁场指示器224磁粉探伤设备234磁粉探伤设备

磁粉探伤仪的选择：根据工作环境、试件大小及工件表面缺陷的深浅程度、分布方向等因素来确定。

注意：直流电磁化设备产生的磁化强度具有发现较深缺陷的能力；交流磁粉探伤机对发现表面缺陷比较灵敏。24二、磁粉探伤技术

1．磁化与退磁

（1）磁化方法

磁粉探伤必须在被检工件内或在其周围建立一个磁场，磁场建立的过程就是工件的磁化过程。根据建立磁场的方向不同，磁化方法分为：

1)周向磁化2)纵向磁化

3)复合磁化

4)旋转磁化

251)周向磁化给工件直接通电，或者使电流流过贯穿工件中心孔的导体，在工件中建立一个环绕工件并且与工件轴线垂直的闭合磁场(图5-8)。周向磁化发现与工件轴线(或电流方向)平行的缺陷。26a）两端接触法周向磁化法27周向磁化法b）中心导体感应磁化法28周向磁化法C）触头法29周向磁化法d）夹具通电法302)纵向磁化

电流通过环绕工件的线圈，使工件中的磁力线

平行于线圈的轴线。

纵向磁化用于发现与工件轴线相垂直的缺陷。利用电磁轭磁化使磁力线平行于工件纵轴亦属于这一类。31a）绕电缆法32b）磁轭法33c）空心零件的磁化法34d）长轴零件的磁轭法（+）（-）353)复合磁化

将周向磁化和纵向磁化同时作用在工件上，工件得到由两个互相垂直的磁力线的作用而产生的合成磁场，其指向构成扇形磁化场(图5-10)。364)旋转磁化

将绕有激磁线圈的磁铁交叉放置，各通以不同相位的交流电，产生圆形或椭圆形磁场(即合成磁场的方向作圆形旋转运动)(图5-11)。

旋转磁化能发现任意方向分布的缺陷。37(2)磁化磁场方向与磁场强度当磁化磁场的磁力线与缺陷断面垂直时，能在缺陷处获得最大的漏磁场。焊缝磁粉探伤时，为得到较高的探测灵敏度，通常在被探件上至少使用两个近似相互垂直方向的磁化(包括旋转磁化)。磁场强度：为了保证探伤的准确性，磁化磁场必须有足够的强度。由于影响磁场的因素众多，很难建立严格的磁场强度规则，其使用规范由相应标准或技术条件列出。对于新产品，应使用已知缺陷的工件进行试验来确定磁场强度。38

剩磁的影响：工件经磁粉探伤后所留下的剩磁，会影响安装在其周围的仪表、罗盘等计量装置的精度，或吸引铁屑增加磨损。有时工件中的强剩磁场会干扰焊接过程，引起电弧的偏吹，或影响以后进行的磁粉探伤。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。(3)退磁：使工件的剩磁回零的过程。（理论）

利用各种方法将工件内的剩磁减小到不影响工件正常使用的程度。（实际）39根据退磁磁滞回线，首先把工件放入磁场中(退磁的起始磁场强度大于或等于磁化时的磁场强度)；然后不断改变磁场方向，同时逐渐减小到零，即可除去工件的剩磁。退磁原理

图5-12退磁磁滞回线40去磁的方法：

1）将工件从交流磁化线圈中移出。对焊缝表面可采用磁轭作局部退磁。方法：把磁极放在焊缝表面上，围绕着该区移动，保持电磁轭处于激励状态，让焊缝表面缓慢移开。2)减小交流电，幅值逐减。图5-13。413）直流换向衰减退磁让电流通过工件，并不断切换电流的方向，同时使电流逐渐衰减至零。直流磁化比交流磁化穿透得深，直流退磁效果更好。（图5-14）4）振荡电流退磁

将充好电的电容器跨接在退磁线圈上，构成振荡回路。电路以固定的谐振频率产生振荡，并逐渐减弱至零。5）工件加热到居里点以上。

去磁的方法：42剩磁的测量剩磁测量仪提供快速、可靠和容易的方法来测量工件的剩磁。用被磁化的钢丝、铁丝（如针）接近零件的端部。

432.磁粉探伤检验工序

磁粉探伤的预处理、磁化工件（包括磁化方法等的选择）、施加磁粉或磁悬液、磁痕的观察和评定、退磁、后处理的整个过程。（1）预处理：校验探伤设备的灵敏度。去除表面的油污、铁锈、氧化皮、焊接飞溅物、油漆、砂粒等。打磨：将非导电覆盖层打磨掉。封堵：对盲孔和内腔，若磁悬液流进后难以清洗，应用非研磨性材料封堵上。44（2）磁化1）探伤方法:高碳钢、合金钢或经过热处理的结构钢零件（淬火、回火、渗碳和渗氮等）用剩磁法探伤；低碳钢、软钢用连续法。2）磁化方法：周向、纵向、复合、旋转磁化。3）磁化电流种类:

直流电结合干磁粉，交流电结合湿磁粉效果较好。4）磁化方向：尽可能磁化方向与缺陷分布方向垂直。5）磁化电流的大小：根据磁化方式再结合相应的标准等给出。6）磁化通电时间：采用连续法时，应在施加磁粉工作结束后再切断磁化电流。一般是在磁悬浮液停滞流动后必须再通几次电，每次时间为0.5~2s。采用剩磁法，通电时间为0.2~1s。软钢：低碳钢中的一类，含碳量较低，硬度稍小的钢。（参考：含碳量0.20%～0.30%）。按物理性质区分：硬钢和软钢根据它们是否存在屈服点划分，由于硬钢无明显屈服点，塑性较软钢差。45探伤方法---剩磁法剩磁法是在停止磁化后，再将磁悬液施加到工件上进行磁粉探伤的方法。操作程序：预先处理

磁化

施加磁悬液

检验

退磁

后处理优点：检测效率、灵敏度、缺陷显示的重复性以及可靠性都比较高。缺点：只能对剩磁和矫顽力达到要求的材料进行检测,不适合干法。能发现近表面的缺陷的灵敏度低，不能用于多向磁化。交流磁化受断电相位的影响。46探伤方法---连续法连续法是在外加磁场磁化的同时，将磁粉或悬磁液施加到工件上进行磁粉检测的方法。操作程序：预先处理

磁化

退磁

后处理

施加磁悬液

检验优点：适合任何铁磁性材料，无论湿法还是干法都可用，能发现近表面的缺陷，且在各种磁粉检测方法中的检测灵敏度最高，还用于多向磁化，交流磁化不受断电相位的影响。缺点：检测效率低。47（3）喷撒磁粉或磁悬液（4）对磁痕进行观察及评定钢制压力容器，必须用2~10倍放大镜观察磁痕。非荧光检验应有足够白色光强度，荧光检验足够黑光强度。若发现有裂纹、成排气孔或超标的线形或圆形缺陷，均判定为不合格。（5）退磁（6）后处理清洗、干燥、防锈。（7）记录结果483．压力容器焊缝的磁粉探伤磁粉探伤法检查铁磁性钢制压力容器焊缝的表面缺陷，具有探伤灵敏度高、检验速度快的特点，且能探测一定深度下的缺陷。除非磁性的奥氏体工件以及点状的表面缺陷用渗透法作替代或补充外，一般都采用磁粉探伤法来检查其焊缝内外表面的缺陷。下面以球罐为例，说明磁粉探伤的方法和特点。49例：压力容器（球罐）焊缝50球罐为例：选择：磁粉探伤，特点：灵敏度高、检验速度快。1、缺陷分布（开罐）：大多集中在焊缝和热影响区。焊接接头上裂纹多，母材上裂纹少；球罐内表面裂纹多，外表面裂纹少；环焊缝上裂纹多，纵焊缝上裂纹少；焊缝上横向裂纹多，纵向裂纹非常少；熔合线纵向裂纹多，横向裂纹较少。支杆、弧板及吊耳等工卡具焊痕不能忽视。尤其是内表面焊痕处裂纹，直接与介质接触，发生应力腐蚀。512、缺陷的探查1）清理表面金属刷污垢、锈蚀、氧化皮及油漆等；碱性溶剂清洗。2）校验灵敏度及设备性能用磁轭法和触头法磁化时，使用性能测试板判定探伤灵敏度和评估设备性能。3）选择探伤设备、确定磁化方法像球罐这样大型的焊接构件，无法用固定式磁粉探伤机，只能用便携式或磁轭式旋转磁场探伤机进行分段探伤；磁粉的选择；采用水悬磁液。磁化方法的确定（３种）。4）确定磁化时间52a.磁轭法注意：同一部位至少作两次垂直的探伤。焊缝划分为若干个受检段，并作标记。磁化区的重迭，每次至少25mm。磁轭的安放：横向缺陷：见图，并在探伤过程中交替改变其位置。纵向缺陷：电磁轭跨在焊缝上，使两极的连线与焊缝垂直，依次移动磁极，逐个检查每个受检区。53b.触点法优点：电极间距可随意调节，根据探伤部位及灵敏度来确定电极间距和电流大小。同样，在同一部位必须要进行两次以上互相垂直的探伤。用图5-17的触点位置布置方法。54b.触点法如果采用直流电剩磁法探伤，注意在磁化焊缝的后一段时，不要造成前一段的退磁。可按图5-18的区域顺序(A

C)改变触点的位置。注意：触头不能直接放在焊缝上，应放在焊缝的边缘。55b.触点法触点法进行周向磁化时，磁场强度Ｂ与Ｉ成正比，但随电极间距和工件厚度的变化而变化。磁化电流值I按推荐表5-7选用。采用触点法探伤时，应使工件表面与电极触头接触良好，以防止电火花产生。56c.交叉磁轭旋转磁化优点：灵敏度和探伤效率很高，尤其对焊缝表层裂纹的检测。压力容器焊缝检验中得到广泛应用。注意：磁极端面与工件表面的间隙不宜过大，间隙越小越好，通常不超过1.5mm。移动交叉磁轭的速度要适宜，影响因素见表5-8。

57磁悬液喷洒原则：球罐的环焊缝，喷洒在行走方向的前上方；

球罐的纵焊缝，喷洒在行走方向的正前方。（见下图）要有足够的时间使聚集磁粉形成磁痕。观察磁痕应在磁轭通过后尽快进行。584)确定磁化时间上述三种局部磁化方法，若采用湿磁粉连续磁化，应在通电磁化的同时施加磁悬液。磁化电流每次持续时间为0.5～2s，间歇时间不能超过ls。在停止施加磁悬液ls后才可停止磁化。对于其他类型的压力容器焊缝磁粉探伤，若需要采用中心导体磁化法或整体磁化法时,按表5-9和表5-10选用磁化电流。59(3)缺陷的处理和修补后的检验比较浅的缺陷，用手砂轮或刮刀等工具进行清除。清除后的凹坑若不需补焊，则要将凹坑边缘打磨得平滑，以免出现拐角而造成应力集中。比较深的缺陷，可用小手砂轮或气刨清除，清除后再进行磁粉探伤，直到确认表面缺陷已完全被挖掉为止。然后进行补焊，补焊后的部位应按原探伤方法和工艺进行检验。60另外：对于直径达十几米的球罐，外表面的探伤可用类似云梯之类的机械装置，内表面的探伤也可用充水方式，用橡皮船代替脚手架。由于是高空作业，力求探伤装置的小型化。储油罐，注意防止磁化过程中引起的电火花。61第三节磁敏探头法一、探伤设备的组成由磁化装置、漏磁测量探头、操纵工件运动装置、信号鉴别单元、打缺陷标记和分选单元等。信号鉴别单元作用：将来自探头的信号进行筛选，把所需要的缺陷信号与干扰信号分离。缺陷处漏磁通与缺陷深度之间存在明显关系，用超过某一规定值的缺陷信号电平触发打印或使分选系统，实现对缺陷深度进行自动检验。有时采取并排放置多个探头的方法来提高检验速度。62二、探伤方法

1.检验纵向缺陷的方法探头在U形磁轭的两脚之间；检测系统不动，工件旋转。可检查管子表面所有缺陷。631.检验纵向缺陷的方法直缝管沿焊缝方向的纵向缺陷，检验采取方法：在固定的磁轭内以垂直于焊缝方向对焊管进行磁化，并使安装在圆周方向上的磁敏探头沿焊缝垂直方向来回摆动。由于探头的摆动和焊管的纵向运动，能使探头扫查整个焊缝区，从而提高检验速度。642.检验横向缺陷的方法磁化方向与管子轴向平行。自动探伤设备，常采用两只相串联的线圈进行磁化，磁敏探头放在两线圈之间的区域内。检验时探头沿管子轴向摆动，管子沿螺旋方向行走，管材表面的缺陷都能被检验出来(图5-22)。磁敏探头法的应用：回转对称体，如棒材、直缝焊管等大批量零件的探伤，常在自动探伤设备中采用。

65第四节录磁探伤法录磁探伤法(magnetograph)主要用于焊缝及多边形棒材的表面质量检验。它以“磁图”著称，采用磁带记录的原理贮存漏磁通,简称磁带法。是磁力探伤中一种较新的技术。66录磁法分为不连续式和连续式两种。（1）对管子上的环焊缝探伤可用不连续法。即先将焊缝用磁带围住后通电磁化，然后再通过一个查询装置把磁带上所存的信号查找出来送到记录纸上显示。（2）连续式检验是使用一种环形磁带设备(图5-23)。67连续式检验

环形磁带由一电动机驱动。焊缝在磁带下面均速推进。旋转的探头以垂直磁带的方向扫查，探头的测量信号经过鉴别单元传向打标记单元。微型喷枪在焊管表面有缺陷的位置上喷上标记；同时荧光屏10上显示缺陷信号。扫查后的磁带记录随即被消磁器抹掉。68直流和交流磁场磁化的区别被检件可用直流或交流磁场磁化。但直流磁化和交流磁化时贮存信息的方法完全相反。直流磁化时，漏磁场的磁信息输入到一个未经磁化的磁带上(或已把原有磁化信息抹掉)；交流磁化时，磁信息输入到预先已被磁化到饱和程度的磁带上。前者记录的是使磁带磁化的信息；后者记录的是使磁带退磁的信息。69录磁法的特点：用录磁法测得缺陷信号的幅度是缺陷深度的近似值。因此，可预先确定门限值，按缺陷深度尺寸对工件进行分选；还可以根据缺陷信号的形式，区分缺陷是位于被检件表面或是深处，并且可用适当的筛选措施把深处的缺陷信号单独提取出来。检测灵敏度和检测速度都很高。70第六节磁力探伤与涡流探伤新技术

一、磁粉