1、1第四章第四章 磁粉檢測磁粉檢測 23磁粉檢測的發展簡史磁粉檢測的發展簡史 早在春秋戰國時期，我國勞動人民就發現了磁石吸鐵現象，并在此基礎上發明了指南針，最早應用于航海業。 18世紀，人們就已開始從事磁通檢漏試驗。1868年，英國工程雜志首先發表了利用羅盤儀探查磁通發現槍管上不連續性的報告。8年之后，Hering利用羅盤儀檢查鋼軌的不連續性獲得美國專利。4 1918年，美國人Hoke發現，由磁性夾具夾持的硬鋼塊上磨削下來的金屬粉末，會在該鋼塊表面形成一定的花樣，而此花樣常與鋼塊表面裂紋形態相一致，被認為是由于鋼塊被縱向磁化而引起的，它促使了磁粉檢測法的發明。 1928年，de Forest為解

2、決油井鉆桿的斷裂失效，研制出周向磁化法，還提出了使用尺寸和形狀受控并具有磁性的磁粉的設想，經過不懈的努力，磁粉檢測方法基本研制成功，并獲得了比較可靠的檢測結果。 1941年，熒光磁粉投入使用。至此，磁粉檢測從理論到實踐，已初步形成了一種無損檢測方法。5 前蘇聯全蘇航空研究院的瑞加德羅，為磁粉檢測的發展做出了卓越的貢獻。二十世紀50年代初期，他在大量試驗的基礎上，制訂出了一整套磁化規范，得到世界許多國家的認可。 在我國，北京航空材料研究院的鄭文儀，是我國磁粉檢測的奠基人，近幾十年來，在廣大磁粉檢測工作者和設備器材制造者的共同努力下，使我國磁粉檢測由無到有，并已發展成為一種成熟的無損檢測方法。6磁

3、粉檢測的現狀磁粉檢測的現狀 基礎理論研究方面，已取得較大的進展，斷裂和塑性力學的應用以及“磁偶極子”理論的研究使磁粉檢測方法更合理，日臻完善。 檢測設備方面，從固定式、移動式到攜帶式，從半自動、全自動到專門設備；從單向磁化到多向磁化；國外設備已實現系列化和商品化，國內目前只實現了系列化。 器材方面，國外在標準試片和標準試塊及磁強計等方面形成了系列產品，國內檢測器材部分已經達到并已經超過國外同類產品。7 工藝方面有所創新，北京航空材料研究院的鄭文儀發明的磁粉探傷-橡膠鑄型法比國外的磁橡膠法優越的多。 質量控制方面，國外非常重視，不僅制定了具體的控制項目、校驗周期和技術要求，還設有質量監督檢查機制

4、，保證其貫徹執行。在我國，質量控制也日受重視，但各行業、各單位的發展不平衡，以致一些質量控制項目沒有納入標準，有的雖納入但流于形式，這一點已引起業內人士的關注。81 1、磁粉檢測原理：、磁粉檢測原理：1 1）定義：）定義：磁體磁體:自然界有些物質具有吸引自然界有些物質具有吸引鐵、鈷、鎳鐵、鈷、鎳等物質的等物質的特性，我們把這些具有磁性的物質稱為特性，我們把這些具有磁性的物質稱為磁體磁體。磁化與磁性材料磁化與磁性材料:使原來不帶磁性的物質變得具有磁使原來不帶磁性的物質變得具有磁性叫性叫磁化磁化，能夠被磁化的材料稱為，能夠被磁化的材料稱為磁性材料磁性材料。磁體各處的磁性大小不同，磁體各處的磁性大小

5、不同，在它的兩端最強，這兩端稱為在它的兩端最強，這兩端稱為磁極。每一磁體都有一對磁極磁極。每一磁體都有一對磁極即即N N極和極和S S極。它們具有不可分極。它們具有不可分割的特性，即使把磁體分割成割的特性，即使把磁體分割成無數小磁體，每一個小磁體同無數小磁體，每一個小磁體同樣存在樣存在N N極和極和S S極。極。9 如果把兩塊磁鐵的的同性磁極靠在一如果把兩塊磁鐵的的同性磁極靠在一起，兩個磁體之間就存在一個相斥的力起，兩個磁體之間就存在一個相斥的力使磁體分離；而把磁體的異性磁極靠在使磁體分離；而把磁體的異性磁極靠在一起，則兩塊磁鐵之間就存在一個相吸一起，則兩塊磁鐵之間就存在一個相吸的力，使磁鐵靠

6、近。這說明磁體周圍空的力，使磁鐵靠近。這說明磁體周圍空間存在有力的作用，我們把磁力作用的間存在有力的作用，我們把磁力作用的空間稱為空間稱為磁場磁場。 為了形象地描述磁場，人們采用了為了形象地描述磁場，人們采用了磁力線磁力線的概念，并的概念，并且規定且規定磁力線密度表示磁感應強度大小，磁力線密度大的磁力線密度表示磁感應強度大小，磁力線密度大的地方表示磁感應強度大，磁力線密度小的地方表示磁感地方表示磁感應強度大，磁力線密度小的地方表示磁感應強度小；應強度小；磁力線方向表示磁場的方向；磁力線方向表示磁場的方向；磁力線永遠不會相交；磁力線永遠不會相交；磁力線由磁鐵的磁力線由磁鐵的N N極出發經外部空間

7、到達極出發經外部空間到達S S極，再由極，再由S S極經磁體內部回到極經磁體內部回到N N極，形成閉合曲線。極，形成閉合曲線。102 2）通電導體產生的磁場：）通電導體產生的磁場： 當電流通過導體時，會在導體當電流通過導體時，會在導體的周圍產生磁場。通電導體產生的的周圍產生磁場。通電導體產生的磁場方向與電流方向的關系可用右磁場方向與電流方向的關系可用右手定則來描述。如圖，用右手握住手定則來描述。如圖，用右手握住導線，大拇指表示電流方向，其余導線，大拇指表示電流方向，其余四指的彎曲方向即為導線產生周向四指的彎曲方向即為導線產生周向磁場方向。磁場方向。如通電導體是一個螺管線圈，如通電導體是一個螺管

8、線圈，也可用右手定則來判斷磁場方向，也可用右手定則來判斷磁場方向，其方法是：用右手握住線圈，彎其方法是：用右手握住線圈，彎曲的四指表示電流在線圈中的方曲的四指表示電流在線圈中的方向，伸直的大拇指則表示磁場的向，伸直的大拇指則表示磁場的方向。如圖：方向。如圖：113）描述磁場的幾個物理量：A、磁場強度H：表征磁化強度的物理量，其數值大小取決于電流I，I越大，H值也越大。單位：安培/米B、磁感應強度B：表征被磁化了的磁介質中磁場強度大小的物理量，單位：特斯拉C、磁導率：表征介質磁特性的物理量。=0r，其中0為真空中的磁導率，0=410-7安培/米。r為相對磁導率，不同介質的r值不同，其中非鐵磁材料

9、的r值約等于1，鐵磁材料的r值在幾十到幾千之間。磁感應強度B，磁導率，磁場強度H三者之間有以下關系：B=H=0rH在磁場強度H（電流I）一定的情況下，不同介質中感生的磁感應強度B各不同，鐵磁材料中的B值比非鐵磁材料可大幾百甚至幾千倍。124 4）磁粉檢測原理：鐵磁性材料被磁化后，其內部產生很）磁粉檢測原理：鐵磁性材料被磁化后，其內部產生很強的磁感應強度，磁力線密度增大幾百倍到幾千倍，如果強的磁感應強度，磁力線密度增大幾百倍到幾千倍，如果材料中存在不連續性（包括缺陷造成的不連續性和結構、材料中存在不連續性（包括缺陷造成的不連續性和結構、形狀、材質等原因造成的不連續性），磁力線會發生畸變，形狀、材

10、質等原因造成的不連續性），磁力線會發生畸變，部分磁力線有可能逸出材料表面，從空間穿過，形成部分磁力線有可能逸出材料表面，從空間穿過，形成漏磁漏磁場場，漏磁場的局部磁極能夠吸引鐵磁物質。如圖，漏磁場的局部磁極能夠吸引鐵磁物質。如圖13試件中裂紋造成的不連續性使磁力線畸變，由于裂紋中空氣試件中裂紋造成的不連續性使磁力線畸變，由于裂紋中空氣介質的磁導率遠遠低于試件的磁導率，使磁力線受阻，一部分介質的磁導率遠遠低于試件的磁導率，使磁力線受阻，一部分磁力線擠到缺陷的底部，一部分穿過裂紋，一部分排擠出工件磁力線擠到缺陷的底部，一部分穿過裂紋，一部分排擠出工件的表面后再進入工件。如果這時在工件上撒上磁粉，漏

11、磁場就的表面后再進入工件。如果這時在工件上撒上磁粉，漏磁場就會吸附磁粉，形成與缺陷形狀相近的磁粉堆積。我們稱其為會吸附磁粉，形成與缺陷形狀相近的磁粉堆積。我們稱其為磁磁痕痕，從而顯示缺陷。當裂紋方向平行于磁力線的傳播方向時，從而顯示缺陷。當裂紋方向平行于磁力線的傳播方向時，磁力線的傳播不會受到影響，這時缺陷也不可能檢出。磁力線的傳播不會受到影響，這時缺陷也不可能檢出。具有機加工槽的條形磁鐵產生的漏磁場縱向磁化裂紋產生的漏磁場 14有表面和近表面缺陷的工件磁化后有表面和近表面缺陷的工件磁化后, ,當缺陷方向和磁場方當缺陷方向和磁場方向成一定角度時向成一定角度時, ,由于缺陷處的磁導率的變化使磁力

12、線逸由于缺陷處的磁導率的變化使磁力線逸出工件表面出工件表面, ,產生漏磁場產生漏磁場, ,可以吸附磁粉而產生磁痕顯示。可以吸附磁粉而產生磁痕顯示。155 5）影響漏磁場的幾個因素：）影響漏磁場的幾個因素：A A、外加磁場強度越大，形成的漏磁場強度也越大；、外加磁場強度越大，形成的漏磁場強度也越大；B B、在一定外加磁場強度下，材料的磁導率越高，工件越易、在一定外加磁場強度下，材料的磁導率越高，工件越易被磁化，材料的磁感應強度越大，漏磁場強度也越大。被磁化，材料的磁感應強度越大，漏磁場強度也越大。C C、當缺陷的延伸方向與磁力線的方向成、當缺陷的延伸方向與磁力線的方向成9090時，由于缺陷時，由

13、于缺陷阻擋磁力線穿過的面積最大，形成的漏磁場強度也最大。隨阻擋磁力線穿過的面積最大，形成的漏磁場強度也最大。隨著缺陷的方向與磁力線的方向從著缺陷的方向與磁力線的方向從9090逐漸減小（或增大）漏逐漸減小（或增大）漏磁場強度明顯下降；因此，磁粉探傷時，通常需要在兩個磁場強度明顯下降；因此，磁粉探傷時，通常需要在兩個（兩次磁力線的方向互相垂直）或多個方向上進行磁化。（兩次磁力線的方向互相垂直）或多個方向上進行磁化。D D、隨著缺陷的埋藏深度增加，逸出工件表面的磁力線迅速、隨著缺陷的埋藏深度增加，逸出工件表面的磁力線迅速減少。缺陷的埋藏深度越大，漏磁場就越小。因此，磁粉探減少。缺陷的埋藏深度越大，漏

14、磁場就越小。因此，磁粉探傷只能檢測鐵磁材料制成的工件表面或近表面的裂紋及其它傷只能檢測鐵磁材料制成的工件表面或近表面的裂紋及其它缺陷。缺陷。 162 2、磁粉檢測設備器材、磁粉檢測設備器材1 1）磁力探傷機分類：按設備體積和重量，磁力探傷機可分）磁力探傷機分類：按設備體積和重量，磁力探傷機可分為固定式、移動式、攜帶式三類。為固定式、移動式、攜帶式三類。A A、固定式探傷機：最常見的固定式探傷機為臥式濕法探傷、固定式探傷機：最常見的固定式探傷機為臥式濕法探傷機，設有放置工件的床身，可以進行包括通電法、線圈法多機，設有放置工件的床身，可以進行包括通電法、線圈法多種磁化，配置了退磁裝置和磁懸液攪拌噴

15、灑裝置等，最大磁種磁化，配置了退磁裝置和磁懸液攪拌噴灑裝置等，最大磁化電流可達化電流可達12KA12KA，主要用于中小型工件探傷。，主要用于中小型工件探傷。固定式探傷機固定式探傷機17固定式磁粉探傷機固定式磁粉探傷機 18附件：附件： 帶有照明裝置，退磁裝置，磁懸液攪拌，噴灑裝置，有夾持工件的磁化夾頭和放置工件的工作臺，另備有觸頭和電纜。適用：適用： 對中小工件檢測，利用備有的觸頭和電纜也可對難以搬上工作臺的大型工件進行探傷。局限性：局限性： 檢測的最大截面受磁化電流和夾頭中心高限制，檢測長度受最大夾頭間距限制。特點：特點：體積和重量大，額定周向磁化電流一般從100010000A。可進行通電法

16、，中心導體法，感應電流法，線圈法，磁軛法整體磁化或復合磁化等。19B B、移動式探傷機：體積重量中等，配有輪子，可、移動式探傷機：體積重量中等，配有輪子，可運至檢測現場作業，能進行多種方式磁化，磁化電運至檢測現場作業，能進行多種方式磁化，磁化電流為流為3 36KA6KA。檢測對象為不易搬動的大型工件。檢測對象為不易搬動的大型工件 移動式探傷機移動式探傷機20C C、便攜式探傷機：體積小、重量輕；適合野外和高、便攜式探傷機：體積小、重量輕；適合野外和高空作業，多用于鍋爐壓力容器焊縫和大型工件局部探傷，空作業，多用于鍋爐壓力容器焊縫和大型工件局部探傷，最常用的是電磁軛探傷機。電磁軛探傷機是一個繞有

17、線最常用的是電磁軛探傷機。電磁軛探傷機是一個繞有線圈的圈的U U型鐵芯，當線圈中通過電流，鐵芯中產生大量的型鐵芯，當線圈中通過電流，鐵芯中產生大量的磁力線，軛鐵放在工件上，兩極之間的工件局部被磁化。磁力線，軛鐵放在工件上，兩極之間的工件局部被磁化。軛鐵兩極可做成活動式的，極間距和角度可調，磁化強軛鐵兩極可做成活動式的，極間距和角度可調，磁化強度指標是磁軛能吸起的鐵塊重量，稱作提升力。度指標是磁軛能吸起的鐵塊重量，稱作提升力。便攜式探傷機便攜式探傷機212 2）靈敏度試片：用于檢查磁粉探傷設備、磁粉、磁）靈敏度試片：用于檢查磁粉探傷設備、磁粉、磁懸液的綜合性能。懸液的綜合性能。223 3）磁粉和

18、磁懸液：磁粉是具有高磁導率和低剩磁的）磁粉和磁懸液：磁粉是具有高磁導率和低剩磁的四氧化三鐵或三氧化二鐵粉末。濕法磁粉平均粒度為四氧化三鐵或三氧化二鐵粉末。濕法磁粉平均粒度為2 210m10m，干法磁粉平均粒度不大于，干法磁粉平均粒度不大于90m90m。按加入的。按加入的染料可將磁粉分為熒光磁粉和非熒光磁粉，非熒光磁染料可將磁粉分為熒光磁粉和非熒光磁粉，非熒光磁粉有黑、紅、白幾種不同顏色供選用。由于熒光磁粉粉有黑、紅、白幾種不同顏色供選用。由于熒光磁粉的顯示對比度比非熒光磁粉高得多，所以采用熒光磁的顯示對比度比非熒光磁粉高得多，所以采用熒光磁粉進行檢測具有磁痕觀察容易，檢測速度快，靈敏度粉進行檢

19、測具有磁痕觀察容易，檢測速度快，靈敏度高的優點。但熒光磁粉檢測需一些附加條件：暗環境高的優點。但熒光磁粉檢測需一些附加條件：暗環境和黑光燈。磁懸液是以水或煤油為分散介質，加入磁和黑光燈。磁懸液是以水或煤油為分散介質，加入磁粉配置成的懸浮液。粉配置成的懸浮液。233 3、磁粉檢測工藝要點：、磁粉檢測工藝要點：線圈缺陷工件缺陷鐵芯電流磁軛法線圈法線圈法線圈法磁軛法磁軛法磁化方法磁化方法軸向通電法軸向通電法觸頭法觸頭法中心導體法中心導體法復合磁化復合磁化縱向磁化縱向磁化周向磁化周向磁化交叉磁軛法和交叉線圈法交叉磁軛法和交叉線圈法 243.1 周向磁化周向磁化 周向磁化是指給工件直接通電，或者使電流流

20、過貫穿周向磁化是指給工件直接通電，或者使電流流過貫穿空心工件孔中的導體，旨在工件中建立一個環繞工件的空心工件孔中的導體，旨在工件中建立一個環繞工件的并與工件軸垂直的周向閉合磁場，用于發現與工件軸平并與工件軸垂直的周向閉合磁場，用于發現與工件軸平行的縱向缺陷，即與電流方向平行的缺陷。行的縱向缺陷，即與電流方向平行的缺陷。下面簡單介紹軸向通電法、中心導體法下面簡單介紹軸向通電法、中心導體法25介紹軸向通電法、中心導體法介紹軸向通電法、中心導體法2627工件缺陷中心導體電流中心導體法介紹中心導體法介紹中心導體法2829303132交叉磁軛法和交叉線圈法 33342)2)磁粉探傷方法分類：磁粉探傷方法

21、分類：按檢測時機分為按檢測時機分為連續法和剩磁法連續法和剩磁法。磁化、施加磁粉和觀察。磁化、施加磁粉和觀察同時進行的方法稱為連續法；先磁化，后施加磁粉和觀察的同時進行的方法稱為連續法；先磁化，后施加磁粉和觀察的方法稱為剩磁法，只適用于剩磁很大的硬磁材料。方法稱為剩磁法，只適用于剩磁很大的硬磁材料。按使用的電流種類可分為交流電、直流電兩大類。交流電按使用的電流種類可分為交流電、直流電兩大類。交流電因有集膚效應，對表面缺陷檢測靈敏度高。因有集膚效應，對表面缺陷檢測靈敏度高。按施加磁粉的方法分類可分為濕法和干法，其中濕法采用按施加磁粉的方法分類可分為濕法和干法，其中濕法采用磁懸液，干法則直接噴灑干粉

22、。前者適宜檢測表面光滑的工磁懸液，干法則直接噴灑干粉。前者適宜檢測表面光滑的工件上的細小缺陷，后者多用于粗糙表面。件上的細小缺陷，后者多用于粗糙表面。分類條件分類條件磁粉檢測方法分類磁粉檢測方法分類施加磁粉的施加磁粉的載體載體干法干法(熒光、非熒光）、濕法（熒光、非熒光）熒光、非熒光）、濕法（熒光、非熒光）施加磁粉的施加磁粉的時機時機 連續法、剩磁法連續法、剩磁法磁化方法磁化方法軸向通電法、觸頭法、線圈法、磁軛法、穿棒法、交叉磁軛法、感應電流法軸向通電法、觸頭法、線圈法、磁軛法、穿棒法、交叉磁軛法、感應電流法353 3）磁粉探傷的一般程序：探傷操作包括：預處理、磁粉探傷的一般程序：探傷操作包括

23、：預處理、磁化和施加磁粉、觀察、記錄以及后處理（退磁）等。磁化和施加磁粉、觀察、記錄以及后處理（退磁）等。4 4、磁粉檢測的特點、磁粉檢測的特點只適用于鐵磁性材料只適用于鐵磁性材料,一般無毒性；一般無毒性；可檢查表面和近表面開口與不開口的缺陷，可檢查表面和近表面開口與不開口的缺陷，檢測靈敏度與磁化規范、檢測方法、被檢材料的磁特性檢測靈敏度與磁化規范、檢測方法、被檢材料的磁特性等因素有關，也同磁化方向與缺陷方向有關，并受工件幾等因素有關，也同磁化方向與缺陷方向有關，并受工件幾何形狀特性限制；何形狀特性限制；操作簡單，效率高，成本低。操作簡單，效率高，成本低。365、磁粉檢測用途事例、磁粉檢測用途事例 鐵磁性材料的角焊縫檢測、對接焊縫表面檢測、原材料檢測如鋼管、圓鋼等。6、磁化電流、磁化電流 種類種類: 有有7種，最常用種，最常用3種：交流電、單向半波種：交流電、單向半波整流電、三相全波整流電。直流電不常用，要用蓄整流電、三相全波整流電。直流電不常用，要用蓄電池或直流發電機，多用整流電代替。電池或直流發電機，多用整流電代替。37磁化電流選擇要點磁化電流選擇要點1）有的是通電