第二章 磁粉检测

1、第二章： 磁粉检测 广东工业大学材料与能源学院广东工业大学材料与能源学院 毛凌波毛凌波 MAGNETIC PARTICLE 什么是磁粉检测? 历历 史史 原原 理理 技技 术术 材 料 质 控 磁粉检测历史磁粉检测历史 磁粉检测早期发展史 1868年年英国报道了用罗盘仪罗盘仪检查枪管上的缺陷枪管上的缺陷; 1876年年英国人Hering用罗盘仪罗盘仪检查钢轨钢轨; 1918年年美国人Hoke发现被磁化的钢块吸附金属粉末被磁化的钢块吸附金属粉末现象，它 促使了磁粉检测技术的诞生; 1928年年美国麻省理工的教授、研究工程师A.V. de Forest为解 决油井钻杆断裂失效问题，研制出周向磁化周

2、向磁化和使用磁粉检查磁粉检查 缺陷缺陷的初步技术; 1930年年美国磁通公司的创始人A.V. de Forest与化学家、商学 硕士F. B. Doane将干磁粉用于焊缝探伤磁粉用于焊缝探伤; 磁粉检测历史磁粉检测历史 磁粉检测早期发展史 1934年年以生产磁粉探伤设 备和材料的美国磁通公司美国磁通公司 (MAGNAFLUX) 创立创立， 首台实验性固定式磁粉探固定式磁粉探 伤伤装置诞生 1935年油磁悬液年油磁悬液在美国开 始使用； 1941年年美国磁通获得荧光荧光 磁粉的专利技术磁粉的专利技术，创造了 一种全新的无损探伤方法 荧光渗透探伤; 磁粉检测原理磁粉检测原理 概述概述 磁粉检测技术

3、简述磁粉检测技术简述 铁磁性工件在外加磁场外加磁场作用下被磁化被磁化，当工件表面或近表面 处存在缺陷时，工件内磁场会发生畸变畸变，在相关表面产生漏漏 磁场磁场，其能吸附吸附施加于工件的磁粉而形成磁痕显示缺陷磁痕显示缺陷的存 在。 磁粉探伤套装 磁粉检测原理磁粉检测原理 概述概述 磁粉检测应用特点磁粉检测应用特点 可检测裂纹裂纹、夹杂夹杂、发纹发纹、折叠折叠、白点白点、冷隔冷隔、疏松疏松等缺陷 ，缺陷显示直观显示直观。 检测灵敏度高灵敏度高，检出缺陷宽度可至m级。 只要采用合适磁化方法，几乎不受不受工件尺寸和形状限制限制。 检测设备与工艺较简单工艺较简单，检测速度快速度快，检测费用较低费用较低。

4、 只能检测铁磁材料铁磁材料工件表面或近表面缺陷。 检测灵敏度与磁化方向等因素有关。 大多数情况下，工件检测后须进行退磁退磁。 磁粉检测原理磁粉检测原理 - - 电与磁电与磁 磁的基本概念磁的基本概念 磁磁 磁磁是物质的一种属性，具有该属性的物质能够吸引吸引铁、镍、钴等铁铁 磁性材料磁性材料。 日常生活中的磁现象磁现象：磁铁；指南针；磁粉检测。 磁性磁性 物体具有的吸引铁磁性材料吸引铁磁性材料的性质，称为磁性。磁性可用对磁粉的 吸附多少来测试，亦可通过仪器测量。 磁极磁极 磁体内磁性强弱分布不均匀。 通常磁体两端的磁性特别强， 中间部分磁性较弱，磁性特 别强的两端称为磁极磁极（N，S）。 同性相

5、斥同性相斥、异性相吸异性相吸 磁粉检测原理磁粉检测原理 - - 电与磁电与磁 磁的基本概念磁的基本概念 磁体磁体 具有磁性的物体磁性的物体称为磁体。 磁体有自然界中天然存在天然存在的，亦有通过外界作用外界作用使其具有磁性而成 的磁体的。 永久磁体 磁体的磁性不随时间的改变 而消失的磁体称为永久磁体 。如自然界中存在的天然“ 磁石”，马蹄形磁铁。 暂时磁体 外加磁场作用下获得磁性的 磁体，当外磁场取消后，其 磁性随之消失的磁体称为暂 时磁体，如电磁铁。 磁粉检测原理磁粉检测原理 - - 电与磁电与磁 磁的基本概念磁的基本概念 磁力线 磁性作用力不需要通过接触不需要通过接触，而是通过磁场磁场(具有

6、磁力作用的空 间)来实现的，为形象描述磁场，提出假象曲线假象曲线磁力线。 在具有磁性的物体及其周 围，假想存在许多 “线线”， 线上每点切线方向是如在 该处放入小磁针其N极指 向；线的多少表示磁体磁 性的大小；线的位置表示 磁性的分布；这种假想的 线，称为磁力线磁力线。 磁力线的方向可用小磁针来描述 磁粉检测原理磁粉检测原理 - - 电与磁电与磁 磁的基本概念磁的基本概念 磁力线/磁感应线的特征： 是闭合线闭合线，磁力线在磁 体外:由N极出发穿过空 气层进入S极，在磁体内 是由S极到N极，磁体内 外形成闭合曲线闭合曲线。 磁力线互不相交互不相交。 同性磁极相斥同性磁极相斥；异性磁异性磁 极相吸

7、极相吸。 磁力线在不同材料界面 上发生折射折射。 磁力线的特征 磁粉检测原理磁粉检测原理 - - 电与磁电与磁 磁与电的关联磁与电的关联 电流产生磁场 磁场对电流或运动电荷有作用力 切割磁力线产生电流 右手定则 电流方向与磁力线方向关系 安培定则 电流方向 电流产生的 磁场方向 铜棒内通过电流 螺旋线圈内通过电流 电流方向电流方向 电流产生的 磁场方向 SN 磁粉检测原理磁粉检测原理 - - 电与磁电与磁 电流产生磁场 磁场 概念:充满磁力线的空间或具有磁性的空间称为磁场。（空间：包括 磁体内和磁体外） 磁场的种类 周向磁场 (圆周磁场) 电流从导体或试件一端流向另一端 时,在导体或试件内部及

8、周围产生的 环型磁场。 漏磁场 漏磁场 SN SN SN 磁粉检测原理磁粉检测原理 - - 电与磁电与磁 电流产生磁场 磁场的种类 纵向磁场 磁力线与试件纵轴平行,并通过试件 的磁场。 SN SN 马蹄形磁铁被校直成条形磁铁后马蹄形磁铁被校直成条形磁铁后N极和极和S极位置极位置 磁痕显示 磁力 线 S NS N S NS N 裂纹 具有加工槽的条型磁铁产生的漏磁场具有加工槽的条型磁铁产生的漏磁场 纵向磁化裂纹产生的漏磁场纵向磁化裂纹产生的漏磁场 磁粉检测原理磁粉检测原理 - - 电与磁电与磁 电流产生磁场 磁场的种类 复合磁场 (矢量磁场) 两种不同方向的磁场同时施加于同一区域所合成的磁场。如

9、两磁场中至少有一 个是交流变化的，则合成磁场的方向和大小随时间周期变化。有旋转磁场和摆 动磁场两种类型。 H0 Hy Hy Hx Hx t 旋转磁场摆动磁场 H0 Hy Hx t Hy Hx 磁粉检测原理磁粉检测原理 - - 电与磁电与磁 磁场强度： 概念：表示磁场方向方向和强弱强弱的一种物理量，符号H。 磁场强度性质： 有方向和强度、是矢量。 在有磁场的空间，方向可用磁针测定、强度用磁强计测。 磁场存在于导体内外，磁体内外。 磁场强度的单位 SI制：安（培）/米 （A/m）； 1 A/m0.0125Oe CGS制：奥斯特：1奥=80A/m； 1Oe=80A/m 磁粉检测原理磁粉检测原理 -

10、- 电与磁电与磁 磁场强度计算 通电圆柱导体内外的磁场(不考虑磁感应， =1) ： 通电圆柱导体内外的磁场 导体表面： H=I/2R (A/m) r=R R：m 导体内： rR H=I/2r (A/m) II r RR H H 导体内的磁场导体外的磁场 电流方向 磁粉检测原理磁粉检测原理 - - 电与磁电与磁 磁场强度计算 通电空载螺管线圈中心磁场强度: 通电空载螺管线圈中心磁场 H0：中心轴线磁场强度（A/m ） l：线圈长度（m） d：线圈直径（m） N：线圈匝数 ：线圈对角线与轴线的夹角 l d 磁粉检测原理磁粉检测原理 - - 电与磁电与磁 磁场强度计算 通电空载螺管线圈中心磁场强度:

11、 螺线管中心轴线的磁场强度 是不均匀的，与其尺寸有关 短螺线管圈（ld） 特征：中心轴线，磁场分布 均匀，两端为中心的1/2； 内壁比中心强 l l d l H0 H0 H0 OOO 磁粉检测原理磁粉检测原理 - - 电与磁电与磁 磁场强度计算 在通电线圈中铁磁材料工件上的磁场强度 ： 通电线圈中铁磁材料 工件上的磁场 H=H0-H退 H0：为通电线圈产生的磁场强度 H退：为工件被磁化后两端产生磁 极在工件内部形成的退磁场，方向 与H0相反 H：为工件上有效磁场强度 L：为工件沿H0方向的长度 D：为工件上与L方向垂直的宽度 L/D 越小，H退越大 L D S 工 件 N H0 H退 磁粉检测

12、原理磁粉检测原理 - - 磁介质磁介质 磁介质 概念：在电流产生的磁场中放入一种物质，如这种物质能产 生一个附加磁场附加磁场，使物质所占空间原来的磁场发生变化原来的磁场发生变化，使 其增加或减少，则称其为磁介质。 设电流产生的磁场强度为H0，磁感应强度为B0，附加磁场为 B 则原磁场的磁感应强度： B=B0+B 磁粉检测原理磁粉检测原理 - - 磁介质磁介质 磁介质的分类： 相对磁导率B B0的 磁介质称为铁磁材料， 其特点是：在外加磁场 (即电流磁场中)中呈现 很强的磁性；产生与外 加磁场方向相同的附加 磁场；能被磁体强烈吸 引。如：铁、镍、钴及 其合金。一般来说，经 过淬火的钢材其磁导率

13、较低，未经淬火的钢材 其磁导率较高。 铁磁材料 B与B0方向相同，但 极小。相对磁导率 r1，在外加磁场中 呈现微弱磁性，并产生 与外加磁场同方向的附 加磁场，能被磁体微弱 吸引，如铝、锰、铬等 。不能进行磁粉探伤。 顺磁材料 B与B0方向相反，但 极小。相对磁导率 r工 件截面； 宜于检测工件中横向缺陷 工件与磁轭截面必须良好接触 工件不宜太长，形状不宜太复杂 磁轭整体磁化法 缺陷缺陷 工件工件 磁极磁极 磁力线磁力线 电流电流 纵向磁化方法纵向磁化方法 磁轭技术（电磁铁）磁轭技术（电磁铁） 磁粉检测技术磁粉检测技术 磁化方法磁化方法 一般用手提电磁轭 有效范围：（1/2+1/2）L，或用灵

14、 敏度试块测试； 磁轭极间距：50200为宜，太大 太小都不好； 磁轭活动关节越多，磁阻越大； 磁极与工件的间隙应小； 交流磁轭：检验表面缺陷灵敏度高 ； 直流磁轭：检验近表面缺陷比交流 磁轭好； 圆工件不宜采用直流电磁轭 磁轭局部磁化法 电流电流 焊缝焊缝 缺陷缺陷 磁力线磁力线 纵向磁化方法纵向磁化方法 磁轭技术（电磁铁）磁轭技术（电磁铁） 优点优点： 与工件非电接触； 可轻易改变纵向磁场方向； 可用于带漆层的工件； 灵敏度高； 携带方便、灵活； 缺点缺点： 形状复杂工件不易检测； 一次检测面积小； 需判断缺陷方向才有利于检测； 适用范围适用范围： 焊接件及各种大中型工件局部检验。 磁粉检

15、测技术磁粉检测技术 磁化方法磁化方法 便携式磁轭 纵向磁化方法纵向磁化方法 永久磁铁手提式磁轭永久磁铁手提式磁轭 用永久磁铁作的手提式磁轭，用于局部纵向磁化。 优点： 不需要电源 缺点： 一般磁化能力比电磁铁弱 磁化后与工件断开及退磁较困难 磁极吸附的磁粉不易去除 E1444规定，通过主管技术部门认可才可使用 磁粉检测技术磁粉检测技术 磁化方法磁化方法 永磁铁磁轭 磁粉检测技术磁粉检测技术 常见磁化方法三常见磁化方法三 两种不同方向的磁场同时施加于 工件同一区域，且合成磁场的方 向和大小随时间周期变化的磁化 方法称为复合磁化方法，宜于发 现个方向的缺陷。 复合磁化方法 复合磁化方法复合磁化方法

16、 交叉磁轭法交叉磁轭法 有相移的整流有相移的整流 电磁化法电磁化法 直流磁轭与交流通直流磁轭与交流通 电法电法 交叉线圈法交叉线圈法 直流线圈与交流通直流线圈与交流通 电法电法 直流线圈与交流直流线圈与交流 通电法通电法 磁探机 磁粉检测技术磁粉检测技术 磁化方法磁化方法 多向磁化（复合磁化）多向磁化（复合磁化） 2组磁化电源分别用于周向磁化（头 、尾夹头导电）和纵向磁化（磁轭或 线圈） 每组磁化电源可分别选择： AC, HW, FWDC AC+AC 复合磁化：工件上每一点旋 转磁场 AC+DC复合磁化：工件上每一点摆 动磁场 采用连续法，可同时发现各方向缺陷 。 多向磁粉探伤机 磁粉检测技术

17、磁粉检测技术 常用磁化电流常用磁化电流 常用磁化电流类型及特点 名名 称称电流波形电流波形电流表指示电流表指示 与峰值关系与峰值关系主要特点主要特点 AC有效值IIm1.4I 因趋肤效应,对表面缺陷检测灵敏度 高,容易退磁,可实现复合磁化与感应 法磁化；检测深度浅 FWDC平均值IdIm1.05Id 可检测近表面埋藏很深的缺陷,用于 剩磁法剩磁稳定,对电源容量要求低, 退磁较困难,不能用于感应法 HW平均值Id *常用 Im1.57Id 兼有直流的渗透性和交流的脉动性, 可检测表面下较深的缺陷,对表面缺 陷也有较高检测灵敏度,用于剩磁法 剩磁稳定, 退磁比交流困难 * 表中HW的峰值与平均值的

18、换算关系 , 该平均值是半周期平均值。 A.连续法连续法 概念：外加磁场磁化的同概念：外加磁场磁化的同 时，施加磁粉或磁悬液到时，施加磁粉或磁悬液到 工件的磁粉探伤方法，称工件的磁粉探伤方法，称 为连续法。为连续法。 适用于所有铁磁材料适用于所有铁磁材料 磁粉检测技术磁粉检测技术 检验方法检验方法 预处理预处理 磁磁 化化 ( (施加磁悬液施加磁悬液 ) ) 检检 验验 退退 磁磁 后处理后处理 1 2 3 4 5 通电要点 湿连续法：先用磁悬液润湿工件表面，在通电磁 化的同时浇磁悬液，停止浇磁悬液，再通电数次 ，待磁痕形成后再停电。 干连续法：对工件通电磁化后撒磁粉，在通电 的同时吹去多余的

19、磁粉，待磁痕形成后再停电。 B. 剩磁法剩磁法 概念：利用剩磁原理，停止概念：利用剩磁原理，停止 磁化后再将磁悬液施加到工磁化后再将磁悬液施加到工 件上进行磁粉探伤的方法，件上进行磁粉探伤的方法， 称为剩磁法称为剩磁法 适用于适用于Br和和Hc均较高的材料均较高的材料 磁粉检测技术磁粉检测技术 检验方法检验方法 预处理预处理磁磁 化化 施加磁悬施加磁悬 液液 检检 验验退退 磁磁 后处理后处理 123 4 56 通电要点 通电时间：1/4-1秒； 断电，浇磁悬液2-3遍，确保各部位浇到磁悬液 或：浸入搅拌均匀的磁悬液中10-20S，取出观 察； 注意：检验过的工件在退磁前不要与任何铁磁材 料接

20、触，以防磁写。磁写：剩磁引起铁磁材料的 磁性。 磁粉检测技术磁粉检测技术 退磁退磁 工件检测后的退磁 为何需要退磁？ 剩磁：吸附磁粉或铁屑，影响后续工 序；影响仪表精度与功能；干扰后续 磁探等 不需要退磁的情况 后续热处理，加热温度超过居里点； 磁性软、剩磁小的工件等 退磁方法 原理：原理：磁化电流反复倒向，同时连续 衰减至0，使工件内磁场循逐渐缩小 的磁滞回线最后到达0点。 退磁后剩磁要求 一般0.3mT 宜用指针式剩磁强度计测量 AC ： 工件直接通电或空心工件穿棒 通电，电流衰减至0。 工件通过通电线圈并远离；或 置于线圈或磁轭中，线圈电流衰 减至0 DC ： 方法与AC相同， 但必须有

21、电 流反复倒 向(变极) 装置。 退磁方法 1.湿湿 法法 概念：磁粉悬浮于载液中进行探伤的方法称湿法。湿法可用浇概念：磁粉悬浮于载液中进行探伤的方法称湿法。湿法可用浇 法或浸法。法或浸法。 磁粉检测技术磁粉检测技术 检验方法检验方法 操作要点 连续法：宜用浇法，液流不可太急，以 免冲掉磁痕； 剩磁法：可用浇法和浸法；浇法灵敏度 低于浸法；浸法要控制时间。 磁悬液喷洒系统 2.干干 法法 概念：用干磁粉直接被吸附显示概念：用干磁粉直接被吸附显示 缺陷的方法称为干法。缺陷的方法称为干法。 磁粉检测技术磁粉检测技术 检验方法检验方法 操作要点 工件表面清理，应干燥干净，磁粉亦应干燥 工件磁化后施加

22、磁粉，在观察磁痕后再撤去磁场 施加磁粉的气流应缓慢 可用皮老虎或压缩空气吹去多余的磁粉；要控制 得当，不能吹去磁痕 磁粉喷球 磁粉检测材料磁粉检测材料 按磁粉种类分 用于缺陷检测的一种有色的 磁粉，可以在普通光线下进 行观察。 用于缺陷检测的一种包有 荧光染料的磁粉，在波长 为315-400nm紫外辐射下 可发黄绿色荧光。 非荧光磁粉荧光磁粉 磁粉检测材料磁粉检测材料 - - 磁粉与磁悬液磁粉与磁悬液 湿法非荧光磁粉和荧光磁粉 非荧光磁粉荧光磁粉 主要成分Fe3O4、- Fe2O3、纯铁粉氧化铁粉、羰基铁粉、纯铁粉；胶料、荧光染料 颜色黑、红褐色等（如：#8A Red）紫外线照射下明亮的黄绿色荧光（如: 14A） 使用光源白光 工件表面照度1000Lx紫外线 工件表面1000W/cm2 白光20 Lx 配制浓度1025g/L0.52.0g/L(不含水质调节剂) 浓度测