无损检测(NDT)-磁粉检测(MT)技术

无损检测(NDT)——磁粉检测(MT)技术郭健;张丹;马国义;焦杰;吴丹;张航【摘要】从磁粉检测的类别、磁粉的种类、磁化方式和磁化规范等方面系统地介绍了磁粉检测技术.【期刊名称】《工程与试验》【年(卷),期】2011(051)003【总页数】4页(P55-58)【关键词】磁化;磁悬液;周向磁化;电磁轭【作者】郭健;张丹;马国义;焦杰;吴丹;张航【作者单位】130062;国家试验机质量监130062130062;国130062;国家试验机质量监督检验中心,吉林130062130062【正文语种】中文【中图分类】U115.28+41引言在现阶段使用的无损检测(NDT)方法中，磁粉检测(MT)是一项较为成熟的技术，几乎涵盖了机械、航空、航天和铁路等所有工程领域。MT是利用物理学中的磁现象检测铁磁性材料工件表面和近表面裂纹或其他缺陷的方法。MT方法具有检测便利、直观、高效率、低成本和仪器设备的适应性强等优点。本文从检测装置、磁化方式和磁粉等方面详尽地介绍MT技术。2MT检测法MTMT检测是利用磁现象检测铁磁材料表面和近表面缺陷的NDT方法。铁磁工件磁化时，若工件表层存在缺陷或材质不均匀，将使磁感应线改变方向，在强磁感应作用下，通过磁通在缺陷部位的泄漏形成磁极。此时在被磁化的工件表面喷洒磁粉或磁悬液就可能会出现表征缺陷态势的磁痕，从而判断材料表层是否存在缺陷。MT原则上讲，要求利用MT检测装置对被检工件进行磁化、喷洒磁粉、观察和退磁等4个方面的操作。但是在不要求退磁的场合，也可以不做退磁处理。根据被检工件的形状、尺寸、材质、表面状况和缺陷性质(种类、大小、位置和方向)，可以适当调整检测装置的灵敏度，以便能进行高效、安全的检测。MT检测法的种类比较繁多，利用表1对其加以归纳。表1MT检测法的分类序号分类的角度类别1喷洒磁粉的过程连续法和剩磁法2磁粉种类荧光磁粉和非荧光磁粉3磁粉的分散介质干式法和湿式(磁悬液)法4磁化电流的种类直流、脉动、交流和冲击电流5磁化方法周向磁化(轴向通电，探针法，电流贯通法)、纵向磁化(纵向通电，线圈法，极间法和磁通贯通法)和复合磁化连续法和剩磁法连续法是指被检工件磁化时对其完成喷洒磁粉/磁悬液的过程。连续法通常是断续性通电磁化，在施加磁粉/磁悬液的动作结束后才能断开磁化场。此时应对被检工件表面流动的分散介质形成的尚未消失的磁痕加以关注。采用连续法检测工件时应设定完成喷洒磁粉/磁悬液过程所需的通电时间。交流电流磁化方式仅限于使用连续法，直流和脉动电流磁化方式也可以使用连续法。连续法的磁化通电时间大约为(1～3)s。剩磁法是在完成被检工件的磁化操作后切断磁化场施加磁粉/磁悬液的方法。剩磁法的检测效率较高，根据剩磁法的基理可以对单个或多个中、小型零、部件同时进行检测。值得注意的是，在施加磁粉/磁悬液之前，使工件的被检测面不要与其他强磁性体接触。冲击电流磁化方式仅限于使用剩磁法，直流和脉动电流磁化方式也可以使用剩磁法。在一般情况下，剩磁法的通电时间大约为(1)荧光和非荧光磁粉检测法喷洒磁粉时，可按不同的观察方法，分为荧光或非荧光磁粉法。荧光法是以荧光磁粉作为显示材料，并要在暗室内使用荧光磁粉探伤机进行检测。在白光照度小于10lx条件下，荧光与工件表面的本底可形成高达1000∶1的比对系数，检测灵敏度高，宜采用此方法检测精密零、部件。在对荧光式磁粉探伤机进行现场检测时，应使用紫外线照度计检测机器发射的紫外线强度是否符合距离光镜表面38cm处紫外线照射强度应大于800μW/cm2的限定要求[1]，若不符合要求或水银灯泄漏，应及时进行修复或替换。的影响，其使用范围广泛。喷洒磁粉时，可按不同的分散介质，分为干式法和磁悬液法。由于受环境条件的限制，干式法的使用范围远小于磁悬液法。干式法是以所用磁粉和被检工件表面充分干燥为前提条件的。操作过程中，在工件表面应轻轻地吹拂并均匀散布适量的干磁粉，已喷洒的磁粉模态不应散乱。为了易于形成磁痕模式，可使被检工件的测试面轻微振动或喷洒足够量的磁粉后利用静态气流去除多余磁粉。磁悬液法是以煤油、水等作为分散介质，需要时可加入适量的防腐剂和界面活性剂。应根据被检工件的磁特性、形状、尺寸、表面状态、被预测缺陷的性质、磁化方法和检测环境等条件选择磁粉和分散介质的种类、磁悬液中磁粉的分散浓度(磁悬液浓度)和喷洒方法。由被检测工件材质的表面状况和缺陷性质决定磁粉必须保持适当的磁性、粒度、分散性、悬浊性和色调，应使磁悬液缓慢、均匀地喷洒到被检工件的有效检测区域以使缺陷部位吸附磁粉。此时，若工件的被检测面和磁悬液均比较洁净，则会呈现收敛良好的磁痕。MT(100ml)所含磁粉沉淀容积(ml)表示。可使用梨形长颈玻璃瓶试管测量现场使用的磁悬液浓度。取100ml30min度:(0.1～0.5)ml/100ml，非荧光磁粉磁悬液浓度:(1.2～3.0)ml/100ml[2]。特别地，在采用荧光磁粉检测法时，为了确定磁悬液浓度，除考虑磁粉的粒度外，还要考虑喷洒磁粉的时间和方法，以避免磁悬液浓度超过规定标准使缺陷判断失误。在MT装置工作期间，应能流畅地喷洒磁悬液，发生磁悬液阻塞现象时，必须迅速加以处理并恢复正常工作。磁化方法下面介绍MT中几种常用的方法。值得注意的是:在对被检测工件进行磁化时，予以判定的磁场方向应符合物理学中电磁场的右手螺旋定律。纵向磁化:磁化电流的流通方向与被检测工件的轴线相对垂直或形成磁场的磁力线方向与被检测工件的轴线相对平行。此时，磁场方向应尽可能与被预测的缺陷方向垂直。线圈法纵向磁化如图1所示。单向磁轭法也属于磁化的范畴。这种方法是将工件的被检测部位置于电磁轭的两个磁极之间，当磁化电流在电磁轭的激磁线圈中流通时，铁芯磁轭的两个磁极与工件间形成闭合磁场，在两个磁极极间中心连线的垂直方向附近磁场较强。两个磁极间距愈大，磁场愈弱。由于磁轭法磁化时与工件形成闭合磁路，无需考虑退磁场。另外，计算磁场也很困难，因此衡量其磁场强度的指标可以用吸引力或提升力表示。交流电磁轭提升试样的提升力应≥44N(4.5kg)，而直流电磁轭提升试样的提升力应≥177N(18.1kg)[3]。图1线圈法纵向磁化周向磁化:磁化电流的流通方向与被检测工件的轴线相对平行并建立一个沿圆周方向的磁场(形成磁场的磁力线方向与被检测工件的轴线相对垂直)，如图2所示，将被检工件夹持在磁粉探伤机的两个的电极之间，磁化电流沿轴向通过工件并在其表面建立闭合周向磁场。在工业上，周向磁化主要用于棒材和管材的NDT。图2电极法周向磁化复合磁化是对被检工件在两个以上方向施加磁场，由多方向的磁场同时对工件进行磁化(如图3所示)。复合磁化与纵向、周向等单向磁化方式相比，检测效率高，仅需进行一次连续磁化操作即可对工件做多方位的检测，价格低廉、操作方便，现阶段应用较为普遍。图3复合磁化—垂直交叉磁轭法磁化规范的确立(1)A确立磁化规范的方法首选灵敏度试片法。利用A磁粉和磁悬液的性能并可对连续法中被检工件的有效磁场强度、方向、探伤有效范围和检测操作的合理性进行研究。AA刚好能清晰显示人工缺陷磁痕状态，此时的电流磁场即为临界磁场强度。目前，国内普遍使用的A型标准灵敏度试片如图4所示。在图4中，名称为A1-15/50μm值愈小表示的灵敏度愈高。图4A型标准灵敏度试片在各种类型标准灵敏度试片使用过程中，应了解:①在每种形式的试片名称中，分数值越小，要求呈现缺陷状态的有效磁场强度越高。例如:在使用标准灵敏度试片时，要求A1-7/50A1-15/50(圆型，直线型)，括号内的文字表示人工缺陷的形状;②根据磁粉检测试验的规格和目的合理地选AAA1-7/50(圆型，直线型)标准试片磁化电流的2A/磁悬液;⑥不要使用那些在初始形状、尺寸和磁力特A(2)经验选择法在MT过程中，外加磁场在工件内生成的磁感应强度是使工件表层缺陷建立足够泄露磁场的必要先决条件。确定磁化规范所用磁感应强度的经验数据:工件内磁感应强度要求达到0.8特斯拉(T)/8000高斯(GS)才能满足测量灵敏度和检测到微小缺陷的要求。欧盟国家或国际标准化组织(ISO)的一些标准规定使用毫特斯拉计检验MT设备的磁化规范正是采纳了磁场检验的经验值。磁化规范的经验磁化曲线如图5所示。图5常用钢材磁化曲线示意图公式(1)表示直长导线磁化场与电流的关系:式中，Dmm(1)化电流的常用关系式。由公式(1)获取外加磁场强度:5、公式(1)和(2)0.8TH值在(20～40(1.6～3.2)kA/m540Cr351.6kA/m0.8T10Cr134.8kA/m退磁涉及到以下情况必须做退磁处理[4]:(a)在对工件进行连续检测时，担心工件相互之间受磁化作用的严重影响;(b)被检测工件的剩磁会对以后的机械加工产生恶劣影响;(c)被检测工件的剩磁会对测量装置等产生不良影响;(d)夹持被检测工件过程中，夹持装置与工件接触时的磨擦或其附近部位吸付的铁磁粉所增加的磨耗;(e)其他必要场合。退磁法与磁化法基本相同，只是在退磁过程中磁场的方向与工件磁化时所施加的磁场方向相反时，磁场一边反向移动一边衰减磁场强度，直到符合退磁要求为止。采用直流磁化方式时，由于其电流无趋肤效应，磁场渗透性好、剩磁稳定，有时需要专用退磁装置。退磁后应根据需要，使用磁强计确认退磁效果。3结论原则上讲，工件在完成全部加工和处理后才能进行