10二级磁粉检测物理基础省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

磁

粉

检

测

物

理

基

础

山东省特检院临沂分院李国才MTⅢ、PTⅢ、RTⅢ高级工程师TEL1页

1、绪论1.1磁粉检测发展简史磁粉检测是利用磁现象来检测材料和工件中缺点方法。磁现象:早在春秋战国时期我国劳感人民就发觉了磁现象，并制成了指南针。理论基础:电流周围存在磁场。创建了磁感应线概念。1928年,研制出周向磁化法1930年,干磁粉用于焊缝及工件探伤。1934年,生产磁粉探伤设备和材料Magnaflm(美国磁通企业)创建1935年,油磁悬液在美国开始使用。1941年,荧光磁粉投入使用。磁粉检测从理论到实践,初步形成一个无损检测方法。从20世纪50年代初开始,我国先后引进前苏联、欧美等国家磁粉检测技术,制订出了我国标准规范。第2页1.2磁粉检测现实状况（1）检测设备开发：只有设备进步,才有成功应用。国外磁粉检测设备已实现了系列化和商品化。从固定式、移动式到携带式,从半自动、全自动到专用设备,从单向磁化到多向磁化;计算机编程应用,智能化设备大量涌现,这些设备能够预置磁化规范和合理工艺参数,进行荧光磁粉检测和自动化操作。国外还成功地利用电视光电探测器荧光磁粉扫查系统和激光飞点扫描系统,实现了磁粉检测观察阶段自动化,降低了劳动强度。

近年来,我国磁粉检测设备发展也很快,已实现了系列化。磁粉检测智能化设备和自动化、半自动化设备已经生产应用,光电扫描图像识别磁粉探伤机也已研制成功。（2）检测器材方面

国外在许多方面都形成了系列产品。我国研制部分磁粉检测器材,性能己赶上国外同类产品，在国内许多行业得到普遍使用。我国研制YC-2型荧光磁粉,灵敏度高。磁悬液喷罐使用方便,其在特种设备磁粉检测中普遍应用。第3页（3）在工艺方法方面

我国创造磁粉探伤-橡胶铸型法,为间断检测小孔内壁早期疲劳裂纹产生和扩展速率闯出了一条新路（4）磁粉检测质量控制

对影响磁粉检测灵敏度和检测可靠性诸原因加以控制。

国外非常重视,不但制订了详细控制项目、校验周期和技术要求,同时经过实践对质量控制技术要求进行连续改进。

我国借鉴国外先进经验,磁粉检测质量控制也日益受到重视.JB/T4730.4-《承压设备无损检测》,将质量控制项目纳入标准条文,由此可见其主要性。磁粉检测方法日臻完善。对无损检测人员培训和资格判定空前重视,人员素质大大提升。磁粉检测是五大常规方法之一；是特种设备检测发觉缺点最主要伎俩之一。第4页1.3漏磁场检测分类漏磁场:铁磁性材料工件被磁化后,在不连续性处或磁路截面改变处,磁感应线离开和进入工件表面而形成磁场。不连续性:就是工件正常组织结构或外形任何间断,这种间断可能会也可能不会影响工件使用性能。缺点:通常把影响工件使用性能不连续性称为缺点。因为工件不连续性处磁导率发生改变,磁感应线溢出工件表面形成磁极,并形成可检测漏磁场。检测漏磁场方法称为漏磁场检测,包含磁粉检测与检测元件检测。

其区分是:

磁粉检测：是利用铁磁性粉末---磁粉,作为磁场传感器,即利用漏磁场吸附磁粉形成磁痕(磁粉聚集形成图像)来显示不连续性位置、大小、形状和严重程度。

检测元件检测：是利用磁带、霍尔元件、磁敏二极管或感应线圈作为磁场传感器,检测不连续性处漏磁场位置、大小和方向。第5页1.3.1磁粉检测磁粉检测(MagneticParticleTesting、简称

MT)，又称磁粉检验或磁粉探伤,属于无损检测五大常规方法之一。

（1）磁粉检测原理：铁磁性材料工件被磁化后,因为不连续性存在,使工件表面和近表面磁感应线发生局部畸变而产生漏磁场,吸附施加在工件表面磁粉,在适当光照下形成目视可见磁痕,从而显示出不连续性位置、大小、形状和严重程度。不连续性处漏磁场分布如图l-1所表示

1-漏磁场2-裂纹3-近表面气孔4-划伤5-内部气孔6-磁感应线7-工件

可见,磁粉检测基础是不连续性处漏磁场与磁粉磁相互作用。

第6页(2)磁粉检测适用范围1)

铁磁性材料工件表面和近表面尺寸很小、间隙极窄(如可检测出长0.1mm、宽为微米级裂纹)和目视难以看出缺点。马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料(如lCr17Ni7)含有磁性,因而能够进行磁粉检测。2)工件表面和近表面裂纹、白点、发纹、折叠、疏松、冷隔、气孔和夹杂等缺点,但不适合用于检测工件表面浅而宽划伤、针孔状缺点、埋藏较深内部缺点和延伸方向与磁感应线方向夹角小于20°缺点。3)未加工原材料(如钢坯)和加工半成品、成品件及使用过工件及特种设备。 4)管材、棒材、板材、型材和锻钢件、铸钢件及焊接件。不适合用于非磁性材料：比如奥氏体不锈钢材料(如1Cr18Ni9,OCr18Ni9Ti)和用奥氏体不锈钢焊条焊接焊缝,也不适合用于检测铜、铝、镁、钛合金等非磁性材料。第7页(3)磁粉检测程序特种设备磁粉检测七个程序是:1)预处理;2)磁化;3)施加磁粉或磁悬液;4)磁痕观察与统计;5)缺点评级;6)退磁;7)后处理。第8页(4)磁粉检测优点及其不足磁粉检测优点:1)可检测出铁磁性材料表面和近表面(开口和不开口)缺点。2)能直观地显示出缺点位置、形状、大小和严重程度。3)含有很高检测灵敏度,可检测微米级宽度缺点。4)单个工件检测速度快,工艺简单,成本低廉,污染少。5)采取适当磁化方法,几乎能够检测到工件表面各个部位,基本上不受工件大小和几何形状限制。6)缺点检测重复性好。7)可检测受腐蚀表面。第9页磁粉检测不足:1)只适合用于铁磁性材料。

不能检测奥氏体不锈钢材料和奥氏体不锈钢焊缝及其它非铁磁性材料。2)只能检测表面和近表面缺点。3)检测时灵敏度与磁化方向有很大关系。若缺点方向与磁化方向近似平行或缺点与工件表面夹角小于20°,缺点就难以发觉。另外,表面浅而宽划伤、铸造皱折也不易发觉。4)受几何形状影响,易产生非相关显示。5)工件表面覆盖层对磁粉检测有不良影响。用通电法和触头法磁化时,易产生电弧,烧伤工件。所以,电接触部位非导电覆盖层必须打磨掉。6)部分磁化后含有较大剩磁工件需进行退磁处理。第10页1.3.2检测元件检测（3）(1)录磁探伤法适合用于焊接件和轧制件探伤,可发觉裂纹、夹杂和气孔等缺点。(2)感应线圈探伤法应用于各种无损检测仪器和磁性测量仪器中,能有效地对钢管、钢棒和钢丝绳等进行探伤。(3)磁敏元件探测法能检测狭缝中磁场分布和测量极其微弱磁场,并能直接显示磁场强度大小和方向,因而已被广泛应用。第11页1.4表面无损检测方法比较表面无损检测方法：磁粉检测、渗透检测和涡流检测，其原理和适用范围区分很大,而且有各自独特优点和不足。所以无损检测人员应熟练掌握这三种检测方法,并能依据工件材料、状态和检测要求,选择合理方法进行检测。磁粉检测对铁磁性材料工件表面和近表面缺点含有很高检测灵敏度,可发觉微米级宽度小缺点；所以特种设备对铁磁性材料工件表面和近表面缺点检测宜优先选择磁粉检测（JB/T4730.1-：4.1.3条）,确因工件结构形状等原因不能使用磁粉检测时,方可使用渗透检测或涡流检测。表面无损检测方法比较见表1-1。第12页第13页2.1磁现象和磁场2.1.1磁基本现象

磁性、磁体、磁极、磁力、磁化

磁性:磁铁能够吸引铁磁性材料性质叫磁性。

磁体:凡能够吸引其它铁磁性材料物体叫磁体。

磁极:靠近磁铁两端磁性尤其强吸附磁粉尤其多区域称为磁极。每一小块磁体总有两个磁极。

磁力：磁极间相互排斥和相互吸引力称为磁力

磁化:使原来没有磁性物体得到磁性过程叫磁化。

2、磁粉探伤物理基础第14页2.1.2磁场与磁感应线

磁场:含有磁力作用空间.存在于被磁化物体或通电导体内部和周围,是由运动电荷形成。

磁场特征、显示和磁力线

磁场特征:是对运动电荷(或电流)含有作用力,在磁场改变同时也产生电场。

磁场显示:磁场大小、方向和分布情况,能够利用磁感应线来表示。磁力线用途（假想磁感应线）假想，用于形象地描述磁场大小、方向和分布情况。磁感应线疏密程度反应磁场大小。在磁力线密地方磁场大，在磁力线稀地方磁场小，磁感应线在每点切线方向代表磁场方向,磁力线上每点切线方向与该点磁场方向一致。第15页磁感应线含有以下特征:（1）、磁感应线是连续含有方向性闭合曲线。在磁体内是由S极到N极；在磁体外,磁感应线是由N极出发，穿过空气进入S极闭合曲线（2）、磁感应线互不相交；

（3）、磁感应线可描述磁场大小和方向；

（4）、磁感应线沿磁阻最小路径经过；

·同性磁极相斥,因同性磁极间间磁力线有相互排挤倾向；·异性磁极相吸,因异性磁极间磁感应线有缩短长度倾向。第16页1.圆周磁场马蹄形磁铁如图2-2a所表示,含有N极和S极。磁铁外部,磁感应线从N极出发穿过空气进入S极;磁铁内部,磁感应线从S极到N极闭合,它两极能吸引铁磁性材料。 漏磁场形成⑴磁极间距变小形成漏磁场:将磁铁弯曲,使两磁极靠得很近,如图2-2b所表示,

磁感应线离开N极,穿过空气重新进入S极,产生漏磁场。⑵裂纹两侧形成漏磁场:将磁铁两端再弯曲,使两极熔合成圆环,如图2-2c所表示,此时磁铁内既无磁极又不产生漏磁场,因而不能吸引铁磁性材料,但在磁铁内包容了一个圆周磁场或已被周向磁化。假如已周向磁化零件存在与磁感应线垂直裂纹,则在裂纹两侧马上产生N极和S极,形成漏磁场,漏磁场能强烈地吸附磁粉形成磁痕,显示出裂纹缺点。有裂纹处漏磁场分布及磁痕显示如图2-1d所表示图2-2用马蹄形磁铁描述圆周磁场

第17页图2-3用条形磁铁描述纵向磁化

a)马蹄形磁铁被校直成条形磁铁b)带机加工槽c)带纵向裂纹2.纵向磁化假如将马蹄形磁铁校直为条形磁铁,则其两端是N极和S极。条形磁铁两极能强烈地吸附磁粉,说明该条形磁铁已被纵向磁化,如图2-3a所表示。磁粉检测基础

假如磁感应线被不连续性或裂纹阻断而在其两侧形成N极和S极,则会产生漏磁场,如图2-3b和图2-3c所表示,吸附磁粉形成磁痕,从而显示出不连续性或裂纹；第18页2.1.3

真空中恒定磁场1.磁感应强度B电流(运动电荷)周围存在磁场,人们利用磁感应强度B来定量描述磁场特征。磁感应强度B定义：将原来不含有磁性铁磁性材料放入外加磁场内,便得到磁化,它除了原来外加磁场外,在磁化状态下铁磁性材料本身还产生一个感应磁场,这两个磁场叠加起来总磁场,称为磁感应强度B。磁感应强度B为矢量,其方向为该点处小磁针N极方向,能够用右手螺旋法则来确定。单位：N·s/(C·m),即N/(A·m)(SI),称为特斯拉T；另一个单位是高斯,用Gs表示,换算关系为lT=104Gs第19页能够用磁感应线来描绘磁场分布,要求:经过磁场中某点处垂直于B矢量单位面积磁感应线数等于该点B矢量大小,该点磁感应线切线方向为B矢量方向。磁感应强度大小等于穿过与磁感应线垂直单位面积上磁通量,所以磁感应强度又称为磁通密度。在任何磁场中,每一条磁感应线都是无头无尾闭合线,磁场较强地方,磁感应线较密;反之,磁感应线就较疏,而且磁感应线围绕方向和电流方向形成右手螺旋关系

磁感应强度不但有外加磁场相关,还与被磁化铁磁性材料性质相关

B=μH。第20页2、磁通量:

定义：在磁场中，经过一给定曲面总磁感应线，称为经过该曲面磁通量。简称磁通,它是磁场中垂直穿过某一截面磁感应线条数,用符号φ表示。

在SI单位制中,磁通量单位是韦〔伯](Wb);在CGS单位制中,磁通量单位是麦[克斯韦](Mx),1麦[克斯韦]表示经过1根磁感应线。二者间换算关系为：1韦[伯](Wb)=108麦[克斯韦](Mx)第21页对闭合曲面来说,普通要求向外指向为正法线指向,这么,磁感应线从闭合面穿出处磁通量为正,穿入处磁通量为负。因为磁感应线是闭合线,所以,穿入闭合曲面磁感应线数必定等于穿出闭合曲面磁感应线数,所以经过任一闭合曲面总磁通量必定为零.磁场高斯定理:经过任一闭合曲面总磁通量必定为零.是电磁场理论基本方程之一。该定理说明,磁场是涡旋场,其磁感应线无头无尾,恒为闭合。

第22页3、安培环路定律依据毕奥-萨伐尔定律：一个载流导体在空间任一点产生磁感应强度：B=∫LdB=μ0I/2πr真空中安培环路定律：对任意几何形状通电导体磁场，其电流与它所激发磁场之间普遍存在以下规律：

∮LB·dL=μ0∑I已知长直载流导体周围磁感应线是一组以导体为中心同心圆，在垂直于导线平面内任意作一包围电流闭合曲线,曲线上任一点磁感应强度为B=μ0I/2πr式中：μ0

=4×10-7H/m---真空磁导率I---导线中电流r---该点离开导线距离第23页2.1.4磁介质中磁场1、磁介质磁介质:能影响磁场物质。各种宏观物质对磁场都有不一样程度影响,所以普通都是磁介质。设某一电流分布在真空中激发磁感应强度为Bo,那么在同一电流分布下,当磁场中放进了某种磁介质后,磁化了磁介质将激发附加磁感应强度B′,这时磁场中任一点磁感应强度B等于Bo和B′矢量和,

即

B=Bo+B′,因为磁介质有不一样磁化特征,它们磁化后所激发附加磁场也有所不一样。据此可把磁介质分为顺磁性材料(顺磁质)、抗磁性材料(抗磁质)和铁磁性材料(铁磁质),抗磁性材料又叫逆磁性材料。第24页顺磁性材料被磁化后,磁介质中磁感应强度B稍大于Bo,即B>Bo,如铝、铬、锰、铂、氮等,能被磁体轻微吸引。抗磁性材料被磁化后,磁介质中磁感应强度B稍小于Bo,即B<Bo,如铜、银、金、铅、锌等,能被磁体轻微排斥。铁磁性材料被磁化后,所激发附加磁感应强度B′远大于Bo,使得B》Bo,如铁、镍、钴及其合金等,铁磁质能显著地增强磁场,能被磁体强烈吸引。磁粉探伤只适合用于铁磁性材料,通常把顺磁性材料和逆磁性材料都列入非磁性材料。第25页2、磁化强度M

物质是由分子组成,分子由原子组成.近代物理证实,原子中每个电子都在作绕核循轨运动和自旋运动,这两种运动都产生磁效应.假如把分子看成一个整体,分子中各个电子对外所产生磁效应总和,能够用一个等效圆电流来表示。这个等效圆电流称为分子电流,其对应磁矩称为分子磁矩,用Pm来表示,显然Pm是分子中各个电子轨道磁矩和自旋磁矩矢量和.

在无外磁场时,磁介质内部任一体积元△V内全部分子磁矩矢量和为零∑Pm=0.这是因为受分子杂乱无章热运动影响,使分子磁矩指向各向概率相等,因而磁介质对外不显磁性.

当磁介质处于外磁场B中时,每个分子都受到一个力矩L0=Pm×B,该力矩迫使分子磁矩转向外磁场B方向,于是,在外磁场作用下,任一体积元△V内全部分子磁矩矢量和不为零,即∑Pm≠0。这么,磁介质对外就显示出一定磁性,或者说磁介质被磁化了。

第26页为了描述磁介质磁化状态(磁化程度和磁化方向）,我们引入磁化强度矢量M。它表示单位体积内全部分子磁矩矢量和,单位是安/米。假如在磁介质中各点磁化强度矢量大小和方向都相同,则称该磁化是均匀;不然

磁化是不均匀。

在外磁场中,磁化了磁介质会激发附加磁场,该附加磁场起源于磁化了介质内所出现束缚电流(实质上是分子电流宏观表现)。

从均匀磁化介质及长方形闭合回路简单特例导出,但却是在任何情况都普遍适用关系式。

该式表明,磁化强度对闭合回路线积分等于经过回路所包围面积内总束缚电流。as-单位长度束缚面电流；l-所选取一段磁介质长度。Is-在l长度上，束缚电流总量值。第27页3、磁场强度:

在电流产生磁场中有磁介质存在时,空间任一点磁感应强度B等于导线中电流(称为传导电流)所激发磁场与磁介质磁化后束缚电流所激发附加磁场矢量和。这时安培环路定理应为将磁化强度式代入得：

该式称为有磁介质时安培环路定理,它表明H矢量环流(沿任何闭合曲线线积分)只和传导电流I相关,与磁介质磁性无关。

磁场强度H：磁场含有大小和方向,磁场大小和方向总称为磁场强度,通常也把单位正磁极所受力称为磁场强度。

单位为A/m(SI)和Oe(CGS)。

为了形象地表示出磁场中H矢量分布,引入H线(磁感应线)来描述磁场,要求以下:磁感应线上任一点切线方向和该点H矢量方向相同,磁感应线疏密程度代表H矢量大小,磁感应线越密,表示H越大,磁感应线越疏,表示H越小。第28页4、磁导率

物质磁化是由外磁场引发,在磁性物质中,磁化强度M不但和磁介质性质相关,也和磁介质所处磁场相关。试验证实,对于各向同性磁介质,在磁介质中任一点磁化强度M和磁场强度H成正比,即M=χmH

式中,χm为物质磁化率。

不一样物质磁化率是不一样,抗磁质磁化率是负值,顺磁质磁化率是正值,但都很小,铁磁质磁化率为正,而且很高.实际上,物质被磁化以后必定反过来使物质所在部分磁场发生改变.因为改变后总磁场为B；令磁化后引发磁场改变为H´,称为附加磁场,其大小H´=M,

则有B=μoH+μoM,把M=χmH代入得：

B=μOH+μoχmH=μo(1+χm)H=μoμrH=μH

式中:μr-该磁介质相对磁导率；其大小μr=1+χm；

μo-真空磁导率；

μ-磁介质磁导率,或绝对磁导率；μ=μoμr。

第29页

磁导率(绝对磁导率):磁感应强度B与磁场强度H比值,用μ表示。磁导率表示材料被磁化难易程度,它反应了材料导磁能力。在SI单位制中单位是亨[利]每米(H/m)。

μ不是常数,随磁场大小不一样而改变,有最大值和最小值。

真空磁导率μ。：在真空中,磁导率是一个不变恒定值,用μ。表示,称为真空磁导率,μo=4π×10-7H/m,单位是H/m相对磁导率μr：为了比较各种材料导磁能力,把任一个材料磁导率和真空磁导率比值,μr=μ/μ。叫做该材料相对磁导率,用μr表示,μr为一纯数,无单位。对于各向同性磁介质,χm和μr都是无量纲常数。全部顺磁性材料、抗磁性材料磁化率都很小,其相对磁导率几乎等于1,这说明它们对原磁场只产生微弱影响。对于铁磁性材料,铁磁质中任一点B,M,H三矢量之间普遍关系仍采取式B=μOH+μoM,不过试验发觉铁磁质中B与H以及M与H之间并没有线性正比关系,甚至不存在单值关系,铁磁质磁导率、相对磁导率和磁化率也都不是常数。第30页2.2铁磁性材料2.2.1磁畴

磁畴:铁磁性材料内部自发磁化大小和方向基本均匀一致小区域。

在铁磁质中,相邻铁原子中电子间存在着非常强交换藕合作用,这个相互作用促使相邻原子中电子磁矩平行排列起来,形成一个自发磁化到达饱和状态微小区域,这些自发磁化微小区域,称为磁畴。

一个经典磁畴宽度约为10-3cm,体积约为10-9cm3时,内部大约含有1014个磁性原子，各原子磁化方向一致,对外展现磁性。

磁畴结构和形状已能在试验中观察到。在磨光铁磁质表面上撒一层极细铁粉,因为磁畴边界处存在着不均匀强磁场,它将铁粉吸引到磁畴边界上去,用金相显微镜能够直接观察到粉末沿着磁畴边界聚集形成某种图形。某铁磁性材料磁畴以下列图2-4所表示。第31页如图2-5a：没有外加磁场作用,铁磁性材料内各磁畴磁矩方向相互抵消,对外显示不出磁性。如图2-5b：当把铁磁性材料放到外加磁场中去时,磁畴就会受到外加磁场作用,一是使磁畴磁矩转动,二是使畴壁(畴壁是相邻磁畴分界面)发生位移,最终全部磁畴磁矩方向转向与外加磁场方向一致,铁磁性材料被磁化。铁磁性材料被磁化后,就变成磁体,显示出很强磁性。如图2-5c：去掉外加磁场之后,磁畴出现局部转动,但仍保留一定剩下磁性。

图2-5铁磁性材料磁畴方向

a不显示磁性

b磁化

c保留一定剩磁第32页永久磁铁中磁畴,在一个方向上占优势,因而形成N极和S极,能显示出很强磁性。居里点或居里温度:铁磁性材料失去原有磁性临界温度。在高温情况下,磁体中分子热运动会破坏磁畴有规则排列,使磁体磁性减弱。超出某一温度后,磁体磁性也就全部消失而展现顺磁性,实现了材料退磁。铁磁性材料在此温度以上不能再被外加磁场磁化,

从居里点以上高温冷却下来时,只要没有外磁场影响,材料依然处于退磁状态。第33页2.2.2磁化过程磁畴磁矩转动；磁畴壁发生位移；第34页磁化过程

图2-6铁磁性材料磁化过程1.图2-6a:未加外加磁场时,磁畴磁矩杂乱无章,对外不显示宏观磁性。2.图2-6b:在较小磁场作用下,磁矩方向与外加磁场方向一致或靠近磁畴体积增大,而磁矩方向与外加磁场方向相反磁畴体积减小,畴壁发生位移。 3.图2-6c:增大外加磁场时,磁矩转动畴壁继续位移,最终只剩下与外加磁场方向比较靠近磁畴。 4.图2-6d:继续增大外加磁场,磁矩方向转动,与外加磁场方向靠近.5.图2-6e:当外加磁场增大到一定值时,全部磁畴磁矩都沿外加磁场方向有序排列,到达磁化饱和,相当于一个微小磁铁或磁偶极子,产生N极和S极,宏观上展现磁性。第35页2.2.3磁特征曲线初始磁化曲线是表征铁磁性材料磁特征曲线,用以表示M-H或B-H关系。将铁磁性材料做成环形样品,绕上一定匝数线圈,线圈经过换向开关K和可变电阻器R接到直流电源上,其电路如图2-7所表示。经过测量线圈中电流I,算出材料内部磁场强度H值;用冲击检流计或磁通计测量此时穿过环形样品横截面磁通量φ,从而计算出磁感应强度B值;将磁场强度H值和磁感应强度B值代人式B=μOH+μoM能够计算出磁化强度M值。依据计算结果画成初始磁化曲线、B-H曲线和μ-H曲线如图2-8和图2-9所表示。第36页左图所表示是铁磁性物质经典磁化曲线(M-H曲线),它反应了铁磁性物质共同磁化特点。试验结果表明铁磁质磁化曲线有以下特点:设磁化前铁磁质为磁中性,铁磁环中H=0,M=0,当磁场H逐步增加时,M随之增加,开始增加得比较迟缓(oa段),然后经过一段急剧上升过程(ab段),又进入迟缓改变阶段(bQ段和Qm段),这时,再继续增大磁化场,M却保持不变(ms段),铁磁质已磁化到饱和,饱和时磁化强度叫做饱和磁化强度Mm。图中未抵达饱和磁化状态一段曲线,叫做起始磁化曲线。图2-8初始磁化曲线图第37页图2-9B-H曲线和μ-H曲线由图能够看出B-H曲线和μ-H曲线关系,它是制订周向磁化规范选取磁场大小依据。在连续法磁化时,磁场值一定要大于Hμm,在Hμm-Hl范围内,属于急剧磁化区或激烈磁化区。标准规范应选在bQ段,即Hl-H2(近饱和区)范围内。严格规范应选在QM段,即H2-H3(基本饱和区)范围内。从图上能够看出,磁场强度在大于Hμm后,H越大,μ值则越小,磁化后产生漏磁场就越大,探伤灵敏感度就越高。

第38页2.2.4磁滞回线磁滞回线:描述磁滞现象闭合磁化曲线.铁磁性工件在交变磁场作用下，因为在工件上磁感应强度改变滞后于磁化场改变，形成一个叶子形闭合回线，称为磁滞回线如图2-10所表示。当铁磁性材料在外加磁场强度作用下磁化到1点后,减小磁场强度到零,磁感应强度并不沿曲线1-0下降,而是沿曲线1-2降到2点,这种磁感应强度改变滞后于磁场强度改变现象叫磁滞现象,它反应了磁化过程不可逆性。初始磁化曲线:当磁场强度增大到1点时,磁感应强度不再增加,得到0-1曲线。剩下磁感应强度:当外加磁场强度H减小到零时,保留在材料中磁性,简称剩磁,用Br表示,如图中02和05。矫顽力:为了使剩磁减小到零,必须施加一个反向磁场强度,使剩磁降为零所施加反向磁场强度,用Hc表示.如图中03和06。

图2-10磁滞回线第39页假如反向磁场强度继续增加,材料就展现与原来方向相反磁性,一样可到达饱和点m′,当H从负值减小到零时,材料含有反方向剩磁-Br,即05。磁场经过零值后再向正方向增加时,为了使-Br减小到零,必须施加一个反向磁场强度,如图中06,磁场在正方向继续增加时曲线回到1点,完成一个循环,如图中1-2-3-4-5-6-1,即材料内磁感应强度B是按照一条对称于坐标原点闭合磁化曲线改变,这条闭合曲线称为磁滞回线。只有交流电才产生这种磁滞回线。图2-10中,±Bm为饱和磁感应强度,表示工件在饱和磁场强度±Hm磁化下B到达饱和,不再随H增大而增大,对应磁畴全部转向与磁场方向一致。α为初始磁化曲线切线与x轴夹角,α=arctan(B/H)。α大小反应铁磁性材料被磁化难易程度。图2-10磁滞回线第40页铁磁性材料特征:(1)高导磁性—能在外加磁场中强烈地磁化,产生非常强附加磁场,它磁导率很高,相对磁导率可达数百甚至数千。(2)磁饱和性—铁磁性材料因为磁化所产生附加磁场,不会随外加磁场增加而无限地增加,当外加磁场到达一定程度后,全部磁畴方向都与外加磁场方向一致,磁感应强度B不再增加,展现磁饱和。(3)磁滞性—当外加磁场方向发生改变时,磁感应强度改变滞后于磁场强度改变。当磁场强度减小到零时,铁磁性材料在磁化时所取得磁性并不完全消失,而保留了剩磁。第41页依据铁磁性材料矫顽力Hc大小可分为软磁材料和硬磁材料两大类。Hc<100A/m认为是软磁材料,其磁滞回线如图2-11a所表示。Hc≥10OA/m认为是硬磁材料,其磁滞回线如图2-11b所表示。当代电动机中惯用一个铁氧体材料磁滞回线近似呈矩形,如图2-11c所表示,故称矩磁材料,其特点是:一经磁化,其剩下磁感应强度靠近于非常稳定饱和值Bm。软磁材料和硬磁材料含有以下特征:(1)软磁材料—是指磁滞回线狭长,含有高磁导率、低矫顽力和低磁阻铁磁性材料。软磁材料磁粉检测时轻易磁化,也轻易退磁。软磁材料有电工用纯铁、低碳钢和软磁铁氧体等材料。(2)硬磁材料—是指磁滞回线肥大,含有低磁导率、高剩磁、高矫顽力和高磁阻铁磁性材料。硬磁材料磁粉检测时难以磁化,也难以退磁。硬磁材料有铝镍钴、稀土钴和硬磁铁氧体等材料。图2-11不一样材料磁滞回线

a软磁材料

b硬磁材料

c矩磁材料第42页2.3电流磁场2.3.1通电圆柱导体磁场

1、磁场方向:与电流方向相关,用右手定则确定;

当电流流过圆柱导体时，产生磁场是以导体中心轴线为圆心同心圆，在半径相等同心圆上，磁场强度相等。

2、磁场大小:安培环路定律计算

∮H·dl=∑I

依据上式,通电直长导体表面磁场强度为:H=I/2πR图2-12通电圆柱导体磁场a导体内磁场b导体外磁场第43页电流磁场导体外部磁场强度导体内部磁场强度第44页式中：H一磁强强度(A/m)I一电流强度(A)R一圆柱导体半径(m)

导体外r处(r＞R)和导体内部r处(r＜R)磁场强度：r＞R时：H=I/2πR；

r＜R时：H=Ir/2πR2；

CGS单位制公式：连续法(I=8D)和剩磁法(I=25D)经验公式起源：普通要求工件表面磁场强度，连续法时最少到达2400A/m,剩磁法时最少到达8000A/m,代入上式可得。圆柱导体内、外及表面磁场强度分布如右图2-13所表示：第45页3、应用(1)钢棒通电法磁化用交流电和直流电通电磁化同一钢棒时,磁场强度分布如图2-14a所表示,其共同点是:1)中心处,磁场强度为零。2)表面,磁场强度到达最大。3)离开表面,磁场强度随r增大而下降。其不一样点是:直流电磁化,从钢棒中心到表面,磁场强度是直线上升到最大值;交流电磁化,因为集肤效应,只有在钢棒近表面才有磁场强度,并迟缓上升,而在靠近钢棒表面时,快速上升到达最大值。图2-14a钢棒通交、直流电磁化磁场强度分布图第46页磁感应强度分布如图2-14b所表示。与图2-14a不一样点是:

1)因为钢棒磁导率高,

B=μH,所以B远大H,Bm远大于Hm。

2)离开钢棒表面,在空气中,μr≈1,B≈H,所以磁感应强度突降后与磁场强度曲线重合。图2-14b钢棒通交、直流电磁化磁感应强度分布

第47页(2)钢管中心导体法磁化用直流电中心导体法磁化钢管时,磁场强度和磁感应强度分布如图2-15所表示从图中能够看出,在通电中心导体(铜棒)内、外磁场分布与图2-14a相同。在钢管内是空气,因为铜棒μr≈1,所以只存在磁场强度H。在钢管上因为μr》1,所以能感应产生较大磁感应强度;又因为H=I/2πr,且钢管内半径比外半径r小,因而钢管内壁较外壁磁场强度和磁感应强度都大,探伤灵敏度高。离开钢管外表面,在空气中,μr≈1,B≈H,所以磁感应强度突降后,与H曲线重合。图2-15直流电中心导体法磁化钢管磁场强度和磁感应强度分布第48页采取中心导体法对钢管进行磁化时,普通推荐采取直流电或三相全波整流电。因为,采取脉动成份很大交流电磁化时,因为电磁感应作用,在钢管内表面会产生很大涡电流,从而产生很大磁感应强度,而钢管外表面磁感应强度变得很小,轻易漏检缺点。

第49页2.3.2通电钢管磁场1.磁场方向同通电圆柱导体磁场一样,用右手定则来确定。2.磁场强度计算(1)钢管内部空心部分依据安培环路定理,内部空心部分(含内表面)不包含任何电流,所以其磁场强度为零。 (2)钢管横截面内部钢管通直流电磁化磁场强度分布如图2-16所表示,钢管所通直流电电流强度为I,钢管横截面电流密度为J。依据安培环路定理:∮H·dl=∑I即：2πrH=SJ∴(3)钢管外表面及外部1)钢管外表面处:r=R2得：H=I/2πR22)钢管外部:依据安培环路定理H=I/2πr钢管直接通电法磁化时,因为其内部磁场强度为零,所以不能用磁粉检测方法来检测内表面缺点图2-16钢管通直流电磁化磁场强度分布第50页2.3.3通电线圈磁场1.磁场方向在线圈中通以电流时,线圈内产生磁场是与线圈轴平行纵向磁场。其方向可用右手定则确定:

用右手握住线圈,使四指指向电流方向,与四指垂直拇指所指方向就是线圈内部磁场方向,如图2-17所表示。a)通电线圈磁化

b)右手定则

图2-17通电线圈产生纵向磁场第51页通电线圈磁场通电线圈中心磁场强度短螺管线圈有限长螺管线圈无限长螺管线圈第52页图2-18空载通电线圈中心磁场强度2.磁场强度计算空载通电线圈中心磁场强度如图2-18所表示。依据毕奥-萨伐尔定律,可得空载通电线圈中心磁感应强度为式中：H—磁场强度,A/m，N—线圈匝数，

L—线圈长度（m）,D—线圈直径（m）,α—线圈对角线与轴线夹角。

第53页3.线圈分类（1）按通电线圈结构分为:1)用软电缆缠绕在工件上缠绕线圈。2)将绝缘导线绕在骨架内螺管线圈螺管线圈是含有螺旋绕组圆筒形线圈,分单层和多层绕组两种。单层螺管线圈是单根绝缘导线均匀而紧密排列同轴线圈;多层螺管线圈相当于若干个半径不等同轴螺管线圈。(2)按线圈横截面积与被检工件横截面积比值--充填因数(也叫填充系数)分为:1)低充填因数线圈--线圈横截面面积与被检工件横截面面积之比大于等于10时。2)中充填因数线圈--线圈横截面面积与被检工件横截面面积之比大于2且小于10时。3)高充填因数线圈--线圈横截面面积与被检工件横截面面积之比小于等于2时。第54页图2-19a短螺管线圈中心轴线上磁场分布b螺管线圈横截面上磁场分布c有限长螺管线圈中心轴线上磁场分布(3)按通电线圈长度L和内径D比分为:1)短螺管线圈(L<D)在短螺管线圈内部中心轴线上,磁场分布极不均匀。中心比两端强,如图2-19a所表示。在线圈横截面上,靠近线圈内壁磁场强度较线圈中心强,如图2-19b所表示。2)有限长螺管线圈(L>D)在有限长螺管线圈内部中心轴线上,磁场分布较均匀,磁感应线方向大致上与中心轴线平行,线圈两端处磁场强度为中心1/2,如图2-19c所表示。在线圈横截面上,靠近线圈内壁磁场强度较线圈中心强,如图2-19b所表示。3)无限长螺管线圈(L》D)或在无限远处头尾相接线圈;无限长螺管线圈内部磁场分布均匀,而且磁场只存在于线圈内部,磁感应线方向与线圈中心轴线平行。第55页4.应用(l)开路磁化把需要磁化工件放在线圈中进行磁化或对大型工件进行绕电缆磁化,常称为线圈法开路磁化。线圈法磁化磁化力普通用安臣数(NI)表示。线圈法磁化工件时,因为在工件两端产生磁极,因而会产生退磁场。(2)闭路磁化把线圈绕在铁心上组成电磁扼或交叉磁轭对工件进行磁化,常称为磁轭法闭路磁化。磁轭法磁化时,以提升力来衡量导人工件磁感应强度或磁通。磁轭法磁化工件不产生磁极,因而没有退磁场影响。第56页2.3.4感应电流和感应磁场1.感应电流和感应磁场产生

感应电流和感应磁场产生如图2-20所表示,将铁心插入环形工件中,把工件看成变压器次级线圈。当线圈中通以交流电时,经过铁心磁通也是交变,因为电磁感应作用,因而在工件中就产生了周向感应电流。该感应电流在工件中又产生磁场,称为感应磁场。2.应用

主要应用在环形工件磁化中。图2-20感应电流和感应磁场产生第57页2.4磁场合成

当有多个磁场同时对工件进行多方向磁化时,对工件作用磁场应是各磁场矢量和,即合成磁场为各个磁场矢量叠加。下面介绍两种惯用合成磁场。

2.4.1交叉磁轭磁场所成1.旋转磁场形成交叉磁轭属于复合磁化(多向磁化)。它是利用两相或多相磁场相互叠加而形成合成磁场对工件进行磁化,如图2-21a所表示。交叉磁轭能够形成旋转磁场。它四个磁极分别由两相含有一定相位差￠正弦交变电流激磁,两相激磁电流产生磁场波形图如图2-21b所表示。当条件适当时,其合成磁场就以与激磁电流一样频率,在四个磁极所在平面不停旋转,旋转磁场所以而得名。能形成旋转磁场基本条件是:两个磁轭几何夹角α与两相激磁电流相位差￠均不等于0或180°如图2-21b所表示,当l,2两相磁轭激磁电流产生磁场分别为:H1=Hmsin(ωt-φ)

H2=Hmsinωt图2-21a交叉磁轭示意图

b两相激磁电流产生磁场波形图第58页第59页2、交叉磁轭式旋转磁场形成过程所谓旋转磁场是在工件两个相互垂直方向上同时施加两个交流分磁场：Hx（t）和Hy（t）；若设磁场幅值为Hm，则Hmx=Hmy=Hm；且频率相同；存在一个相位差φ。两个交流分磁场为：Hx=HmsinωtHy=Hmsin（ωt-φ）依据磁场矢量叠加原理，其大小为：合成矢量角为：α=tan-1[cosφ－sinφtan（ωt+φ1）]也就是说，合成磁场指向在一个平面内作旋转运动，旋转磁场所以得名。当φ=π/2时，H=Hm，α=－（ωt+φ1），即合成磁场幅值为常量，其轨迹按顺时针方向作圆周运动。也就是说，此时它在工件各方向上检测灵敏度相同。当前市售磁轭式旋转磁场探伤仪，就是依据这个原理制成。第60页交叉磁轭产生旋转磁场以下列图2-22所表示，该图是两相磁轭几何夹角α与两相磁轭激磁电流相位差φ=2π/3，不一样瞬间合成磁场过程，是每隔π/6相位角进行一次磁场所成结果。伴随时间改变,合成磁场方向在旋转,当激磁电流相位角ωt由0逐步变到2π时,其合成磁场恰好旋转一周。当所用交流电为5OHz时,旋转一周所需时间为0.02s。第61页3.旋转磁场分布特点交叉磁轭磁场不论在四个磁极内侧还是外侧,其分布都是极不均匀。只有在几何中心点附近很小范围内,其旋转磁场椭圆度改变不大,而离开中心点较远其它位置,其椭圆度改变很大,甚至不能形成旋转磁场。另外四个磁极外侧依然有旋转磁场存在,只是有效磁化范围较小。4.交叉磁轭提升力代表交叉磁轭导入被检测工件有效磁通多少,亦即工件被磁化后其磁感应强度大小。提升力必须大于某一值后,才能确保被检工件有效磁感应强度,亦即确保检测灵敏度。第62页2.4.1摆动磁场合成第63页2.5退磁场2.5.1退磁场定义：

退磁场:把铁磁性材料磁化时,由材料中磁极所产生磁场;它对外加磁场有减弱作用,用符号△H表示。

退磁场与材料磁化强度M成正比。即：

△H=N×M

△H-退磁场M-磁化强度

N-退磁因子只有纵向磁化才有退磁场即只有线圈法（工件中产生涡流）第64页2.5.2有效磁场：

铁磁性材料磁化时,只要在工件上产生磁极,就会产生退磁场,它减弱了外加磁场,所以工件上有效磁场用H表示,等于外加磁场H0减去退磁场△H。其数学表示式为H=H0-△H=H0-N(B/μ0-H)=H0-N(μH/μ0-H)=H0-NH(μ/μ0-1)

∴H=H0/〔1+N(μr-1)〕

H--有效磁场A/m;Ho--外加磁场A/m;

△H--退磁场A/m.μr--相对磁导率。第65页2.5.3影响退磁场大小原因退磁场使工件上有效磁场减小,一样也使磁感应强度减小,直接影响工件磁化效果。为了确保工件磁化效果,必须研究影响退磁场大小原因,如用适当增大磁场强度或L/D值方法,克服退磁场影响。1.退磁场大小与外加磁场强度大小相关。外加磁场强度越大,工件磁化得越好,产生N极和S极磁场越强,因而退磁场也越大。2.退磁场大小与工件L/D值相关。工件L/D值越大,退磁场越小。将两根长度相同而直径不一样钢棒分别放在同一线圈中,用相同磁场强度磁化时,L/D值大钢棒比L/D值小钢棒表面磁场强度大,标准试片上磁痕清楚,说明退磁场小。

计算L/D时:对于实心工件,若为圆柱形工件,D为圆柱形外直径。若为非圆柱形工件,D为横截面最大尺寸。 对于中空非圆筒形工件,应采取有效直径Deff代替,即

At--工件总横截面积,mm2;Ah---工件中空部分横截面积,mm2

。对于中空圆筒形工件,设外直径为Do,内直径为Di,应采取有效直径Deff代替,即.第66页3.退磁因子N与工件几何形状相关。纵向磁化所需磁场强度大小与工件几何形状及L/D值相关。这种影响磁场强度几何形状原因称为退磁因子,用N表示,它是L/D函数。对于完整闭合环形试样,N=0;对于球体,N=0.333;长短轴比值等于2椭圆体,N=0.14;对于圆钢棒,N与钢棒长度和直径比L/D关系是,L/D越小,N越大,也就是说,伴随L/D减小N增大,退磁场也增大.4.磁化尺寸相同钢管和钢棒,钢管比钢棒产生退磁场小。设钢棒外直径为D,与钢管外直径Do相等,同时钢管内直径为Di。钢管为空心,应采取有效直径Deff。显然D>Deff,所以L/Deff＞L/D。所以,直径相同钢管比钢棒退磁场小。5.磁化同一工件时,交流电比直流电产生退磁场小。因为交流电有集肤效应,比直流电渗透深度浅,故交流电在钢棒端头形成磁极磁性小,所以交流电和直流电磁化同一工件时,交流电产生退磁场小。第67页第68页磁感应线折射

当磁通量从一个介质进入另一个介质时,它量不变。

不过假如这两种介质磁导率不一样,那么这两种介质中磁感应强度就不一样,方向也会改变,这称为磁感应线折射,并遵照折射定律:

当磁感应线由钢铁进入空气,或者由空气进入钢铁,在空气中磁感应线实际上是垂直。

磁感应强度边界条件：

（法向分量连续）（切向分量连续）

:

第69页2.7漏磁场2.7.1漏磁场形成漏磁场:铁磁性材料磁化后,在不连续性处或磁路截面改变处,磁感应线离开和进入表面时形成磁场。漏磁场形成原因:

是因为空气磁导率远远低于铁磁性材料磁导率。假如在磁化了铁磁性工件上存在着不连续性或裂纹,则磁感应线优先经过磁导率高工件,这就迫使一部分磁感应线从缺点下面绕过,形成磁感应线压缩。不过,工件上这部分可容纳磁感应线数目也是有限,又因为同性磁感应线相斥,所以,一部分磁感应线从不连续性中穿过,另一部分磁感应线遵从折射定律几乎从工件表面垂直地进入空气中去绕过缺点又折回工件,形成了漏磁场。第70页2.7.2缺点漏磁场分布缺点产生漏磁场在工件表面能够分解为水平分量Bx和垂直分量By,水平分量与工件表面平行,垂直分量与工件表面垂直。假设有一矩形缺点,则在矩形中心,漏磁场水平分量有极大值,并左右对称;而垂直分量为经过中心点曲线,缺隙漏磁场分布如图2-22所表示,图2-22a所表示为水平分量,图2-22b所表示为垂直分量,假如将两个分量合成,则可得到如图2-22c所表示漏磁场。a)水平分量

b)垂直分量

c)合成漏磁场

图2-22缺点漏磁场分布

第71页

图2-23磁粉受漏磁场吸引

图2-24磁粉受力分析

F1一漏磁场磁力F2一重力F3一液体介质悬浮力

F4一磁力F5一静电力缺点处产生漏磁场是磁粉检测基础。漏磁场是看不见,还必须有显示或检测漏磁场伎俩。磁粉检测是经过漏磁场引发磁粉聚集形成磁痕显示进行检测。漏磁场对磁粉吸引可看成是磁极作用,假如在磁极区有磁粉,磁粉则将被磁化,也展现出N极和S极,并沿着磁感应线排列起来。当磁粉两极与漏磁场两极相互作用时,磁粉就会被吸引并加速移到缺点上去。漏磁场磁力作用在磁粉微粒上,其方向指向磁感应线最大密度区,即指向缺点处,如图2-23所表示。漏磁场宽度要比缺点实际宽度大数倍至数十倍,所以磁痕对缺点宽度含有放大作用,能将目视不可见缺点变成目视可见磁痕使之轻易观察出来。磁粉除了受漏磁场磁力之外,还受重力、液体介质悬浮力、摩擦力、磁粉微粒间静电力与磁力作用,磁粉在这些协力作用下移动到缺点处,即漏磁场吸引力把磁粉吸引到缺点处。磁粉受力分析如图2-24所表示。第72页2.7.3影响漏磁场原因漏磁场大小,对检测缺点灵敏度至关主要。因为真实缺点含有复杂几何形状,准确计算漏磁场大小是难以实现,测量又受试验条件影响,所以定性地讨论影响漏磁场规律和原因,含有很主要意义。1.外加磁场强度影晌缺点漏磁场大小与工件磁化程度相关,从铁磁性材料磁化曲线得知,外加磁场大小和方向直接影响磁感应强度改变。普通说来,外加磁场强度一定要大于Hμm即选择在产生最大磁导率μm对应Hμm点右侧磁场强度值,此时磁导率减小,磁阻增大,漏磁场增大。当铁磁性材料磁感应强度到达饱和值80%左右时,漏磁场便会快速增大。2.缺点位置及形状影晌 (1)缺点埋藏深度影响缺点埋藏深度,即缺点上端距工件表面距离,对漏磁场产生有很大影响。一样缺点,位于工件表面时,产生漏磁场大;若位于工件近表面,产生漏磁场显著减小;若位于距工件表面很深位置,则工件表面几乎没有漏磁场存在。第73页图2-25显现缺点方向示意图

①-磁场方向②-最正确灵敏度③-灵敏度减小④-灵敏度不足α-磁场和缺点间夹角度αmin-显现最小角度αi-实例(2)缺点方向影响缺点可检出性取决于缺点延伸方向与磁场方向夹角。如图2-25所表示为显现缺点方向示意图,当缺点垂直于磁场方向时,漏磁场最大,也最有利于缺点检出,灵敏度最高,伴随夹角由90°减小,灵敏度下降;当缺点与磁场方向平行或夹角小于30°时,则几乎不产生漏磁场,不能检出缺点。(3)缺点深宽比影响一样宽度表面缺点,假如深度不一样,产生漏磁场也不一样。在一定范围内,漏磁场增加与缺点深度增加几乎成线性关系;当深度增大到一定值后,漏磁场增加变得迟缓。当缺点宽度很小时,漏磁场伴随宽度增加而增加,并在缺点中心形成一条磁痕;当缺点宽度很大时,漏磁场反而下降,如表面划伤又浅又宽,产生漏磁场很小,在缺点两侧形成磁痕,而缺点根部没有磁痕显示。缺点深宽比是影响漏磁场一个主要原因,缺点深宽比越大,漏磁场越大,缺点越轻易检出。第74页图2-26a、b、c表面覆盖层对磁痕显示影响

d、漆层厚度对漏磁场影响3.工件表面覆盖层影响

工件表面覆盖层会影响磁痕显示,如图2-26所表示为工件表面覆盖层对磁痕显示影响。图中有三个深宽比一样横向裂纹,纵向磁化后产生一样大小漏磁场,图2-26a所表示裂纹上没有覆盖层,磁痕显示浓密清楚;图2-26b所表示裂纹上覆盖着较薄一层,有磁痕显示,但不如图2-26a所表示裂纹清楚;图2-26c所表示裂纹上有较厚表面覆盖层,如厚漆层,漏磁场不能泄漏到覆盖层之上,所以不吸附磁粉,没有磁痕显示,磁粉检测就会漏检。漆层厚度对漏磁场影响如图2-26d所表示。第75页4.工件材料及状态影晌依据化学成份不一样,钢材分为碳素钢和合金钢。碳素钢是铁和碳合金,含碳量小于0.25%称为低碳钢,含碳量在0.25%-0.60%称为中碳钢,含碳量大于0.6%称为高碳钢。碳素钢主要组织是铁素体、珠光体、渗碳体、马氏体和残余奥氏体。铁素体和马氏体呈铁磁性;渗碳体呈弱磁性;珠光体是铁素体与渗碳体混合物,含有一定磁性;奥氏体不展现磁性。合金钢是在碳素钢里加入各种合金元素而成。钢主要成份是铁,因而含有铁磁性。但1Cr18Ni9和lCr18Ni9Ti室温下属奥氏体不锈钢,没有磁性,不能进行磁粉检测。高络不锈钢如1Cr13和Cr17Ni2,室温下主要成份为铁素体和马氏体,含有一定磁性,能够进行磁粉检测。另外沉淀硬化不锈钢也有磁性,能够进行磁粉检测。钢铁材料晶格结构不一样,磁特征便有所改变。面心立方晶格材料是非磁性材料。体心立方晶格材料是铁磁性材料,但体心立方晶格假如发生变形,其磁性也将发生很大改变。比如,当合金成份进入晶格以及冷加工或热处理使晶格发生畸变时,都会改变磁性。矫顽力与钢硬度有着相对应关系,即矫顽力伴随硬度增大而增大,漏磁场也增大。第76页下面列举工件材料和状态对漏磁场影响: (1)晶粒大小影响晶粒越大,磁导率越大,矫顽力越小,漏磁场就越小;相反,晶粒越小,磁导率越小,矫顽力越大,漏磁场也越大。(2)含碳量影响对碳钢来说,在热处理相近时,对磁性影响最大合金成份是碳,伴随含碳量增加,矫顽力几乎成线性增加,相对磁导率则伴随含碳量增加而下降,漏磁场也增大。(3)热处理影响钢材处于退火与正火状态时,其磁性差异不大,而退火与淬火状态差异却比较大。淬火可提升钢材矫顽力和剩磁,使漏磁场增大。但淬火后伴随回火温度升高,材料变软,矫顽力降低,漏磁场也降低。如40钢,在正火状态下矫顽力为580A/m;在860℃水淬,300℃回火,矫顽力为1520A/m，提升回火温度到460℃时,矫顽力则降为720A/m。(4)合金元素影响因为合金元素加入,材料硬度增加,矫顽力也增加,所以漏磁场也增加。如正火状态40钢和40Cr钢,矫顽力分别为584A/m和1256A/m。(5)冷加工影响冷加工如冷拔、冷轧、冷校和冷挤压等加工工艺,将使材料表面硬度增加、矫顽力增大。伴随压缩变形率增加,矫顽力和剩磁均增加,漏磁场也会增大。第77页2.8磁粉检测光学基础2.8.1光度量术语及单位光：能够直接引发视觉电磁辐射；光度学:相关视觉效应评价辐射量学科；

磁粉检测观察和评定磁痕显示，必须在可见光和黑光下进行，其光源发光强度、光通量、光照度、辐射照度、光亮度都与检测结果直接相关发光强度是指光源在给定方向上单位立体角内传输光通量。用符号I表示，单位坎【德拉】（cd）光通量是指能引发眼睛视觉强度辐射通量。用符号Φ表示,单位是流明。流明是发光强度为1cd均匀点光源在1球面度立体角内发射光通量。光照度亦称照度，是单位面积上接收光通量。用符号E表示,单位是勒【克斯】，1勒是11m光通量均匀分布在1m2表面上产生光照度。辐射照度亦称辐照度。表面上一点辐照度是入射在包含该点面元上辐射通量。光亮度亦称亮度，是指在给定方向单位立体角垂直光照度，单位是砍德拉每平方米。第78页2.8.1发光发光物体称为光源，也称为发光体非荧光磁粉检测时，在波长范围为400-760nm可见光下观察磁痕。可见光是目视可见光，即包含红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色光。荧光磁粉检测时，采取波长范围为320-400nm紫外线（被称为黑光）激发荧光磁粉磁痕，产生波长范围为510-550nm黄绿色荧光。光致发光：许多原来在可见白光下不发光物质，在紫外线照射下却能够发光现象；磷光：光致发光物质，在外界光源移去后，经过很长时间才停顿发光，这种光称为磷光；这种物质称为磷光物质；荧光：在外界光源移去后马上停顿发光光；这种物质称为荧光物质，因为荧光磁粉表面包覆一层荧光染料当黑光照射到荧光磁粉上时，荧光物质便吸收黑光能量。第79页2.8.3紫外线紫外线是指波长为100-400nm不可见光,其电磁波谱图位于可见光和X射线之间。不是全部紫外线都能够用于荧光磁粉检测,只有波长为320～400nm黑光(UV-A)才能用于荧光磁粉检测(峰值波长为365nm)。波长320-400nm紫外线称为UV-A、黑光或长波紫外线。UV-A长波紫外线适合用于荧光磁粉检测，他峰值波长约为365nm。波长280-320nm紫外线称为UV-B或中波紫外线，又叫红斑紫外线。UV-B含有使皮肤变红作用，还可引发晒斑和雪盲，不能用于磁粉检测。波长100-280nm紫外线称为UV-C或短波紫外线。UV-C含有光化和杀菌作用，能引发猛烈烧伤，还伤害眼睛，也不能用于磁粉检测，医院使用UV-C紫外线还杀菌。第80页2.8.4人眼对光响应

人眼睛在强光下，对光强度微小差异不敏感，而对颜色和对比度差异区分能力很高。在暗光下区分颜色和对比度本事很差，却能看出微弱发光物体或光源。因为在暗光下，眼睛瞳孔会自动放大，能吸收更多光。黑暗适应：当人从光明处进入暗区时，短时间内，眼睛看不见周围东西，必须过一段时间才能看见现象。进行荧光磁粉检测室黑暗适应时间需要3-5min。一样，从暗区到明亮地方，也需要足够恢复时间。人眼睛对各色光敏感性是不一样，依据标准光度观察者测定结果只有波长为555nm黄绿色光，它明视觉光谱光视效率是1，对人眼最敏感。荧光磁粉磁痕，在黑光照射下能发出众泽鲜明黄绿色荧光，轻易观察，与工件表面形成紫色本底有很高对比度，因而缺点磁痕在暗区含有很好可见度，检测缺点灵敏度高。磁粉检测人员佩戴眼镜观察磁痕有一定得影响，如光敏（光致变色）眼镜仔黑光辐射时会变暗，变暗程度与辐射入射量成正比，影响对荧光磁粉磁痕观察和识别，所以不允许使用。因为荧光磁粉检验区域紫外线，不允许直接或间接地射入人眼睛，为防止人眼睛暴露在紫外线辐射下可佩戴吸收紫外线护目眼镜，它能阻挡紫外线和大多数紫外光与蓝光，但应注意，不得降低对黄绿色荧光磁粉磁痕检出能力。第81页2.8.5黑光灯黑光灯结构如图2-27所表示。它由石英内管和外壳组成,内管两端各有一个主电极,管内装有水银和氩气,在主电极旁边装有一个引燃用辅助电极,其引出处串联一个限流电阻，外面有一个玻璃外壳,起保护石英内管和聚光作用。这种灯普通用电感性镇流器稳流。镇流器经过对灯两端电压自动调整,使灯泡放电电弧稳定。接通电源后,水银并不立刻产生电弧,而是由辅助电极和一个主电极之间发生辉光放电,这时石英管内温度升高,水银逐步气化,等到管内产生足够水银蒸汽时,方才发生主电极间水银弧光放电,产生紫外线。这个过程大约需要3～5min,因为产生紫外线,石英内管水银蒸汽可到达4～5个大气压,所以这种紫外灯又叫高压水银灯

第82页黑光灯外壳用深紫色镍玻璃制成,镍玻璃能吸收可见光,仅让320nm～40Onm波长黑光经过,起到滤光片作用。外点锥体内镀有银,可起到聚光作用,大大提升黑光灯辐照度。黑光灯发出光既包含不可见紫外光,也包含可见光。不可见光由峰值在365nm附近，这正是荧光磁粉所需要波长,而可见光和中涉及短波紫外线则是不需要。因为可见光影响荧光磁粉磁痕识别,中波和短波紫外光对人眼有伤害。所以,采取滤光片将不需要光线滤掉,仅让UV-A黑光经过,所以把这手中紫外灯通常叫做黑光灯。黑光灯使用注意事项:(1）黑光灯刚点燃时,输出达不到最大值,所以检验工作应最少等3min以后再进行.(2)要尽可能降低灯开关次数,频繁开启会缩短灯寿命。(3)黑光灯使用后,辐射能量下降,所以应定时测量黑光辐照度(4)电源电压波动对黑光灯影响很大。电压低,灯可能开启不了,或使点燃灯熄灭。当使用电压超出灯额定电压时,对灯使用寿命又影响很大,所以必要时应装稳压电源,以保持电源电压稳定。(5)滤光片上有脏污,应及时去除,因为会影响黑光发出。(6)防止将磁悬液溅到黑光灯泡上,使灯泡炸裂。(7)不要将黑光灯直对着人眼睛照。(8)滤光片假如有裂纹,应及时更新,因为会使可见光和中、短波紫外光经过，对人体有害。第83页第84页第85页3、磁化方法与磁化电流3.1磁化电流在电场作用下,电荷有规则运动形成电流。电路：电流经过路径称为,它普通由电源、连接导线和负载组成。电流：单位时间内流过导体某一截面电量,用I表示,单位是安[培](A)。在磁粉检测中,是用电流来产生磁场,惯用不一样电流对工件进行磁化。这种为在工件上形成磁化磁场而采取电流叫做磁化电流。因为不一样电流随时间改变特征不一样,在磁化时所表现出性质也不一样,所以,在选择磁化设备与确定工艺参数时,应考虑不一样电流种类影响。磁粉检测采取磁化电流有交流电、整流电(包含单相半波整流电、单相全波整流电、三相半波整流电和三相全波整流电)、直流电和冲击电流。其中最惯用磁化电流有交流电、单相半波整流电和三相全波整流电三种。第86页磁化电流交流电整流电第87页3.1.1交流电

概念:峰值、有效值、平均值、集肤效应、集肤深度(渗透深度)1.表征交流电物理量

交流电:大小和方向随时间按正弦规律改变电流称为正弦交流电,简称交流电,用符号AC表示。

峰值:交流电在一个周期内电流最大值叫,用Im表示。在工程上还应用有效值和平均值。

交流电有效值：是指在相同电阻上分别通以直流电和交流电,经过一个交流周期时间,电阻上所损失电能假如相等,则把该直流电大小作为该交流电有效值,用I表示。从交流电流表上读出电流值是有效值。

交流电峰值Im和有效值I换算关系为Im≈1.414I交流电平均值：交流电在半个周期(T/2)范围内各瞬间算术平均值用Id表示。交流电峰值和平均值换算关系为Id≈0.637Im。在一个周期内,交流电平均值等于零。第88页图3-1集肤效应2.集肤效应集肤效应：交变电流经过导体时,导体表面电流密度较大而内部电流密度较小现象。原理：导体在改变着磁场里因电磁感应而产生涡流,在导体表面附近,涡流方向与原来电流方向相同,使电流密度增大;而在导体轴线附近,涡流方向则与原来电流方向相反,使导体内部电流密度减弱,如图3-1所表示。材料电导率和相对磁导率增加时,或交流电频率提升时,都会使集肤效应愈加显著。通常50Hz