初级磁粉检测讲义

4.1概述

4.1.1绪论

磁粉探伤是无损检测常规探伤方法之一，是探测铁磁性材料的表面和近表面缺陷（如裂纹、折迭、夹层、夹杂物及气孔）的首选探伤方法。

磁粉探伤是利用铁磁性的材料或工件磁化后在表面和近表面缺陷如有不连续性存在，则在不连续性处磁力线离开工件和进入工件表面发生局部畸变产生磁极，并形成可检测的漏磁场进行探伤的方法。所以磁粉探伤又称漏磁场探伤。

磁粉探伤对工件中表面的缺陷检测灵敏度最高，随着缺陷的埋藏深度的增加其灵敏度迅速降低。

4.1.2磁粉探伤的适用性与局限性

磁粉探伤适用于检测铁磁性材料表面和近表面尺寸很小，间隙极窄（如可检测出长0.1mm、宽为微米级的裂纹，目视难以看出的不连续性。

磁粉探伤可对未加工的原材料、加工的半成品、成品工件及在役或使用过的零部件进行探伤，还能对板材、型材、棒材、管材、焊接件、铸钢件和锻钢件进行探伤。

磁粉探伤不能检测奥氏体不锈钢材料和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝，也不能检测铜、铝、镁、钛等非磁性。马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢具有磁性，可以进行磁粉探伤。

4.2磁粉检测的物理基础

4.2.1磁场

1.地磁场

地球在宇宙空间中是一个巨大的磁体，在它的周围也存在着一个磁场。

在地球两极附近，地磁场的磁感应强度约为5*10^-5特斯拉，而实验室中的永久磁铁，两极附近的磁感应强度约为0.5特斯拉，所以地磁场是非常弱的。

2.磁铁和磁极

磁铁都具有一个N极和一个S极，磁铁吸引铁屑最多的区域也在这两个极附近。这两个极被称为磁极。

3.通电导线周围的磁场

通电导线周围空间存在磁场。（通电试验）

4.磁场强度（H）A/m

通电导体周围的磁场强度的计算公式：

                       H=                              4-1

H--磁场强度（A/m）

I--电流强度（A）

r--距导线的距离（m）

π—圆周率

1奥斯特（Oe）=A/m≈80A/m                            4-2

由4-1可知，对实心钢轴通过一定电流，磁场强度以轴心处最大。

螺旋形线圈的磁场强度

            H=In/L

n—线圈的匝数

L—线圈的长度（m）

5.磁力线和磁感应强度

磁力线：为了形象地表示磁场的大小、方向和分布情况，我们可以用假想的磁力线来反映磁场中各点的磁场大小和方向。小磁针N极的指向就代表磁场的方向。

磁力线具有以下特性：

1）磁力线在磁体外，是由N极出发穿过空气进入S极，在磁体内是由S极到N极的闭合线。

2）磁力线互不相交。

3）同性磁极相斥。

4）异性磁极相吸。

磁感应强度（B）：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值。

           B=F/IL

磁感应强度（B）的单位是特斯拉（T）

               1特斯拉=1牛顿/安培·米

特斯拉单位太大，常用高斯表示

               1高斯（Gs）=10^-4特斯拉

磁感应强度和磁场强度一样，具有大小和方向，可以用磁感应线表示。通常把铁磁性材料中的磁力线称为磁感应线。磁感应线上每点的切线方向代表该点的磁感应强度的方向，磁感应强度的大小等于穿过与磁感应线垂直的单位面积上的磁通量，所以磁感应强度又称为磁通密度。

磁场强度与磁感应强度不同的是，磁场强度与励磁电流有关，而磁感应强度还与被磁化的铁磁性材料的性质有关，如与磁导率u有关，因为B=uH，所以铁磁性材料的磁感应强度B远大于磁场强度H。

6. 磁导率u

磁感应强度B与磁场强度H的比值称为磁导率，或称为绝对磁导率，用u表示。磁导率表示材料被磁化的难易程度。

u=B/H

1）真空磁导率u₀

在真空中，磁导率是一个不变的恒定值，u₀=4π×10^-7H/m

2）相对磁导率u_r，为纯数，无单位

                      u_r=u/ u₀

对于真空u=u₀  u_r=1      对于空气u≈u₀  u_r也接近与1。所以在一般情况下空气中的磁场可以看成为真空中的磁场。

7.铁磁、顺磁和抗磁材料

铁磁材料：相对磁导率远远大于1。如铁、镍、钴及其合金。能被磁体强烈吸引。

顺磁材料：相对磁导率略大于1。如铝、铬、锰，能被磁体轻微吸引。

抗磁材料：相对磁导率略小于1。如铜、银、金能被磁体轻微排斥。

8.磁通量（φ_m）

在磁场中通过正交平面上的磁力线的数目称为磁感应强度。磁感应强度大的地方磁力线密度就高，磁感应强度小的地方磁力线密度就少。

通过磁场中某一曲面的磁力线数目叫磁通量。单位韦伯（Wb）

                     1Wb=1特斯拉×1米²

9.居里点

铁磁性性质开始失去它的铁磁性的温度叫居里点。超过这一温度后，磁性消失。

4.2.2磁化

铁磁性性质在外加磁场作用下具有磁性的过程叫磁化。

1.        磁化过程

2.        磁滞回线

3.        硬磁和软磁材料

4．2．3漏磁场

1．漏磁场的形成

2.影响漏磁场强度的因素

（1）外加磁场强度

（2）材料的磁导率

（3）缺陷的埋藏深度

（4）缺陷的方向

（5）缺陷的磁导率

（6）缺陷的尺寸和形状

3. 漏磁场对磁粉的吸引

4.3磁化方法

4.3.1基本概念

1.右手定则

2.周向磁场（环向磁场）

3. 纵向磁场

4.旋转磁场

旋转磁场的优点

（1）         检测灵敏度高，探伤结果准确，可靠性、重复性好。

（2）         可连续探伤为自动化磁粉探伤提供了良好的条件。

（3）         探伤速度快、效率高。

（4）         探伤适应面广，能适用于各种形状工件的磁粉探伤。

4.3.2

1.交流电

f=1/T

（1）         交流电的峰值、有效值

I=0.707I_m

（2）         交流电在磁粉探伤中的应用

2.直流电

3.整流电

4.3.3周向磁化

1.直接通电磁化

直接通电磁化应注意：

（1）         保证电极与工件之间良好的电接触

（2）         在工件与电极之间垫衬熔点较低的材料防止工件被烧伤

（3）         通电时间不已过长

4.3.5触头（磁锥）磁化

触头操作应注意：

（1）         触头与工件表面相垂直，防止磁场的干扰。

（2）         两触头间距在200 m m左右，

（3）         触头与工件的接触点应焊缝两侧各取一点，保持良好的接触，可以克服缺陷轻微的方向性。

（4）         触头与工件之间应衬垫低熔点材料（铅）或铜丝编织网，保证良好的电接触，防止工件表面烧伤。

（5）         必须在触头与工件接触良好并有电流通过两根电缆成电回路后方可施加磁粉。

4.3.6中心导体法（芯棒法）磁化

4.3.7感应电流磁化

4.3.8纵向磁化法

1.磁轭磁化

2.线圈磁化

3.电缆磁化法

4.复合磁化法

（1）磁场的迭加

（2）复合磁化法

4.3.9旋转磁场磁化法

（1）通过式旋转磁场磁化法

（2）旋转电磁轭法

4.3.10磁化方法的选择

磁化方法的选择的原则：

（1）         工件的形状、尺寸大小

（2）         工件的外型结构

（3）         工件的表面状态

（4）         根据工件过去断裂的情况和各部位的应力分布，分析可能产生缺陷的部位和方向，选择合适的磁化方法，近表面宜采用直流磁化，表面宜采用交流磁化。

4.4磁化规范

4.4.1制定磁化规范应考虑的因素

（1）根据工件的材料、热处理状态和磁特性，确定采用连续法还是剩磁法检验及相应的磁化规范。

（2）根据工件的尺寸、形状、表面状态和欲检出缺陷的种类、位置、形状及大小，确定磁化方法、磁化电流种类，有效探伤范围及相应的磁化规范。

4.4.2制定磁化规范的方法

1.用经验公式

2.用仪器测量工件表面的磁场强度

3.测绘钢材磁特性曲线

4.用标准试片确定大致的磁化规范

4.4.3磁化规范

1.通电法和中心导体法

2.偏置芯棒法

3. 触头法

4.磁轭法

5.线圈法

6.灵敏度试片

（1）灵敏度试片的种类

A、C、D、M1型四种标准试片

A型灵敏度试片有六种规格

1）   试片材料厚度为50 u m，刻槽深度分别为7、15、30 u m

2）   试片材料厚度为100 u m，刻槽深度分别为15、30、60 u m

灵敏度试片的使用

1）   选择适当的灵敏度试片用软纸或纱布把试片表面的油渍檫去。

2）   将有刻槽的一面用胶带纸粘贴在工件表面（胶带纸粘于试片边缘，不要影响试片背面的刻槽部位）。

3）   与工件一同磁化，并在试片上浇注磁悬液或喷施磁粉，磁化电流逐步提高直至清晰显示刻槽为度，即为所需的磁化电流值。

4）   上述步骤完成后，可在试片上观察刻槽的磁痕，以决定磁化规范或检定设备和磁粉性能。

5）   使用完毕后涂上防锈油保管，并不使折迭和破裂，可以重复使用。

7.磁场强度测量仪

4.5磁粉磁悬液和磁化设备

4.5.1磁粉

按磁痕观察分为荧光磁粉和非荧光磁粉

按施加方式分为湿法磁粉和干法磁粉

1.        荧光磁粉

2.        非荧光磁粉

（1）         干法磁粉

（2）         湿法磁粉

4.5.2紫外线灯

紫外线灯的性能要求：

（1）         紫外线强度在照射到工件表面以后不得小于1000 u m/cm²

（2）         紫外线的波长范围为320-400nm。峰值波长约为365 nm

紫外线灯在使用时应注意：

（1）         通电5-15分钟后待其稳定工作才能进行荧光磁粉探伤

（2）         灯泡熄灭后如果再开启，需使灯泡冷却15分钟后方可再开启

（3）         不要随手关灯，应每班开关一次，因为每开关一次，黑光灯寿命减少3小时

4.3.5磁悬液

磁悬液的浓度测定

1.配制浓度 ：   荧光磁粉10～25g/L

非荧光磁粉0.5～3 g/L

2.沉淀浓度：    荧光磁粉0.5～3.0mL/100mL

非荧光磁粉1.2～2.4mL/100Ml

4.5.4磁悬液的种类

磁悬液按所使用的媒剂不同可分为水基和油基磁悬液两种

1.        水基磁悬液

2.        油基磁悬液

4.5.5磁粉探伤设备

磁粉探伤设备应定期校验。电流表至少每半年校验一次，电磁轭的提升力至少每半年校验一次，黑光照度计至少每年校验一次，黑光灯的辐射照度至少每周测量一次。

1.        便携式磁粉探伤仪

（1）         磁轭

1）   永久磁轭

永久磁轭具有体积小、重量轻、不需要电源的优点，极适用于野外、高空及远离电源的场所使用。

2）   电磁轭

2.        触头式磁粉探伤仪

3.        固定（移动）式磁粉探伤仪

固定（移动）式磁粉探伤仪，适用于场地相对固定、工件尺寸不太大。

4.6磁粉探伤的操作

磁粉探伤的操作的程序：预处理—磁化工件—磁粉施加—观察—记录及后处理

4.6.1预处理、磁化和磁粉施加

1. 预处理

2.磁化

3. 磁粉施加

（1）连续法

（2）剩磁法

4.6.2磁痕的观察及判断

1.缺陷磁痕

（1）裂纹的磁痕

（2）条状夹杂物的磁痕

（3）气孔和点状夹杂物的磁痕

2.非缺陷磁痕

非缺陷磁痕大多是由于材料的磁导率局部产生变化所引起的，也称非相关显示，其形成原因大致有以下几种：

（1）         局部磁化

（2）         不同材料的交界面

（3）         工件截面积尺寸突变

（4）         碳化物偏析

（5）         磁化电流过大

（6）         工件表面状况

4.6.3后处理（退磁）

1.退磁的原因

（1）旋转件

（2）精密仪器组件

（3）金加工件

（4）工件表面清除磁粉

2.退磁的原理

磁场方向反转

（1）周向磁化工件的退磁

（2）纵向磁化工件的退磁

（3）反转磁场的方法

1）线圈磁化时，工件掉头

2）反转通电磁化线圈的电流方向

3）通电磁化线圈反向180⁰

（4）减弱磁化磁场的方法

1）逐渐减小磁化电流

2）把工件由线圈内慢慢移开

3.退磁方法

（1）交流线圈退磁法

（2）直流退磁法

4.6.4磁粉探伤的安全规则

实际操作中应注意：

1.        使用荧光磁粉探伤时应避免紫外线直接照射人的眼睛及皮肤，必要时佩带防紫外线辐射的防护眼睛。

2.        使用有机溶剂（汽油、乙醇）进行予处理时要注意通风及防止火种。

3.        不能把手表或其他精密仪器靠近强磁场。

4.        防止探伤设备和电缆线的漏电，避免引起触电事故。

5.        使用干法检测时，要求通风良好，并注意防尘。

磁痕的观察

磁痕的观察和评定一般应在磁痕形成后立即进行。

使用非荧光磁粉检验，必须在能够充分识别磁痕的日光或白光照明下进行，在被检工件表面的白光照度不应低于1000Lx。

使用荧光磁粉检验，应在环境光小于20 Lx的暗区紫外光下进行。在380mm处紫外照辐度应不低于1000uw/cm²。

检验人员进入暗室后，在检验前至少等候5分钟，以使眼睛适应在暗光下工作。

检验人员连续工作时，工间要适当休息，防止眼睛疲劳，影响磁痕观察。

4.6.5记录和报告

磁痕记录

（1）照相

（2）贴印

（3）橡胶铸型复印

（4）摹绘

（5）可剥性涂层

1.记录的要求

（1）工件：名称、尺寸、材质、热处理状态、表面状态

（2）探伤的条件：设备型号、触头或磁轭间距、磁粉种类、磁悬液浓度、施加磁粉的方法、磁化电流种类和大小、通电（磁）时间或安匝数、磁化方法、灵敏度试片型号及规格，检测比例、检测标准等。

（3）探伤结论：缺陷分布图、缺陷等级、合格与否。

（4）其他：探伤人姓名，探伤时间，探伤现场条件等。

2.记录的格式及示例

3.报告

4.6.6磁粉探伤缺陷等级分类及验收

JB/T4730-2005标准