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1、第四章磁粉檢測 4 1磁粉檢測的基本原理4 2磁化過程4 3磁粉檢測技術 第四章磁粉檢測 1 第四章磁粉檢測 利用磁粉的聚集顯示鐵磁性材料及其工件表面與近表面缺陷的無損檢測方法稱為磁粉檢測法 該方法既可用于板材 型材 管材及鍛造毛坯等原材料及半成品或成品表面與近表面質(zhì)量的檢測 也可用于重要機械設備 壓力容器及石油化工設備的定期檢查 第四章磁粉檢測 2 主要優(yōu)點 1 直觀地顯示出缺陷的形狀 位置與大小 并能大致確定缺陷的性質(zhì) 2 檢測靈敏度高 可檢出寬度僅為0 1 m的表面裂紋 3 應用范圍廣 幾乎不受被檢工件大小及幾何形狀的限制 4 工藝簡單 檢測速度快 費用低 第四章磁粉檢測 3 缺點 該方
2、法僅局限于檢測能被顯著磁化的鐵磁性材料 Fe Co Ni及其合金 及由其制作的工件表面與近表面缺陷 不能用于抗磁性材料 如Cu 及順磁性材料 如Al Cr Mn 工程上統(tǒng)稱為非磁性材料的檢測 磁性合金在外加磁場中 可表現(xiàn)出三種情況 1 不被磁場吸引的 叫反 抗 磁性材料 2 微弱地被磁場所吸引的物質(zhì) 叫順磁性材料 3 被磁場強烈地吸引的物質(zhì) 稱鐵磁性材料 其磁性隨外磁場的加強而急劇增高 并在外磁場移走后 仍能保留磁性 金屬材料中 大多數(shù)過渡金屬具有順磁性 只有Fe Co Ni等少數(shù)金屬是鐵磁性的 第四章磁粉檢測 4 4 1磁粉檢測的基本原理 一 金屬的鐵磁性 在外磁場的作用下 鐵磁性材料會被強
3、烈磁化 反映外加磁場強度H與鐵磁性材料內(nèi)部磁感應強度B之間聯(lián)系的閉合曲線稱為磁滯回線 第四章磁粉檢測 5 圖4 2磁滯回路 材料的磁滯回路 1 磁滯性 2 剩磁感應強度Br 3 矯頑磁力H0 1 磁滯性 在卸除外加磁場時 H已減到零值時 B要滯后一點時間才達到零值 第四章磁粉檢測 6 圖4 2磁滯回路 材料的磁滯回路 1 磁滯性 2 剩磁感應強度Br 3 矯頑磁力H0 2 剩磁感應強度Br 當外加磁場強度為零時 這時原放置在磁場中的鐵磁性材料的磁性還未完全消失 這時材料中所保留的磁感應強度 稱之為 第四章磁粉檢測 7 圖4 2磁滯回路 3 矯頑磁力Ho 如果要使材料中的剩磁消失 就必須改變外加
4、磁場的磁場強度H的方向 對材料進行反向磁化 使B 0的H值 稱為 第四章磁粉檢測 8 在外磁場作用下 鐵磁性材料會被強烈磁化 反映外加磁場強度H與鐵磁性材料內(nèi)部磁感應強度B之間聯(lián)系的閉合曲線稱為磁滯回線 根據(jù)磁滯回線形狀的不同 可以把鐵磁性材料劃分為軟磁性和硬磁性材料兩類 軟磁性材料的磁滯特性不顯著 矯頑磁力很小 剩磁非常容易消除 硬磁性材料的磁滯特性則非常顯著 矯頑磁力和剩磁都很大 適于制造永久磁鐵 第四章磁粉檢測 9 影響磁特性的主要因素 鐵磁性材料的晶格結構不同 其磁性會有顯著改變 在常溫下 面心立方晶格的鐵是非磁性材料 體心立方晶格的鐵則是鐵磁性材料 除此以外 材料的合金化 冷加工及熱
5、處理狀態(tài)都會影響材料的磁特性 例如 1 隨著含碳量的增加 碳鋼的矯頑力幾乎呈線性增大 而最大相對磁導率卻隨之下降 2 合金化將增大鋼材的矯頑力 使其磁性硬化 例如正火狀態(tài)的40鋼和40Cr鋼的矯頑力分別為584A m和1256A m 3 退火和正火狀態(tài)鋼材磁特性的差別不大 而淬火則可以提高鋼材的矯頑力 4 品粒愈粗 鋼材的磁導率愈大 矯頑力愈小 逆之則反 5 鋼材的矯頑力和剩磁將隨壓縮變形率的增加而增加 第四章磁粉檢測 10 漏磁場是指被磁化物體內(nèi)部的磁力線在缺陷或磁路截面發(fā)生突變的部位離開或進入物體表面所形成的磁場 漏磁場的成因在于磁導率的突變 若被磁化的工件上存在缺陷 由于缺陷內(nèi)所含的物質(zhì)
6、一般有遠低于鐵磁性材料的磁導率 因而造成了缺陷附近磁力線的彎曲和壓縮 如果該缺陷位于工件的表面或近表面 則部分磁力線就會在缺陷處逸出工件表面進入空氣中 繞過缺陷后再折回工件 由此形成了缺陷的漏磁場 如果在漏磁場處撒上磁導率很高的磁粉 因為磁力線穿過磁粉比穿過空氣更容易 所以磁粉會被該漏磁場吸附 第四章磁粉檢測 缺陷的漏磁場與磁粉的吸附 二 漏磁場 11 第四章磁粉檢測 12 漏磁場與磁粉的相互作用 磁粉檢測的基礎是缺陷的漏磁場與外加磁粉的磁相互作用 即通過磁粉的聚集來顯示被檢工件表面上出現(xiàn)的漏磁場 再根據(jù)磁粉聚集形成的磁痕的形狀和位置分析漏磁場的成因并評價缺陷 設在工件表面上有漏磁場存在 如果
7、在漏磁場處撒上磁導率很高的磁粉 因為磁力線穿過磁粉比穿過空氣更容易 所以磁粉會被該漏磁場吸附 被磁化的磁粉沿缺陷漏磁場的磁力線排列 在漏磁場力的作用下 磁粉向磁力線最密集處移動 缺陷附近磁力線的彎曲和壓縮 最終被吸附在缺陷上 由于缺陷的漏磁場有比實際缺陷本身達數(shù)倍乃至數(shù)十倍的寬度 故磁粉被吸附后形成的磁痕能放大缺陷 通過分析磁痕評價缺陷 即是磁粉檢測的基本原理 第四章磁粉檢測 13 三 影響漏磁場強度的主要因素 磁粉檢測靈敏度的高低取決于漏磁場強度的大小 在實際檢測過程中 真實缺陷漏磁場的強度受到多種因素的影響 主要有 1 外加磁場強度 外加磁場使被檢材料的磁感應強度達到飽和值的80 以上 缺
8、陷漏磁場的強度會顯著增加 第四章磁粉檢測 14 2 缺陷的位置與形狀 缺陷埋藏深度越深 漏磁場強度越小 缺陷切割磁力線的角度越接近正交 漏磁場強度越大 同樣條件下 表面缺陷的漏磁場強度隨深 寬比的增加而增加 3 被檢表面的覆蓋層 覆蓋層會降低漏磁場強度 4 材料狀態(tài) 成分 含碳量 加工及熱處理狀態(tài)的改變都會影響材料的磁特性 并影響缺陷的漏磁場 15 一 磁化方法 工件磁化時 當磁場方向與缺陷延伸方向垂直時 缺陷處的漏磁場最大 檢測靈敏度最高 當磁場方向與缺陷延伸方向夾角為45 時 缺陷可以顯示 但靈敏度降低 當磁場方向與缺陷延伸方向平行時 不產(chǎn)生磁痕顯示 發(fā)現(xiàn)不了缺陷 由于工件中缺陷有各種取向
9、 難以預知 故應根據(jù)工件的幾何形狀 采用不同的方法直接 間接或通過感應電流對工件進行周向 縱向或多向磁化 以便在工件上建立不同方向的磁場 發(fā)現(xiàn)所有方向的缺陷 于是出現(xiàn)了各種不同的磁化方法 主要有通電法 中心導體法 觸頭法 線圈法 磁軛法 多向磁化法等 4 2磁化過程 第四章磁粉檢測 16 一 周向磁化被檢工件直接通電 或讓電流通過平行于工件軸向放置的導體的磁化方法稱為周向磁化 目的是建立起環(huán)繞工件周向并垂直于工件軸向的閉合周向磁場 以發(fā)現(xiàn)取向基本與電流方向平行的缺陷 即軸向缺陷 第四章磁粉檢測 對小型零部件 采用直接通電或中心導體通電法對被檢工件作整體周向磁化 對大型結構的磁粉檢測 采用觸頭法
10、 直接通電 和平行電纜法 輔助通電 對被檢區(qū)域作局部周向磁化 17 1 觸頭法用兩個電極觸頭將磁化電流導入被檢工件進行局部磁化的方法稱為觸頭法 為避免漏檢缺陷 對同一被檢部位應通過改變觸點連線方位的方法 至少進行兩次相互垂直的檢測 第四章磁粉檢測 兩觸頭間距200mm 磁化電流400A的交流電時的感應磁場強度等值曲線 兩觸點連線上的磁場強度最大 18 2 平行電纜法用與被檢區(qū)域平行的電纜作周向磁化可以檢測該區(qū)域存在的縱向裂紋 第四章磁粉檢測 19 二 縱向磁化縱向磁化的目的使用環(huán)繞被檢工件或磁軛鐵心的勵磁線圈在工件中建立起沿其軸向分布的縱向磁場 以發(fā)現(xiàn)取向基本與工件軸向垂直的缺陷 周向或徑向缺
11、陷 常用的方法是磁軛法和線圈法 第四章磁粉檢測 20 1 磁軛法將電磁軛或永久磁軛的兩極與被檢工件相接觸 即可對其作整體或局部的縱向磁化 如被檢工件的兩個斷面能夠被夾持在磁軛的兩極之間 形成閉合的磁路 可以對工件作整體縱向磁化 否則為局部磁化 作局部磁化時 磁軛兩極間的磁力線大致與兩極的連線平行 可以檢出取向基本與兩極連線垂直的缺陷 第四章磁粉檢測 21 2 線圈法用螺旋管線圈對被檢工件作縱向磁化的方法稱為線圈法 用線圈法可以對管道環(huán)焊縫作磁粉檢測 可以發(fā)現(xiàn)環(huán)焊縫及其熱影響區(qū)的縱向裂紋 一般線圈纏繞4 6匝 第四章磁粉檢測 22 三 復合磁化復合磁化將周向磁化和縱向磁化的兩次磁化過程合二為一
12、同時在被檢工件上施加兩個或兩個以上不同方向的磁場 合成磁場的方向在被檢區(qū)域內(nèi)隨著時間變化 經(jīng)一次磁化就能檢出各種不同取向的缺陷 交叉電磁軛復合磁化 旋轉磁化 有兩個參數(shù)相同的單磁軛交叉構成 交叉角度為90 用幅值相等 相位相差120 的交流電分別對兩個單磁軛勵磁 則在被檢工件表面上將產(chǎn)生方向隨時間變化的橢圓型旋轉磁場 因此這種磁化方法又叫旋轉磁化 交叉電磁軛通常在被檢表面連續(xù)行走檢測 使產(chǎn)生的橢圓型旋轉磁場移動 由于被檢表面上有效磁場內(nèi)任意取向的缺陷都有與旋轉磁場最大幅值方向正交的機會 因此可獲得最強的缺陷漏磁場 第四章磁粉檢測 23 二 磁化電流 為了在工件上產(chǎn)生磁場而采用的電流稱為磁化電流
13、 磁粉檢測采用的磁化電流有交流 直流和整流電流 第四章磁粉檢測 24 第四章磁粉檢測 在電流產(chǎn)生的磁場強度H的激勵下 鐵磁材料 如鐵心 被磁化并以感應強度B描述磁化程度 磁化后的鐵心 若去除電流激勵 使H 0 鐵磁材料中的磁感應強度雖減小 但并不為零 即B 0 這種現(xiàn)象稱為鐵磁材料具有剩磁特性 鐵磁材料的剩磁可通過施加適當?shù)姆聪虼艌?或對其施加高溫或振動而減弱或消失 25 二 直流與整流磁化整流電有單向半波 單向全波 三向半波和三向全波整流幾種類型 三向全波整流很接近純直流電 在這幾種整流電中 隨著電流波形脈動程度的減小 磁場的滲透能力增強 可檢出缺陷的埋藏深度增大 直流磁化可檢出缺陷的埋藏深
14、度最大 直流與整流磁化被檢工件均可獲得穩(wěn)定的剩磁 但檢測后退磁也比較困難 另外 在被檢工件的截面突變部位 容易出現(xiàn)磁化不足或過磁化 易造成這些部位缺陷的漏檢 第四章磁粉檢測 26 三 磁化規(guī)范 為獲得較高的磁粉檢測靈敏度 在被檢工件上建立的磁場就必須具有足夠的強度 使用電磁軛的縱向磁場進行檢測時 可以通過測量其提升力確定被磁化區(qū)域的磁場強度是否滿足要求 當使用最大的磁極間距時 要求交流電磁軛至少應具有44N的提升力 直流電磁軛至少應具有177N的提升力 使用觸頭法檢測時 電極間距控制在75 200mm之間 推薦使用的磁化電流為 第四章磁粉檢測 27 使用直流或整流勵磁的纏繞電纜法作縱向磁化檢驗
15、管道環(huán)焊縫時 推薦使用的安匝數(shù) NI 估算值為 第四章磁粉檢測 對L D 15 一律取15 有效檢測范圍 纏繞電纜區(qū)域兩端再加上一個管道半徑的長度 使用交流勵磁的纏繞電纜法檢測時 實際需要的安匝數(shù)要使用人工缺陷試板或磁場指示器確定 28 四 系統(tǒng)性能與靈敏度評價 在磁粉檢測中 要用標準試板 試環(huán)和磁場指示器評價磁粉檢測系統(tǒng)的總性能及檢測的靈敏度 其中試板和試環(huán)主要用于評價磁粉檢測系統(tǒng)的綜合性能 并間接考查檢測的操作方法是否合理 磁場指示器除具有上述用途外 還可以定性地反映被檢測表面的磁場分布特征 確定磁粉檢測的磁化規(guī)范 第四章磁粉檢測 29 1 標準試板通過觀察試板上最淺的磁痕可以比較和評定用
16、磁軛法和觸頭法檢測時 磁粉材料與檢測系統(tǒng)的靈敏度 第四章磁粉檢測 30 2 試環(huán)通過觀察人工缺陷試環(huán)上顯示的缺陷磁痕 以比較和評定用中心導體法及直流或全波整流勵磁檢測時 磁粉材料與檢測系統(tǒng)的靈敏度 第四章磁粉檢測 通孔中心至試環(huán)外緣的距離D從1 8mm 21 6mm 31 2 試環(huán)在不同的磁化電流下 試環(huán)外緣上所應顯示的最小磁痕數(shù)目如下表 如達不到表中的規(guī)定值 應校正所采用的檢測系統(tǒng) 第四章磁粉檢測 表4 2濕磁粉磁環(huán)的磁痕顯示 表4 3干磁粉磁環(huán)的磁痕顯示 32 3 磁場指示器用磁場指示器可以直接考察磁粉檢測條件與操作方法是否得當 測試時 將磁場指示器的薄銅板朝上放在被檢表面上 在進行磁化的
17、同時向銅板表面上施加磁懸液 并觀察磁痕顯示 在測試條件下 如果磁場指示器上沒有形成磁痕或沒有在所需的方向上形成磁痕 應考慮改變磁化規(guī)范或改換磁化方法 第四章磁粉檢測 33 磁粉檢測過程主要有以下幾個步驟 一 表面預處理 被檢工件的表面狀態(tài)對磁粉檢測的靈敏度有很大的影響 例如 光滑的表面有助于磁粉的遷移 而銹蝕或油污的表面則相反 為了能獲得滿意的檢測靈敏度 檢測前應對被檢表面做預處理 干燥 除銹以及去除表面的局部涂料 避免因觸點接觸不良產(chǎn)生電弧灼傷被檢表面 4 3磁粉檢測技術 第四章磁粉檢測 34 二 施加磁粉的方法 1 干法 用干燥磁粉 粒度范圍以10 60 m為宜 進行磁粉檢測的方法稱為干法
18、 干法常與電磁軛或電極觸頭配合 廣泛用于大型鑄 鍛件毛坯及大型結構件焊縫的局部磁粉檢測 用干法檢測時 磁粉與被檢工件表面先要充分干燥 然后用噴粉器或其他工具將呈霧狀的干燥磁粉施于被檢工件表面 形成薄而均勻的磁粉覆蓋層 同時用干燥的壓縮空氣吹去局部堆積的多余磁粉 觀察磁痕應與噴粉和去除多余磁粉同時進行 觀察完磁痕后再撤除外加磁場 2 濕法 磁粉 粒度范圍以1 10 m為宜 懸浮在油 水或其他載體中進行磁粉檢測的方法稱為濕法 與干法相比較 濕法具有更高的檢測靈敏度 特別適合于檢測如疲勞裂紋一類的細微缺陷 濕法檢測時 要用澆 浸或噴的方法將磁懸浮液施加到被檢表面上 第四章磁粉檢測 35 三 檢測方法
19、 1 連續(xù)法 在有外加磁場作用的同時向被檢表面施加磁粉或磁懸液的檢測方法稱為連續(xù)法 觀察磁痕既可在外加磁場的作用時進行 也可在撤去外加磁場以后進行 低碳鋼及所有退火狀態(tài)或經(jīng)過熱變形的鋼材均采用連續(xù)法 一些結構復雜的大型構件也宜采用連續(xù)法檢測 連續(xù)法檢測的操作程序如圖所示 第四章磁粉檢測 連續(xù)法檢測的操作程序 36 1 濕粉連續(xù)磁化 磁化的同時施加磁懸液 每次磁化的通電時間0 5 2秒 磁化間歇時間不超過1秒 停止施加磁懸液1秒后才可停止磁化 2 干粉連續(xù)磁化 先磁化后噴粉 吹去多余的磁粉后才可停止磁化 連續(xù)法檢測的靈敏度高 但檢測效率低 且易出現(xiàn)干擾缺陷評定的雜亂顯示 此外 復合磁化方法只能在
20、連續(xù)法檢測中使用 第四章磁粉檢測 37 2 剩磁法 利用磁化過后被檢工件上的剩磁進行磁粉檢測的方法稱為剩磁法 在經(jīng)過熱處理的高碳鋼或合金鋼中 凡剩余磁感應強度在0 8T以上 矯頑力在800A m以上的材料均可用剩磁法檢測 剩磁法檢測的操作程序 第四章磁粉檢測 38 四 磁痕分析與記錄 1 磁痕觀察磁粉在被檢表面上聚集形成的圖像稱為磁痕 觀察磁痕應使用2 10倍的放大鏡 觀察非熒光磁粉 用黑色的Fe3O4或褐色的 Fe2O3及工業(yè)純鐵粉為原料直接制成的磁粉 有淺灰 黑 紅 白或黃幾種顏色 的磁痕時 要求被檢表面上的白光照度達到1500lx以上 觀察熒光磁粉 在上述鐵粉外面再涂覆上一層熒光染料制成
21、的磁粉 的磁痕時 要求被檢表面上的紫外線 黑光 照度不低于970lx 同時白光照度不大于10lx 第四章磁粉檢測 39 2 磁痕分析在實際的磁粉檢測中 磁痕的成因是多種多樣的 觀察磁痕時 應特別注意區(qū)別假磁痕顯示 無關顯示和相關顯示 即缺陷磁痕 在通常情況下 正確識別磁痕需要豐富的實踐經(jīng)驗 同時還要了解被檢工件的制造工藝 如不能判斷出現(xiàn)的磁痕是否為相關顯示時 應進行復驗 磁粉檢測中常見的相關磁痕主要有 發(fā)紋 非金屬夾雜物 分層 材料裂紋 鍛造裂紋 折疊 焊接裂紋 氣孔 淬火裂紋和疲勞裂紋等 第四章磁粉檢測 40 五 退磁 在大多數(shù)情況下 被檢工件上帶有剩磁是有害的 故須退磁 所謂退磁就是將被檢
22、工件內(nèi)的剩磁減小到不妨礙使用的程度 常用的退磁方法有交流退磁法和直流退磁法 1 交流退磁常用的交流退磁方法是將被檢工件從一個通有交流電的線圈中沿軸向逐步撤出至距離線圈1 5米以外 然后斷電 將被檢工件放在線圈中不動 逐漸將電流值降為零也可以收到同樣的退磁效果 2 直流退磁在需要退磁的被檢工件上通以低頻換向 幅值逐漸遞減為零的直流電可以更為有效地去除工件內(nèi)部的剩磁 用強磁計可以測定退磁的效果 壓力容器退磁以后的剩磁不能超過0 3mT 第四章磁粉檢測 剩磁的單位為特斯拉 T 41 退磁 第四章磁粉檢測 42 六 后處理 磁粉檢測以后 應清理掉表面上殘留的磁粉或磁懸液 油磁懸液可用汽油等溶劑清理 水磁懸液應先用水進行清洗 然后干燥 如有必要 可在備檢表面上涂敷防護油 干粉可以直接用壓縮空氣清除 第四章磁粉檢測 43
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