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磁粉探伤基础概述 |
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| 磁粉探伤基础概述 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 17:05:05  |
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射阳县机械工程学会 戴明勇
1.磁粉探伤原理
磁化后的铁磁质工件产生磁感应线，当工件表面或近表面存在与磁感应线成一定角度（垂直或近于垂直）的缺陷时，磁感应线在缺陷处发生折射，产生漏磁场吸引施加的磁粉，形成可见的缺陷磁痕，显示缺陷的位置，形状和大小。
退磁
退磁原理从铁磁性物质的磁化曲线可以看出，为把剩磁减小至零，就必须对剩磁工件先加一个较大的反向磁场，然后利用同时或交替逐渐减小磁场和反转磁场方向，消除剩磁。即把工件置于交变磁场中，逐渐减少磁场强度，使之趋近于零。
2磁粉探伤方法
分类条件
分类名称
施加磁粉的磁化时机
连续法、剩磁法
磁粉种类
荧光磁粉、非荧光磁粉法
磁粉分散剂
干法、湿法
磁化电流种类
交流磁化法、直流磁化法、脉动电流磁化法、冲击电流磁化法
磁化方向
轴向通电法、触头法、线圈法、磁轭法、穿棒法、感应电流法
磁化方向
周向磁化法、纵向磁化法、综合磁化法、旋转磁场磁化法 2.1连续法
连续法又称外加磁场法。在外加磁场作用的同时，将磁粉或磁悬液施加到工件上进行探伤，系最常用的磁粉探伤方法。
采用连续法探伤时，磁粉或磁悬液必须在通电或通磁磁化工件的时间内施加完毕。一般通电时间为1—3秒，为保证磁化效果，防止缺陷漏检，对每一被检区域应至少反复磁化两次以上。
停施磁悬液至少1秒待被检表面无流动的磁悬液后才能停止磁化。
连续法探伤的特点是工件磁化时间较长，用直流电，交流电磁化时都可以，采用交流电时，要用断电相位控制器，直流电磁化时不存在断电相位控制问题。由于磁化显示、观察几乎同时进行，所以磁化效果好，检测效率高，对显示不清或不易判断显示的部位都可以直接重复探伤，不易产生漏检和误判，探伤灵敏度较高。可用综合磁化法和旋转磁场磁化法，适于任何磁性材料的探伤。
连续法探伤，不允许在通电或通磁磁化结束时仍施加磁粉或磁悬液，以防止干扰和破坏已形成的缺陷磁痕显示。所以，应在磁粉或磁悬液流动基本停止以后，才能停止磁化。连续法探伤操作比较麻烦，易出现伪缺陷磁痕显示。
2.2剩磁法
剩磁法是利用工件材料的剩磁进行磁粉探伤的方法。先把工件磁化，待切断磁化电流或移去外加磁场后，再将磁粉或磁悬液施加到工件被检部位，除去多余磁粉或磁悬液，观察缺陷形成的磁痕显示，确定缺陷的位置，形状和大小。剩磁法是比较常用的。
铁磁性工件被磁化后，撒去外加磁场或切断磁化电流后，工件中仍保留一定的剩磁，只有剩磁较大时，才能用剩磁法探伤。实践经验是剩余磁感应强度为0.6—0.8特（斯拉）（6000—8000安/米）的矫顽力以上，就可以用剩磁法探伤。
但是工件的剩磁总是小于使其磁化的外加磁场强度，所以剩磁法的灵敏度一般都低于连续法探伤灵敏度。只能检出剩磁较大工件的表面较大缺陷。而对近表面缺陷，探伤灵敏度很低。
为保留工件剩磁，防止伪缺陷磁痕，工件磁化后直到施加磁粉或磁悬液前，不能与其它磁性物体或铁磁性物体接触。
剩磁法通电时间较短，一般是1/4—1秒，冲击电流为百分之一秒左右，并且要反复通电三次以上。
剩磁法磁化电流用冲击电流，直流或交流电。采用交流电时，要用断电相位控制器;防止零位附近断电，造成剩磁减小，灵敏度低甚至漏检。关于断电相位控制问题，本文将不介绍。
2.2.1剩磁法的优点是
1.检测效率高：中小型工件利用剩磁法探伤时，可把它们磁化后放在容器中，浸入磁悬液中或集中在一起浇磁悬液。可以同时观察或多个人同时观察记录大大提高检测效率。
2.磁痕显示易于判断：剩磁法探伤产生的伪缺陷磁痕较少。有利于缺陷磁痕的判断，易于观察缺陷磁痕显示。
3 .操作简单方便:短时间内缺陷磁痕再现性好，易于观察记录。
2.2.2剩磁法的局限性：
1.只适于剩磁和矫顽力较大的铁磁性材料探伤。
2.用交流电磁化工件时，要注意断电相位，配备断电相位控制器。
3.不能进行综合磁化和旋转磁场磁化，也不能用干磁粉显示。剩磁法探伤，适用高碳钢等硬磁材料的工件探伤。
2.3干法
干法探伤，就是工件磁化后,用干燥、分散状态的磁粉显示缺陷漏磁，形成缺陷漏磁痕显示的探伤方法。
干法探伤时，常用喷枪或喷粉器把干粉施加到磁化状态的被检工件表面。为了提高对比度，常用与被检表面呈最大反差的有色磁粉，如 白磁粉、红磁粉、黄磁粉或黑磁粉等
干法要求被检工件表面干燥光洁，以利磁粉的流动和显示。磁粉应均匀地施加到被检工件表面，不易过多以免掩盖缺陷磁痕。连续法探伤时，应在工件保持磁化状态下吹去未呈缺陷磁痕显示的多余磁粉。剩磁法探伤，应在工件保持较大剩磁状态下，吹去未呈缺陷显示的多余磁粉。吹去多余磁粉不要干扰和破坏缺陷磁痕显示。
干粉中不含阻碍磁粉流动的液体介质，所以对同样大小的缺陷，干法探伤灵敏度高。比如，检出比较大的人工缺陷和近表面缺陷，干法比湿法需要较小的磁化电流。磁化电流常用半波整流电和交流电。
干法与便携式磁粉探伤机配合，现场探伤非常方便。适于触头法等探伤时易产生局部过热且易发生电火花的场合及表面比较粗糙且检测要求不高的以及温度比较高的工件探伤。
2.4湿法
湿法是工件磁化后，将磁悬液施加于被检工件表面，形成磁痕，显示工件缺陷的探伤方法。
在连续法中，必须在磁化工件过程中施加磁悬液。施加磁悬液的方法有喷洒浇洒。喷洒磁悬液时压力不要太大，以免干扰和破坏缺陷磁痕。剩磁法，常把带有剩磁的工件浸在搅拌均匀的磁悬液中，20—30秒钟后取出，倾斜放置，待多余的磁悬液基本流尽后，观察缺陷磁痕显示。
湿法与固定式磁粉探伤机配合，磁悬液可回收循环使用，适于大批量连续检测，特别适用于表面光洁，检测灵敏度要求高的重要工件探伤，尤其适于表面微小裂纹等缺陷的探伤。
2.5荧光磁粉与非荧光磁粉法
2.5.1荧光磁粉法
荧光法，是工件磁化后，施加用荧光物质处理过的磁粉即荧光磁粉或荧光磁悬液，在紫外线光照射下，观察缺陷的荧光磁痕显示的磁粉探伤法。
由于荧光磁粉在紫外线光照射下能发出黄绿色荧光，色泽鲜明，易于观察，增强了可见度和对比度，提高了探伤灵敏度和检测速度，比非荧光磁粉清晰度高100倍左右，适于用任何颜色的工件表面检测。尤其适于检测灵敏度要求很高，比如检测微小表面疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹等缺陷的探伤。可以大大减轻探伤人员的视力疲劳，减少磁粉用量。
荧光磁粉用于湿法探伤中不适于干法。
2.5.2非荧光磁粉法
非荧光磁粉探伤法，是工件磁化后，用不含荧光物质的普通磁粉，在白光下观察缺陷磁痕显示的探伤方法。
非荧光磁粉探伤法，用一般检测要求不高的工件磁粉探伤。操作比较简单。是最常用的探伤方法之一。
3磁化方法与磁化规范
磁粉探伤，只有使工件有效地磁化，并使磁场方向尽可能与缺陷方向垂直，才能取得满意的探伤结果。但工件中的缺陷是极其复杂的，大小和方向都难以预计，为防止漏检和误判，一定要选择好磁化方法及磁化规范。
磁化规范，是依据一定标准确定的检验方法和工艺参数即是指选择磁化电流值或磁场强度所遵循的规则，也就是确定有效磁化磁场的大小及范围，应根据工件的材质．磁特性．表面状态缺陷的大小．方位性质形状磁化方法检验要求来确定。使工件磁化，主要取决于外加磁化磁场强度。除用永久磁轭磁化外，外加磁场强度，是由磁化时所用的磁化电流的种类和大小决定的。因此，选择磁化电流是磁粉探伤的关键。工件的标准磁化强度，是由工件表面的磁场强度确定的。工件磁化时，其表面的磁场强度必须使缺陷处能够产生形成缺陷磁痕显示的漏磁场。只有使被磁化工件的表面磁感应强度达80％饱和磁感应强度时，才能使工件有效地磁化，可以避免磁化不足造成漏检，又可以防止磁化过渡而造成不相关的伪缺陷磁痕显示，因此应该掌握常用材料的一定热处理状态下的磁化曲线等磁特性资料。
工件标准磁化强度的大小与要检测出的缺陷大小和部位有关。
表面磁感应强度可以用交直流霍尔效应的高斯计或其它测磁仪器测量。应该指出，根据工件表面以下的磁感应强度B来确定工件的标准强度才是合理的。这是因为，决定缺陷处所产生的漏磁场大小的是表面以下的磁感应强度。但工件表面以下的磁感应强度不易测量，因此，就只能用表面磁感应强度。这两者关系，随着工件材料的性质及磁化磁场大小而变化。因而，一般只能根据实验来决定，
产生所需的表面磁场强度的磁化电流，随工件的材质，形状几何尺寸，表面光洁度的不同而异。缺陷磁痕显示，除与磁化磁场有关外，还与缺陷的性质，形状方位大小及检验方法和显示方法有关。
实际工作中，用磁粉探伤灵敏度试片．试板．试环及磁场指示器等来选择。确定磁化规范，是一种比较简单行之有效的方法，尤其对形状复杂的工件更为适用
3.1磁化方法的分类
1.按磁化电流种类分类：直流电磁化(包括整流电流)、交流电磁化、交直流磁化及冲击电流磁化法.
2.按磁场方向分类：纵向磁化,周向磁化,综合磁化、旋转磁场磁化法.
3.按磁化方式分类：通电磁化及通磁磁化法.另外还有波动法.
3.2直流电与直流电磁化法
3.2.1直流电
电流方向持续不变的电流叫直流电.包括稳恒直流电和脉动直流电.电流方向和大小都不变的直流叫稳恒直流电.电流方向不变,而大小不恒定的直流电叫脉动直流电.交流电经整流可得到脉动直流电.磁粉探伤中.所用直流电多为脉动直流电.按整流方式可分成半波整流和全波整流.
单相半波与全波整流电.单相正弦交流电经二极管.可控硅元件等整流元件进行整流而得到单相半波或全波整流电.
单相半波整流电是将单相单相正弦交流电的方向部分去掉,只保留正向部分,产生直流电脉冲,在脉冲的间隔时间里没有电流流动,
单相全波整流电,是将单相正弦交流电的负向部分电流经整流变成正向部分,产生不间断的正向直流电脉冲,
3.2.2直流电磁化的特点
（1）直流电在导体中均匀流动,产生的磁场具有一定的磁透性,深入到表面以内,对表面和近表面缺陷都具有较高的灵敏度.随着交流成分的减小脉动程度也减小,磁场渗透深入程度增大,可检测距表面较深的缺陷,如对直径1毫米人工孔,交流电磁化连续法探伤,检测深度为2.5毫米;剩磁法探测深度为1毫米..单相半波整流电,连续法探测深度为4毫米,剩磁法探测深度为1.5毫米,用三相全波整流电磁化.连续法探测深度达10毫米.
（2）有利于磁粉或磁悬液流动:脉动直流电中交流成分大其脉动作用大,产生的磁场也具有较大的脉动性,探伤中对磁粉或磁悬液具有一定的搅动作用.有利于磁粉或磁悬液流动.半波直流电磁化尤其适用于干法探伤 .对表面和近表面缺陷都又较高灵敏度.
（3）由于电流磁场产生的最大磁场强度取决于峰值电流,所以对同样大小的有效电流,脉动直流电产生的磁场强度比稳恒直流电产生的磁场强度大.因此,对表面缺陷，用脉动直流电磁化，检测能力和探伤灵敏度都很高。
（4）能得到稳定的剩磁：单相半波整流电及三相半波或全波整流电磁化工件时，产生的磁场是同方向的
（5）退磁比较困难：用直流电磁化工件，产生的磁化磁场能深入到工件内部，用交流电退磁时，只能退去表面磁场。因此对用直流电磁化的工件，要想彻底退磁，就必须使用超低频退磁设备，退磁效率低。
（6）反磁场较大，用直流电对工件进行纵向磁化时，产生的反磁场比用交流电磁化产生电磁化产生的反磁场大。所以，要使工件有效磁化，所加的外磁场强度也要大
（7）截面不匀处磁场不均：对形状复杂的工件，用直流电磁化时，在工件截面变化较大处磁场很不均匀，造成磁化不足或磁化过渡。影响缺陷磁痕显示，容易漏检。或误判。
3.3交流电与交流电磁化法
3.3.1电流的大小和方向都随时间而变化的电流叫交流电。常用的有正弦交流电。即电流的大小和方向按正弦规律变化，交流电是由交流发电机产生的。当导体做切割磁感应线的相对运动时导体产生感应电势。
（1）交流电的周期和频率：交流电完成一个循环所使用的时间叫交流电的周期，常用T示，单位：秒。单位时间内完成循环的次数，叫频率，常用f表示单位赫兹。
（2）交流电的平均值：交流电在一个周期中某瞬时值中的最大值，叫交流电的峰值，一般用1m与有效值1间 的关系：
3.3.2交流电磁化特点
（1）对表面缺陷检测灵敏度高;交流电由集肤效应，产生的磁场集中在磁化工件的表面，表面磁场强度很强，连续法探伤时，工件表面的磁感应强度为最大磁感应强度Bm。所以交流电磁化对表面缺陷检测灵敏度高，而对近表面缺陷检测灵敏度很低。
产生集肤效应的原因：工件在变化的磁场里因电磁感应而产生涡流。工件表面，涡流与原电流方向同。使工件表面电流增强。而在工件内部电流相对减弱。材料的磁导率，电导率增加，集肤效应愈明显，交流电深入工件导体的深度，
（2）易于退磁：由于交流电磁化，磁场大都集中在工件表面，所以用交流电很容易退磁，并且在周向磁化和纵向磁化间可以不用退磁。
（3）对磁粉的搅动作用：由于交流电的大小和方向不断变化，对磁粉产生搅动作用，有利于磁粉的移动，提高了探伤灵敏度，减少伪缺陷磁痕显示。
（4）可以用综合磁化法及旋转磁场磁化法，同时检出各方向缺陷，提高了检测效率。
3.4冲击电流与冲击电流磁化法
利用电容器冲放电方法，可以用较小的设备，得到瞬时（约百分之几秒到千分之几秒）电流很高（1-2）万安培的冲击电流。用冲击电流磁化工件，可以得到瞬时很强的磁场。但只能用于剩磁法探伤，因为在极短的时间内完成施加磁粉。观察磁痕显示都是非常困难的，所以不能用连续法探伤。尽管冲击电流很大，但因持续时间极短，所以不至于烧损工件。
3.5纵向磁化法
纵向磁化法是利用电磁化或通磁磁化工件，使工件内产生一个沿工件轴向或长度方向的磁场，用于检查轴向或长度方向垂直的横向缺陷。
常用的纵向磁化方法有：磁轭法线圈法、感应电流法。
纵向磁化容易受工件外部强磁场的影响以及反磁场的影响，
3.5.1磁轭法
磁轭法又称极间法电磁法，是一种通磁磁化法。利用π型电磁轭或永久磁铁放在大型工件局部进行局部磁化或把较小工件放在其两级间进行整体磁化，磁感应线贯穿工件局部或全部，产生纵向磁场。
（1）电磁轭磁化电流种类：交流电或直流电（包括整流电流）。
（2）磁化规范：使用电磁轭时，磁极间距应控制在50—200毫米范围内，磁场强度可通过测量其提升力来间接确定当使用磁轭最大间距时，交流电磁轭提升力至少为44牛顿，直流电磁轭提升力至少为177牛顿。磁化规范也可以通过磁粉探伤灵敏度试片确定。
（3）有效磁场范围：磁轭法磁化磁场范围是有限的，一般是在两磁极间距的1/4或两磁极连线两侧各50毫米范围内。在这个有效范围内，工件才能被有效的磁化，探伤灵敏度很低，造成漏检。
（4）磁轭法磁化的优点：磁化方便，设备简便工件不直接通电，不烧损工件安全可靠。用π型磁轭探伤，磁化方向可以任意变化，可以检出各方向缺陷，用旋转磁场磁轭磁化，可以同时检出各方向缺陷。
（5）磁轭磁化的缺点：难以磁化形状复杂的工件，磁场强度不高。尤其是直流电磁化时工件表面磁场强度很低，对表面和近表面缺陷检测灵敏度都很低，更不能用剩磁法探伤。
（6）磁轭法磁化的注意点：检测能力与磁极间距有关，所以应根据技术条件要求及探伤需求调整磁轭间距。磁轭间距大。磁场强度下降。不能有效地磁化工件，探伤灵敏度下降，容易造成漏检。磁轭间距过小，磁极间磁场叠加，产生磁场畸变，两磁极处容易形成磁粉堆积，影响缺陷磁痕的形成和观察，产生伪缺陷磁痕，容易造成误判。对形状复杂或较长工件不易采用磁轭法磁化，采用固定式电磁轭对工件进行整体磁化，磁轭截面要大于工件截面才能有效磁化工件，总磁通增大，检测能力增强，获得良好的探伤效果，要使磁轭于工件贴紧否则磁轭于工件表面间有空气隙，磁轭周围不能探测的盲区增大，影响磁化效果。每次磁化区域应有一定的重叠（25毫米），以防漏检。纵向磁场只能有效的检出与其相垂直的缺陷，而与纵向磁场平行或夹角小于45度的缺陷不能有效地检出。所以检出各方向缺陷，用π型磁轭至少相互垂直交叉磁化两次，直流电磁化的电磁铁对工件磁化，随着工件截面积的增大磁通减小。另外，为增大检测面积，就要增大磁极间距，因此为检测后工件及增大检测面积要采用大型电磁铁，适当增加磁化电流。由于电磁铁阻抗高，响应速度漫，产生规定的磁通需要一定的时间，为了得到同样的磁化效果，永久磁铁的轭铁面积要比电磁轭铁大几倍，直流电磁轭不适于检测大而厚的工件，尽管直流电磁轭提升力符合要求（大于177牛顿）。但工件要用交流电磁轭，而不用直流电磁轭磁化。
（7）磁轭法应用：磁轭法适于小型棒状。小型轴类及锻件探伤以及板材，大型球罐槽车等大工件的局部探伤。尤其是高空和野外等现场探伤。磁轭法只能用于连续法探伤。
3.5.2线圈法与绕电缆法
把直径较小的工件放在固定式线圈中或在形状复杂的工件及较大工件上绕上几匝电缆，在线圈上或电缆中通电，按右手定则，将产生纵向磁场，工件被纵向磁化。
(1)磁化电流种类：交流电和直流电
(2)磁化规范：
A.采用交流电磁化工件，磁化规范与工件的长径比有关，一般用经验值确定磁化规范，
a.当L/D.>10时，磁场强H应大于，等于11937安/米（150奥斯特）；
b.L/D<10时，磁场强度H应大于，等于35810安/米（450奥斯特），才能有效磁化工件。
L为工件长度（毫米）， D为工件直径（毫米）。
B.采用直流电（包括整流电）连续法探伤，用经验公式确定磁化规范：
低充填因数线圈：工件直径小于线圈内径的10％，长径比L/D≥3时。
有效磁场范围:线圈法磁化。整个线圈内部均有磁场。但当线圈较短时，线圈内磁场是不均匀的，线圈轴中心部位磁场最强，线圈两端磁场强度为轴中心部位磁场强度的一半，离开线圈两端磁场强度急剧减弱。线圈两端的有效磁场范围，取决于磁化电流的大小和工件的磁导率，磁化电流大。工件磁导率高，线圈两端外伸的有效磁场长度范围大，工件能被有效磁化的长度增大，而有效磁场外面的工件不能被有效地磁化。一般线圈两端外伸的有效磁场长度约等于线圈的半径。当线圈直径较大，长度较短时，线圈截面上的磁场强度是不均匀的，靠近线圈内壁的磁场最强。所以要求线圈直径不要比工件大太多，小直径的工件要尽量靠近线圈壁，偏心放置。线圈法磁化磁场强度与线圈的匝数和磁化电流种类及大小有关。为了满足检测灵敏度要求，必须使工件有效地磁化。采用直流电磁化时，线圈匝数多电流小；而交流电磁化时，线圈匝数少，而电流强度大。
(3)线圈法磁化的优点：
A.线圈法磁化，工件不直接通电，所以安全可靠，
B.连续法和剩磁法都适用
C.对形状复杂或较大工件用线圈法磁化简单，
D.对于L/D值较大的较长工件可以移动线圈，分段连续磁化，检测效率高。但每次磁化都应有一定的重叠区，重叠长度应不小于分段磁化检测长度的10％
E.对L/D值较小的工件用线圈法磁化，引起反磁场使有效磁场减弱，灵敏度降低。用线圈发法磁化，只适于L/D值较小的短而粗工件磁化时。可用磁极加长块串起来磁化。
3.5.3感应电流磁化法
感应电流磁化法又称磁通贯通法。是把环形工件当作变压器次级线圈，利用电磁感应原理，产生变磁场，磁感应线通过工件孔心的铁芯，在工件上产生感应电流。感应电流产生纵向磁场，(表面任意位置磁感应强度大于4mT)可发现环形工件周向缺陷，
(1)磁化电流中类：一般采用交流电连续法探伤。特殊情况下也可使用直流快速断电产生较大的冲击电流磁化剩磁较大的工件用剩磁法探伤。
(2)磁化规范：用磁粉探伤灵敏度试片或灵敏度试板。通过实验确定磁化规范的范围
(3)磁化方向：感应电流方向与激磁电流的方向相反。用右手定则确定磁场方向。也可以这样说感应电流在工件上产生的磁场方向与激磁电流在铁心上产生的磁场方向相反。
(4)感应电流磁化法优缺点：
A. 工件不直接通电，所以不烧损工件，安全可靠。
B. 工件上产生的感应电流也是一种交流，具有集肤效应，所以工件表面都可能产生纵向磁场，可以同时检出各表面的周向缺陷。
C. 可以实现自动化[1] [2] 下一页
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