磁粉检测(相关知识).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,磁粉检测,1,磁粉检测原理,自然界有些物体具有吸引铁、钻、镍等物质的特性。我们把这些具有磁性的物体称为磁体。使原来不带磁性的物体变得具有磁性叫磁化，能够被磁化的材料称为磁性材料。磁体各处的磁性大小不同，在它的两端最强。这两端称为磁极。每一磁体都有一对磁极即,N,极和,S,极。它们具有不可分割的特性，即使把磁体分割成无如小磁体，每一个小磁体同样存在,N,极和,S,极。,一、磁粉检测原理：,铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。如图,1,所示。,图,1,不连续性处漏磁场分布,二、磁粉检测中的相关物理量,1.,磁场和磁力线,磁场：具有磁性作用的空间,磁场的特征、显示和磁力线,磁场的特征：是对运动的电荷（或电流）具有作用力，在磁场变化的同时也产生电场。,磁场的显示：磁场的大小、方向和分布情况，可以利用磁力线来表示。如图,2,所示,.,（,d,）马蹄形磁铁被校直成条形磁铁后,N,极和,S,极的位置,（,a,）具有机加工槽的条形磁铁产生的漏磁场,（,b,）纵向磁化裂纹产生的漏磁场,(c),条形磁铁的磁力线分布,图,2,磁力线分布情况,磁力线在每点的切线方向代表磁场的方向，磁力线,的疏密程度反映磁场的大小。,磁力线具有以下特性：,磁力线是具有方向性的闭合曲线。在磁体内，磁力线是由,S,极到,N,极，在磁体外，磁力线是由,N,极出发，穿过空气进入,S,极的闭合曲线。,磁力线互不相交。,磁力线可描述磁场的大小和方向。,磁力线沿磁阻最小路径通过。,3.,磁感应强度,B,：,设一电量为,q,的电荷在磁场中，以速度,运动，其受到的最大磁力为,F,m,，,则该点磁感应强度的大小为：,磁感应强度,B,为矢量，其方向为该点处小磁针,N,极的方向，可以用右手螺旋法则来确定：由正电荷所受力,F,m,的方向，沿小于,的角度转向正电荷运动速度,的方向，这时螺旋前进的方向便是该点,B,的方向，如图,3,所示；,B,的方向总是垂直于,F,m,和,组成的平面。,图,3,右手螺旋法则,在国际单位制中，力,Fm,的单位用牛顿（,N,），电量,q,的单位用库仑（,C,），速度,v,的单位用米,/,秒（,m/s,），磁感应强度的单位定为,N,s,/,（,C,m,）,N/(,A,m,),，称为特斯拉，用,T,表示，即,1T=1N/(A,m),可以用磁感应线来描绘磁场的分布，并且规定：通过磁场中某点处垂直于,B,矢量的单位面积的磁感应线数等于该点,B,矢量的大小，该点磁感应线的切线方向为,B,矢量的方向。,在任何磁场中，每一条磁感应线都是和闭合电流相互套链的无头无尾的闭合线，磁场较强的地方，磁感应线较密；反之，磁感应线就较疏，,4.,磁通量,在磁场中，通过一给定曲面的总磁感应线，称为通过该曲面的磁通量，用,表示。,在曲面上取面积元,ds,，如图所示，,ds,的法线方向与该点处磁感应强度方向之间的夹角为,，则通过面积元,ds,的磁通量为,所以，通过有限曲面,S,的磁通量为,磁通量的单位为,Tm,2,，叫做韦伯（,Wb,）。因此，磁感应强度也称为磁通密度。,对闭合曲面来说，一般规定取向外的指向为正法线的指向，这样，磁感应线从闭合面穿出处的磁通量为正，穿入处的磁通量为负。由于磁感应线是闭合线，因此穿入闭合曲面的磁感应线数必然等于穿出闭合曲面的磁感应线数，所以通过任一闭合曲面的总磁通量必然为零，即,上式称为磁场的高斯定理，是电磁场理论的基本方程之一。该定理说明，磁场是涡旋场，其磁感应线无头无尾，恒是闭合的。,5.,磁场强度,它是表征磁化强度的物理量。空间任一点的磁场强度,H,等于导线中的电流（称为传导电流）所激发的磁场矢量和，称为安培环路定理：,磁场强度为矢量，其单位为安,/,米（,A/m,）。安培环路定理表明,H,矢量的环流（沿任何闭合曲线的线积分）只和传导电流,I,有关，与磁介质的磁性无关。,6.,磁导率,它是表征介质磁特性的物理量。,式中 为真空中的磁导率，。,为相对磁导率。,所有顺磁性材料、抗磁性材料的磁化率都很小，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的影响。而铁磁性材料相对磁导率可达几十到几千。,磁感应强度,B,，磁场强度,H,，磁导率 三者之间有以下关系：,由上式可知：在磁场强度,H,一定的情况下，不同介质中感生出的磁感应强度不同，铁磁性材料中的磁感应强度比非铁磁性材料大几百上千倍。,三、铁磁性材料的磁化曲线,1.,铁磁性材料,磁畴,在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常强的交换耦合作,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,个自发磁化达到饱和状态的微小区域，这些自发磁化的微小区域，,称为磁畴。,一个典型的磁畴宽度约为,10,-3,cm,，体积约为,10,-9,cm,3,，内部大,约含有,10,14,个磁性原子。,在没有外加磁场作用时，,铁磁性材料内各磁畴的磁,矩方向相互抵消，对外显,示不出磁性，如下图,a,。,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的作用，一是使,磁畴磁矩转动，二是使畴壁发生位移，最后全部磁畴的磁矩方向转向与外加磁场,方向一致，铁磁性材料被磁化，显示出很强的磁性。,永久磁铁中的磁畴，在一个方向上占优势，因而形成,N,和,S,极，能显示出很强,的磁性。,在高温情况下，磁体中分子热运动会破坏磁畴的有规则排列，使磁体的磁性,削弱。超过某一温度后，磁体的磁性也就全部消失而呈现顺磁性，实现了材料的,退磁。铁磁性材料在此温度以上不能再被外加磁场磁化，并将失去原有的磁性的,临界温度称为居里点或居里温度。从居里点以上的高温冷却下来时，只要没有外,磁场的影响，材料仍然处于退磁状态。,a,）不显示磁性；,b,）磁化,c,）保留一定剩磁,铁磁性材料的磁畴方向,磁化过程,(1),未加外加磁场时，磁畴磁矩杂乱无章，对外不显示宏观磁性，如图,(a),(2),在较小的磁场作用下，磁矩方向与外加磁场方向一致或接近的磁畴体积增大，而磁矩方向与外加磁场方向相反的磁畴体积减小，畴壁发生位移，如图,(b),。,(3),增大外加磁场时，磁矩转动畴壁继续位移，最后只剩下与外加磁场方向比较,接近的磁畴，如图,(c),。,(4),继续增大外加磁场，磁矩方向转动，与外加磁场方向接近，如图,(d),。,(5),当外加磁场增大到一定值时，所有磁畴的磁矩都沿外加磁场方向有序排列，,达到磁化饱和，相当于一个微小磁铁或磁偶极子，产生,N,极和,S,极，宏观上呈现,磁性，如图,(e),。,3.,磁化曲线,磁化曲线是表征铁磁性材料磁特性的曲线，用以表示外加磁场强度,H,与磁感应强度,B,的变化关系。,B,H,曲线的测绘方法,:,采用如图所示的装置,曲线特征：,(1),oa,段，称为起始磁化段，由于磁畴的惯性，当,H,增加时，,B,不能立即上升很快，使得这一阶段曲线较平缓。这时的磁化过程是可逆的；即当,H,退回到零，,B,也会退回到零。,(2),ab,段，称为直线段，随着,H,的增加很快。这个阶段的过程是不可逆的，即,H,退回到零，,B,并不沿原曲线减退。,(3),bQ,段，由于大部分磁畴已转向,H,方向，,H,增加只有少数磁畴转向，,B,增加变慢，曲线变缓。,(4,）,m,点以后，称为磁饱和阶段，由于磁畴儿乎全部转向,H,方向，,H,增加，,B,几乎不再增加。,磁滞回线,如果磁化电流是交流电，随着电流,I,的大小方向改变，,H,、,B,的大小方向也改变。表示循环交变过程,H,与,B,关系的曲线叫做磁滞回线，如右图所示。,剩余磁感应强度,Br,矫顽力,Hc,铁磁性材料的特性：,高导磁性,磁饱和性,磁滞性,根据矫顽力,Hc,大小分为软磁材料,（,Hc,R,）,和导体内部,r,处（,rR,时,rD,内部磁场分布均匀，并且磁场,只存在于线圈内部，磁力线方向,与线圈的中心轴线平行。,五、影响漏磁场的因素,（,1,）外加磁场强度的影响,缺陷的漏磁场大小与工件磁化程度有关。一般说来，外加磁场强度一定要大于产生最大磁导率,m,对应的磁场强度,H,m,，,使磁导率减小，磁阻增大，漏磁场增大。,当铁磁性材料的磁感应强度达到饱和值,的,80%,左右时，漏磁场便会迅速增大。,（,2,）缺陷位置及形状的影响,a,缺陷埋藏深度的影响,影响很大,同样的缺陷，位于工件表面,时，产生的漏磁场大；若位于工件的近表面，产生的漏磁场显著减小；若位于工件表面很深处，则几乎没有漏磁场泄漏出工件表面。,b,缺陷方向的影响,缺陷垂直于磁场方向，漏磁场最大，也最有,利于缺陷的检出；若与磁场方向平行则几乎不产生漏磁场；当缺,陷与工件表面由垂直逐渐倾斜成某一角度，而最终变为平行，即,倾角等于,0,时，漏磁场也由最大下降至零，下降曲线类似于正弦,曲线由最大值降至零值的部分。,c,缺陷深宽比的影响,缺陷的深宽比是影响漏磁场的一个重要因,素，缺陷的深宽比愈大，漏磁场愈大，缺陷愈容易发现。,（,3,）工件表面覆盖层的影响,（,4,）工件材料及状态的影响,晶粒大小的影响 含碳量的影响 热处理的影响,合金元素的影响 冷加工的影响,影响材料磁导率的因素都会对漏磁场产生影响,2,磁粉检测设备器材,一、磁粉,种类：荧光磁粉和非荧光磁粉,荧光磁粉,磁性氧化铁粉、工业纯铁粉或羰基铁粉为核心，在铁粉外面用,树脂粘附一层荧光染料而制成。荧光磁粉发出,510550nm,黄绿荧,光，人眼最敏感的光。因而其对比度很高，从而可见度也高。,纯白和纯黑在明亮环境中对比系数为：,25,：,1,，而黑暗中荧光的,对比系数可达,1000,：,1,。,荧光磁粉一般只适于湿法。,非荧光磁粉,四氧化三铁黑磁粉、三氧化二铁红磁粉、工业纯铁粉为原料粘附其它颜料的有色磁粉（如白磁粉等）、,JCM,系列空心磁粉（铁铬铝的复合氧化物，用于高温）共四种。前两种既适于湿法也适于干法，后两种只用于干法。,磁粉的性能：,磁特性：高磁导率（易被吸附）、低矫顽力（易分散流动）、低剩磁（易分散流动）。,粒度：即磁粉颗粒的大小，影响悬浮性、吸附力。粗磁粉的磁导率较细磁粉的高。对干磁粉，粒度范围,10-50,m,，最大不超过,150,m,；,对湿磁粉，粒度范围,5-10,m,，最大不超过,50,m,。,形状：保证好的磁吸附性能和流动性能。条形、椭圆形、球形。条形容易磁化形成磁极，易被吸附，但流动性不好。球形流动性好但不易被磁化（退磁场的影响）。理想的磁粉应由一定比例的条形、球形和其他形状的磁粉混合。,流动性：探伤时，磁粉的流动性要好。直流电不利于磁粉的流动，故直流电不适于干法检验；湿法时，磁粉的流动靠载液带动，故直交流电均可。,密度：对磁吸附性、悬浮性、流动性有影响。湿磁粉（黑、红）密度约,4.5g/cm,3,干磁粉,8g/cm,3,，空心,0.71-2.3g/cm,3,荧光磁粉与其组成成分有关。,识别度,：指磁粉的光学性能，包括颜色、荧光亮度、工件表面颜色的对比度,。,二、,磁悬液,磁粉和载液按一定比例混合而成的悬浮液体。,磁悬液浓度：包括配制浓度（每升磁悬液中所含磁粉的重量,g/L,）和沉淀浓度（每,100mL,磁悬液中沉淀出磁粉的体积,mL,/L,）,。,浓度与灵敏度关系：浓度高低都不好,推荐的磁粉浓度,（按,JB4730,2005,）,磁粉类型 配制浓度（,g/L,）沉淀浓度,（,mL/100mL,）,非荧光磁粉,1025 1.22.4,荧光磁粉,0.53.0 0.10.4,三、,标准试片和标准试块,1.,标准试片,用途,检验设备、磁粉、磁悬液的综合性能（系统灵敏度）。,检测磁场方向、有效磁化范围、大致的磁场强度。,考察所用的探伤工艺和操作方法是否妥当。,确定磁化规范。,分类（按,JB/T4730.4,2005,）,常用试片,A,1,、,C,、,D,、,M1,型四种。,所有试片的型号名称中的分数分子代表人工缺陷槽的深度，分母表示试片的厚度，单位为,m,。,试片由退火电磁软铁制成。,试块使用时，将刻有人工槽的一面与被检工件表面贴紧，然后对工件进行磁化并施加磁粉，通过观察人工缺陷的磁痕显示判断灵敏度。,四、磁力探伤机分类,按体积重量，分为,固定式、移动式、便携式,；,1.,固定式探伤机,一种车床式的卧式探伤机，最大磁化电流从,1KA,10KA,。主要用于中小零件的探伤，应用广泛。,该类设备可以对被检零件用通电法和中心导体法进行周向磁化，用线圈法或固定式磁轭进行纵向磁化。还可进行各种形式的多向磁化，并能对工件退磁。,该类设备常用湿法，还常常备有支杆触头和电缆，对大型零件进行磁化，荧光法时还配有荧光灯和遮光罩。,2.,移动式探伤机,一种装在小车上，可移动到现场的半固定式探伤机，磁化电流一般在,500A,8KA,。其主,体是磁化电源，可提供交流和单相半波整流电。,配合使用的附件有支杆触头、夹钳触头、开合式和闭合式磁化线圈和软电缆等。,一般也具有退磁功能。,检测对象一般为不易移动的大型工件。,3.,便携式探伤机,体积小，重量轻，可随身携带，特别适用于野外和高空作业。,包括：电磁轭、交叉磁轭、永久磁铁和小型磁粉探伤仪。,电磁轭分交流和直流电磁轭，有一个多匝线圈包住软铁芯片组,成，用可控硅调节磁化电流，磁极有活动关节，能调整间距，进行,有效的检测。永久磁铁适用于没有电源的场合。,小型磁粉探伤机，一般能提供,500A,2000A,的磁化电流，磁化,电流用交流和单相半波整流电，带有支杆触头和电缆，可将电缆绕,成线圈进行纵向磁化。带有自动衰减退磁器。,锅炉压力容器现场磁粉探伤，最常用的是便携式磁粉探伤机，,主要为电磁轭和交叉磁轭。,3,磁粉检测工艺要点,一、磁化方法,常用的磁化方法如图所示，分为线圈法、磁轭法、轴通电法、中心导体法、触头法、旋转磁场磁化法等。,根据工件的几何形状，尺寸大小和欲发现缺陷方向而在工件上建立的磁场方向，将磁化方法分为纵向磁化、周向磁化、复合磁化。,1.,周向磁化,周向磁化是指给工件直接通电，或者使电流流过贯穿空心工件孔中的导体，旨在工件中建立一个环绕工件的并与工件轴垂直的周向闭合磁场，用于发现与工件轴平行的纵向缺陷，即与电流方向平行的缺陷。,2.,纵向磁化,是指将电流通过环绕工件的线圈，沿工件纵长方向磁化的方法，工件中的,磁力线平行于线圈的中心轴线。用于发现与工件轴向垂直的周向缺陷（横向缺,陷）。利用电磁轭和永久磁铁磁化，使磁力线平行于工件纵轴的磁化方法亦属于,纵向磁化。,将工件置于线圈中进行纵向磁化，称为开路磁化，开路磁化在工件两端产生,磁极，因而产生退磁场。,电磁轭整体磁化、电磁轭或永久磁铁的局部磁化，称为闭路磁化，闭路磁化,不产生退磁场或退磁场很小。,3.,多向磁化（也叫复合磁化）,是指通过复合磁化，在工件中产生一个大小和方向随时间成圆形、椭圆形或螺旋形轨迹变化的磁场。因为磁场的方向在工件上不断地变化着，所以可发现工件上多个方向的缺陷。,4.,各种磁化方法的特点,磁化工件的顺序，一般是先进行周向磁化，后进行纵向磁化；,如果一个工件上横截面尺寸不等，周向磁化时，电流值分别计算，先磁化小直径，后磁化大直径。,选择磁化方法应考虑的因素,工件的尺寸大小；工件的外形结构；工件的表面状态；,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。,二、,磁化规范,1,磁化规范的制定,磁化规范,:,工件磁化时,，,磁化电流值或磁场强度值。,制定磁化规范应考虑的因素,首先根据工件的材料、热处理状态和磁特性，确定采用连续法,还是剩磁法检验；还要根据工件的尺寸、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,类和有效磁化区，制定相应的磁化规范。,制定磁化规范的方法,(1),用经验公式计算,(2),用毫特斯拉计测量工件表面的切向磁场强度,施加在工件表面的切向磁场强度为,2.4,4.8KA/m,（,3,）,利用材料的磁特性曲线,（,4,）用标准试片确定,(,形状复杂的工件，难以用计算法求得磁化规范时，把标准试片贴在被磁化工件不同部位，可确定大致理想的磁化规范。,),三、磁粉检测工艺,所谓磁粉工艺，是指从预处理、磁化工件、施加磁粉或磁悬液,磁痕的观察与记录、缺陷评级、退磁和后处理等的全过程。,只有正确执行磁粉探伤工艺要求，才能保证磁粉探伤的灵敏,度，检出应检的缺陷。,影响磁粉探伤灵敏度的因素主要有：磁场大小和方向的选择；,磁化方法的选择；磁粉的性能；磁悬液的浓度；设备的性能；工件,形状和表面粗糙度；缺陷的性质、形状和埋藏深度；工艺操作；人,员水平；观察条件。,1.,磁粉探伤方法的一般选择原则：,a,连续法和剩磁法都可进行探伤时，优先选择连续法。,b,对于湿法和干法，优先选择湿法。,c,对于按磁化方法分类的六种探伤方法，选用要根据工件的,形状、尺寸、探伤操作的困难程度进行。,2.,磁粉检测方法分类,磁粉检测的检测方法，一般根据磁粉检测所用的载液或载体不,同，分为湿法和干法检测；根据磁化工件和施加磁粉或磁悬液的时,机不同，分为连续法和剩磁法检测。根据不同分类条件，磁粉检测,方法的分类为表,1,所示。,表,1,磁粉检测方法分类,分类条件,磁粉检测方法,施加磁粉的载体,湿法（荧光磁粉、非荧光磁粉），干法（非荧光磁粉）,施加磁粉的时机,连续法检测，剩磁法检测,磁化方法,轴向通电法、触头法、线圈法、磁轭法、中心导体法、,交叉磁轭法等,3.,磁粉检测的一般程序,承压设备磁粉检测的七个程序是：,(1),预处理；,(2),磁化；,(3),施加磁粉或磁悬液；,(4),磁痕的观察与记录；,(5),缺陷评级；,(6),退磁；,(7),后处理。,（,1,）预处理,是把试件表面的油脂、铁锈、氧化皮等去掉，以免妨碍磁粉吸附到缺陷上。用干磁粉时还应该使试件表面干燥。组装的部件要拆开后检测。,（,2,）磁化,选定适当的磁化方法和磁化电流值，然后接通电源，对试件进行磁化操作。,（,3,）施加磁粉,按所选的干法或湿法施加干粉或磁悬液。磁粉的喷撒时间，按连续法和剩磁法两种施加方式。连续法是在磁化工件的同时喷撒磁粉，磁化一直延续到磁粉施加完成为止。而剩磁法则是在磁化工件之后才施加磁粉。,（,4,）磁痕的观察与记录,磁痕的观察是在施加磁粉后进行的，用非荧光磁粉探伤时，在光线明亮的地方，用白然的日光和灯光进行观察；而用荧光磁粉探伤时，则在暗室等暗处用紫外线灯进行观察。为了记录磁粉痕迹，可采用照相或用透明胶带把磁痕沾下备查。,（,5,）缺陷评级,根据相关标准对缺陷的等级进行评定。,（,6,）退磁,对有要求的工件进行退磁，将工件中的剩磁降到满足要求等程度。,（,7,）后处理,清洗、防锈、封堵、标记等。,4,磁粉检测的特点,磁粉检测的优点和局限性：,1,适宜铁磁材料探伤，不能用于非铁磁材料检验用于制造承压类特种设备的材料中，属于铁磁材料的有：各种碳钢、低合金钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、镍及镍合金；不具有铁磁性质的材料有：奥氏体不锈钢、钛及钛合金、铝及铝合金、铜及铜合金。,2,可以检出表面和近表面缺陷，不能用于检查内部缺陷可检出的缺陷埋藏深度与工件状况、缺陷状况以及工艺条件有关，对光洁表面，例如经磨削加工的轴，一般可检出深度为,1,2mm,的近表面缺陷，采用强直流磁场可检出深度达,3,5 mm,的近表面缺陷。但对焊缝检测来说，因为表面粗糙不平，背景噪声高，弱信号难以识别，近表面缺陷漏检的几率是比较高。,3,检测灵敏度很高，可以发现极细小的裂纹以及其他缺陷有关理论研究和试验结果表明：磁粉检测可检出的最小裂纹尺寸大约为：宽度,1,m,深度,10,m,，长度,1 mm,，但实际现场应用时可检出的裂纹尺寸达不到这一水平，比上述数值要大得多。虽然如此，在,RT,、,UT,、,MT,、,PT,四种无损检测方法中，对表面裂纹检测灵敏度最高的仍是,MT,。,4,检测成本很低，速度快磁粉探伤设备不贵，锅炉压力容器压力管道常用的磁扼式磁粉探伤机和用于荧光磁粉探伤的黑光灯都只有几千元，用于轴类工件直接通电检测的固定床式大功率探伤机也就几万元。至于消耗材料，费用更低，一台大型球罐探伤所消耗的材料成本只有几十元磁粉检测速度很快，例如使用交叉磁扼检测焊缝，每分钟检测速度可达,2m,左右，轴类工件直接通电检测，完成磁化只需数秒。,5,工件的形状和尺寸对探伤有影响，有时因其难以磁化而无法探伤磁粉探伤的磁化方法有很多种，根据工件的形状、尺寸和磁化方向的要求，选取合适的磁化方法是磁粉探伤工艺的重要内容。磁化方法选择不当，有可能导致检测失败。对不利于磁化的某些结构，可通过连接辅助块加长或形成闭合回路来改善磁化条件。对没有合适的磁化方法且无法改善磁化条件的结构，应考虑采用其他检测方法。,