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磁粉探伤原理及方法

本文章详细介绍了磁粉探伤仪及磁粉探伤机在磁粉探伤中常用的几种探伤方法及原理，本文章摘录于《磁粉检测(第2版)》。并推荐磁粉探伤仪及磁粉探伤机使用单位购买《磁粉检测(第2版)》。
磁粉探伤的原理及其主要特点
有表面或近表面缺陷的工件被磁化后，当缺陷方向与磁场方向成一定角度时，由于缺陷处的磁导率的变化，磁力线逸出工件表面，产生漏磁场，吸附磁粉形成磁痕。用磁粉探伤检验表面裂纹，与超声探伤和射线探伤比较，其灵敏度高、操作简单、结果可靠、重复性好、缺陷容易辨认。但这种方法仅适用于检验铁磁性材料的表面和近表面缺陷。
一、周向磁化法
周向磁化法又称环形磁化法，使工件产生周向磁化，形成周向磁场。周向磁化法能有效的检出与工件轴线平行或近似平行的缺陷即与轴线夹角小于45度的轴向缺陷（纵向缺陷）或源盘工件的径向缺陷。对大多数工件，周向磁化比较容易控制。常用的周向磁化法有轴向通电法，触头法，中心导体法和平行电缆法。
1 触头法
触头法又称支杆法、磁锥法、电极触点法、刺入法。是一种工件直接通电磁化法。即电流通过两个触头直接通人工件，使工件局部磁化产生以两触头为圆心的局部轴向磁场，检测与两触头连线平行和近于平行（夹角小于45度）的缺陷。
（1）触头法的优缺点：设备简单,操作方便,检测效率高。触头法磁化形成基本为轴周向磁场，适于大工件的局部磁化或形状复杂的工件磁化，检测灵敏度较高。工件直接通电，触头与工件接触容易引起过热。
（2）磁化电流：交流电与直流电、
（3）磁化规范：触头法可以用较小的电流产生较强的基本为轴向的磁场，对大工件局部进行有效地磁化，磁化规范与两触头间距L及工件的厚度T有关。一般用I等于4L选择磁化电流。
（4）有效磁场范围：触头法有效磁场在两触头间。
2 轴向通电法
轴向通电法是一种直接通电的磁化方法，即沿工件轴向通电而磁化工件的方法。
（1）轴向通电法磁化的优缺点：轴向通电灵敏度可在一定范围内选择，调整使用性广。工件直接通电，容易烧损工件且不太安全，且对于轴套类工件由于磁屏蔽效应内壁裂纹几乎不能检测。
（2）磁化电流种类：交流电，直流电。
（3）磁化规范：不同资料介绍的磁化规范步不尽相同，甚至相差很大，请参见相关书籍。确定磁化规范的方法主要有三种：
a． 按照工件材料的磁化曲线；
b． 用磁粉探伤灵敏度试块或试片通过实验确定；
c． 按照技术标准．法规等技术规范确定。
（4）磁粉探伤灵敏度试块，试板或试片确定磁化规范，是一种简便，可靠而有直观 的方法，把灵敏度试片或试块试板放在被检工件表面上，调节磁化电流以在灵敏度试片或试块试板上对应的人工缺陷产生清晰磁痕显示的磁化规范为准。
（5）实心圆柱体工件的磁场强度随着与轴线距离的增加而增大，工件表面的磁场强度最大。
（6）操作注意事项：工件直接通电，所以要防止触电事故。通电时间不能过长，防止工件过热和烧损。为此，要使工件与夹持接触紧密，最好衬上接触板（铅垫或铜网）。用交流电磁化剩磁法探伤时要注意断电相位控制问题。
（7）轴向通电法的应用：轴向通电法使用于轴园；盘及管件等圆形和方形工件表面的探伤。
二、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：感应电流法、磁轭法线圈法。
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，
1 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)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。
(2)磁化电流种类：交流电和直流电
(3)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。
2 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)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. 可以实现自动化探伤。
D. 只适于有孔的工件因此，有一定的局限性。5易受周围的较强的周向磁场的影响。
(2)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。
(3)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
(4)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
3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）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。
（2）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
（3）电磁轭磁化电流种类：交流电或直流电（包括整流电流）。
（4）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。
（5）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。。
（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。
以上几种方法是磁粉探伤最常用的检测方法，各有优缺点。建议贵公司的操作人员了解磁粉探伤的原理都有。只有了解了原理，根据工件不同的形状，懂得怎样变通。用这三种方法相配合可达到探伤的最佳效果！
文章来源：《磁粉检测(第2版)》此书中祥细介绍了磁粉探伤的原理及工艺要求，本书通俗易懂是磁粉探伤仪及磁粉探伤机使用人员的一本好教材。