磁力探伤原理

磁力探伤磁力探伤是通过铁磁性材料进行磁化所产生的漏磁场，来发现其表面或近表面缺陷的无 损检测方法。磁力探伤包括磁粉法、磁敏探头法和录磁法。其中磁粉法是一种相对比较成熟 的磁力检验方法，至今已有50多年的发展历史。并且由于其设备简单，操作方便，检验灵敏 度较高，故得到广泛应用。第一节磁力探伤原理磁力探伤是根据铁磁材料的性质发明的一种无损检测方法,金属材料的焊缝缺陷探伤完 全符合磁力探伤条件，所以，焊接生产中的无损检测，磁力探伤是一种重要的方法。一、磁力探伤的基本原理铁磁性材料制成的工件被磁化后,工件就有磁力线通过。如果工件本身没有缺陷，磁力 线在其内部是均匀连续分布的。但是，当工件内部存在缺陷时，如裂纹、夹杂、气孔等非铁 磁性物质，其磁阻非常大，磁导率低，必将引起磁力线的分布发生变化。缺陷处的磁力线不 能通过，将产生一定程度的弯曲。当缺陷位于或接近工件表面时，则磁力线不但在工件内部 产生弯曲，而且还会穿过工件表面漏到空气中形成一个微小的局部磁场，如图9-1所示。这 种由于介质磁导率的变化而使磁通泄漏到缺陷附近空气中所形成的磁场，称作漏磁场。通过 一定的方法将漏磁场检测出来，进而确定缺陷的位置，包括缺陷的大小、形状和深度等，这 就是磁力探伤的原理。二、影响漏磁场强度的因素1. 外加磁场强度对铁磁材料磁化时所施加的外加磁场强度高时，在材料中所产生在磁感应强度也高，这 样，表面缺陷阻挡的磁力线也较多，形成的漏磁场强度也随之增加。2. 材料的磁导率材料磁导率高的工件易被磁化，在一定的外加磁场强度下，在材料中产生的磁感应强度 正比于材料的磁导率。在缺陷处形成的漏磁场强度随着磁导率的增加而增加。3缺陷的埋藏深度当材料中的缺陷越接近表面，被弯曲逸出材料表面的磁力线越多。随着缺陷埋藏深度的 增加，被逸出表面的磁力线减少，到一定深度，在材料表面没有磁力线逸出而仅仅改变了磁 力线方向，所以缺陷的埋藏深度愈小，漏磁场强度也愈大。4. 缺陷方向当缺陷长度方向和磁力线方向垂直时，磁力线弯曲严重，形成的漏磁场强度最大。随着 缺陷长度方向与磁力线夹角减小，漏磁场强度减小,如果缺陷长度方向平行于磁力线方向时， 漏磁场强度最小。甚至在材料表面不能形成漏磁场。5. 缺陷的磁导率如材料中的缺陷内部含有铁磁性材料（如Ni、Fe）的成分，即使缺陷在理想的方向和 位置上时，也会在磁场的作用下被磁化。那么缺陷形不成漏磁场。缺陷的磁导率与材料的磁 导率对漏磁场的影响正好相反，即缺陷的磁导率愈高，产生的漏磁场强度愈低。6. 缺陷的大小和形状缺陷在垂直磁力线方向上的尺寸愈大，阻挡的磁力线愈多。容易形成漏磁场且其强度 愈大。缺陷的形状为圆形时如气孔等，漏磁场强度小，当缺陷为线形时，容易形成较大的漏 磁场。第二节工件磁化方法及磁化规范的选择在磁力探伤中，通过外加磁场使工件磁化的过程称为工件的磁化。由于磁化方式的不同， 工件的磁化也有不同的方法。一、工件磁化方法（一）直流电磁化法和交流电磁化法1. 直流电磁化法工件被直流电磁化时，采用低电压大电流的直流电源，使工件产生方向恒定的电磁场。 由于这种磁化方式所获得的磁力线能穿透工件表面一定深度，因此能发现近表面区较深的缺 陷，故其探伤效果比较好，但退磁困难。2. 交流电磁化法工件被交流电磁化时，采用低电压大电流交流电源。由于充磁电流采用频率可变的交流 电，所以供电比较方便，而且磁化电流的调整也比较容易。另外，发现表面缺陷的灵敏度比 直流电磁化法要高，而且退磁也比较容易，应用比较普遍。（二）直接通电磁化法和间接通电磁化法1. 直接通电磁化法该方法是将工件直接通以电流，使工件周围和内部产生周向磁场。适合于检测长条形如 棒材或管材等工件。直接通电磁化法的设备比较简单，方法也简便。但由于对工件直接通以 大电流，所以容易在电极处产生大量的热量使工件局部过热，导致工件材料的内部组织发生 变化，影响材料性能，在过热的部位会把工件表面烧伤。2 间接通电磁化法间接通电磁化就是工件利用探伤器等使自身产生磁场来完的，这样可以避免直接通电磁 化法产生的弊端。同时它可以通过改变线圈的匝数或磁化电流的大小来调整磁化磁场强度， 所以应用比较广泛。（三）周向磁化法、纵向磁化法、复合磁化法和旋转磁场磁化法1. 周向磁化法周向磁化法又称横向磁化法。工件磁化后所产生的磁力线是在工件轴向垂直的平面内而且沿着工件圆周表面分布，磁力线是相互平行的同心圆。常用来检验工件上如纵焊缝等与轴 线平行的缺陷。常用的周向磁化法有：直接通电周向磁化法、间接通电磁化法、磁锥法等。2. 纵向磁化法工件磁化后产生的磁力线与工件的轴线平行。用来检验与工件或焊缝轴线垂直的缺陷。 常用的磁化方法有：螺线管线圈法、磁轭磁化法等3. 复合磁化法复合磁化法是一种采用直流电使磁轭产生纵向磁场,用交流电直接向工件通电产生周向 磁场（磁轭中部嵌入一片不导电的绝缘片把磁轭分开），使工件得到由两个互相垂直的磁力 线作用而产生的合成磁场的方法。探伤时，必须先进行直流纵向磁化，然后进行交流周向磁 化，对直流和交流电流强度进行适当调节，即可在工件的每点上，在不同的时间里，得到大 小和方向都变化的磁场强度，从而能发现工件表面上任意方向上的缺陷。以检查各种不同角 度的缺陷。4. 旋转磁场磁化法旋转磁场磁化法是采用相位不同的交流电对工件进行周向和纵向磁化，在工件中就可以 产生交流周向磁场和交流纵向磁场。这两个磁场在工件中,产生磁场的叠加后形成复合磁场。 由于所形成的复合磁场的方向是以一个圆形或椭圆形的轨迹随时间变化而改变，且磁场强度 保持不变，所以称为旋转磁场。它可以检测工件各种任意方向分布的缺陷。二、磁化方法的选择 各类工件在磁粉探伤时，应选择合适的磁化方法对工件进行磁化，常见工件磁粉探伤方法 的选择见表9-1。表9-1常见工件磁粉探伤磁化方法的选择工件形状长棒或长管（包括长条 方钢）缺陷方向磁化方法直接通电磁化交流线圆通过法或分段磁化法通过法适合于自动探伤，分段磁化分段检验适合于手工探伤多方向复合磁场磁化法优点：可以一次磁化完成检验，易实现自动探伤心棒磁化法线圈磁化法多方向旋转磁场磁化法最理想的磁化方法磁锥磁化法磁轭磁化法表面缺陷近表面缺陷旋转磁场磁化法交流电磁化直流电磁化不但可以发现横向缺陷，还可以发现其他方向缺陷磁化电源采用交流电磁化电源采用直流电（干粉法尤好）直接通电磁化法通电线圈磁化法多方向复合磁化法纵向、横向缺陷同时检测三、磁化规范的选择磁化规范是指在确定磁化方法以后对所采用的磁化电流值的选择。磁化规范正确与否直 接影响检验的灵敏度。通过变换磁化电流来调整磁场强度的大小。在确定磁场（磁化电流）大小时，应考虑到充 磁方式，工件本身材料的特点，工件形状，表面粗糙度情况以及技术条件要求等多方面因素 来确定。1周向磁化规范对于圆棒、圆筒及类似工件在直接通电时，由于在探伤工件表面的磁场强度要求连续法 时为25005000Am-1。采用剩磁法时约为800014X103Am-1。所以，连续法时1=（815） D（9 1）剩磁法时：1=（2545） D（9 2）式中 D 工件直径（mm）； I磁化电流（A）。对于心杆磁化时的电流选择也可以常用以上公式计算，式中的D应是工件的外径。由于 心杆与工件内孔之间一般都有间隙，为弥补间隙对磁场的影响，所选的磁化电流值应当略高 于计算值。2 纵向磁场磁化规范纵向磁场磁化一般采用线圈使工件磁化。工件磁化规范用线圈匝数和通电电流的乘积, 即安匝数来表示。此外，工件表面的磁场强度还与工件长度L和直径D的比值有关。对于棒、 管类工件进行纵向磁化时，线圈中心磁场强度应达到如下规定：（1）L/D三10时，线圈中心磁场强度应大于1.2X104Am-i（2）2WL/DV10时，线圈中心磁场强度应2.0X104Am-1（3）L/DV2时，必须把若干个工件串接起来磁化。用线圈磁化工件可用下式选择磁化规范：当 L/D24时 IN=（9 3）当 4 >L/D>2 时 IN=（94）式中L 工件长度（mm）;D工件直径或厚度（mm）;I磁化电流（A）；N线圈匝数。3. 磁锥磁化规范磁锥化规范是按触头间距大小进行选择，根据国家标准的推荐，触头间距与磁化电流值 之间的关系为：当工件厚度V 19mm时，3.54.5A/mm；工件厚度 19mm时，45A / mm。触 头间距越大，磁化电流值越大。4. 磁轭磁化规范磁轭磁化规范的选择主要是对磁轭提升力的选择。一般情况下，当使用磁轭的最大间距时，直流电磁轭至少应有177N的提升力，交流电磁轭至少应有44N的提升力。且磁轭 的磁极间距应控制在50200mm之间，检验的有效范围是磁轭两侧各为磁轭磁级间距的1 / 4 面积内，磁轭每次移动应有不少于25mm的覆盖区。第三节磁粉法探伤磁粉探伤可以分为干粉显示法和湿分显示法。干粉法是利用手筛将干燥的磁粉直接洒在 工件上来显示缺陷磁痕的方法，在使用时，工人的劳动条件差，污染环境，喷洒不均匀容易 造成漏检，所以应用较少。湿粉法是利用液体作为载体把磁粉配制成磁悬液，然后喷洒在工 件上来检验缺陷磁痕的方法，它克服了干粉法的不足，目前应用较广泛。一、磁粉探伤的材料和设备(一)磁粉及磁悬液1. 磁粉的种类探伤用磁粉是铁的氧化物，研磨后成为细小的颗粒经筛选而成，粒度150200目 (0.1 0.07mm)。它可分为黑磁粉、红磁粉、白磁粉和荧光磁粉等。黑磁粉是一种黑色的FeO粉末。黑磁粉在浅色工件表面上形成的磁痕清晰，在磁粉探3 4伤中的应用最广。红磁粉是一种铁红色的Fe2O3粉末，具有较高的磁导率。红磁粉在对黑色金属及工件表 面颜色呈褐色的状况下进行探伤时，具有较高的反差。白磁粉是由黑磁粉Fe O与铝或氧化镁合成而制成的一种表面呈银白色或白色的粉末。3 4白磁粉适用于黑色表面工件的磁粉探伤，具有反差大、显示效果好的特点。荧光磁粉是把荧光物质、磁粉和明胶按一定比例配成的胶体混合物，用机械方法复合制 成。这种磁粉在暗室中用柴外线照射能产生较亮的荧光，所以适合于检验各种工件的表面探 伤，尤其适合深色表面的工件，具有较高的灵敏度。2. 磁粉的性能磁粉的性能包括磁性、粒度、颜色、悬浮性等。磁粉性能应满足以下要求:（1）磁粉具有高磁导率和低剩磁性质，磁粉之间不应相互吸引。用磁性称重法检验时，磁 粉的称量值应大于7g。磁粉的粒度应小于0.07mm。磁粉的颜色应与被检工件有最大的反差。探伤时，为保证检验灵敏度，应事先用灵敏试片对干、湿磁粉进行性能和灵敏度试验。 而且使用前必须在6070°C的温度下经过2h烘干处理。3. 磁悬液将磁粉混合在液体介质中形成磁粉的悬浮液，简称磁悬液。用来悬浮磁粉的液体叫分散 剂或称载液。在磁悬液中，磁粉和载液是按一定比例混合而成的。根据采用的磁粉和载液的 不同，可将磁悬液分为油基磁悬液、水基磁悬液和荧光磁悬液等。根据采用的磁粉和载液的不同，可将磁悬液分为油基磁悬液、水基磁悬液和荧光磁悬液。（二）磁粉探伤设备简介磁粉探伤设备由磁粉探伤机、测磁仪器及质量控制仪器等组成，其主要设备是磁粉探伤机， 常用的有以下几种：1. 便携式磁粉探伤机便携式磁粉探伤机具有体积小，重量轻、易于搬动等优点。适合于高空、野外等现场的 磁粉探伤及锅炉、压力空器焊缝的局部探伤。它有磁轭式和磁锥式两种：（1）磁轭式磁粉探