磁粉检测1-4章讲稿（精编版）.docx

磁粉检测基本原理讲义、第一章 绪（ xu ）论1． 1 磁粉检测的发展简史和现状1． 1． 1 磁粉检测的发展简史1） 春秋战国时期： 中国人 发现了磁石吸铁现象 ,并以此为基础发明了指南针；2） 十七世纪 法国物理学家 对磁力作了定量研究；3） 十九世纪初期 丹麦科学家奥斯特 发现了电流周围也存在着磁场，同时 法国科学家毕奥 和沙伐尔 及安培 ，对电流周围磁场的分布进行了系统的研究，得出了一般规律；后来 英国的法拉第 首创了磁力线的概念4） 磁粉探伤的设想：早在 1918 年，美国人霍克发现由磁性夹具从钢制工件上磨削下来的铁末会聚集在工件表面有裂纹的区域，因此提出利用磁性检验工件表面裂纹的设想 1928 年-1930 年福雷斯特成功研制出了周向磁化法， 并将干磁粉用于焊缝及各种工件的探伤 1934 年首次用来演示磁粉检测技术的一台实验性固定式磁粉探伤装置问世 1935 年油磁悬液在美国开始使用 1936 年法国人申请了在水磁悬液中添加润湿剂和防锈剂的专利 1938 年《无损检测论文集》在德国出版，有了磁粉检测理论（原理和装置） 1940 年《磁通检验的原理》教科书在美国出版 1941 年荧光磁粉投入使用。

1949 年以前，我国仅有几台美国进口的蓄电池式直流探伤机，用于航空工件的维修检查苏联学者瑞加德罗 对磁粉的研究和发展作出了卓越的贡献，在大量实验数据的基础上制定了在世界上有广泛影响的磁化规范，在 50 年代初期首创了鉴定磁粉质量的磁性称量法和酒精沉淀法 5）国外磁化技术的发展：磁化技术改造的目的就是简化探伤工序、提高检测速度、提高探伤灵敏度30-50 年代有了从两个垂直方向分别磁化的方法（原理：电流转换开关，实现单方向磁化） ；60 年代初期有了复合磁化、摆动磁场（交流 +直流）；60-70 年代进化了复合磁化，又有了旋转磁场（交流 +交流）；80 年代有了多向复合磁化，即两组或两组以上（其中一组必须是交流 ）存在相位差的电流在工件上构成多组电流（或磁通）回路；90 年代的复合磁化为：工件不接触电磁极且不直接通过线圈的复合磁化法（原理：利用线圈有效磁化区在空间强度分布叠加） 之后，世界各国的无损检测科技人员不断创新，使磁粉探伤成为一项较成熟的技术，并广泛用于各行业，相继成立了各种组织：ICNDT — 国际无损检测委员会（ 1949 年成立，有 34 个成员国）；PPCNDT — 泛太平洋地区 NDT 组织；APCNDT —亚太地区 NDT 组织； 中国内地 — 无损检测学会。

1． 1． 2 磁粉检测的现状■国外磁粉探伤设备： ( 重视设备的开发 )☆ 从固定式、移动式到便携式；从半自动、全自动到专用设备；从单向磁化到多向磁化，设备已系统化和商品化☆ 由于可控硅等电子元器件用于磁粉探伤设备，设备的小型化成为可能，并- 31 -实现了电流的无极调节☆ 计算机编程应用到磁粉探伤设备，使智能化设备大量涌现，这些设备可以预置磁化规范和合理的工艺参数，进行荧光磁粉检测和自动化操作☆ 成功运用电视光电探测器的荧光磁粉扫查系统和激光飞点扫描系统，实现了磁粉检测观察阶段的自动化（将数据信息在微机或其他电子装置中进行处理， 鉴别可剔除的不连续性，可以自动标记和分选，大大降低劳动强度■国外磁粉检测的辅助设备：☆ 400w 冷光源黑光灯、高强黑光灯（用于荧光磁粉检测） 、快速断电试验器（用于剩磁法） 、光导纤维内窥镜（检测孔内壁缺陷）■国外磁粉检测的器材：☆ 白光下发荧光的荧光磁粉、低黏度高闪点无臭味煤油等■国外磁粉检测的质量控制☆通过工艺的约束来控制■国内磁粉探伤设备： （加紧步伐与国际接轨）★三相全波直流探伤超低频退磁设备（性能可比国外同类设备的水平） ；★交流探伤机（用于剩磁检验法）率先加装了断电相位控制器，确保了剩磁稳定；★磁粉检测智能化设备和自动化、半自动化设备已经生产运用；★光电扫描图像识别的磁粉探伤机也研究成功；★多向复合磁化技术、 CCD 光学检测技术与计算机图像处理技术相组合而成的集成检测设备，完全改变了传统磁粉检测“手脚并用眼睛看”的状态。

■国内磁粉检测的辅助设备：★袖珍式磁强计（用于测定剩磁） 、光导纤维内窥镜（检测孔内壁缺陷）■国内磁粉检测的器材：★无臭味煤油、 B 型、 E 型标准试块、磁悬液喷罐等■国内磁粉检测的工艺：★特殊工艺：橡胶铸型法—用于检测小孔内壁疲劳裂纹，并可记录缺陷磁痕■国内磁粉检测的质量控制★有了明显的进步1． 2 漏磁场检测分类1． 2． 1 漏磁场检测（★包括磁粉检测与检测元件检测）铁磁性材料工件被磁化以后，在不连续性处或磁路截面变化处，磁感应线离开和进入工件表面而形成的磁场称为漏磁场★ 不连续性就是工件正常组织结构或外形的任何间断， 这种间断可能会也可能不会影响工件的使用性能★ 通常把影响工件使用性能的不连续性称为缺陷★磁粉检测：利用漏磁场吸附磁粉形成磁痕来显示不连续性的位置、大小、形状和严重程度★检测元件检测：利用磁带、霍尔元件、磁敏二极管或感应线圈作为磁场的传感器，检测不连续性处漏磁场的位置、大小、方向1． 2． 2 磁粉检测（ MT ）：被检材料必须是铁磁性材料1． 2． 2．1★磁粉检测原理铁磁性材料在通电磁化后，由于工件表面和近表面有不连续性的存在，因此在表面和近表面处产生了 漏磁场 ，通过 施加磁粉 介质，磁粉被漏磁场 吸附聚集 ，在光亮的作用下，显示出可见的 磁痕 ，从而反应了不连续性的位置、大小、形状和严重程度。

即：铁磁性材料被通电磁化→不连续性处产生漏磁场→施加磁粉介质→漏磁场吸附聚集磁粉介质→产生磁痕→光亮照射观察→显示不连续性的位置、大小、形状和严重程度★磁粉检测的基础： 不连续性处的漏磁场与磁粉的相互作用 也说明了电子绕核运动产生的磁矩是 有电就有磁 的基本原因1． 2． 2．2 磁粉检测的适用范围a. 适用于检测铁磁性材料 (16MnR,20g,30CrMnSiA) 马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料 (1Cr17Ni7) 具有磁性，可以磁粉检测 不适用于非磁性材料（奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni9 ）和铜、铝、镁、钛合金等非磁性材料b. 适用于检测工件表面和近表面的裂纹、白点、发纹、折叠、疏松、冷隔、气孔和夹杂等缺陷 不适用于检测工件表面浅而宽的划伤、针孔状缺陷、埋藏较深的内部缺陷和延伸方向与磁感应线方向的夹角小于 200 的缺陷c. 适用于检测未加工的原材料（如钢坯）和加工的半成品、成品件及使用过的工件及特种设备d. 适用于检测管材、棒材、板材、型材和锻钢材及焊接件1. 2． 2．3 磁粉检测的基本操作步骤★ 预处理→磁化→施加磁粉或磁悬液→磁痕的观察和记录→缺陷评级→退磁→ 后处理1． 2． 2．4 磁粉检测的优点及其局限性★ 磁粉检测的优点 ： a．可检测出铁磁性材料表面和近表面（开口和不开口）的缺陷； b．能直观地显示出缺陷的位置、形状、大小和严重程度； c．具有很高的检测灵敏度，可检测微米级宽度的缺陷； d．单个工件检测速度快，工艺简单，成本低廉，污染少；e. 采用合适的磁化方法，几乎可以检测到工件表面的各个部位，基本上不受工件大小和几何形状的限制；f ．缺陷检测重复性好； g．可检测腐蚀的表面。

★ 磁粉检测的局限性 ：a. 只适用于铁磁性材料，不能检测奥氏体不锈钢材料和奥氏体不锈钢焊缝及其它非铁磁性材料；b. 只能检测表面和近表面缺陷； c．检测时的灵敏度与磁化方向有很大的关系，若缺陷方向与磁化方向近似平行 或缺陷与工件表面夹角小于 200 ，缺陷就难以发现另外，表面浅而宽的划伤、锻造皱折也不易发现；d. 受几何形状影响，易产生非相关显示；e. 若工件表面有覆盖层， 将对磁粉检测有不良影响 用通电法和触头法磁化时， 易产生电弧，烧伤工件 （因此，电接触部位的非导电覆盖层必须打磨掉）f ．部分磁化后具有较大剩磁的工件需进行退磁处理1． 2． 3 利用检测元件探测漏磁场（ 一般了解 ）★检测元件检测的几种方法：录磁探伤法（磁录像法） ；感应线圈探伤法；磁敏元件探测法1．2．3．1 录磁探伤法（磁录像法） ：采用具有高剩磁和高矫顽力的磁带对工件进行磁化后，得到工件不连续性的漏磁场信息，再通过磁电转换（磁头）将漏磁场信息传到屏幕上或得到不连续性的完整曲线或图像，从而确定不连续性的部位、性质和大小；1． 2． 3．2 感应线圈探伤法：利用电磁感应定律，线圈和磁化的工件相对运动时，线圈产生的感应电动势 E=-Nd φ ／ dt→ E=-NSυ dB ／dl ，所以 E 跟线圈匝数、面积及其相对工件的运动速度有关，而且还与不连续性漏磁通密度的梯度有关；1． 2． 3．3 磁敏元件探测法：利用霍尔元件、磁敏二极管等磁电转换元件来探测工件表面的漏磁场，探测灵敏度与检查速度和工件大小无关，此方法还可获 得不连续性的深度信息。

1） 霍尔元件：制作高斯计、毫特斯拉计；2） 磁敏二极管：制作小量程毫特斯拉计、漏磁场测量仪和自动磁性检测设备1. 3 表面无损检测方法的比较表面无损检测方法的比较方法磁粉检测渗透检测涡流检测项目（MT ）（ PT ）（ ET ）方法原理磁力作用毛细（管）渗透作用电磁感应作用适用材质铁磁性材料非多孔性材料导电材料检出缺陷表面和近表面缺陷表面开口性缺陷表面和近表层缺陷铸钢件、锻钢件、压延件、任何非多孔性材料工件及使用中管材线材棒材等工件检应用对象管材、棒材、型材、 焊接件、 的上述工件检测测；材料状态检验和分机加工件及使用中的上述选；厚度测量等工件检测主 要 检 测 裂纹、发纹、白点、折叠、裂纹、白点、疏松、针孔、夹杂裂纹、材质变化、厚度变缺 陷夹杂物、冷隔显示器材磁粉渗透液和显像剂记录仪， 示波仪或电压表表现形式漏磁场吸附磁粉形成磁痕渗透液的回渗线圈输出电压和相位的变化缺陷显示直观直观不直观缺 陷 性 质 能大致确定能大致确定难以判断判断灵敏度高较高较低检测速度较快慢很快（可自动化）污 染较轻较重很轻其他检测几乎不受工件几何检验不受工件几何形状和缺陷对形状复杂的工件不适形状和缺陷方向的限制方向的影响用，有边界效应影响检测时的灵敏度与磁化溶 剂去 除 法渗 透检 测 不 用 水非接触法检验方向有很大关系电，特别适用于现场检验第二章 磁粉检测物理基础2. 1 磁现象和磁场2． 1． 1 磁的基本现象★磁性：磁铁能够吸引铁磁性材料的性质；★磁体：凡能够吸引其他铁磁性材料的物体（能够建立或有能力建立外磁场的物体）。

磁体分类：永磁体 — 自然具有磁性、电磁体 — 需用电源维持其磁性、超导磁体—用超导材料所制） ★磁极：靠近磁铁两端磁性。