2.2 利用某电、磁和某电磁特性地无损检测技术.doc

word§2.2 利用电、磁和电磁特性的无损检测技术§2.2.1 磁粉检测〔Magnetic Powder Tesing〕或磁粉检验〔Magnetic Particle Inspection〕，简称MT铁磁性材料在磁场中被磁化时，材料外表和近外表的缺陷或组织状态变化会使局部导磁率发生变化，亦即磁阻增大，从而使磁路中的磁通相应发生畸变：一局部磁通直接穿越缺陷，一局部磁通在材料内部绕过缺陷，还有一局部磁通会离开材料外表，通过空气绕过缺陷再重新进入材料，因此在材料外表形成了漏磁场〔见右图所示〕一般来说，外表裂纹越深，漏磁通越出材料外表的幅度越高，它们之间根本上呈线性关系漏磁场的形成在漏磁场处，由于磁力线出入材料外表而在缺陷两侧形成两极〔S、N极〕，假如在此外表上喷洒细小的铁磁性粉末时，外表漏磁场处能吸附磁粉形成磁痕，显示出缺陷形状，此即磁粉检测的根本原理应当明确的是：由于有趋肤效应的存在，铁磁性材料中的磁通根本上集中在材料外表和近外表，因此磁粉检测技术只适用于检查铁磁性材料的外表和近外表缺陷就一般情况而言，用交变磁场磁化的磁通有效透入深度〔即检验深度〕为1~2mm左右，而直流磁化时如此约为3~4mm。

磁粉检测的根本工艺程序如下：〔1〕被检工件的外表制备：当被检工件外表粗糙或不清洁时，容易对喷洒的磁粉产生机械挂附，造成伪显示，干扰检验的正常进展，因此对进展磁粉检测的工件要求预先进展清洗，并且要求工件外表光洁度一般应≤μm 〔2〕被检工件的磁化〔充磁〕：被检工件的磁化方式有许多种，按磁场产生方式分类有：a. 直接通电法：使电流直接通过被检工件〔全部或局部〕以形成磁场，所形成磁场的方向按电流方向以右手定如此确定直接通电法包括对工件整体通电〔夹头法〕和局部通电〔支杆法或称作磁锥法〕，如右图上面所示b. 线圈法：将被检工件放入通电线圈中，由线圈产生的磁磁化方式示意图场来磁化被检工件，工件内的磁场方向与通电线圈的磁场方向相反线圈法包括固定线圈法和缠绕电缆法，如右图中部所示此外，还有直电缆法，利用直电缆产生的磁场磁化紧邻的工件，如右图下部所示c. 磁轭法〔磁铁法〕：利用电磁铁或永久磁铁〔磁钢〕的磁场对被检工件进展整体或局部磁化，如下右图所示新型的永久磁铁已经采用了稀土类永磁材料-钕铁硼，它的磁力能达到普通永久磁铁的7~10倍d. 感应磁化法：利用磁感应原理，在被检工件上产生感应磁场，或者产生感应电流后再由感应电流产生磁场。

感应磁化法包括穿棒法〔利用通电铜棒产生的磁场磁化套在铜棒上的环形工件〕和变压器法〔利用初级线圈产生的磁通经过作为次级线圈套在磁路上的环形工件产生感应电流，进而产生磁场用于检测〕，如下面的示意图所示实际上前面所述的线圈法也属于磁感应法e. 复合磁化法：在磁粉检测中，只有缺陷的取向与磁力线方向垂直或者存在较大的夹角时，才能有利地形成漏磁场，能够有效地吸附磁粉形成磁痕而被发现，上面所述的单一的磁化方法只适合检查某个方向的缺陷，为了检查出可能存在的各种方向的缺陷，因此往往要采取屡次不同的磁化方式，使得检查程序繁琐，检测效率不高新开展起来的复合磁化法如此是希望在检查过程中可以同时检查不同取向的缺陷，保障检测的可靠性并大大提高检测效率磁轭法磁化示意图感应磁化法示意图复合磁化法是利用直接对被检工件通电和线圈磁化同时进展来实现对被检工件的综合磁化〔见下面图左所示〕，或者利用交叉磁轭同时通入有一定相位角差异〔例如常用120°〕的交流电，产生的是旋转磁场〔在被检工件上得到近似圆形的平面磁场〕，或者采用直流磁轭+交流支杆磁化，形成复合磁场，如如下图所示根据用于磁化的电流类型，可以分类为：a. 直流磁化：采用直流〔恒定电流〕或经全波整流的脉动直流作为磁化电源，其优点是能够获得较大的检验深度〔据资料介绍甚至可以达到6~8mm的检查深度〕，复合磁化法示意图但是给检验后的工件退磁带来一定困难〔目前常需要使用低频直流退磁〕，而且磁化设备较复杂和价格比拟昂贵。

b. 交流磁化：以工频交变电流作为磁化电流，由于电流的波动特性带来的振动作用，能促使磁粉在被检工件外表跳动集聚，因此磁痕形成速度较直流磁化的情况要快，并且退磁容易，但是其缺点是检验深度较小〔一般的有效检验深度在0.5~1mmX围〕特别是用交流电作剩磁法检验时，还必须注意控制断电相位，防止在电流正负换向经过零位时断电，这将会导致被检工件未能充上磁而造成漏检c. 半波整流磁化：将工频交流电经过半波整流后作为磁化电流，综合了直流磁化与交流磁化的优点〔检验深度一般可达到约2~4mm，同样能促使磁粉在被检工件外表跳动集聚，因此磁痕形成速度较快，而且退磁也比拟容易〕，又防止了各自的缺点，但是由于同样存在电流从零到峰值的波动变化，因此仍必须注意控制断电相位，此外对磁化设备要求较高，价格也是比拟昂贵的根据磁粉检验的方法不同〔即喷洒磁粉和观察评定的时机不同〕，可以分类为：a. 外加法〔连续法〕：在对被检工件充磁〔磁化电流不断开〕的同时喷洒磁粉〔磁悬液〕并进展观察评定这种方法的优点是能以较低的磁化电流达到较高的检测灵敏度，特别是适用于矫顽力低、剩磁小的材料〔例如低碳钢〕，缺点是操作不便、检验效率低b. 剩磁法：利用被检工件充磁后的剩磁进展检验，即可以对工件充磁后，断开磁化电流后再喷洒磁粉〔磁悬液〕和进展观察评定。

这种方法的优点是操作简便、检验效率高，缺点是需要较大的充磁电流〔约为外加法所用磁化电流的三倍〕，要求被检工件材料具有较高的矫顽力和剩磁〔以保证充磁后的剩磁能满足检验灵敏度的需要〕，并且在使用交流电或半波整流作为磁化电流时，必须注意控制断电相位工件磁粉检验的灵敏度除了与工件自身条件〔铁磁特性、几何形状、外表光洁度等〕有关外，最重要的就是磁化规X的参数选择，即直接通电法时的磁化电流〔种类、大小〕，或者线圈法时的磁势〔以磁化安匝数表示，即磁化电流与线圈匝数的乘积〕，或者磁轭的提升力等等，这些参数将直接影响被检工件上磁化强度的大小，亦即直接影响漏磁场的大小因此，为了正确确定工件的磁化规X，往往要采用特斯拉计〔高斯计〕或磁场指示器，或者简易试片〔灵敏度试片〕，或者灵敏度试块等等来检查、验证工件上的磁化强度是否适合〔3〕施加磁性介质：工件被磁化后应施加磁性介质以检测漏磁场的是否存在，根据被施加的磁性介质的状态，可以分类为：干粉法-直接将枯燥的磁粉喷撒在被磁化工件的外表，这种方法多用于工程现场或大型工件〔例如铁路机车的连杆、车轴等〕的磁粉检验，但其检验灵敏度相对于湿法是较低的湿法-以水为载体，参加适量的磁粉和适当的添加剂〔消泡剂、防腐蚀剂、润湿剂等〕，搅拌均匀后即成为水磁悬液。

或者用变压器油+煤油，或者无味煤油等作为载体，参加适量的磁粉并搅拌均匀，即成为油磁悬液水磁悬液和油磁悬液就是湿法磁粉检验中使用的磁性介质在磁粉检验中，可以把磁悬液利用喷洒工具〔喷嘴、喷壶等〕喷洒或浇洒在被磁化的工件上，或者将被磁化的工件浸没在磁悬液中再提出〔剩磁法〕，磁悬液中的磁粉随载体在工件上流动，遇到存在漏磁场处将被吸附形成磁痕而被观察到在湿法检验中，水磁悬液相比油磁悬液有较高的灵敏度，但是容易导致工件发生锈蚀此外，还可以采用静电喷涂法施加干的或湿的磁介质〔磁粉〕磁粉的功用是作为显示介质，其种类包括有：a. 黑磁粉-成分为四氧化三铁〔Fe3O4〕，呈黑色粉末状，适用于背景为浅色或光亮的工件b. 红磁粉-成分为三氧化二铁〔Fe2O3〕，呈铁红色粉末状，适用于背景较暗的工件c. 荧光磁粉-在四氧化三铁磁粉颗粒外裹有荧光物质，在紫外线辐照下能发出黄绿色荧光，适用于背景较深暗的工件，特别是由于人眼色敏特性的原因，使得以荧光磁粉作磁介质的磁粉检验较之其他磁粉具有更高的灵敏度d. 白磁粉-在四氧化三铁磁粉颗粒外裹有白色物质，适用于背景较深暗的工件为了便于现场检验的使用，目前商品化的磁介质种类很多，除了有黑、红、白磁粉，荧光磁粉，还有球形磁粉〔空心、彩色，用于干粉法〕，还有事先配置好的磁膏、浓缩磁悬液，还有磁悬液喷罐等等，以与为了提高背景深暗或者外表粗糙工件的可检验性而提供的外表增白剂〔反差增强剂〕等。

为了保证磁粉检验结果的可靠性，对磁粉〔包括磁性、粒度、形状〕以与磁悬液的浓度、均匀性、悬浮性等均需要经过校验合格后才能使用，并且在使用过程中也需要定期校验，此外对于观察评定时环境的白光照度，或者荧光磁粉检验时使用的紫外线灯的紫外线强度等等，也是属于校验的项目，以求保证检验质量〔4〕观察评定：不同类型的缺陷会显示出不同形态的磁痕，结合对被检工件的材料特性、加工工艺、使用情况等方面的了解，是比拟容易根据磁痕的显示判断出缺陷的性质的，但是对于缺陷深度的评定如此还是比拟困难的〔5〕退磁：如果在经过磁粉检验后还要进展温度超过居里点的热处理或者热加工，这样的工件可以不必进展退磁处理一般的工件在经过磁粉检验后均应进展退磁处理，以防止残留磁性在工件的后续加工或使用中产生不利的影响退磁的方法主要是采用交流线圈通电的远离法，或者不断变换线圈中直流电正负方向并逐步减弱电流大小至零的退磁等，退磁程度的检验如此通常使用如磁强计等袖珍型测磁仪器来检查磁粉检验是一项开展历史较长、比拟成熟的无损检测方法，并且已经有着广泛的应用，其优点是检测结果直观、操作简便、检测本钱低，而且检测效率高其缺点是无法确知缺陷的深度和只适合检查铁磁性材料的外表和近外表缺陷，另外其观察评定必须由检测人员的眼睛观察，难以实现真正的自动化检测，检测结果还只能通过照相或贴膜等方式处理。

§2.2.2 漏磁检测〔Leakage Magnaflux Testing〕漏磁检测的根本原理与磁粉检验一样，都是利用铁磁性材料被磁化时，在外表或近外表的缺陷处能产生漏磁场的现象，但是漏磁检测是直接使用特殊的测磁装置探查并记录漏磁通的存在来达到检测目的根据探查漏磁通的方法和记录方式的不同，主要有以下几种类型：〔1〕录磁探伤〔磁带记录法〕：利用磁带覆盖在被磁化的工件上，直接记录漏磁通，然后将磁带通过磁带检测装置转换成电信号输出，指示缺陷的存在〔2〕检测线圈法：用检测线圈在被磁化的工件上移动扫查，工件外表的漏磁场能在检测线圈中产生感应电势而直接以电信号输出指示缺陷的存在〔3〕磁敏元件法：利用如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏电阻等磁敏元件在被磁化的工件上移动扫查，探测到的漏磁通将转换成电信号输出指示缺陷的存在〔4〕磁通量闸门法：主要用于对直流磁化的工件探测直流漏磁通并转换成电信号输出指示缺陷的存在漏磁检测技术主要以自动化检测为目的，不仅能检出缺陷的存在，而且能根据检测到的漏磁通确定缺陷的某些特征尺寸，例如缺陷深度、长度等等由于实现了自动化检测，实现检测结果的永久性保存，因此其检测结果可以不受检测人员技术水平、视力等主观因素的影响，并且大大减轻了劳动强度，改善了工作环境〔如防止了磁介质、磁悬液等造成的环境污染〕。

缺点是检测结果的显示不直观，并且检测结果容易受周围环境的电磁干扰〔例如电焊机、电磁起重机等产生强电磁场的装置〕影响磁粉检验和漏磁检测适用于铁磁性材料制成的棒材、管材、锻件、铸件、焊缝、挤压或轧制件，以与机械加工零件等的外表与近外表缺陷的检测，例如裂纹、折叠、缝隙、发纹、疏松、夹杂物、局部冷作硬化等等，特别是对细小严密的裂纹类缺陷有很好的检测灵敏度其缺点是对形状复杂的工件磁化时，磁场分布不均匀，以与存在尖端或端部退磁因子影响等，从而影响检测灵敏度的均匀性，甚至存在检测盲区，此外，被检测工件在检测后大多情况下都需要作退磁处理，被检工件外表的非磁性涂层或镀层〔如油漆、喷塑、镀铬、镀锌、镀铜、镀镍等等〕以与外表污染均能妨碍缺陷的检出在检测工艺方面，要求选择适当的磁化方式与方。