磁粉探伤(MT)的原理及应用

磁粉检测原理 – 概述
• 磁粉检测技术简述
– 铁磁性工件在外加磁场作用下被磁化，当工件表面或近表面 处存在缺陷时，工件内磁场会发生畸变，在相关表面产生漏 磁场，其能吸附施加于工件的磁粉而形成磁痕显示缺陷的存 在。
美国磁通磁粉探伤套装
磁粉检测原理– 概述
• 磁粉检测应用特点
– 可检测裂纹、夹杂、发纹、折叠、白点、冷隔、疏松等缺陷 ，缺陷显示直观。 – 检测灵敏度高，检出缺陷宽度可至µ m级。 – 只要采用合适磁化方法，几乎不受工件尺寸和形状限制。 – 检测设备与工艺较简单，检测速度快，检测费用较低。 – 只能检测铁磁材料工件表面或近表面缺陷。 – 检测灵敏度与磁化方向等因素有关。 – 大多数情况下，工件检测后须进行退磁。
表面探伤技术介绍
磁粉检测篇
TITLE | SPEAKER
www.magnaflux.com
WHAT IS NDT
什么是 无 损 检 测 ?
无损检测定义
应用各种技术，以不损害被检对象完整性和性能的方式， 探测、定位、测量、评价缺陷、评估其完整性、性能和成 分、测量几何特征，而对材料和零部件进行的检测。其中， 对缺陷的检测又称为无损探伤。
磁粉检测历史
• 磁粉检测早期发展史
– 1934年以生产磁粉探伤设 备和材料的美国磁通公司 (MAGNAFLUX) 创立， 首台实验性固定式磁粉探 伤装置诞生 – 1935年油磁悬液在美国开 始使用； – 1941年美国磁通获得荧光 磁粉的专利技术，创造了 一种全新的无损探伤方法 ——荧光渗透探伤;
纵向磁化裂纹产生的漏磁场
磁粉检测原理 - 电与磁
电流产生磁场
• 磁场的种类
H0 Hy Hy H0 Hy Hy
t
Hx
t Hx Hx
Hx
旋转磁场
摆动磁场
两种不同方向的磁场同时施加于同一区域所合成的磁场。如两磁场中至少有一 个是交流变化的，则合成磁场的方向和大小随时间周期变化。有旋转磁场和摆 动磁场两种类型。
设电流产生的磁场强度为H0，磁感应强度为B0，附加磁场为B’ 则原磁场的磁感应强度：
B=B0+B’
磁粉检测原理 - 磁介质
• 磁介质的分类：
相对磁导率B’» B0的 磁介质称为铁磁材料， 其特点是：在外加磁场 (即电流磁场中)中呈现 很强的磁性；产生与外 加磁场方向相同的附加 磁场；能被磁体强烈吸 引。如：铁、镍、钴及 其合金。一般来说，经 过淬火的钢材其磁导率 较低，未经淬火的钢材 其磁导率较高。
– 交流电经过整流后方向不再改变但电流大 小仍有波动的电流，也称为脉动直流电。 – 如单相半波（HW）、单相全波、三相全 波（FWDC）
i
t
磁粉检测原理 - 电与磁
磁的基本概念 • 磁
– 磁是物质的一种属性，具有该属性的物质能够吸引铁、镍、钴等铁 磁性材料。 – 日常生活中的磁现象：磁铁；指南针；磁粉检测。
– 具有磁性的物体称为磁体。 – 磁体有自然界中天然存在的，亦有通过外界作用使其具有磁性而成 的磁体的。
磁体的磁性不随时间的改变 而消失的磁体称为永久磁体。
外加磁场作用下获得磁性的 磁体，当外磁场取消后，其
如自然界中存在的天然“磁
石”，马蹄形磁铁。
磁性随之消失的磁体称为暂
时磁体，如电磁铁。
磁粉检测原理 - 电与磁
• 磁导率的不同含义：
– 真空磁导率：在真空中，μ0=常数=4π×10-7H/m – 相对磁导率：μr=μ/μ0， μr无量纲（无单位） – 磁导率：μ =B / H
磁粉检测原理 - 磁 通
• 磁通
– 概念：磁场中垂直通过某一截面的磁感应线总数，称为磁通 量（简称磁通），用Φ表示。
CGS单位制：麦[Mx]，可假设1麦即1根 磁力线
磁粉检测原理 - 电与磁
磁的基本概念 • 磁力线/磁感应线的特征：
– 是闭合线，磁力线在磁 体外:由N极出发穿过空 气层进入S极，在磁体内 是由S极到N极，磁体内 外形成闭合曲线。 – 磁力线互不相交。 – 同性磁极相斥；异性磁 极相吸。 – 磁力线在不同材料界面 上发生折射。
磁粉检测原理 - 电与磁
磁粉检测原理 - 电与磁
电的基本概念 • 电
– 电是物质的一种属性，带电体具有相互吸引或排斥现象。有 正电与负电区分。带正电的物体与带负电的物体会相互吸引; 带相同性质的电的物体则会相互排斥。
• 电子
– 电子是最早发现的带有负电的一种 物质的基本粒子 – 电子是一种有质量和电量的物质粒子
• 电流
– 电子的定向运动形成电流。如金属导体 中的电流。
磁粉检测原理 - 电与磁
• 磁场强度计算
– 通电空载螺管线圈中心磁场强度:
l
H0：中心轴线磁场强度（A/m） l：线圈长度（m） d：线圈直径（m） N：线圈匝数 α ：线圈对角线与轴线的夹角
d
α
磁粉检测原理 - 电与磁
• 磁场强度计算
– 通电空载螺管线圈中心磁场强度:
螺线管中心轴线的磁场强度
是不均匀的，与其尺寸有关
• 磁势：
– 概念：线圈电流强度和匝数的乘积IN(单位安匝）称为磁势
SI制： 特（T） [特斯拉] 1特=104高 CGS制： 高（Gs） [高斯] 1高=10-4特
磁粉检测原理 - 磁感应
• 磁导率
– 概念：磁感应强度与磁场强度的比值称为磁导率，记以μ
μ=B / H
μ表示材料被磁化的难易程度 单位：SI制 亨利/米 H/m
MAGNETIC PARTICLE
什么是 磁 粉 检 测 ?
• • • • •
历史 原理 技术 材料 质控
磁粉检测历史
• 磁粉检测早期发展史
– 1868年英国报道了用罗盘仪检查枪管上的缺陷; – 1876年英国人Hering用罗盘仪检查钢轨; – 1918年美国人Hoke发现被磁化的钢块吸附金属粉末现象，它 促使了磁粉检测技术的诞生; – 1928年美国麻省理工的教授、研究工程师A.V. de Forest为解 决油井钻杆断裂失效问题，研制出周向磁化和使用磁粉检查 缺陷的初步技术; – 1930年美国磁通公司的创始人A.V. de Forest与化学家、商学 硕士F. B. Doane将干磁粉用于焊缝探伤;
磁粉检测原理 - 电与磁
• 磁场强度：
– 概念：表示磁场方向和强弱的一种物理量，符号H。
• 磁场强度性质：
– 有方向和强度、是矢量。 – 在有磁场的空间，方向可用磁针测定、强度用磁强计测。 – 磁场存在于导体内外，磁体内外。
SI制：安（培）/米 （A/m）； 1 A/m≈0.0125Oe CGS制：奥斯特：1奥=80A/m； 1Oe=80A/m
B’与B0方向相同，但 极小。相对磁导率 μ r>1，在外加磁场中 呈现微弱磁性，并产生 与外加磁场同方向的附 加磁场，能被磁体微弱 吸引，如铝、锰、铬等。 不能进行磁粉探伤。
B’与B0方向相反，但 极小。相对磁导率μ r<1，在外加磁场中呈 现微弱磁性并产生与外 加磁场反方向的附加磁 场，被磁体排斥，如： 铜、银、金等。抗磁材 料不能进行磁粉探伤。
H0：为通电线圈产生的磁场强度 H退：为工件被磁化后两端产生磁 极在工件内部形成的退磁场，方向 与H0相反 H：为工件上有效磁场强度 L：为工件沿H0方向的长度 D：为工件上与L方向垂直的宽度 L/D 越小，H退越大
S
N
D
H退
工件
磁粉检测原理 - 磁介质
• 磁介质
– 概念：在电流产生的磁场中放入一种物质，如这种物质能产 生一个附加磁场，使物质所占空间原来的磁场发生变化，使 其增加或减少，则称其为磁介质。
• 电流的周围产生磁场。
磁粉检测原பைடு நூலகம் - 电与磁
电流类型 • 交流电 (AC)
– 概念：大小和方向随时间作周期变换的电 流，变化的基本形式是正弦函数
i
Im
T/2
Id
I
t
•
直流电 (DC)
– 概念：大小和方向不随时间变化的电流。 – 直流电由直流电源(蓄电池，直流电机) 或 交流电通过整流产生。
•
整流电
常规的无损检测方法
MAGNAFLUX(美国磁通)生产和销售PT,MT所用的全部相 关产品，以及部分UT所用材料。
无损探伤主要用于
• 产品设计阶段
– 支持损伤容限设计
• 产品研制、生产阶段
– 剔出不合格的原材料、坯料及工序不合格品 – 改进制造工艺 – 鉴定产品和验收
• 产品在役检测阶段
– 监测产品结构和状态的变化，确保产品运行可靠
磁粉检测原理 - 电与磁
• 磁场强度计算
– 通电圆柱导体内外的磁场(不考虑磁感应，μ =1) ：
电流方向 I I
导体表面： H=I/2πR (A/m) r=R R： m 导体内： r<R H=Ir/2πR2 (A/m) 导体外： r>R H=I/2πr (A/m)
r
H
H
R
R
导体内的磁场
导体外的磁场
磁粉检测原理 - 磁力和磁化
• 磁力
– 概念：磁极互相排斥及相互吸引的力称为磁力。 – 电流产生的磁场对磁极也有磁力作用。 – 应用：磁铁吸铁、工件磁化后缺陷处漏磁场磁极吸磁粉
• 磁化
– 概念：铁磁性物体在磁场中获得磁性的过程，称为磁化 – 应用：线圈中的园棒，马蹄形铁等
磁粉检测原理 - 磁感应
磁粉检测原理 - 铁磁质
铁磁质的本质 • 磁畴：铁磁质内部存在许多具有磁性的微小区域，称 之为磁畴。
铁磁质内磁畴成无 序排列时，不呈现 磁性。
外加磁场作用下，磁畴成有序排列形成同一方 向，磁性介质便具有了磁性。
• 铁磁质内磁畴成无序排列时， 不呈现磁性。 • 铁磁质在外加磁场作用下，磁 畴成有序排列形成同一方向，磁 性介质便具有了磁性。 • 磁性材料在高温下会形成无序排 列而失去磁性。 • 磁体内每一点的磁畴在外加磁场 作用下，所有磁畴的方向互相平 行，而不会相交。
磁与电的关联
– 电流产生磁场 – 磁场对电流或运动电荷有作用力 – 切割磁力线产生电流
电流方向 N 电流产生的 磁场方向 电流产生的 磁场方向 S
铜棒内通过电流
电流方向
电流方向
螺旋线圈内通过电流
电流方向与磁力线方向关系
磁粉检测原理 - 电与磁
电流产生磁场
• 磁场
– 概念:充满磁力线的空间或具有磁性的空间称为磁场。（空间：包括 磁体内和磁体外）
磁的基本概念 • 磁力线
– 磁性作用力不需要通过接触，而是通过磁场(具有磁力作用的空 间)来实现的，为形象描述磁场，提出假象曲线——磁力线。 – 在具有磁性的物体及其周 围，假想存在许多 “线”， 线上每点切线方向是如在 该处放入小磁针其N极指 向；线的多少表示磁体磁 性的大小；线的位置表示 磁性的分布；这种假想的 线，称为磁力线。
• 磁感应
– 概念：在外磁场中铁磁材料被磁化而显示其磁性的现象称为磁感应 ，磁感应引起的磁场，称附加磁场，其方向由材料的性质决定。
• 磁感应强度：
– 概念：表示磁感应场方向和强弱的矢量称为磁感应强度，记为B。磁 感应强度包括：单纯由电流引起的磁场（即H0）和因磁化而引起的 磁场，其总和称为B。 – 有铁磁材料参与的磁场，磁力线实际就是磁感应线
• 磁性
– 物体具有的吸引铁磁性材料的性质，称为磁性。磁性可用对磁粉的 吸附多少来测试，亦可通过仪器测量。
• 磁极
– 磁体内磁性强弱分布不均匀。 通常磁体两端的磁性特别强， 中间部分磁性较弱，磁性特 别强的两端称为磁极（N，S）。 – 同性相斥、异性相吸
磁粉检测原理 - 电与磁
磁的基本概念 • 磁体
磁粉检测原理 - 电与磁
电的基本概念 • 电压（V）
– 静电场或电路中两点间的电位差称 为电压，通常用伏特作单位。
V=IxR
V （伏特）- 电 压 I （安培） - 电 流 R （欧姆）- 电 阻
• 电阻（R）
– 电路中两点间的物质阻碍电流通过 的性质，通常用欧姆作单位。
• 通过某些金属（如钨丝）时使金属发热发光； • 通过某些液体（如电解质）时使液体电解；
l d
• 短螺线管圈（l<d）
特征： 中心比两端强， 靠
近线圈内壁的比中心强
• 有限长螺线管（l>d） 特征：中心轴线，磁场分布 均匀，两端为中心的1/2；
l
H0
l
H0
H0
内壁比中心强
O O O
磁粉检测原理 - 电与磁
• 磁场强度计算
– 在通电线圈中铁磁材料工件上的磁场强度 ：
L
H0
H=H0-H退
• 磁场的种类
N
S
N
S
漏磁场
漏磁场
电流从导体或试件一端流向另一端
时,在导体或试件内部及周围产生的
环型磁场。
N S
磁粉检测原理 - 电与磁
电流产生磁场
• 磁场的种类
S N N S
磁痕显示
磁力线与试件纵轴平行,并通过试件 的磁场。
具有加工槽的条型磁铁产生的漏磁场 裂纹
N S S N
磁力线
N
S
N
S
马蹄形磁铁被校直成条形磁铁后N极和S极位置