磁粉检测

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5.1 磁粉检测原理与影响漏磁场的因素
• 5.1.2影响漏磁场的因素
• 磁粉检测中能否发现缺陷，首先决定于工件缺陷处漏磁场强度是否 足够大，要提高磁粉检测灵敏度，即提高发现更细小缺陷的能力，就必 须提高漏磁场的强度。缺陷处漏磁场强度主要与以下因素有关。
• 1.被检工件中的磁感应强度B
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5.1 磁粉检测原理与影响漏磁场的因素
• 不同铁磁性材料的磁导率也有差异，为了达到足够大的磁感应强度， 应选用不同强度的外磁场进行磁化。这就是在对不同磁性材料工件进行 检测时选用不同磁化规范的原因。
• 3.缺陷本身的状况
• 缺陷的宽窄、深度与宽度之比、缺陷埋藏深度及倾角方向等缺陷本 身的状况也会影响漏磁场强度，因此，对于具有相同磁感应强度的被检 工件，在不同缺陷处的漏磁场强度也有差异。当缺陷离工件表面较深时， 受干扰的磁力线没有被挤出工件表面，就不会产生漏磁场。也就是说， 离工件表面比较深的缺陷用磁粉检测检查不出来。另外，同样深度的缺 陷由于形状与位置不同，能检出的程度也不一样。例如，当被检工件近 表面缺陷的方向与磁场相垂直时就容易被检出。当然，能检出缺陷的深 度与工件的磁感应强度有关，磁感应强度越大，越能检出埋藏深度大的 缺陷。工件表面缺陷处的漏磁场密度与缺陷深度几乎成正比关系。
• （4）线圈法。工件放于通电线圈内，或用通电软电缆绕在工件上 形成纵向磁场，有利于发现与线圈轴垂直的缺陷，如图5-2（e）所示。
• （5）磁扼法（极间法）。将工件夹在电磁铁的两极之间磁化，或 用永久磁铁对工件局部磁化。该方法适合大型工件局部检测，或不可拆 卸的工件检测，如图5-2（f）所示。
• （6）感应电流法。将环形件当成变压器次级线圈，利用磁感应原 理，在工件上产生感应电流，再由感应电流产生环形磁场。可发现环形 工件上的圆周方向的缺陷。适用于检测薄壁环形件、盘件、轴承、座圈 等，如图5-2（g）所示。
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为弥补间隙对磁场的影响，所选的磁化电流应略高于计算值。
• 2.纵向磁场磁化规范
• 产生纵向磁场一般是使用线圈使工件磁化。磁场强度的大小不仅取 决于磁化电流，还取决于线圈的匝数。所以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。用线圈法磁化棒、管类工件时，磁 化规范可根据式（5-2）和式（5-3）来选择，即
第5章 磁粉检测
• 5.1 • 5.2 • 5.3 • 5.4
磁粉检测原理与影响漏磁场的因素 工件磁化方法 磁粉及磁悬液 磁粉检测过程
5.1 磁粉检测原理与影响漏磁场的因素
• 磁粉检测是用于检测铁磁性材料和工件（包括铁、镍、钴等）表面 上或近表面的裂纹及其他缺陷。磁粉检测对表面缺陷最灵敏，对表面以 下的缺陷随埋藏深度的增加检测灵敏度迅速下降。采用磁粉检测方法检 测磁性材料的表面缺陷，比采用超声波或射线检测的灵敏度高，而且操 作简便、结果可靠、价格便宜。因此它被广泛用于磁性材料表面和近表 面缺陷的检测。对于非磁性材料如有色金属、奥氏体不锈钢、非金属材 料等不能采用磁粉检测方法。但当铁磁性材料上的非磁性涂层厚度不超 过50μm时，对磁粉检测的灵敏度影响很小。
• 5.1.1磁粉检测原理
• 磁粉检测的基本原理为：当材料或工件被磁化后，若在工件表面或 近表面存在裂纹、冷隔等缺陷，便会在该处形成一漏磁场。此漏磁场将 吸引、聚集检测过程中施加的磁粉，而形成缺陷显示。因此，磁粉检测 首先是对被检工件加外磁场进行磁化，外加磁场的获得一般有两种方法： 一种是由可以产生大电流（几百安培至上万安培）的磁力检测机直接给 被检工件通大电流而产生磁场；
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5.1 磁粉检测原理与影响漏磁场的因素
• 缺陷深度越长，越容易显示。缺陷深度与宽度之比很重要，实践证 明，缺陷的深度与宽度之比越小，则引起的漏磁越少，两者之比不大于 一时所引起的漏磁极少，不容易引起磁痕。
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5.2 工件磁化方法
• 磁粉检测关键在于如何在被检工件上建立起磁场。因此，首先需对 被检工件施加外磁场进行磁化。
• 5.3.1磁粉
• 磁粉是一种由高磁导率和低矫顽力材料组成的粉末状微粒，常用的 有黑色、棕色和表面涂有银自色或荧光物质的磁粉，可根据工件表面颜 色的不同来选择使用。
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5.3 磁粉及磁悬液
• 在磁粉检测中，磁粉的作用十分重要，它应能够被缺陷处的微弱漏 磁场所吸附，显示出用肉眼可见的图像。因此，应对磁粉性能提出下列 几点要求。
• 采用干法检测时，尽管因亚微米颗粒的特细磁粉会像尘埃一样，聚 集在精加工的工件表面上，而掩盖被检缺陷的显示，但总的来说，随着 粒度减小灵敏度是提高的。
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5.3 磁粉及磁悬液
• 尽管如此，比较理想的磁粉粒度是在最佳的条件下，给出磁粉的粒 度分布。
• 标准干磁粉的颗粒度为5～150μm的均匀混合物，最大颗粒不超过 200μm，在这样的磁粉中，较细的颗粒往往有助于磁粉的移动，而较粗 的磁粉则有良好的灵敏度并使细粉块裂散。
• 5.2.1磁化方法的分类
• 当缺陷方向与磁力线方向垂直时，缺陷显示最清晰。其夹角小于 45°时，灵敏度明显降低。方向平行则缺陷有可能不显示。因此要尽可 能选择有利于发现缺陷的方向磁化。对于形状复杂的工件，往往需要综 合采用各种磁化方法。现将各种磁化方法介绍如下。
• （1）通电法。将工件夹在检测机夹头之间，电流从工件上通过， 形成周向磁场，可发现与电流方向平行的缺陷。适合检测中小工件，如 图5-2（a）、（b）所示。
大，电流太大，除了造成不必要的浪费，还会影响检测效果，使一些非 缺陷磁痕得以显示。
• 1.周向磁化规范
• 用直接通电法磁化圆棒、圆筒及类似工件时，磁化电流可根据式
（5-1）选择，即
• I=8～15D
（5-1）
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5.2 工件磁化方法
• 式中 I--磁化电流，A；
•
D—工件直径，mm
• 用穿棒法检测管状工件时，也可以采用式（5-1）选择磁化电流， 式中的D是指工件的外径，且由于穿棒与工件内孔之间一般都有间隙，
• 式中I磁化电流，A；
• K—比例系数，当工件厚度δ≤19mm时，K=3.5～4.5；当（δ＞ 19mm时，K=4～5；
• S—两支杆间距离，mm。
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5.3 磁粉及磁悬液
• 磁粉检测按显示方法的不同可分为湿粉显示和干粉显示两种。湿粉 显示法是先把磁粉配制成一定浓度的水磁悬浮液或油磁悬浮液，检测时 磁悬液均匀地喷洒在被检工件表面上，工件表面上缺陷处的漏磁将吸附 磁粉，形成磁痕而显示出缺陷。磁悬液具有良好的流动性，因此，能同 时显示工件整个表面上的微小缺陷。由于操作简单，灵敏度高，这种方 法得到广泛应用。干粉显示法用的磁粉必须充分干燥，被检工件表面也 必须充分干燥，否则由于磁粉流动性差，不容易均匀分布而影响缺陷显 示。干粉显示时，一般将磁粉喷雾于工件表面后，再将没有被吸引的剩 余磁粉吹去，工件表面上所剩的是缺陷处被漏磁吸附形成的磁痕。下面 分别介绍磁粉和磁悬液。
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5.2 工件磁化方法
• 但这时两端伸出延续铁棒就能减小反磁场。在用线圈法磁化长试件 时，为了减小反磁场，最好将线圈尽量做长些。
• 5.2.3磁化规范的选择
• 磁粉检测时，要制定合理的磁化规范。磁化规范是指各种磁化方法
所选择的磁化电流。改变磁化电流就等于改变漏磁场强度，只有磁化电 流选择合适，才能避免因磁化不足、磁场强度不够而产生缺陷的漏检， 因此磁化规范对检测的灵敏度影响很大。但磁化电流也不能无限制地增
• （1）磁粉粒度。粗磁粉在工件表面移动时很难被微弱的磁场吸牢， 而过细的磁粉则会钻附在无缺陷的工件表面上，造成本底模糊（特别是 粗糙表面）。对湿法来说，磁粉粒度比干法要细得多，粒度大于60μm 的磁粉不能用于磁悬液，一般磁悬液用的磁粉粒度约为2μm荧光磁粉的 粒度比较大，这是因为需要在铁磁性材料表面钻附有一层荧光物质，这 种磁粉的粒度一般在5～25μm之间，平均值为8～10μm。虽然荧光磁粉 的颗粒度比较大，但由于它能得到比较高的对比度，因而具有较高的检 测灵敏度，所以大多数湿法显示都采用荧光磁粉配制磁悬液。
• （7）复合磁化。将周向磁化和纵向磁化组合在一起，一次可发现 不同方向的缺陷，如图5-3（a）所示。
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5.2 工件磁化方法
• （8）直电缆法。电流通过与受检工件表面平行放置的电缆来磁化 工件。可发现与电缆平行的缺陷，如图5-3（b）所示。
• 5.2.2磁化方法的选择
• 磁化方法要根据被测件的磁性、形状、尺寸、预测的缺陷性质（种 类、位置、方向等）来合理地选择。在选择磁化方法时，要特别考虑以 下三个因素。
• （2）支杆法。用支杆触头或夹钳接触工件表面，通电磁化。适用 于焊缝或大型部件的局部检测，如图5-2（c）所示。
• （3）穿棒法（芯棒法或中心导体法）。将导体穿入空心工件，电
流从导体上流过形成周向磁场，可发现与电流方向平行的缺陷，如图5-
2（d）所示。
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5.2 工件磁化方法
• 适合检测管材、壳体、螺帽等空心工件的内、外表面。导体材料可 以是铜、铝和钢，如果工件的孔不是直的，可用软电缆代替棒状导体。 如果工件较大，可用偏置穿棒法。
• （1）要尽可能考虑使磁场方向与预测缺陷的方向成直角。
• （2）要尽可能考虑使磁场方向与检测面平行。如果磁场方向与检 测面不平行，那么从表面出入的磁力线会造成磁粉的吸附，缺陷的磁粉 显像就不清楚，使检测变得困难。
• （3）要尽可能减小反磁场的影响。在磁化强磁体时，由物体中产 生的磁极而引起的磁场称为反磁场，它的方向与外加磁场的方向相反， 而部分地抵消外加磁场。反磁场的影响在用线圈磁化短件时表现特别显 著。
• 当L/D≥4时
•
（5-2）
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5.2 工件磁化方法
• 当2<L/D<4时
•
（5-3）
• 式中I--磁化电流，A；
•
N—线圈匝数；
•
L—工件长度，mm；
•
D—工件直径或厚度，mm
• 这里需要指出，当L/D<2时，必须把若干个工件串接起来磁化。
• 3.触头法磁化规范
• 用触头法磁化焊缝时，磁化电流可根据下式选择，即 I=KS
• （2）磁粉相对密度。湿法和干法所用磁粉材料的选择应有严格限 制。一般来说，干法所用磁粉是相对密度为8的铁粉，而湿法用磁粉是 相对密度约为4.5的铁磁性氧化物。调整磁粉相对密度的唯一办法是与 染料磁结。
• 磁粉相对密度与磁性之间的内在关系使干法检测的潜在灵敏度在某 些方面受到限制。干法检测要求的磁粉，以铁粉为代表，应具有非常高 的磁导率、非常低的剩磁和矫顽力，这就意味着磁粉相对密度要大。因 此，甚至非常细的磁粉，其相对密度也几乎是湿法用磁粉的2倍。基于 这个原因，采用干法时，要求吸附磁粉所需的磁场强度要比湿法的大， 而实际上这是不可行的。
• 工件中磁感应强度越大，则缺陷处的漏磁场强度越大。一般情况下， 工件中磁感应强度达到0.8T（特）左右即可保证缺陷处的漏磁场能够吸 附磁粉。
• 2.磁导率μ
• μ是磁通量密度B与磁场强度H的比值，不同材料工件由于磁导率不 同，在同样外磁场强度时的磁感应强度也不同。铁磁性物质的磁导率比 非铁磁性物质的磁导率要大几个数量级，容易获得足够大的磁感应强度； 而非磁性物质则不能获得足够大的磁感应强度，因而不能采用磁粉检测 方法来检测。
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5.1 磁粉检测原理与影响漏磁场的因素
• 另一种是把被检工件放在螺旋管线圈产生的磁场中，或是放在电磁 铁产生的磁场中使工件磁化。工件被磁化后，在工件表面上均匀喷洒微 颗粒的磁粉（磁粉平均粒度为5～10μm），一般用Fe3O4、或Fe2O3作为磁 粉。
• 如果被检工件没有缺陷，则磁粉在工件表面均匀分布。当工件上有 缺陷时，由于缺陷（如裂纹、气孔、非金属夹杂物等）内含有空气或非 金属，其磁导率远远小于工件的磁导率，由于磁阻的变化，位于工件表 面或近表面的缺陷处产生漏磁场，形成一个小磁极，如图5-1所示。磁 粉将被小磁极所吸引，缺陷处由于堆积比较多的磁粉而被显示出来，形 成肉眼可以看到的缺陷图像。为了使磁粉图像便于观察，可以采用与被 检工件表面有较大反衬颜色的磁粉。常用的磁粉有黑色、红色和自色。 为了提高检测灵敏度，还可以采用荧光磁粉，在紫外线照射下使之更容 易观察到工件中缺陷的存在。