磁粉检测-第一章 物理基础-3
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是与试件轴向一致（或平行）的磁场
条形磁铁、U形磁铁的磁场以及螺管线圈的磁场都是纵向磁 场。磁场方向遵循螺管线圈右手法则，沿试件轴线通过。
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
试件被周向磁场磁化叫周向磁化；被纵向磁场磁化叫纵
向磁化。周向磁化一般无磁极产生，即没有退磁场，而纵向
磁化一般都有磁极产生。
1.长度对磁通量的影响：工件磁化的磁路主要由两部分组成： 固定部分＋工作部分。固定部分在设备设计时就确定了，一般
不变化或只能在小范围内变化，而工作部分则由被检工件的 长度确定。磁路长→磁阻大→磁感应强度小→灵敏度降低
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
在实际检测中，对工件的长度有一定限制。对较长工件， 为保证检测灵敏度，除增大磁势外，还采用分段磁化的方法。 2.磁路截面的影响：磁极检测时，由于磁力线的连续性，磁路 不等截面将对磁力线造成疏密不同的变化。在截面突变时，还 将产生磁极形成漏磁场。一般情况下不等截面有以下几种： 磁粉探伤机固定磁路部分的不等截面：这种情况较少，在设 计时一般都考虑了截面变化的影响，但有时为了操作方便，在 接头处也有截面变化的情况。 工件本身的不等截面：这种情况较多，变化的趋势也不一样。 工件和固定磁路交接面上的不等截面：这种情况也较多，如
图1－28 设备的磁分路现象 图1－29 工件的磁分路现象
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
磁感应线的折射 从磁路中，磁感应线通过同一磁介质时，它的大小和方向 是不变的。但从一种介质通向另一种介质时，如果两种磁介质 的磁导率不同，那么，磁感应线的强度将发生变化，在两种介 质的分界面处发生突变，形成折射，如图1－30所示。
常见的小工件在大探伤机上磁化或大工件在小磁轭上磁化 等都属此类。
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
不管哪种情况，在相同的磁通量情况下，磁力线从大截面 向小截面通过时，磁感应线将密集，即小截面上的磁感应强度 有可能加强，反之，大截面上的磁感应强度有可能减弱。但这 种加强和减弱不是按截面积均匀分布的，它与磁感应线行进过 程中的很多因素有关。为了减少漏磁场损失，保证工件上磁通 量的分布，磁粉检测时不允许工件的检测截面大于固定磁路的 截面。而在对不同截面工件磁化时，应着重考虑大小截面检测 灵敏度是否一致的问题。 3.磁路介质磁导率的影响：磁导率对磁路的影响是很大的，特 别是在气隙处空气的低磁导率会使磁阻显著增大，因此减少磁
磁粉除了受漏磁场的吸附力 之外，还受到重力、液体介质悬 浮力、磁粉微粒间的静电力和磁 力的作用。在这些力的共同作用 下，磁粉吸附到材料的不连续处
图1－32 磁粉受漏磁场吸引 形成磁痕显示
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
影响漏磁场的因素：漏磁场的大小与检测缺陷的灵敏度关 系很大。由于真实的缺陷具有复杂的几何形状，准确计算其漏 磁场的大小是难以实现的，所以我们只定性讨论影响漏磁场的 规律和因素。 1.外加磁场强度的影响：缺陷产生的漏磁场与工件的磁化程度 有关。一般说来，外加磁场强度越大，缺陷产生的漏磁场也越 大。但在材料未达到磁饱和前，漏磁场的反应是不充分的，此 时材料的磁导率比较大，磁化不充分。只有接近磁饱和时，磁 导率较小，漏磁场才迅速增加。 2.材料本性的影响：不同钢铁材料的磁性是不一样的。在相同
流产生的磁势相等，即H1L1＋H2L2＋2H0L0＝NI
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
磁路的计算可以用电路模拟。
设磁路是一均匀截面为S，长度为L，铁磁材料的磁导率
为μ的回路。
磁感应强度B＝μH 磁通量Φ＝BS
磁场强度H＝IN/L
SIN IN
L
L S
F Rm
磁势 磁阻
二、磁场的合成－矢量加法：磁场是一个矢量，具有大小
和方向。当两个或多个磁场同时对一个试件磁化时，试件
不可能在两个或多个方向上磁化，这些磁场将在试件上形
成合成磁场，试件在合成磁场中被磁化。如图1－24所示。
磁粉探伤中经常用到两个或多个
不同方向的变化磁场同时对一个试
B2
B
件作用，这时磁场是一个方向和大
小都随时间发生变化的合成磁场， 如螺旋形摆动磁场，旋转磁场等。
路气隙的影响是非常重要的。除此之外，磁路固定部分和工 件材料之间磁导率的差异也将严重影响检测效果。
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
与电路一样，磁路也有串 连和并联之分。在磁粉探伤过
程中，很少使用并联磁路，但 有时由于检测工艺或操作不当 会形成所谓“磁分路”现象，
如图1－28所示，实际上是一 种并联磁路，导致被检工件上 的磁通量减少，严重时造成“ 磁短路”。另一种磁分路现象 发生在一些有分支或回路的工 件上，如图1－29所示，此时 工件的磁场计算就比较复杂。
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
在磁路中，磁路上各段的长 度与其磁场强度的乘积叫做该段
L0 L2
磁路上的磁压。如图1－27，若
电磁轭的长度为L1，磁场强度为
L1
H1，工件长度为L2，磁场强度 为H2，每个空气隙长度为L0，
图1－27 磁压的计算
磁场强度为H0，则它们的磁压
分别为H1L1，H2L2，H0L0，并且各分段磁压之和与线圈中电
这种折射现象与光或声波的传播现 象相似，遵从折射定律：
tan 1 1 tan 2 2
μ1、μ2分别为两种介质的磁导率。
β1 μ1 μ2
β2
图1－30 磁感应线的折射
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
漏磁场 在磁路中，如果出现两种以上磁导率差异很大的介质时，
在两者的分界面上，由于磁感应线的折射将形成磁极，形成漏
可见，磁路的磁阻与磁路的长度成正比，与其截面积及磁 路的磁导率成反比，称为磁路定理。磁阻的单位为H－1。
由于磁路中铁磁材料的磁导率不是常数，所以用磁路
定理求解磁路的F和Φ的关系比较困难，磁路定理往往用来
定性分析磁路的工作情况，实际计算时还需要在此基础上
加以扩充。
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
磁 粉
检
测
Magnetic Particle Testing (MT)
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
磁场的合成 一、周向磁场与纵向磁场：在磁粉探伤中，经常用到两种 不同方向的磁场：周向磁场和纵向磁场
是与试件轴向垂直的圆周方向的磁场
这种磁场主要由电流通过的导体（试件本身或芯棒）产生，磁 场方向遵循通电导体右手法则，是以导体为中心的同心园。
厚，漏磁场不能逸出覆盖层表面，所以完全没有磁痕显示。
7.热处理的影响：钢材处于退火与正火状态时，磁性差别不
大，而淬火可提高钢材的矫顽力和剩磁，使漏磁场增大。但
随着回火温度的提高，材料变软，矫顽力减小，漏磁场减小
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
8.合金元素的影响：矫顽力随钢的硬度增大而增大。由于合金 元素的加入，材料硬度增加，矫顽力也增大，所以漏磁场也增 大。对磁性影响最大的合金元素是碳，随着含碳量的增加，矫 顽力几乎成线性增加，从而漏磁场也增大。晶粒越大，磁导率 越大，矫顽力越小，漏磁场就越小。 9.塑性变形的影响：塑性变形影响材料的硬度和矫顽力。随着 变形量的增加，材料硬度增大，矫顽力和剩磁都增大，漏磁场 也增大。
星期日
影响磁路的因素 磁路中的磁通量与磁势成正比，即Φ＝F/Rm，而F＝I•N。 在设备确定以后，F是一个确定值，故在外部条件确定之后， 影响磁路中磁通量大小的因素是磁阻。 磁粉检测工作正常进行时，对工件上的磁感应强度(单位面 积的磁通量)是有一定要求的。磁势确定后，影响磁路中磁通量 大小的主要因素就是磁路的长度、磁路截面的大小和磁路中介 质磁导率的高低。
求缺陷长宽比大于5。比如，裂纹就比气孔容易检出。
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
6.表面覆盖层的影响：
覆盖层
工件表面的覆盖 层会影响磁痕显示，
裂纹
磁力线
如图1－33所示。 图中裂纹a)上没有覆盖 层，磁痕显示浓密清晰。
图1－33 表面覆盖层对磁痕显示的影响
裂纹b)上覆盖层较薄，磁痕显示不如a)，而裂纹c)上覆盖层很
磁化条件下，易于磁化的材料容易产生漏磁场。
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
3.缺陷位置的影响：钢铁材料的表面和近表面的缺陷都会产生 漏磁场，缺陷的位置和形状都会影响漏磁场的大小。随缺陷深 度的增加，漏磁场减小。 4.缺陷方向的影响：缺陷方向对漏磁场也有影响。当缺陷方向 与磁化场方向垂直时，缺陷阻挡的磁通最多，漏磁场最强，最 利于缺陷的检出。而缺陷方向与磁化线方向平行时，漏磁场最 小，接近于零，如图1－30所示。 5.缺陷形状的影响：缺陷的长度与宽度之比是影响漏磁场的重 要因素。长宽比越大，漏磁场越强，缺陷越容易检出，一般要
B1 图1－24 磁场的合成
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
磁路和磁路定理 铁磁性材料磁化后不仅产生附加磁场，而且能把大部分磁 通(磁感应线)约束在一定的闭合路径上，路径周围空间由于磁 导率太小而磁通很少。这种磁感应线通过的闭合路径叫磁路。 如图1－25所示。在磁粉检测中，使工件在适当的磁路中得到 必要的磁化，是磁粉检测工作的一个主要内容。
I
图1－25 磁路
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
同电路一样，磁路也有无分支回路(串连回路)和有分支回 路(并联回路)之分，如图1－26所示。
有分支磁路
图1－26 磁路的种类
无分支磁路
磁粉检测中工件的磁化多用无分支磁路，常用的电磁轭 是典型的无分支磁路，它由电磁轭铁、工件和空气隙组成。
磁场。 如果在材料中出现了
不连续，将引起磁场的畸 变，形成磁感应线的折射 形成磁极，产生漏磁场， 如图1－31所示，这也是 磁粉检测的基础。
漏磁场 图1－31 缺陷形成的漏磁场
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星源自文库日
在实际检测中，材料不连续 处的漏磁场形成的磁痕显示的宽 度要比缺陷的实际宽度大数倍至 数十倍，也就是说磁痕对缺陷有 放大作用，从而将目视不可见的 缺陷变成可见的磁痕显示。
条形磁铁、U形磁铁的磁场以及螺管线圈的磁场都是纵向磁 场。磁场方向遵循螺管线圈右手法则，沿试件轴线通过。
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试件被周向磁场磁化叫周向磁化；被纵向磁场磁化叫纵
向磁化。周向磁化一般无磁极产生，即没有退磁场，而纵向
磁化一般都有磁极产生。
1.长度对磁通量的影响：工件磁化的磁路主要由两部分组成： 固定部分＋工作部分。固定部分在设备设计时就确定了，一般
不变化或只能在小范围内变化，而工作部分则由被检工件的 长度确定。磁路长→磁阻大→磁感应强度小→灵敏度降低
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在实际检测中，对工件的长度有一定限制。对较长工件， 为保证检测灵敏度，除增大磁势外，还采用分段磁化的方法。 2.磁路截面的影响：磁极检测时，由于磁力线的连续性，磁路 不等截面将对磁力线造成疏密不同的变化。在截面突变时，还 将产生磁极形成漏磁场。一般情况下不等截面有以下几种： 磁粉探伤机固定磁路部分的不等截面：这种情况较少，在设 计时一般都考虑了截面变化的影响，但有时为了操作方便，在 接头处也有截面变化的情况。 工件本身的不等截面：这种情况较多，变化的趋势也不一样。 工件和固定磁路交接面上的不等截面：这种情况也较多，如
图1－28 设备的磁分路现象 图1－29 工件的磁分路现象
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磁感应线的折射 从磁路中，磁感应线通过同一磁介质时，它的大小和方向 是不变的。但从一种介质通向另一种介质时，如果两种磁介质 的磁导率不同，那么，磁感应线的强度将发生变化，在两种介 质的分界面处发生突变，形成折射，如图1－30所示。
常见的小工件在大探伤机上磁化或大工件在小磁轭上磁化 等都属此类。
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
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不管哪种情况，在相同的磁通量情况下，磁力线从大截面 向小截面通过时，磁感应线将密集，即小截面上的磁感应强度 有可能加强，反之，大截面上的磁感应强度有可能减弱。但这 种加强和减弱不是按截面积均匀分布的，它与磁感应线行进过 程中的很多因素有关。为了减少漏磁场损失，保证工件上磁通 量的分布，磁粉检测时不允许工件的检测截面大于固定磁路的 截面。而在对不同截面工件磁化时，应着重考虑大小截面检测 灵敏度是否一致的问题。 3.磁路介质磁导率的影响：磁导率对磁路的影响是很大的，特 别是在气隙处空气的低磁导率会使磁阻显著增大，因此减少磁
磁粉除了受漏磁场的吸附力 之外，还受到重力、液体介质悬 浮力、磁粉微粒间的静电力和磁 力的作用。在这些力的共同作用 下，磁粉吸附到材料的不连续处
图1－32 磁粉受漏磁场吸引 形成磁痕显示
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
影响漏磁场的因素：漏磁场的大小与检测缺陷的灵敏度关 系很大。由于真实的缺陷具有复杂的几何形状，准确计算其漏 磁场的大小是难以实现的，所以我们只定性讨论影响漏磁场的 规律和因素。 1.外加磁场强度的影响：缺陷产生的漏磁场与工件的磁化程度 有关。一般说来，外加磁场强度越大，缺陷产生的漏磁场也越 大。但在材料未达到磁饱和前，漏磁场的反应是不充分的，此 时材料的磁导率比较大，磁化不充分。只有接近磁饱和时，磁 导率较小，漏磁场才迅速增加。 2.材料本性的影响：不同钢铁材料的磁性是不一样的。在相同
流产生的磁势相等，即H1L1＋H2L2＋2H0L0＝NI
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磁路的计算可以用电路模拟。
设磁路是一均匀截面为S，长度为L，铁磁材料的磁导率
为μ的回路。
磁感应强度B＝μH 磁通量Φ＝BS
磁场强度H＝IN/L
SIN IN
L
L S
F Rm
磁势 磁阻
二、磁场的合成－矢量加法：磁场是一个矢量，具有大小
和方向。当两个或多个磁场同时对一个试件磁化时，试件
不可能在两个或多个方向上磁化，这些磁场将在试件上形
成合成磁场，试件在合成磁场中被磁化。如图1－24所示。
磁粉探伤中经常用到两个或多个
不同方向的变化磁场同时对一个试
B2
B
件作用，这时磁场是一个方向和大
小都随时间发生变化的合成磁场， 如螺旋形摆动磁场，旋转磁场等。
路气隙的影响是非常重要的。除此之外，磁路固定部分和工 件材料之间磁导率的差异也将严重影响检测效果。
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
与电路一样，磁路也有串 连和并联之分。在磁粉探伤过
程中，很少使用并联磁路，但 有时由于检测工艺或操作不当 会形成所谓“磁分路”现象，
如图1－28所示，实际上是一 种并联磁路，导致被检工件上 的磁通量减少，严重时造成“ 磁短路”。另一种磁分路现象 发生在一些有分支或回路的工 件上，如图1－29所示，此时 工件的磁场计算就比较复杂。
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
在磁路中，磁路上各段的长 度与其磁场强度的乘积叫做该段
L0 L2
磁路上的磁压。如图1－27，若
电磁轭的长度为L1，磁场强度为
L1
H1，工件长度为L2，磁场强度 为H2，每个空气隙长度为L0，
图1－27 磁压的计算
磁场强度为H0，则它们的磁压
分别为H1L1，H2L2，H0L0，并且各分段磁压之和与线圈中电
这种折射现象与光或声波的传播现 象相似，遵从折射定律：
tan 1 1 tan 2 2
μ1、μ2分别为两种介质的磁导率。
β1 μ1 μ2
β2
图1－30 磁感应线的折射
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
漏磁场 在磁路中，如果出现两种以上磁导率差异很大的介质时，
在两者的分界面上，由于磁感应线的折射将形成磁极，形成漏
可见，磁路的磁阻与磁路的长度成正比，与其截面积及磁 路的磁导率成反比，称为磁路定理。磁阻的单位为H－1。
由于磁路中铁磁材料的磁导率不是常数，所以用磁路
定理求解磁路的F和Φ的关系比较困难，磁路定理往往用来
定性分析磁路的工作情况，实际计算时还需要在此基础上
加以扩充。
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
磁 粉
检
测
Magnetic Particle Testing (MT)
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
磁场的合成 一、周向磁场与纵向磁场：在磁粉探伤中，经常用到两种 不同方向的磁场：周向磁场和纵向磁场
是与试件轴向垂直的圆周方向的磁场
这种磁场主要由电流通过的导体（试件本身或芯棒）产生，磁 场方向遵循通电导体右手法则，是以导体为中心的同心园。
厚，漏磁场不能逸出覆盖层表面，所以完全没有磁痕显示。
7.热处理的影响：钢材处于退火与正火状态时，磁性差别不
大，而淬火可提高钢材的矫顽力和剩磁，使漏磁场增大。但
随着回火温度的提高，材料变软，矫顽力减小，漏磁场减小
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
8.合金元素的影响：矫顽力随钢的硬度增大而增大。由于合金 元素的加入，材料硬度增加，矫顽力也增大，所以漏磁场也增 大。对磁性影响最大的合金元素是碳，随着含碳量的增加，矫 顽力几乎成线性增加，从而漏磁场也增大。晶粒越大，磁导率 越大，矫顽力越小，漏磁场就越小。 9.塑性变形的影响：塑性变形影响材料的硬度和矫顽力。随着 变形量的增加，材料硬度增大，矫顽力和剩磁都增大，漏磁场 也增大。
星期日
影响磁路的因素 磁路中的磁通量与磁势成正比，即Φ＝F/Rm，而F＝I•N。 在设备确定以后，F是一个确定值，故在外部条件确定之后， 影响磁路中磁通量大小的因素是磁阻。 磁粉检测工作正常进行时，对工件上的磁感应强度(单位面 积的磁通量)是有一定要求的。磁势确定后，影响磁路中磁通量 大小的主要因素就是磁路的长度、磁路截面的大小和磁路中介 质磁导率的高低。
求缺陷长宽比大于5。比如，裂纹就比气孔容易检出。
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
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6.表面覆盖层的影响：
覆盖层
工件表面的覆盖 层会影响磁痕显示，
裂纹
磁力线
如图1－33所示。 图中裂纹a)上没有覆盖 层，磁痕显示浓密清晰。
图1－33 表面覆盖层对磁痕显示的影响
裂纹b)上覆盖层较薄，磁痕显示不如a)，而裂纹c)上覆盖层很
磁化条件下，易于磁化的材料容易产生漏磁场。
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星期日
3.缺陷位置的影响：钢铁材料的表面和近表面的缺陷都会产生 漏磁场，缺陷的位置和形状都会影响漏磁场的大小。随缺陷深 度的增加，漏磁场减小。 4.缺陷方向的影响：缺陷方向对漏磁场也有影响。当缺陷方向 与磁化场方向垂直时，缺陷阻挡的磁通最多，漏磁场最强，最 利于缺陷的检出。而缺陷方向与磁化线方向平行时，漏磁场最 小，接近于零，如图1－30所示。 5.缺陷形状的影响：缺陷的长度与宽度之比是影响漏磁场的重 要因素。长宽比越大，漏磁场越强，缺陷越容易检出，一般要
B1 图1－24 磁场的合成
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
磁路和磁路定理 铁磁性材料磁化后不仅产生附加磁场，而且能把大部分磁 通(磁感应线)约束在一定的闭合路径上，路径周围空间由于磁 导率太小而磁通很少。这种磁感应线通过的闭合路径叫磁路。 如图1－25所示。在磁粉检测中，使工件在适当的磁路中得到 必要的磁化，是磁粉检测工作的一个主要内容。
I
图1－25 磁路
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
同电路一样，磁路也有无分支回路(串连回路)和有分支回 路(并联回路)之分，如图1－26所示。
有分支磁路
图1－26 磁路的种类
无分支磁路
磁粉检测中工件的磁化多用无分支磁路，常用的电磁轭 是典型的无分支磁路，它由电磁轭铁、工件和空气隙组成。
磁场。 如果在材料中出现了
不连续，将引起磁场的畸 变，形成磁感应线的折射 形成磁极，产生漏磁场， 如图1－31所示，这也是 磁粉检测的基础。
漏磁场 图1－31 缺陷形成的漏磁场
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星源自文库日
在实际检测中，材料不连续 处的漏磁场形成的磁痕显示的宽 度要比缺陷的实际宽度大数倍至 数十倍，也就是说磁痕对缺陷有 放大作用，从而将目视不可见的 缺陷变成可见的磁痕显示。