磁力探伤

磁力探伤

一、磁力探伤原理

磁力探伤是利用磁性材料在磁场中的行为观察漏磁场大小、数量和分布，以判别裂缝等缺陷，适用于铁磁材料的表面与次表面缺陷。

所谓漏磁场是指被磁化物体内部的磁力线在缺陷或磁路截面发生突变的部位离开或进入物体表面所形成的磁场。漏磁场的成因在于磁导率的突变。从磁化铁磁金属的物理现象中我们知道，如果将一个铁磁金属制成的零件放在磁铁的两极之间，零件就有磁力线通过，这时零件就被磁化。对于断面相同、内部组织均勾的零件，磁力线在其内部是平行、均匀分布的。但内部存在理纹、夹渣、气孔等缺陷时，由于这些缺陷中存在的物质一般有远低于铁磁性材料的磁导率，因而造成了缺陷附近磁力线的弯曲和压缩。如果该缺陷位于工件的表面或近表面，则部分磁力线就会在缺陷处逸出工件表面进入空气，绕过缺陷后再折回工件，由此形成了缺陷的漏磁场。只要利用某种方法找出漏磁，就可以把该缺陷找出来。磁化后的工件并不是所有缺陷都能产生漏磁的，漏磁的产生是与缺陷的形状、缺陷离表面的距离以及缺陷和磁力线的相对位置有关，磁力探伤最容易发现接近表面及延伸方向与磁力线方向垂直的缺陷。此外，零件材料的结品大小和组织的不均匀以及零件表面的不光洁也会引起漏磁。这些因素会降低磁力探伤的准确性，应该加以注意。

二、磁化方法

使用磁力探伤，首先就是需要对被检工件进行磁化。鉴于实际缺陷可能有各种取向，因此在实际检测中，常需要采用不同的磁化方法，以使工件内的磁力线能与缺陷表面基本正交，获得尽可能强的缺陷漏磁场。

（一）周向磁化

在被检工件上直接通电，或让电流通过平行于工件轴向放置的导体的磁化方向成为周向磁化，其目的是建立起环绕工件周向并垂直于工件轴向的闭合周向磁场，以发现取向基本与电流方向平行的缺陷。有多种方法可以实现被检工件的周向磁化。对于小型零部件，可以采用直接通电或中心导体通电法对被检工件作整体周向磁化。在大型结构的磁力检测中，可以采用触头法（直接通电）和平行电缆法（辅助通电）对被检区域作局部周向磁化。

（1）直接通电法

将工件直接通电，使电流直接通过工件，在工件内部及周围产生一个周向磁场（如图1）。直接通电法主要用来检查与磁场方向垂直而与电流方向平行的缺陷。

图1 直接通电法

采用直接通电法对大型或复杂形状工件检测时，可以使用触头法，利用触头使电流集中通过工件表面上相近两点间的局部区域，这样便可用较小的电流值得到必要的磁场强度，使工件的表面产生周向磁场（如图2）。使用触头法检测时，应根据被测部位的实际情况及灵敏度要求确定触头间距和电流大小。为避免因缺陷取向不利造成漏检，对同一被检部位应通过改变电极连线方位的方法，至少进行两次相互垂直的检测。

图2 触头法

对于环状或管状工件，由于直接通电时其内表面磁感应强度为零，因此对此类工件内孔表面的缺陷，无法用直接通电法来检测。

（2）芯杆法（中心导体法）

芯杆法是将一导体通过工件的中心孔，使电流从导体上通过，而不是直接通过工件（如图3）。它是用来检查管材或孔周围的材料表面的一种磁化方法。对被磁化的铁磁工件来说，内表面的磁感应强度比外表面来得大。芯杆法磁化，由于导体贯穿时有偏心现象，会使靠近导体的磁场变强，而远离导体的磁场变弱。

图3 芯杆法

（二）纵向磁化

纵向磁化是指工件在磁化时所产生的磁感应线与工件轴向一致。检查工件横向裂纹时应采用纵向磁化。纵向磁化有磁轭法、线圈法等。

（1）磁轭法

将电磁轭或永久磁轭的两极与被检工件相接触，即可对其作整体的或局部的纵向磁化。如果被检工件的两个端面能够能够被夹持在磁轭的两极之间，形成闭合磁路，可以对其作整体纵向磁化（如图4a）。反之则可以利用磁轭对被检工件作局部磁化（如图4b）。作局部磁化时，磁轭两极间的磁力线大致与两极的连线平行，可以建处取向基本与两极连线垂直的缺陷。磁轭的有效检测范围与设备性能、检测条件及工件的形状有关，一般情况下是以两极连线为短轴的椭圆。

（2）线圈法

用螺线管对被检工件作纵向磁化的方法称为线圈法（如图5）。用线圈法可以对管道环焊缝作磁力探伤，用这种磁化方法可以发现焊缝及其热影响区内的纵向裂纹。用线圈法磁化工件时，被磁化工件的两端由于产生磁极而出现反磁场的作用，从而造成工件上的有效磁场的减弱。工件在线圈中是否容易被磁化，与工件的长度直径比L/D有密切关系，L/D愈小愈难磁化，L/D<2的工件不宜采用线圈法磁化，短工件可以数个衔接起来磁化。

（3）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，再由感应电流产生周向磁场。可发现环形工件上的圆周方向的缺陷适用于检验薄壁环形件、盘件、轴承、

座圈等，如图6所示。

1被测工件2磁轭3线圈

图4 磁轭法

图5 线圈法

图6 感应电流法

（三）复合磁化

考虑到工件上实际存在的缺陷可能有各种取向，因此为避免缺陷的漏检，就需要至少在两个相互垂直的方向上磁化被检工件。采用前述的磁化方法要分两次完成这一过程，检测速度很慢。复合磁化可将两次磁化过程合二为一，即同时在被检工件上施加两个或两个以上不同方向的磁场，其合成磁场的方向在被检区域内随时间变化，经一次磁化就能检出各种不同取向的缺陷。复合磁化常用的有两种方法：

（1）交叉线圈产生旋转磁场磁化

由两个具有一定相位差的交流电流通入交叉一定角度的两个线圈（如图7），可产生旋转平面磁场。调节各相电流的大小和线圈的交叉角度，在工件放入后，可以各向均匀地被磁

化，从而检测出不同取向的缺陷。

图7 交叉线圈产生的复合磁场电器磁技术作业

（2）直流磁轭纵向磁化和交流电流周向磁化合成的复合磁化

工件在用直流磁轭进行纵向磁化的同时，又用交流进行周向磁化（如图8），由于直流磁场恒定不变，交流周向磁场大小随时间而变，其合成磁场是一个不断摆动的螺旋形磁场。交流磁场值比直流值大得愈多，摆动的范围也愈大。

图8 直流纵向和交流周向合成的复合磁化

三、退磁方法

所有的铁磁性材料磁后都会残留一些剩磁，剩磁虽然不会影响工件的机械性能，但剩磁场会使铁屑粘附在工件的表面上，影响随后的机械加工以及涂层处理。如果工件在较高灵敏度的仪表附近使用，则强的剩磁将会影响仪表的正常工作。工件中的强剩磁场也会干扰电焊和干扰以后的磁力检测。因此，在磁力检测后需要对工件进行退磁处理，将被检工件内的剩磁减小到不妨碍使用的程度。

（一）居里点热处理

所有铁磁材料的磁通，均在其加热至给定温度，然后在不存在外界磁通的环境下冷却而退磁；这个温度在材料由铁磁性变为顺磁性的称为居里点的相变点，视材料合金成分而定，有较大的差异。材料加热至居里点以上，它由铁合磁性转变为顺磁性；反之，将其冷却至居里点以下时，则由顺磁性转变为铁磁性，但此时的材料已形成末磁化的状态。采用加热至居里点以上虽然是—种最有效的退磁方法，但由于化费时间和经费均很大，因此不能普遍采用。

（二）电磁退磁

部件退磁的方法很多，但所有方法的要点都是针对被磁化部件内的磁性，通过不断变换极向和逐步降低磁场强度来加以消除。