磁性无损检测新技术1

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按磁场信号的测量分
工件中裂纹等缺陷
工 件 工件中化学成份等

磁 化
工件结构形状尺寸
工件中的应力大小
漏磁场检测法MFL 主磁通检测法MMF 磁阻检测法MR 磁导率检测法MC
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.2 按磁场信号测量方法的分类
1 漏磁场检测法
➢漏磁场检测法通过测量被测对象本体外的磁场; ➢一般是测量漏磁场的磁感应强度及其分布(二维
主要内容
1 磁性无损检测新技术概述 2 磁信号测量技术 3 漏磁检测技术 4 基于复平面的焊缝表面裂纹涡流检测技术 5 磁记忆检测技术 6 表面裂纹深度测量技术
磁性无损检技术的定义
➢是通过专用仪器来测量铁磁性部件原材料、半成 品、成品零部件、在用零部件的特征磁场来得到 其结构、几何状态、物理性能、化学成分等特性
的或三维的)来探测和评价被测对象内的裂纹、 锈蚀、气孔等缺陷状况以及被测物体的几何形状、 位置关系等 ➢采用MFL法时,被测磁场往往是由磁回路各组成 单元本体中向外泄漏的磁场,因而将之称为漏磁 场测量
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.2 按磁场信号测量方法的分类
2 主磁通检测法
➢主磁通检测法通过测量被测对象本体内的磁通量 来探测被测对象内的气孔、结构变化、锈蚀、几 何形状等
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.3 按检测结果表现形式的分类
根据检测结果表现形式的不同,磁性检测可 分为三类: 1 定性检测 2 定量检测 3 磁成像
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.3 按检测结果表现形式的分类
1 定性检测
➢定性检测对检测特征的有无、是否超限等进行 处理,并给予报警或指示。例如,钢丝绳上有 无断丝、管棒上的裂纹是否超限,它是二值处 理,不对检测特征作进一步分析处理,
永久 磁铁
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.1 按磁场信号形成方式的分类
2 有源磁场检测法
➢由于集肤效应,交变磁场磁化时磁力线将集中于 被测材料的表层,因而对材料表面或近表面的状 态具有较高的检测灵敏度,深层状态则不能检测
➢交变磁场磁化后铁磁性材料中不会产生剩磁。 ➢恒定磁场磁化后有剩磁,有些检测场合,材料被
➢由于被测物体内的磁场强度及分布在其体外难以 测量,一般只能在体外测量其中的磁通量
➢磁通量的测量可以采用直接测量法和间接测量法
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.2 按磁场信号测量方法的分类
2 主磁通检测法
直接测量元件
间接测量元件
Ø =B ×A
N
工件要磁化至过饱和 状态,使B为定值,磁 通与面积成线性关系
磁性无损检测技术的特点 以磁场为工作媒介; 以磁敏感器件为测试手段; 以机械化、自动化和智能化为实现方式; 易于实现非接触检测和在线实时检测
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.1 按磁场信号形成方式的分类 1.1.2 按磁场信号测量方法的分类 1.1.3 按检测结果表现形式的分类
1.1 磁性无损检测技术分类
F Rm
F —磁势NI Ø—磁通 Rm—磁阻
Rm
L
*S
➢磁阻的产生 磁阻的变化可以由磁路中空气间隙、铁磁性材料 特性、磁源特性等变化产生 ➢MR法通过测量磁路中局部区域磁阻变化来进行 检测;
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.2 按磁场信号测量方法的分类
3 磁阻检测法
➢磁阻检测法一般通过测量磁感应强度后再计算得 到,由于磁源的磁特性曲线一般为非线性曲线, 加上磁路中其它磁阻的影响以及难以精确计算磁 阻等因素,磁阻测量的误差较大,但对小范围内 的磁阻变动,通过精确测定磁感应强度,可以获 得较高的测量精度和线性度
1.1.1 按磁场信号形成方式的分类
从磁场信号的形成来看,磁性检测可分为:
➢剩余磁场检测法(Residual Field Testing,
简称RFT);
➢有源磁场检测法(Active Field Testing,
简称AFT)
➢金属磁记忆检测法(Metal Magnetic Memory,
简称MMM)
测量这一信号。 ➢AFT法主要由两部分组成:一部分为磁化铁磁性材
料的磁化装置,称为磁化器(Magnetizer);另一 部分为磁场信号的测量装置,称为检测探(Probe) 或探头组
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.1 按磁场信号形成方式的分类
2 有源磁场检测法
磁源
交变 磁源
恒定 磁源
直流电 磁源
1.2 铁磁性构件的磁化技术
在磁性无损检测新技术中磁化是实现 检测的第一步,它决定着被测量对象(如裂 纹)能否产生出足够的可被测量和可被分辨 的磁场信号,同时也影响着检测信号的性 能特性和检测装置的结构特性。被测构件 的磁化由磁化器实现。主要包括:磁场源 和磁回路等几个主要部分
1.2 铁磁性构件的磁化技术
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.1 按磁场信号形成方式的分类
1 剩余磁场检测法
➢由于铁磁性材料均具有一定的矫顽力,当采用直 流磁场对它们进行磁化后,磁化磁场源退出后, 材料中会留有剩余磁场。
➢RFT法以此剩余磁场形成磁场信号,经测量元件 测出。
➢由于剩余磁场强度一般较微弱,RFT法要求高灵 敏度的磁电转换器件来测量磁场信号。
1.2 铁磁性构件的磁化技术
1.2.1 磁化方式
2 直流磁化方式
➢直流磁化方式以直流电流激励电磁铁产生磁场磁 化被测构件。
➢它又分为直流脉动电流磁化方法和直流恒定电流 磁化方法
➢与交流磁化方式一样,直流磁化方法磁化的强度 可通过控制电流的大小来方便地调节,但随着连 续使用时间的加长电磁铁的发热是难以避免的
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.2 按磁场信号测量方法的分类
4 磁导率检测法
➢磁导率检测法通过测量被测材料的磁导率来检测 其疲劳、材质、锈蚀、残余应力等
➢根据材料的磁特性,当材料成份、疲劳状况、残 余应力、锈蚀等变化时,材料自身的磁导率随之 变化。
➢经测定磁导率可实现材料的分选以及疲劳、寿命、 残余应力状况和锈蚀程度等测量
➢金属材料不同,其产生磁场和记忆磁场的程度也 不一样,一般来讲,铁磁性构件的这一现象更明 显,因而应用相对广泛
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.2 按磁场信号测量方法的分类
从磁场信号的测量来看,磁性检测可分为:
➢漏磁场检测法(Magnetic Flux Leakage Testing,
简称MFL法)
➢主磁通检测法(Main Magnetic Flux Testing,
简称MMF法)
➢磁阻检测法(Magnetoresistance Testing,简称
MR法)
➢磁导率检测法(Magnetoconductivity Testing,
简称MC法)
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.2 按磁场信号测量方法的分类
1.2 铁磁性构件的磁化技术
B=B0+B’ B=Hμ0+Hμ
1.2 铁磁性构件的磁化技术
1.2.2 磁化强度选择
在磁性检测中,虽然检测目的不同,但磁化 强度的选择首先以缺陷或结构特征产生的磁 场能否被检测到为前提,一般要求以足够强 的磁场进行励磁以获得磁敏感器件可以测量 的磁场
检测信号的信噪比、检测装置的经济性等也 应成为考虑的因素。很明显,随着磁化强度 的加强,磁化器的体积重量以及成本将随之 升高,因此,必须多方面综合考虑,最优地 选择磁化的强度
1.2 铁磁性构件的磁化技术
1.2.1 磁化方式化方式 5 综合磁化法
➢在某些测量中,如主磁通法(MMF)检测中,直 流磁场难以激发出检测信号,而只用交流磁化时 又会受到磁导率急剧变化的影响,因而需要用到 直流和交流磁场综合磁化方式,即先用直流励磁 器将被测构件磁化到近饱和区域,此时材料的磁 导率变化成缓慢下降的直线,再在直流磁场上叠 加一交变磁化场激发,从而获得较好线性度的输 出信号通常称此时的直流磁场为偏磁场,它的主 要作用是减小磁导
1.2 铁磁性构件的磁化技术
1.2.1 磁化方式化方式
3 永磁磁化方式
➢永磁磁化方式以永久磁铁作为励磁磁源它是一种 不需电流源的磁化方式,与直流恒定电流磁化方 式具有相同的特性,
➢在磁化强度的调整上不及直流磁化方式方便,其 磁化强度一般通过磁路设计来保证
1.2 铁磁性构件的磁化技术
1.2.1 磁化方式化方式
检测后要求退磁处理
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.1 按磁场信号形成方式的分类
3 磁记忆检测法
➢金属磁记忆检测法是近年来发展起来的一种新的 检测方法;
➢金属材料在受到内部应力作用时会在自身中产生 磁场而被纪录于本体中,通过测量这一磁场可以 评价材料的力学特性,如疲劳程度、应力大小等, 从而对被测材料的物理特性而非几何特征进行探 测
➢处理的方法和手段比较简单,如放大、滤波、 峰值保持、阈值处理、示波、记录、报警、标 记等
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.3 按检测结果表现形式的分类
2 定量检测
➢定量检测对检测特征给予度量,不但给出有 无,而且要求在一定的精度下给出量值,是 无损检测技术的发展方向。例如,对裂纹的 检测,不但要指出它的位置,而且对它的深 度、宽度、长度等也应给出量值的大小
1 磁➢参磁性数性无的无技损损术检检。测测的主新要技依据术概述
裂纹或其它缺陷以及内应力等因素对铁磁性材料 的性质或磁化状态有影响。
1 磁性无损检测新技术概述
对力工

磁、件

场成中
设 备
影份缺 响、陷
形、
状应
(磁
BØu

场 变

化 信
)息
计算机分 析处理


元场

件测



1 磁性无损检测新技术概述
有缺陷但未饱和 时磁力线分布
有缺陷并饱和 时磁力线分布
磁场测量探头实现磁场信号的转换,它是磁 性无损检测新技术的核心,决定着检测电信
磁化器
S
主磁通
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.2 按磁场信号测量方法的分类
2 主磁通检测法
➢辅助磁路测量
磁回路 C
磁回路 A Ø A
ØS = Ø A+ Ø B + Ø C
ØA ≈ Ø S- Ø B
磁回路 B
ØS
ØB
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.2 按磁场信号测量方法的分类
3 磁阻检测法 ➢磁阻(参照电路)
1.2.1 磁化方式
1 交流磁化方式
➢交流磁化方式以交流电流激励电磁铁产生磁场磁 化被测构件。
➢在被测构件中,交流磁场易产生集肤效应和涡流, 且磁化的深度随电流频率的增高而减小,因此在 漏磁法中这种磁化方法只能检测构件表面或近表 层裂纹等缺陷。
➢在主磁通法中具有一定的应用特点,交流磁化强 度容易控制,大功率50Hz交流电流源易于获得, 磁化器结构简单,成本低廉
4 复合磁化方式
➢复合磁化时将直流磁场与直流磁场、直流磁场与交流 磁场、交流磁场与交流磁场成一定角度,如相互垂直 合成磁场,从而形成所需方向或不断变化的可控的磁 化方向来磁化构件。显然,这类磁化器的结构复杂, 且控制电路要求较高
➢ 在上述几种磁化方式中,一个独立的磁化回路只能沿 某一方向磁化铁磁构件,即单方向磁化单方向磁化在 检测中会产生不足,为能对不同走向的裂纹等缺陷的 检测获得最大且相同的灵敏度,可让磁化场方向周期 性变化,这就必须采用复合磁化方法
1.2 铁磁性构件的磁化技术
1.2.2 磁化强度选择
铁磁性材料的典型磁化曲线
Baidu Nhomakorabea
1.2 铁磁性构件的磁化技术
1.2.2 磁化强度选择
剩磁法检测时,为得到较强的剩磁,工件应 磁化到深度饱和。
漏磁法检测,工件磁化到近饱和,工件截面变 小时,缺陷处的磁通无法增加,从而从空气中通 过而成为漏磁通。
正常磁力线布
➢检测过程分为三步:第一步磁化被测材料或零部 件;第二步测量磁场信号;第三步,需要的话, 给被测对象退磁,上述三步工作一般分开进行。
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.1 按磁场信号形成方式的分类
2 有源磁场检测法
➢AFT法将被测对象的磁化和磁场信号的测量同时进
行。 ➢通过磁源磁化被测对象,产生磁场信号,并同时
➢因此,必须结合计算机、人工智能、现代信 号处理等技术,开拓无损检测原理和方法也 是磁性无损检测新技术的关键所在
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.3 按检测结果表现形式的分类
3 磁成像检测
➢磁性成像可分为两类; ➢第一类为磁场成像,主要是将磁场(信号)可视
化,形成磁图(磁场图)。因而,它只对测量的 精度、分辨率、扫描方式等提出较高的要求 ➢另一类为磁性成像,它通过磁图进行反演,用以 得到铁磁性构件的几何尺寸、缺陷大小位置和形 状等,也就是磁性CT技术。与射线、红外、超声 波CT技术不同,磁性CT,从数学上讲,是一类非 线性反演问题,源于磁力线走向的可变性
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