磁粉檢測基礎(chǔ)知識及原理

磁粉檢測基礎(chǔ)知識及原理

中國工業(yè)檢驗檢測網(wǎng)第1頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1磁粉探傷基礎(chǔ)知識1.1磁粉探傷與漏磁檢測（分類方法）

漏磁場探傷：是利用鐵磁性材料或工件磁化后，在表面和近表面如有不連續(xù)性（材料的均質(zhì)狀態(tài)即致密性受到破壞）存在，則在不連續(xù)性處磁力線離開工件和進(jìn)入工件表面發(fā)生局部畸變產(chǎn)生磁極，并形成可檢測的漏磁場進(jìn)行探傷的方法。漏磁場探傷包括磁粉探傷和利用檢測元件探測漏磁場。其區(qū)別在于，磁粉探傷是利用鐵磁性粉末－磁粉，作為磁場的傳感器，即利用漏磁場吸附施加在不連續(xù)性處的磁粉聚集形成磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、形狀和大小。利用檢測元件探測漏磁場的磁場傳感器有磁帶、霍爾元件、磁敏二極管和感應(yīng)線圈等。

利用檢測元件檢測漏磁場：錄磁探傷法、感應(yīng)線圈探傷法、霍爾元件檢測法、磁敏二極管探測法。第2頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.2磁粉探傷

MagneticParticleTesting，簡稱MT

基本原理是：鐵磁性材料和工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面和近表面的磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合適光照下目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、形狀和大小。如圖1－1所示。

磁粉探傷的適用性和局限性

適用性：

磁粉探傷適用于檢測鐵磁性材料表面和近表面尺寸很小、間隙極窄（如可檢測出長0.1mm、寬為微米級的裂紋），目視難以看出的不連續(xù)性。第3頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

磁粉檢測可對原材料、半成品、成品工件和在役的零部件檢測探傷，還可對板材、型材、管材、棒材、焊接件、鑄鋼件及鍛鋼件進(jìn)行檢測。

馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼具有磁性，可進(jìn)行MT。

MT可發(fā)現(xiàn)裂紋、夾雜、發(fā)紋、白點、折疊、冷隔和疏松等缺陷。

磁粉檢測程序

承壓設(shè)備磁粉檢測的七個程序是：

(1)預(yù)處理；(2)磁化；

(3)施加磁粉或磁懸液；(4)磁痕的觀察與記錄；

(5)缺陷評級；(6)退磁；

(7)后處理。

第4頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

局限性：

MT不能檢測奧氏體不銹鋼材料和用奧氏體不銹鋼焊條焊接的焊縫，也不能檢測銅、鋁、鎂、鈦等非磁性材料。對于表面淺的劃傷、埋藏較深的孔洞和與工件表面夾角小于20°的分層和折疊難以發(fā)現(xiàn)。

磁粉檢測在壓力容器定期檢驗中的重要性第5頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2磁粉探傷的物理基礎(chǔ)2.1磁粉探傷中的相關(guān)物理量2.1.1磁的基本現(xiàn)象磁性、磁體、磁極、磁化磁性：磁鐵能夠吸引鐵磁性材料的性質(zhì)叫磁性。磁體：凡能夠吸引其他鐵磁性材料的物體叫磁體。磁極：靠近磁鐵兩端磁性特別強吸附磁粉特別多的區(qū)域稱為磁極。每一小塊磁體總有兩個磁極。磁化：使原來沒有磁性的物體得到磁性的過程叫磁化。2.1.2磁場和磁力線磁場：具有磁性作用的空間磁場的特征、顯示和磁力線磁場的特征：是對運動的電荷（或電流）具有作用力，在磁場變化的同時也產(chǎn)生電場。磁場的顯示：磁場的大小、方向和分布情況，可以利用磁力線來表示。第6頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

磁力線

（a）馬蹄形磁鐵被校直成條形磁鐵后N極和S極的位置

（b）具有機加工槽的條形磁鐵產(chǎn)生的漏磁場

（c）縱向磁化裂紋產(chǎn)生的漏磁場

條形磁鐵的磁力線分布

第7頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

磁力線在每點的切線方向代表磁場的方向，磁力線的疏密程度反映磁場的大小。

磁力線具有以下特性：磁力線是具有方向性的閉合曲線。在磁體內(nèi)，磁力線是由S極到N極，在磁體外，磁力線是由N極出發(fā)，穿過空氣進(jìn)入S極的閉合曲線。磁力線互不相交。磁力線可描述磁場的大小和方向。磁力線沿磁阻最小路徑通過。第8頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2鐵磁性材料2.2.1磁疇在鐵磁質(zhì)中，相鄰鐵原子中的電子間存在著非常強的交換耦合作用，這個相互作用促使相鄰原子中電子磁矩平行排列起來，形成一個自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域，這些自發(fā)磁化的微小區(qū)域，稱為磁疇。一個典型的磁疇寬度約為10-3cm，體積約為10-9cm3，內(nèi)部大約含有1014個磁性原子。在沒有外加磁場作用時，鐵磁性材料內(nèi)各磁疇的磁矩方向相互抵消，對外顯示不出磁性，如下圖a。

第9頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵磁性材料的磁疇方向a）不顯示磁性；b）磁化

c）保留一定剩磁當(dāng)把鐵磁性材料放到外加磁場中去時，磁疇就會受到外加磁場的作用，一是使磁疇磁矩轉(zhuǎn)動，二是使疇壁發(fā)生位移，最后全部磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)向與外加磁場方向一致，鐵磁性材料被磁化，顯示出很強的磁性。永久磁鐵中的磁疇，在一個方向上占優(yōu)勢，因而形成N和S極，能顯示出很強的磁性。在高溫情況下，磁體中分子熱運動會破壞磁疇的有規(guī)則排列，使磁體的磁性削弱。超過某一溫度后，磁體的磁性也就全部消失而呈現(xiàn)順磁性，實現(xiàn)了材料的退磁。鐵磁性材料在此溫度以上不能再被外加磁場磁化，并將失去原有的磁性的臨界溫度稱為居里點或居里溫度。從居里點以上的高溫冷卻下來時，只要沒有外磁場的影響，材料仍然處于退磁狀態(tài)。第10頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月一些鐵磁性材料的居里點見下表鐵磁性材料的居里點材料居里點（℃）鐵鎳鈷鐵，硅5%鐵，鉻10%鐵，錳4%鐵，釩6%7693651150720740715815第11頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.3磁化過程

(1)未加外加磁場時，磁疇磁矩雜亂無章，對外不顯示宏觀磁性，如圖(a)(2)在較小的磁場作用下，磁矩方向與外加磁場方向一致或接近的磁疇體積增大，而磁矩方向與外加磁場方向相反的磁疇體積減小，疇壁發(fā)生位移，如圖(b)。

(3)增大外加磁場時，磁矩轉(zhuǎn)動疇壁繼續(xù)位移，最后只剩下與外加磁場方向比較接近的磁疇，如圖(c)。

(4)繼續(xù)增大外加磁場，磁矩方向轉(zhuǎn)動，與外加磁場方向接近，如圖(d)。

(5)當(dāng)外加磁場增大到一定值時，所有磁疇的磁矩都沿外加磁場方向有序排列，達(dá)到磁化飽和，相當(dāng)于一個微小磁鐵或磁偶極子，產(chǎn)生N極和S極，宏觀上呈現(xiàn)磁性，如圖(e)。第12頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月曲線特征：第13頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4磁滯回線

飽和磁場強度Bm矯頑力

Hc

第14頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5漏磁場與磁粉檢測2.5.1漏磁場的形成

所謂漏磁場，就是鐵磁性材料磁化后，在不連續(xù)性處或磁路的截面變化處，磁感應(yīng)線離開和進(jìn)入表面時形成的磁場。漏磁場形成的原因，是由于空氣的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鐵磁性材料的磁導(dǎo)率。如果在磁化了的鐵磁性工件上存在著不連續(xù)性或裂紋，則磁感應(yīng)線優(yōu)先通過磁導(dǎo)率高的工件，這就迫使不部分磁感應(yīng)線從缺陷下面繞過，形成磁感應(yīng)線的壓縮。但是，工件上這部分可容納的磁感應(yīng)線數(shù)目也是有限的，又由于同性磁感應(yīng)線相斥，所以，不部分磁感應(yīng)線從不連續(xù)性中穿過，另一部分磁感應(yīng)線遵從折射定律幾乎從工件表面垂直地進(jìn)入空氣中去繞過缺陷又折回工件，形成了漏磁場。

第15頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5.2缺陷的漏磁場分布

缺陷產(chǎn)生的漏磁場可以分解為水平分量Bx和垂直分量By，水平分量與工件表面平行，垂直分量與工件表面垂直。假設(shè)有一矩形缺陷，則在矩形中心，漏磁場的水平分量有極大值，并左右對稱。而垂直分量為通過中心點的曲線，見下圖，圖中（a）為水平分量，（b）為垂直分量，如果將兩個分量合成，則可得到如圖（c）所示的漏磁場。

第16頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5.3漏磁場對磁粉的作用力

漏磁場對磁粉的吸附可看成是磁極的作用，如果有磁粉在磁極區(qū)通過，則將被磁化，也呈現(xiàn)出N極和S極，并沿著磁感應(yīng)線排列起來。當(dāng)磁粉的兩極與漏磁場的兩極互相作用時，磁粉就會被吸附并加速移到缺陷上去。漏磁場的磁力作用在磁粉微粒上，其方向指向磁感應(yīng)線最大密度區(qū)，即指向缺陷處。見下頁圖

漏磁場的寬度要比缺陷的實際寬度大數(shù)倍至數(shù)十倍，所以磁痕對缺陷寬度具有放大作用，能將目視不可見的缺陷變成目視可見的磁痕使之容易觀察出來。第18頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月

磁粉受漏磁場吸引第19頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5.4影響漏磁場的因素（1）外加磁場強度的影響

缺陷的漏磁場大小與工件磁化程度有關(guān)。一般說來，外加磁場強度一定要大于產(chǎn)生最大磁導(dǎo)率μm對應(yīng)的磁場強度Hμm，使磁導(dǎo)率減小，磁阻增大，漏磁場增大。當(dāng)鐵磁性材料的磁感應(yīng)強度達(dá)到飽和值的80%左右時，漏磁場便會迅速增大。第20頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）缺陷位置及形狀的影響

a缺陷埋藏深度的影響

影響很大

同樣的缺陷，位于工件表面時，產(chǎn)生的漏磁場大；若位于工件的近表面，產(chǎn)生的漏磁場顯著減小；若位于工件表面很深處，則幾乎沒有漏磁場泄漏出工件表面。

b缺陷方向的影響

缺陷垂直于磁場方向，漏磁場最大，也最有利于缺陷的檢出；若與磁場方向平行則幾乎不產(chǎn)生漏磁場；當(dāng)缺陷與工件表面由垂直逐漸傾斜成某一角度，而最終變?yōu)槠叫校磧A角等于0時，漏磁場也由最大下降至零，下降曲線類似于正弦曲線由最大值降至零值的部分。c缺陷深寬比的影響

缺陷的深寬比是影響漏磁場的一個重要因素，缺陷的深寬比愈大，漏磁場愈大，缺陷愈容易發(fā)現(xiàn)。第21頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）工件表面覆蓋層的影響（4）工件材料及狀態(tài)的影響