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1、磁粉检测物理基础,河南省鹤壁市锅炉压力容器检验所 代纯军 联系电话：0392-3368238 13569636075,中国工业检验检测网 http:/,第一章：绪 论,磁粉检测的发展简史和现状,中国工业检验检测网 http:/,1.2漏磁场检测与磁粉检测,1.2.1 漏磁场检测 铁磁性材料工件被磁化后，在不连续性处或磁路截面变化处，磁力线离开和进入工件表面形成的磁场称为漏磁场。所谓不连续性，就是工件正常组织结构或外形的任何间断，这种间断可能会也可能不会影响工件的使用性能。通常把影响工件使用性能的不连续性称为缺欠。由于磁力线逸出工件表面形成磁极并形成可检测的漏磁场，检测漏磁场的方法称为漏磁场检测
2、，包括磁粉检测与检测元件检测。,中国工业检验检测网 http:/,磁粉检测是利用铁磁性粉末磁粉，作为磁场的传感器，即利用漏磁场吸附磁粉形成的磁痕(磁粉聚集形成的图像)来显示不连续性的位置、大小、形状和严重程度。检测元件检测是利用磁带、霍耳元件、磁敏二极管或感应线圈作为磁场的传感器，检测不连续性处漏磁场的位置、大小和方向。,中国工业检验检测网 http:/,1.2.2 磁粉检测,磁粉检测（Magnetic Particle TeSting，缩写符号为MT），又称磁粉检验或磁粉探伤，属于无损检测五大常规方法之一。,中国工业检验检测网 http:/,1.2.2磁粉检测原理 铁磁性材料和工件被磁化后，
3、由于 不连续性的存在，使工件表面和近表 面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁 场，吸附施加在工件表面的磁粉，形 成在合适光照下目视可见的磁痕，从 而显示出不连续性的位置、形状和大 小。如图11所示。,中国工业检验检测网 http:/,图l l不连续性处漏磁场分布 1裂纹 2漏磁场 3近表面气孔 4内部气孔 5磁力线 6工件,磁粉检测的基础是不连续性处漏磁场与磁粉的磁性相互作用。,中国工业检验检测网 http:/,1.2.3磁粉检测适用范围 (1)适用于检测铁磁性材料（如16MnR、20g、30CrMnSiA）工件表面和近表面尺寸很小、间隙极窄(如可检测出长0.1mm、宽为微米级的裂纹)和目视难以看
4、出的缺陷。 (2)适用于检测马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料（如Cr17Ni7、T91/P91），但不适用于检测奥氏体不锈钢材料(如1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti)和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊接接头，也不适用于检测铜、铝、镁、钛合金等非磁性材料。 (3)适用于检测未加工的铁磁性原材料(如钢坯)和加工的半成品、成品件及在役与使用过的工件及特种设备或零部件。 (4)适用于检测管材、棒材、板材、型材和锻钢件、铸钢件及焊接件。 (5)适用于检测工件表面和近表面的裂纹、白点、发纹、折叠、疏松、冷隔、气孔和夹杂等缺陷，但不适用于检测工件表面浅而宽的划伤、针孔状缺陷、埋藏较深的内部缺陷和延伸方向与磁
5、力线方向夹角小于200的缺陷。,中国工业检验检测网 http:/,1.2.2.3 磁粉检测程序,磁粉检测的七个程序是： (1)预处理；(2)磁化；(3)施加磁粉或磁悬液；(4)磁痕的观察与记录：(5)缺陷评级；(6)退磁；(7)后处理。,中国工业检验检测网 http:/,1.2.2.4 表面缺陷无损检测方法的比较,磁粉检测、渗透检测和涡流检测都属于表面缺陷无损检测方法，但其方法原理和适用范围区别很大，并且有各自独特的优点和局限性。所以无损检测人员应熟悉掌握这三种检测方法，并能根据工件材料、状态和检测要求，选择合理的方法进行检测。如磁粉检测对铁磁性材料工件的表面和近表面缺陷具有很高的检测灵敏度，
6、可发现微米级宽度的小缺陷，所以特种设备对铁磁性材料工件表面和近表面缺陷的检测宜优先选择磁粉检测，确因工件结构形状等原因不能使用磁粉检测时，方可使用渗透检测或涡流检测。表面缺陷无损检测方法的比较,中国工业检验检测网 http:/,第2章 磁粉检测物理基础,磁现象和磁场 磁极间相互排斥和相互吸引的力称为磁力。磁力的大小和方向是可以测定的，同一个磁体两个磁极的磁力大小相等，但方向相反。把一个磁体靠近原来没有磁性的铁磁性物体时，该物体不仅能被磁体吸引，还能被磁体磁化，并具有了吸引其它铁磁性物体的性质。使原来没有磁性的物体得到磁性的过程叫磁化。,中国工业检验检测网 http:/,磁场与磁力线,磁体间的相
7、互作用是通过磁场来实现的。所谓磁场是具有磁力作用的空间，磁场存在于被磁化物体或通电导体的内部和周围。它是由运动电荷形成的。磁场的特征是对运动电荷(或电流)具有作用力，在磁场变化的同时也产生电场。 用假想的磁力线来反映磁场中各点的磁场强度和方向,中国工业检验检测网 http:/,单位面积上的磁力线数目与磁场的大小成正比，因此可用磁力线的疏密程度反映磁场的大小。在磁力线密的地方磁场大，在磁力线稀的地方磁场就小。 1磁力线具有以下特性： 1) 磁力线是具有方向性的闭合曲线。在磁体内，磁力线是由S极到N极；在磁体外，磁力线是由N极出发，穿过空气进入S极的闭合曲线。 2) 磁力线互不相交。 3) 磁力线
8、可描述磁场的大小和方向。 4）异性磁极的磁力线容易沿磁阻最小路径通过，其密度随着距两极的距离增大而减小。,中国工业检验检测网 http:/,2圆周磁场,马蹄形磁铁如图25d，具有N极和S极，磁力线从N极出发穿过空气进入S极，在磁 铁内部，磁力线从S极到N极闭合，它的两极能吸引铁磁性材料。 将上述磁铁弯曲，使两磁极靠得很近，如图25c，磁极间距变小，磁力线离开磁极N，穿过空气又重新进入磁极S，产生漏磁场，漏磁场能强烈地吸附磁粉。 a) 两极熔合后的磁力线分布 b)有不连续性的磁力线分布 c)两极空间漏磁场分布 d)磁力线方向 图25用马蹄形磁铁描述圆周磁场 当磁铁两端再弯曲，两极熔合形成一圆环如
9、图25a，此时磁铁内既无磁极又不产生漏磁场，因而不能吸引铁磁性材料但在磁铁内包容了一个圆周磁场或已被周向磁化。 如果已周向磁化的工件存在与磁力线垂直的裂纹，则在裂纹两侧立即产生N极和S极，形成漏磁场，吸附磁粉形成磁痕，显示出裂纹缺陷，如图25b。,中国工业检验检测网 http:/,a) 两极熔合后的磁力线分布 b)有不连续性的磁力线分布 c)两极空间漏磁场分布 d)磁力线方向 图25用马蹄形磁铁描述圆周磁场,中国工业检验检测网 http:/,纵向磁化,如果将马蹄形磁铁校直为条形磁铁，在其两端是N极和S极，能强烈地吸附磁粉，说明该条形磁铁已被纵向磁化。如图26a。 如果磁力线被不连续性或裂纹阻断
10、而在其两侧形成N极和S极，产生漏磁场，如图26b和图26c，吸附磁粉形成磁痕，从而显示出不连续性或裂纹，这就是磁粉检测的基础。,中国工业检验检测网 http:/,a)马蹄形磁铁被校直成条形磁铁后N极和S极的位置,b)具有机加工槽的条形磁铁产生的漏磁场 c)纵向磁场裂纹产生的漏磁场 图26 用条形磁铁描述纵向磁化,中国工业检验检测网 http:/,2.2 磁场中的基本物理量,2.2.1 磁场强度 磁场强度是磁场在给定点的强度，是表征磁场大小和方向的物理量。磁场强度用符号H来表示，磁场强度的单位是用稳定电流在空间产生磁场的大小来规定的，在SI单位制中，磁场强度的单位是安（培）/米 (A/m)，它的
11、意义为：一根载有直流电流I的无限长直导线，在离导线轴线为r的地方所产生的磁场强度为： (2-1) 在CGS单位制中，磁场强度的单位是奥斯特 (Oe)，其换算关系为： 1安【培】米(Am) = 410-3奥【斯特】(Oe)0.0125 Oe 1奥【斯特】(Oe) = (1/4)103安【培】/米(A/m)80 A/m,中国工业检验检测网 http:/,2.2.2 磁通量,磁通量简称磁通,它是垂直穿过某一截面的磁力线条数，用符号表示，在SI单位制中，磁通的单位是韦伯(Wb)，其换算关系为： l韦【伯】(Wb) =108麦【克斯韦】 (Mx) 1麦【克斯韦】(Mx) =10-8韦【伯】(Wb) 在均
12、匀的磁场中，当磁感应强度方向垂直于截面S时，通过该截面S的磁通量表示为： =BS (2-2) 式中：B磁通密度(T) 特斯拉 磁通量(Wb) 韦伯 S磁力线垂直穿过的单位面积(m2),中国工业检验检测网 http:/,2.2.3 磁通密度与磁感应强度,垂直穿过单位面积上的磁通量(或磁力线条数)称为磁通密度，用符号B表示。 B = /S(2-3) 将原来不具有磁性的铁磁性材料放入外加磁场内，便得到磁化，它除了原来的外加磁场外，在磁化状态下铁磁性材料自身还产生一个感应磁场，这两个磁场叠加起来的总磁场，称为磁感应强度，用符号B表示。磁感应强度和磁场强度一样，具有大小和方向，可以用磁感应线表示。通常把
13、铁磁性材料中的磁力线称为磁感应线。磁感应线上每点的切线方向代表该点的磁感应强度的方向，磁感应强度的大小也等于垂直穿过单位面积上的磁通量，所以磁感应强度又称为磁通密度。在SI单位制中，磁感应强度的单位是特(斯拉) (T)，,中国工业检验检测网 http:/,磁场强度与磁感应强度不同的是，磁场强度只与激磁电流有关，与被磁化的物质无关。而磁感应强度不仅与磁场强度有关，还与被磁化的物质有关，如与材料磁导率有关。 因为B=H，所以铁磁性材料的磁导率越大，磁感应强度B就越大，这就是铁磁性材料的磁感应强度B远大于磁场强度H的理由。,中国工业检验检测网 http:/,圆周磁场,马蹄形磁铁如图25d，具有N极和
14、S极，磁力线从N极出发穿过空气进入S极，在磁铁内部，磁力线从S极到N极闭合，它的两极能吸引铁磁性材料。 将上述磁铁弯曲，使两磁极靠得很近，如图25c，磁极间距变小，磁力线离开磁极N，穿过空气又重新进入磁极S，产生漏磁场，漏磁场能强烈地吸附磁粉。 a) 两极熔合后的磁力线分布 b)有不连续性的磁力线分布 c)两极空间漏磁场分布 d)磁力线方向 图25用马蹄形磁铁描述圆周磁场 当磁铁两端再弯曲，两极熔合形成一圆环如图25a，此时磁铁内既无磁极又不产生漏磁场，因而不能吸引铁磁性材料但在磁铁内包容了一个圆周磁场或已被周向磁化。 如果已周向磁化的工件存在与磁力线垂直的裂纹，则在裂纹两侧立即产生N极和S极，形成漏磁场，吸附磁粉形成磁痕，显示出裂纹缺陷，如图25b。,中国工业检验检测网 http:/,2.2.4 磁导率 磁感应强度B与磁
