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1、第二单元 磁粉检测,模块一 磁粉检测的物理基础 模块二 磁粉检测的设备与材料 模块三 磁粉检测技术 模块四 典型工件的磁粉检测 模块五 磁粉检测的工艺文件及编制,表面检测磁粉、渗透与涡流,模块一 磁粉检测的物理基础,一、磁现象与磁场 二、铁磁材料的磁化与退磁 三、电流的磁场与漏磁场 四、磁粉检测的原理与特点,表面检测磁粉、渗透与涡流,一、磁现象与磁场,关于磁现象的几个定义： 1、磁体：具有吸引铁、钴、镍等物体的磁性的物体称为磁体。 2、磁化：使原来不带有磁性的物体主为得具有磁性的现象称为磁化。 3、磁性材料：能够被磁化的材料称为磁性材料。 4、磁力线：将铁屑撒在纸板上，铁屑在磁铁的磁场作用下，
2、就会排列成有规则的线条，为了形象地描述磁场，人们将这些有规则的线条称为磁力线。 5、磁路：全部的磁力线构成了磁场，磁力线所通过的闭合路径叫磁路。,表面检测磁粉、渗透与涡流,一、磁现象与磁场,磁力线具有的特性 （1）磁力线是具有方向的闭合曲线。磁力线总是由N极发出进入S极，在磁体内，则由S极通向N极。 （2）磁力线贯穿整个磁体，但彼此互不相交。 （3）磁力线可描述磁场的大小和方向，磁力线的密度随着磁极的间距增加而降低。 （4）异性磁极的磁力线容易沿着磁阻最小的路径通过。,表面检测磁粉、渗透与涡流,一、磁现象与磁场,关于磁场的几个物理量。 （1）磁场强度 磁场强度是表示磁化强度的物理量，用H表示，
3、其数值大小取决于电流I，I越大，H值也越大，单位为A/m。 （2）磁感应强度 用来描述磁场中某点磁场的方向和强弱程度的物理量，用B表示。其意义为磁化物质中与磁力线方和垂直（法向）的单位面积上的磁力线数量。在均匀磁场中当磁感应强度方向垂直于截面S时，通过该截面S的磁通量可简单地表示成： （3）磁导率 磁导率又叫导磁系数，用表示。它表示了材料磁化的难易程度。磁导率是物质磁化时磁感应强度与磁场强度的比值，反映了物质被磁化的能力。可用公式表示为：,表面检测磁粉、渗透与涡流,二、铁磁材料的磁化与退磁,1磁介质：能影响磁场的物质称为磁介质。 按照所受磁场影响的不同可将磁介质分为三种： （1）铁磁性材料：指
4、能够在磁场中被强烈磁化的材料。在外加磁场中呈现很强的磁性，并产生与外加磁场同方向的附加磁场，如铁、钴、镍及其合金等 （2）顺磁性材料：在外加磁场中呈现十分微弱的磁性，如锰、钼、铬等。 （3）抗磁性材料。能够抗拒或减弱外加磁场磁化作用的金属材料，在外加磁场的作用下会产生与外加磁场反方向的附加磁场，如铜、金、银、锌等能被磁体轻微排斥。,表面检测磁粉、渗透与涡流,二、铁磁材料的磁化与退磁,2磁化曲线 ：铁磁材料中 磁分子所产生的附加磁场不 会随着外加磁场的增强而无 限地增强，当磁分子的磁场 方向完全与外磁场方向一致 时，附加磁场的强度即达到 饱和。用于表示铁磁材料磁 感应强度B随磁场强度H变化 规律
5、的曲线，叫做材料的磁 化曲线。,表面检测磁粉、渗透与涡流,二、铁磁材料的磁化与退磁,铁磁性材料的磁化过程： 铁磁材料磁化过程可以看成是由四个部分组成的：即初始阶段、急剧磁化阶段、近饱和磁化阶段和饱和磁化阶段。 （1）oa段称为起始阶段：由于磁畴的惯性，当H增加时，B不能立即上升很快，使得这一阶段的曲线较平缓。这时的磁化过程是可逆的，即当H退回到零，B也会退回到零； （2）ab段为急剧磁化阶段，H增加时B增加得很快，材料得到急剧磁化，这个阶段是不可逆的，即H退回到零，B并不沿原曲线减退； （3）bc段为近饱和磁化阶段，在这一阶段H增加时B增加又缓慢下来，产生了一个转折，b点常称为膝点； （4）过
6、了m点为饱和阶段，由于所有的磁畴几乎都转向H方向，H增加时，B几乎不再增加，达到了磁饱和状态。,表面检测磁粉、渗透与涡流,二、铁磁材料的磁化与退磁,3剩磁与磁滞回线 （1）磁滞现象：如图所示，在材料达 到饱和后逐渐减小电流，则随着磁场 强度H的减小感应强度B也随之降低， 但这种变化并不沿着图中的10进行， 而是沿着另一条路径，即图中的12 降到2点，这种磁感受应强度变化滞 后于磁场强度变化的现象称为磁滞现 象。如图可见，材实内的磁感应强度 B是按照一条对称于坐标原点的闭合 磁化曲线，称为磁滞回线。,表面检测磁粉、渗透与涡流,二、铁磁材料的磁化与退磁,（2）剩磁：当电流降到零时，磁场强度H也为零
7、，而磁感应强度B并不为零，而是保持着一定的值，即图中的02和05，这部分保留在材料中的磁性，称为剩余磁感应强度，简称剩磁。 （3）矫顽力：为了消除剩磁，必须外加反向磁场，随着反向磁场的增加，材料逐渐退磁。直到H=-Br时，B才能等于零，剩磁完全消除。使材料完全退磁所需的反向磁场强度|Br|，叫做这种材料的矫顽力。,表面检测磁粉、渗透与涡流,三、电流的磁场与漏磁场,1、通电圆柱导体的磁场 当电流流过圆柱导体时，产生的磁 场是以导体中心轴线为中圆心的同 心圆，如图所示，在半径相等的同 心圆上，磁场强度相等。 磁场强度的计算： （1）导体表面的磁场强度： （2）通电圆柱导体外部r处（rR）： （3）
8、通电圆柱导体内部r处（rR）：,表面检测磁粉、渗透与涡流,2、通电线圈的磁场,（1）通电线圈的磁场方向：在线圈中通以电流时，在线圈内产生的磁场是与线圈轴平行的纵向磁场，其方向可用线圈右手定则确定：用右手握住线圈，使四指指向电流方向，与四指垂直的拇指所指方向就是线圈内部的磁场方向。,表面检测磁粉、渗透与涡流,2、通电线圈的磁场,（2）通电线圈的磁场强度的计算：,表面检测磁粉、渗透与涡流,3钢管中的磁场,（1）通电钢管的磁场方向：用右手定则来确定，其磁场强度的分布如图2-9所示。根据安培环路定理，内部空心部分（含内表面）不包括任何电流，所以其磁场强度为零。,表面检测磁粉、渗透与涡流,3钢管中的磁场
9、,（2）通电钢管的磁场强度计算 钢管横截面内部 ： 钢管外表面 ： 钢管外部 ：,表面检测磁粉、渗透与涡流,4环形件绕电缆的磁场,（1）环形件绕电缆的磁场方向：磁粉检测时，对环形工件一般是通过缠绕通电电缆（也称为螺线环）来实现的，如图2-10所示。所产生的磁场沿着环的圆周方向。 （2）环形件绕电缆的磁场强度计算： 或,表面检测磁粉、渗透与涡流,5漏磁场,（1）漏磁场的形成：如果一个环形磁铁的两极完全闭合，便没有磁感应线的离开或进入，不呈现磁极，因而也不会吸引磁粉；如果磁铁有空气隙存在，则两端分别形成N极和S极，由于空气的磁导率远远低于铁磁性材料的磁导率，如果在磁化了的铁磁性工件上存在着不连续性
10、或裂纹，则磁感应线优先通过磁导率高的工件，就迫使一部分磁感应线从缺陷下面绕过，形成磁感应线的压缩。但是，这部分材料可容纳磁感应线数目是有限的，所以，一部分磁感应线应会逸出工件表面到空气中去。其中，一部分磁感应线继续其原来的路径，仍从缺陷中穿过，还有一部分磁感应线遵循折射定律几乎从钢材表面垂直地进入空间，绕过缺陷，折回工件，形成了漏磁场。,表面检测磁粉、渗透与涡流,5漏磁场,（2）缺陷漏磁场的分布 缺陷漏磁场的强度和方向是一个随着材料磁特性及磁化强度变化的量。缺陷处的漏磁通密度可以分解为水平分量Bx和垂直分量By。水平分量与钢材的表面平行，垂直分量与钢材表现垂直。如图2-11所示。,表面检测磁粉
11、、渗透与涡流,5漏磁场,（3）影响漏磁场的主要因素 1）外加磁化场的影响 缺陷的漏磁场大小与工件的磁化程度有关，一般来说，在材料未达到近饱和前，漏磁场的反应是不充分的，当钢材的磁感应强度达到饱和值的80%左右，漏磁场便会迅速增加。,表面检测磁粉、渗透与涡流,（3）影响漏磁场的主要因素,2）缺陷位置及形状的影响：钢材的表面和近表面都会产生漏磁通。同样的缺陷，位于表面时漏磁通多，位于表皮下时漏磁通显著减少，若位于距表面很深的地方，则几乎没有漏磁通泄漏于空间。 3）工件材料及状态的影响：材料的磁特性不同，缺陷的漏磁场也不同。一般来说，易于磁化的材料容易产生漏磁场。 4）钢材表面覆盖层的影响 工件表面
12、覆盖层会导致漏磁场在表面上的减小，若工件表面进行了喷丸强化处理，由于处理层的缺陷被强化处理所掩盖，漏磁场的强度也将大大降低，有时甚至影响缺陷的检出。,表面检测磁粉、渗透与涡流,6退磁场,（1）定义：把铁磁性材料磁化时，由材料中磁极所产生磁场称为退磁场，也叫反磁场。 退磁场的磁场强度与材料的磁化强度M成正比： 注：铁磁性材料磁化时，只要在工件上产生磁极，就会产生退磁场，退磁场又会削弱外加磁场，所以工件上的有效磁场与外加磁场不相等，用H表示，等于外加磁场H0减去退磁场H。 有效磁场的计算公式为：,表面检测磁粉、渗透与涡流,6退磁场,（2）影响退磁场大小的因素 1）外加磁场强度大小的影响：对工件进行
13、磁化时，外加磁场越大，工件磁化的愈好，产生的N极和S极磁场愈强。因而退磁场也愈大。 2）工件的影响：由于对两根长度相同而直径不同的钢棒分别放在同一线圈中用相同的磁场强度进行磁化时，大的比值小的钢棒表面磁场强度大，其退磁场小。 3）工件几何形状的影响：纵向磁化所需的磁场强度大小与工件几何形状及值有关，这种影响磁场强度的几何形状因素称为退磁因子，用N表示，它是的函数。对于完整闭合的环形试样，N=0；对于球体，N=0.333；长短轴比值等于2的椭圆体，N=0.73；对于圆钢棒，N与钢棒的长度和直径比的关系是，越小，N越大，即随着的减小，N增大，退磁场增大。,表面检测磁粉、渗透与涡流,圆钢棒的退磁因子
14、与L/D的关系,表面检测磁粉、渗透与涡流,外加磁场强度计算例题,例：对长为1m，直径分别为0.1m，0.2m和0.5m的三个钢棒用通电线圈磁化，要使钢棒上的有效磁场强度达到2400A/m，则要求必要的外加磁场强度H为多少？（从该钢的磁化曲线查到，磁场强度为2400A/m时，磁感应强度为0.8T）。 解：由表2-3可知：当=1/0.1=10时，N=0.017 当L/D=1/0.2=5时，N=0.04；当L/D=1/0.5=2时，N=0.14 =B/H=0.8/24000.00033(H/m) r=/ 0= 0.00033/(410-7)263 要使钢棒的有效磁场强度达到H=2400A/m，则要求
15、： 当L/D=10时: H0=H1+N（r-1）=24001+0.017（263-1）=13090(A/m) 当L/D=5时: H0=H1+N（r-1）=24001+0.04（263-1）=27552(A/m) 当=2时: H0=H1+N（r-1）= 24001+0.14（263-1）=90432(A/m),表面检测磁粉、渗透与涡流,四、磁粉检测的原理,1磁粉检测原理： 铁磁性材料工件被磁化后，由 于不连续性因素的存在，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，在合 适的光照下形成目视可见的磁 痕，从而显示出不连续的位置、 大小、形状和严重程度。,表面
16、检测磁粉、渗透与涡流,四、磁粉检测的原理,2磁粉检测的特点 （1）磁粉检测只能用于检测铁磁性材料的表面或近表面的缺陷，由于不连续的磁痕堆集于被检表面上，所以能直观地显示出不连续的形状、位置和尺寸，并可大致确定其性质。 （2）磁粉检测的灵敏度可检出的不连续宽度可达到0.1m，综合使用多种磁化方法，几乎不受工件大小和几何形状的影响，能检测出工件各个方向的缺陷。,表面检测磁粉、渗透与涡流,模块二 磁粉检测的设备与材料,一、磁粉检测设备的分类与组成 二、磁粉 三、磁悬液 四、标准试块和试片,表面检测磁粉、渗透与涡流,一、磁粉检测设备的分类与组成,1、磁粉检测设备的分类 （1）固定式磁粉探伤机 这类磁粉探伤机安
