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1、2.2禾U用电、磁和电磁特性的无损检测技术2.2.1 磁粉检测（Magnetic Powder Tesing ）或磁粉检验（Magnetic Particle Inspection）,简称MT铁磁性材料在磁场中被磁化时，材料表面和近表面的缺陷或组织状态变化会使局部导磁率发生变化，亦即磁阻增大，从而使磁路中的磁通 相应发生畸变：一部分磁通直接穿越缺陷，一部分磁通在材料内部绕过 缺陷，还有一部分磁通会离开材料表面，通过空气绕过缺陷再重新进入 材料，因此在材料表面形成了漏磁场（见右图所示）。一般来说，表面裂纹越深，漏磁通越出材料表面的幅度越高，它们之间基本上呈线性关 系。漏磁场的形成在漏磁场处，由于
2、磁力线出入材料表面而在缺陷两侧形成两极（S、N极），若在此表面上喷洒细小的铁磁性粉末时，表面漏磁场处能吸附磁粉形成磁痕，显示出缺陷形状，此即磁粉检测的基本原理。应当明确的是：由于有趋肤效应的存在，铁磁性材料中的磁通基本上集中在材料表面和近表面，因 此磁粉检测技术只适用于检查铁磁性材料的表面和近表面缺陷。就一般情况而言，用交变磁场磁化的磁 通有效透入深度（即检验深度）为 12mm 左右，而直流磁化时则约为 34mm 。磁粉检测的基本工艺程序如下：（1 ）被检工件的表面制备：当被检工件表面粗糙或不清洁时，容易对喷洒 的磁粉产生机械挂附，造成伪显示，干扰检验的正 常进行，因此对进行磁粉检测的工件要求
3、预先进行 清洗，并且要求工件表面光洁度一般应w1.6 m。（2 ）被检工件的磁化（充磁）：被检工件的磁化方式有许多种，按磁场产生方式分类有：a. 直接通电法：使电流直接通过被检工件（全部或局部）以形 成磁场，所形成磁场的方向按电流方向以右手定则 确定。直接通电法包括对工件整体通电（夹头法） 和局部通电（支杆法或称作磁锥法），如右图上面所 示。磁化方式示意图b. 线圈法：将被检工件放入通电线圈中，由线圈产生的磁 场来磁化被检工件，工件内的磁场方向与通电线圈的磁场方向相反。线圈法包括固定线圈法和缠绕电缆 法，如右图中部所示。此外，还有直电缆法，利用直电缆产生的磁场磁化紧邻的工件，如右图下部所示。C
4、.磁轭法（磁铁法）：利用电磁铁或永久磁铁（磁钢）的磁场对被检工件进行整体或局部磁化，如下右图所示。新型的永 久磁铁已经采用了稀土类永磁材料-钕铁硼，它的磁力能达到普通永久磁铁的710倍。d. 感应磁化法：利用磁感应原理，在被检工件上产生感应磁场，或者产生感应电流后再由感应电流 产生磁场。感应磁化法包括穿棒法（利用通电铜棒产生的磁场磁化套在铜棒上的环形工件）和变压器法（利用初级线圈产生的磁通经过作为次级线圈套在磁路上的环形工件产生感应电流，进而产生磁场用于 检测），如下面的示意图所示。实际上前面所述的线圈法也属于磁感应法。e. 复合磁化法：在磁粉检测中，只有缺陷的 取向与磁力线方向垂直或者存在
5、较大的夹角时，才能有利地形成 漏磁场，能够有效地吸附磁粉形 成磁痕而被发现，上面所述的单 一的磁化方法只适合检查某个方 向的缺陷，为了检查出可能存在 的各种方向的缺陷，因此往往要 采取多次不同的磁化方式，使得 检查程序繁琐，检测效率不高。 新发展起来的复合磁化法则是希 望在检查过程中可以同时检查不 同取向的缺陷，保障检测的可靠、一磁轭法磁化示意图 性并大大提高检测效率。复合磁化法是利用直接对被检工件通 电和线圈磁化同时进行来实现对被检工件 的综合磁化（见下面图左所示），或者利用 交叉磁轭同时通入有一定相位角差异（例如常用120 ）的交流电，产生的是旋转磁场 （在被检工件上得到近似圆形的平面磁
6、场），或者采用直流磁轭+交流支杆磁化， 形成复合磁场，如下图所示。感应磁化法示意图根据用于磁化的电流类型，可以分类为：a. 直流磁化：采用直流（恒定电流）或经全波整流的脉动直流作为磁化电源，其优点是能够获得较大的检验深度（据资料介绍甚至可以达到68mm 的检查深度），复合磁化法示意图但是给检验后的工件退磁带来一定困难（目前常需要使用低频直流退磁），而且磁化设备较复杂和价格比较昂贵。b. 交流磁化：以工频交变电流作为磁化电流，由于电流的波动特性带来的振动作用，能促使磁粉在被检工件表面跳动集聚，因此磁痕形成速度较直流磁化的情况要快，并且退磁容易，但是其缺点是检验深度较小（一 般的有效检验深度在 0
7、.51mm 范围）。特别是用交流电作剩磁法检验时，还必须注意控制断电相位，防 止在电流正负换向经过零位时断电，这将会导致被检工件未能充上磁而造成漏检。c. 半波整流磁化：将工频交流电经过半波整流后作为磁化电流，综合了直流磁化与交流磁化的优点（检验深度一般可达到约24mm ，同样能促使磁粉在被检工件表面跳动集聚，因此磁痕形成速度较快，而且退磁也比较容易）又避免了各自的缺点，但是由于同样存在电流从零到峰值的波动变化，因此仍必须注意控制断电相位， 此外对磁化设备要求较高，价格也是比较昂贵的。根据磁粉检验的方法不同（即喷洒磁粉和观察评定的时机不同），可以分类为：a. 外加法（连续法）：在对被检工件充磁
8、（磁化电流不断开）的同时喷洒磁粉（磁悬液）并进行观察 评定。这种方法的优点是能以较低的磁化电流达到较高的检测灵敏度，特别是适用于矫顽力低、剩磁小 的材料（例如低碳钢），缺点是操作不便、检验效率低。b. 剩磁法：利用被检工件充磁后的剩磁进行检验，即可以对工件充磁后，断开磁化电流后再喷洒磁 粉（磁悬液）和进行观察评定。这种方法的优点是操作简便、检验效率高，缺点是需要较大的充磁电流（约为外加法所用磁化电流的三倍），要求被检工件材料具有较高的矫顽力和剩磁（以保证充磁后的剩磁能满足检验灵敏度的需要），并且在使用交流电或半波整流作为磁化电流时，必须注意控制断电相位。工件磁粉检验的灵敏度除了与工件自身条件（
9、铁磁特性、几何形状、表面光洁度等）有关外，最重 要的就是磁化规范的参数选择，即直接通电法时的磁化电流（种类、大小），或者线圈法时的磁势（以磁化安匝数表示，即磁化电流与线圈匝数的乘积），或者磁轭的提升力等等，这些参数将直接影响被检工件上磁化强度的大小，亦即直接影响漏磁场的大小。因此，为了正确确定工件的磁化规范，往往要采用特 斯拉计（高斯计）或磁场指示器，或者简易试片（灵敏度试片），或者灵敏度试块等等来检查、验证工件上的磁化强度是否适合。（3 ）施加磁性介质：工件被磁化后应施加磁性介质以检测漏磁场的是否存在，根据被施加的磁性介质的状态，可以分类 为：干粉法-直接将干燥的磁粉喷撒在被磁化工件的表面，
10、这种方法多用于工程现场或大型工件（例如铁 路机车的连杆、车轴等）的磁粉检验，但其检验灵敏度相对于湿法是较低的。湿法-以水为载体，加入适量的磁粉和适当的添加剂（消泡剂、防腐蚀剂、润湿剂等），搅拌均匀后即成为水磁悬液。或者用变压器油 +煤油，或者无味煤油等作为载体，加入适量的磁粉并搅拌均匀，即成 为油磁悬液。水磁悬液和油磁悬液就是湿法磁粉检验中使用的磁性介质。在磁粉检验中，可以把磁悬液 利用喷洒工具（喷嘴、喷壶等）喷洒或浇洒在被磁化的工件上，或者将被磁化的工件浸没在磁悬液中再 提出（剩磁法），磁悬液中的磁粉随载体在工件上流动，遇到存在漏磁场处将被吸附形成磁痕而被观察到。在湿法检验中，水磁悬液相比油
11、磁悬液有较高的灵敏度，但是容易导致工件发生锈蚀。此外，还可以采用静电喷涂法施加干的或湿的磁介质（磁粉）。磁粉的功用是作为显示介质，其种类包括有：a. 黑磁粉-成分为四氧化三铁（Fe3O4）,呈黑色粉末状，适用于背景为浅色或光亮的工件。b. 红磁粉-成分为三氧化二铁（Fe2O3），呈铁红色粉末状，适用于背景较暗的工件。c. 荧光磁粉-在四氧化三铁磁粉颗粒外裹有荧光物质，在紫外线辐照下能发出黄绿色荧光，适用于背景较深暗的工件，特别是由于人眼色敏特性的原因，使得以荧光磁粉作磁介质的磁粉检验较之其他磁粉具有更高的灵敏度。d. 白磁粉-在四氧化三铁磁粉颗粒外裹有白色物质，适用于背景较深暗的工件。为了便于
12、现场检验的使用，目前商品化的磁介质种类很多，除了有黑、红、白磁粉，荧光磁粉，还 有球形磁粉（空心、彩色，用于干粉法），还有事先配置好的磁膏、浓缩磁悬液，还有磁悬液喷罐等等，以及为了提高背景深暗或者表面粗糙工件的可检验性而提供的表面增白剂（反差增强剂）等。为了保证磁粉检验结果的可靠性，对磁粉（包括磁性、粒度、形状）以及磁悬液的浓度、均匀性、 悬浮性等均需要经过校验合格后才能使用，并且在使用过程中也需要定期校验，此外对于观察评定时环 境的白光照度，或者荧光磁粉检验时使用的紫外线灯的紫外线强度等等，也是属于校验的项目，以求保 证检验质量。（4）观察评定：不同类型的缺陷会显示出不同形态的磁痕，结合对被
13、检工件的材料特性、加工工艺、使用情况等方 面的了解，是比较容易根据磁痕的显示判断出缺陷的性质的，但是对于缺陷深度的评定则还是比较困难 的。（5）退磁：如果在经过磁粉检验后还要进行温度超过居里点的热处理或者热加工，这样的工件可以不必进行退 磁处理。一般的工件在经过磁粉检验后均应进行退磁处理，以防止残留磁性在工件的后续加工或使用中 产生不利的影响。退磁的方法主要是采用交流线圈通电的远离法，或者不断变换线圈中直流电正负方向 并逐步减弱电流大小至零的退磁等，退磁程度的检验则通常使用如磁强计等袖珍型测磁仪器来检查。磁粉检验是一项发展历史较长、比较成熟的无损检测方法，并且已经有着广泛的应用，其优点是检 测
14、结果直观、操作简便、检测成本低，而且检测效率高。其缺点是无法确知缺陷的深度和只适合检查铁 磁性材料的表面和近表面缺陷，另外其观察评定必须由检测人员的眼睛观察，难以实现真正的自动化检 测，检测结果还只能通过照相或贴膜等方式处理。2.2.2 漏磁检测（Leakage Mag naflux Testi ng）漏磁检测的基本原理与磁粉检验相同，都是利用铁磁性材料被磁化时，在表面或近表面的缺陷处能 产生漏磁场的现象，但是漏磁检测是直接使用特殊的测磁装置探查并记录漏磁通的存在来达到检测目的。根据探查漏磁通的方法和记录方式的不同，主要有以下几种类型：（1 ）录磁探伤（磁带记录法）：利用磁带覆盖在被磁化的工件
15、上，直接记录漏磁通，然后将磁带通过磁带检测装置转换成电信号输 出，指示缺陷的存在。（2）检测线圈法：用检测线圈在被磁化的工件上移动扫查，工件表面的漏磁场能在检测线圈中产生感应电势而直接以 电信号输出指示缺陷的存在。（3）磁敏元件法：禾U用如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏电阻等磁敏元件在被磁化的工件上移动扫查，探测到的漏磁通 将转换成电信号输出指示缺陷的存在。（4）磁通量闸门法：主要用于对直流磁化的工件探测直流漏磁通并转换成电信号输出指示缺陷的存在。漏磁检测技术主要以自动化检测为目的，不仅能检出缺陷的存在，而且能根据检测到的漏磁通确定 标准缺陷的某些特征尺寸，例如缺陷深度、长度等等。由于实现了自动化检测，实现检测结果的永久性保存， 因此其检测结果可以不受检测人员技术水平、视力等主观因素的影响，并且大大减轻了劳动强度，改善 了工作环境（如避免了磁介质、磁悬液等造成的环境污染）。缺点是检测结果的显示不直观，并且检测结果容易受周围环境的电磁干扰（例如电焊机、电磁起重机等产生强电磁场的装置）影响。（如磁粉检验和漏磁检测适用于铁磁性材料制成的棒材、管材、锻件、铸件、焊缝、挤压或轧制件，以 及机械加工零件等的表面与近表面缺陷的检测，例如裂纹、折叠、缝隙、发纹、疏松、夹杂物、局部冷 作硬化等等，特别是对细小紧密的裂纹类缺陷有很好
