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1、磁粉探伤简介及其应用摘 要 磁粉探伤检测是无损检测的常规方法之一，从 19 世纪起就开始在 实际中得到广泛应用。磁粉检测是利用漏磁场吸附磁粉形成磁痕显示进行探伤， 对铁磁性材料的近表面缺陷有较强的检测能力。根据磁化方法等差异，磁粉检测 技术又可分为多种不同形式。随着现代科技的发展，磁粉检测技术在工程实践中 必将发挥更大的作用。本文主要介绍了磁粉探伤的原理，磁粉探伤的方法，磁粉 探伤的工艺，磁粉探伤在焊接件中的应用。关键词 无损检测 磁粉探伤 漏磁场 缺陷 检验一、磁粉探伤的原理和特点 磁粉探伤是通过磁粉在缺陷附近漏磁场中的堆积以检测铁磁性材料表面或近 表面处缺陷的一种无损检测方法。磁粉检测的主
2、要原理是利用铁磁性材料工件被 磁化后，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，在合适的光照下形成目视可见的磁痕， 从而显示出不连续性的位置、大小、形状和严重程度。研究磁粉检测技术，首先要明确它的物理基础。磁粉检测是磁场效应的一种应 用。磁场就是磁体或通电导体周围具有磁力作用的空间。磁场的大小、方向和分 布情况可以用磁力线表示。磁力线是闭合的曲线，在磁体内由 S 极到 N 极，在磁 体外由 N 极穿过空气进入 S 极。磁力线总是由磁阻最小的路径通过。不同的材料 根据其被磁化的难易程度可以分为铁磁质、顺磁质和抗磁质。铁磁性材料如铁、 钴、
3、镍等，在一定磁场强度下，会产生一定的磁力线密度。 磁导率越大，材料越 易被磁化，其呈现的磁性也越强。磁粉检测是利用漏磁场吸附磁粉形成磁痕显示进行探伤。所谓漏磁场，就是铁 磁性材料磁化后，在不连续处或磁路截面变化处，磁感应线离开和进入表面时形 成的磁场。漏磁场形成的原因，是由于空气的磁导率远远小于铁磁性材料的磁导 率。如果在磁化了的工件上存在不连续性或裂纹，则磁感应线优先通过磁导率高 的工件，这就迫使部分磁感应线从缺陷下面绕过，形成磁感应线的压缩。但是， 工件上这部分可容纳的磁感应线数目也是有限的，又由于同性磁感应线相斥，所 以部分磁感应线从不连续中穿过，另一部分磁感应线遵循折射定律几乎垂直从工
4、 件表面进入空气中绕过缺陷又折回工件，形成了漏磁场。漏磁场可分解为水平分 量 Bx 和垂直分量 By ，水平分量与工件表面平行，垂直分量与工件表面垂直。假设 有一矩形缺陷，则在矩形中心漏磁场的水平分量有极大值并左右对称，而垂直分 量为通过中心点的曲线。如果将两个分量合成，就得到了缺陷的漏磁场。漏磁场 对磁粉的吸附可看成是磁极的作用，如果有磁粉在磁极区通过，则将被磁化，呈 现出 N 极和 S 极，并沿着磁感应线排列起来。当磁粉的两极和漏磁场的两极相互 作用时，磁粉就会被吸附并加速移动到缺陷上去。漏磁场的磁力作用在磁粉微粒 上，其方向指向磁感应线最大密度区，即指向缺陷处。由于漏磁场的宽度要比缺 陷
5、实际的宽度大数倍至数十倍，所以磁痕对缺陷宽度具有放大的作用，可以将目 视不可见的缺陷转变为目视可见的磁痕使之容易观察出来。磁粉探伤的基本原理：将待测物体置于强磁场中或通以大电流使之磁化，若 物体表面或表面附近有缺陷(裂纹、折叠、夹杂物等)存在，由于它们是非铁磁 性的，对磁力线通过的阻力很大，磁力线在这些缺陷附近会产生漏磁。当将导磁 性良好的磁粉(通常为磁性氧化铁粉)施加在物体上时，缺陷附近的漏磁场就会 吸住磁粉，堆集形成可见的磁粉迹痕，从而把缺陷显示出来，如图 1 所示。(a) (b)图 1 磁粉探伤原理示意图(a) 表面缺陷 (b) 近表面缺陷磁粉探伤的用途：在工业中，磁粉探伤可用来作最后的
6、成品检验，以保证工件在经过各道加工工序(如焊接、金属热处理、磨削)后，在表面上不产生有害的缺陷。它也能用于半成品和原材料如棒材、钢坯、锻件、铸件等的检验，以发现原来就存在的表面缺陷。铁道、航空等运输部门、冶炼、化工、动力和各种机械制造厂等，在设备定期检修时对重要的钢制零部件也常采用磁粉探伤，以发现 使用中所产生的疲劳裂纹等缺陷，防止设备在继续使用中发生灾害性事故。磁粉探伤的特点：磁粉探伤对钢铁材料或工件表面裂纹等缺陷的检验非常有 效;设备和操作均较简单 ;检验速度快，便于在现场对大型设备和工件进行探伤； 检验费用也较低。但它仅适用于铁磁性材料；仅能显出缺陷的长度和形状，而难 以确定其深度；对剩
7、磁有影响的一些工件，经磁粉探伤后还需要退磁和清洗。二、磁粉探伤的磁化1、磁化方法磁粉探伤必须在被检工件内或在其周围建立一个磁场，磁场建立的过程就是工件的磁化过程。根据建立磁场的方向不同，磁化方法可作如下 分类：（1）周向磁化 给工件直接通电，或者使电流流过贯穿工件中心孔的导体， 在工件中建立一个环绕工件并且与工件轴线垂直的闭合磁场。周向磁化用于发现 与工件轴线（或电流方向）平行的缺陷。中心导 体感应 磁化;去周向磁化方法2）纵向磁化电流通过环绕工件的线圈，使工件中的磁力线平行于线圈的 轴线。纵向磁化用于发现与工件轴线相垂直的缺陷。利用电磁轭磁化使磁力线平 行于工件纵轴亦属于与这一类。3）复合此
8、线 将周向磁化和纵向磁化同时作用与工件上，使工件得到由两 个互相垂直的磁力线的作用而产生的合成磁场，其指向构成扇形磁化场。（4） 旋转磁化 将绕有激磁线圈的二线磁铁交叉放置，各通以不同相位的 交流电，产生圆形或椭圆形磁场（既合成磁场的方向作圆形旋转运动） 。旋转磁化 能发现沿任意方向分布的缺陷。2、磁化磁场的方向与磁场强度当磁化磁场的磁力线与缺陷断面垂直时，能在缺陷处获得最大的漏磁场。在焊缝磁粉探伤中，为得到较高的探测灵敏度，通 常在被探件上至少使用两个近似相互垂直方向的磁化（包括使用旋转磁化的情 况）。为了保证探伤结果的准确性，磁化磁场必须有足够的强度，而且必须控制在 适当的范围内（通常在
9、25% ）。由于影响磁场的因素众多，很难建立严格的磁场 强度规则，且使用规范有相应标准或技术条件列出。对于新产品，应使用已知缺 陷的工件进行试验来确定磁场强度。三、磁粉探伤的工艺 根据被探件的材料、形状、尺寸及需检查缺陷的性质、部位、方向和形状等 的不同，所采用的磁粉探伤方法也不尽相同，但其探伤步骤大体如下：1、探伤前的准备 校验探伤设备的灵敏度，除去被探伤件表面的油污、铁 锈、氧化皮等。2、磁化（1）确定探伤方法 对高碳钢或经热处理（淬火、回火、渗碳、渗氮）的 结构钢零件用剩磁法探伤；对低碳钢、软钢用连续法。（2）确定磁化方法。（ 3）确定磁化电流种类一般直流电结合干磁粉、交流电结合湿磁粉效
10、果较好。（ 4）确定磁化方向 应尽可能使磁场方向与缺陷分布方向垂直。（5）确定磁化电流 磁化电流的选择是影响磁粉检验灵敏度的关键因素。 磁化电流的大小一般是根据磁化方式再由相应的标准或技术文件中给出。（ 6）确定磁化的通电时间采用连续法时，应在施加磁粉工作结束后在切断磁化电流。一般是在磁悬液停止流动后必须再通几次电，每次时间为 0.52s 。 采用剩磁法时，通电时间一般为 0.21s 。3、喷洒磁粉或磁悬液采用干法检验时，应使干磁粉喷成雾状；湿法检验时，磁悬液需经过充分的搅拌，然后进行喷洒。4、对磁痕进行观察及评定用于非荧光法检验的白色光强度应保证试件表面有足够的亮度。若发现有裂纹、成排气孔或
11、超标的线形或圆形显示，均判定为 不合格。5、退磁 当工件进行两个以上方向的磁化后，若后道工序不能克服前道工 序剩磁影响时，应进行退磁处理。6、清洗、干燥、防锈7、结果记录四、磁粉检测的主要优点能直观的显示缺陷的位置、形状、大小，并可大致确定缺陷的性质；检测灵敏度较高，目前可检测出的最小缺陷宽度约为0.1微米；几乎不受试件大小和形状的限制；检测速度快；检测工艺简单；检测费用低。五、磁粉检测的局限性只能检测铁磁性材料，不能检测非铁磁性材料（如铜、铝等有色金属，奥 氏体不锈钢，非金属）；只能检测表面或接近表面缺陷，可探测的缺陷深度一般 在1-2毫米以内；对缺陷取向有一定的限制，一般要求磁化场的方向与
12、缺陷主 平面的夹角大于 20； 对试件表面的质量要求较高； 深度方向的缺陷定量与 定位困难。目前，磁粉检测主要应用于金属铸件、锻件和焊缝的检测。六、磁粉探伤在焊接件中的应用 目前，焊接技术在冶金、机械、石油和化工等部门中的应用已经相当普遍。随着工业技术的发展，高强度焊接结构的应用日趋广泛。高强钢在焊接时产生缺 陷的倾向比普通焊接结构钢要大。因此随着高强钢的应用对探伤技术也就提出了 更高的要求。裂纹尤其是表层裂纹在焊接结构中，特别是在承受疲劳应力作用的焊接结构 中，是一种危害极大的缺陷，为保证焊接结构安全运行，就必须加强焊接件的检 验，发现裂纹并及时排除。磁粉探伤是检验钢制焊接结构表层缺陷的最佳
13、方法，具有设备简单、灵敏可 靠、探伤速度快和成本低等特点。（一）焊接件探伤的内容与范围1 、坡口探伤 坡口可能出现的缺陷有分层和裂纹，前者是轧制缺陷，它平行于钢板表面， 一般分布在板厚中心附近。裂纹有两种，一种是沿分层端部开裂的裂纹，方向大 多平行于板面；另一种是火焰切割裂纹。坡口探伤的范围是坡口和钝边。2、焊接过程中的探伤（1）层间探伤 某些焊接性能差的钢种要求每焊一层检验一次，发现裂纹及 时处理，确认无缺陷后再继续施焊。另一种情况是特厚板焊接，在检验内部缺陷 有困难时，可以每焊一层用磁粉探伤检验一次。探伤范围是焊缝金属及邻近坡口。（2）电弧气刨面的探伤 目的是检验电弧气刨造成的表面增碳导致
14、产生的 裂纹。探伤范围应包括电弧气刨面和临近的坡口。3、焊缝探伤焊缝探伤的目的主要是检验焊接裂纹。探伤范围应包括焊缝金属及母材的热 影响区，热影响区的宽度大约为焊缝宽度的一半。因此，要求探伤的宽度应为两 倍焊缝宽度。4、机械损伤部位的探伤在组装过程做，往往需要在焊接部件的某些位置焊上临时性的吊耳和卡具， 施焊完毕后要割掉，在这些部位有可能产生裂纹，需要探伤。这种损伤部位的面 积不大，一般从几平方厘米到十几平方厘米。（二）探伤方法选择用于焊缝探伤的磁化方法有多种，各有特点。要根据焊接件的结构形状、尺 寸、检测的内容和范围等具体情况加以选择。1、磁轭法磁轭法是指便携式交流电磁铁。其特点是设备简单、
15、操作方便。但是磁轭只 能单方向磁化在，因此，为了检出各个方向的缺陷，必须在同一部位至少作两次 互相垂直的探伤，而且应将焊缝划分为若干个受检段，做出标记，每个受检段的 长度应比两级之间的距离小 1020 毫米，电磁轭之间最佳距离为 100150 毫米2、支杆法支杆法也是单方向磁化的方法。其主要优点是电极间距可以调节，可根据探 伤部位情况及灵敏度要求确定电极间距和电流大小。同一部位至少作两次互相垂 直的探伤。3、交叉磁轭法用交叉磁轭旋转磁化的方法检验焊缝表层裂纹可以得到满意的效果。其主要 优点是灵敏度可靠并且探伤效率高。目前在焊缝探伤中尤其在锅炉压力容器探伤 中应用越来越广。4、线圈法 对于管道圆
16、周焊缝可以用线圈法探伤。方法是在焊缝附近沿圆周方向用电缆 绕 46 匝，对管道进行轴向磁化。这种方法只能发现焊缝和热影响区以纵向为主 的裂纹。（三）焊接件探伤实例1、坡口探伤 使用交叉磁轭检验坡口缺陷是利用交叉磁轭外侧的磁化场磁化坡口，操作方 法是把交叉磁轭置于靠近坡口的钢板面上，沿坡口方向连续行走探伤。为检验探 伤灵敏度，可在远离交叉磁轭一侧的坡口边上贴试片进行试验。一般情况下，在检验板厚不大于 50mm 钢板坡口时可达 30/100 A 型试片的探 伤灵敏度。对于更硬的钢板经试验达不到灵敏度要求时，可在坡口两侧各进行一 次探伤。2、电弧气刨面的探伤 探伤时，把交叉磁轭跨在电弧气刨沟槽中间，沿沟槽方向连续行走。
