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1、1/381 1 磁粉检测概述磁粉检测概述磁现象的发现比电现象更早。17 世纪法国著名物理学家对磁力作了定量研究。19 世纪初期，丹麦科学家奥斯特发现了电流周围也存在着磁场。生长于英国的法拉第首创了磁力线的概念。1934 年生产磁粉探伤设备和材料的 Magnaflux（美国磁通公司）成立，第一台实验性的固定磁粉探伤装置问世。1935 年，油磁悬液在美国开始使用。1941 年，荧光磁粉投入使用。磁粉检测技术早期被用于航空、航海、汽车及铁路部门，用来检测发动机、车轮轴和其它高应力部件的疲劳裂纹。而随着工业发展和科学技术进步，磁粉检测技术发展很快，在航空、兵器、船舶、火车、汽车、石油、化工、锅炉压力容
2、器、压力管道和特种设备上都得到广泛应用。目前，磁粉检测设备从固定式移动式到便携式，从半自动、全自动到专用设备，从单向磁化到多向磁化，设备已系列化和商品化。而晶闸管等电子元件在磁粉检测设备的应用，使设备小型化并实现了无级调节。电脑编程的应用使磁粉检测设备智能化。而运用电视光电探测器荧光磁粉扫查和激光飞点扫描系统，实现了磁粉检测观察的自动化，并将检测到的信息在微机或其它电子装置中进行处理，鉴别可剔除的不连续性，并进行自动标记和分选，大大提高了检测的灵敏度和可靠性。2 2 磁性检测方法及分类磁性检测方法及分类磁性检测是利用铁磁性材料表面与近表面缺陷会引起导磁率发生变化， 在磁化时将在表面上产生漏磁场
3、，并采用磁粉、磁带或其他磁场测量方式来记录与显示缺陷的一种方法。目前，磁性检测的主要方法是磁粉检测，近来也发展了一些其他类型的磁性检测方法见表1。表表 1 1 磁性检测方法的分类磁性检测方法的分类方 法 类 型磁粉显示磁场原理利用交流、直流或脉动电流磁化焊缝，采用干磁粉、磁悬液或荧光粉磁悬液显示缺陷采用磁带紧贴于焊缝表面， 记录下缺陷引起的漏适 用 范 围各种焊缝的表面与近表面缺陷，例如核设施、石油化工设备、造船、车辆、钢结构等无法涂敷磁粉与观察的工件和自动磁性探伤的磁带录取磁场霍尔元件测漏磁场线圈测量交流电磁场磁信号， 再用探测头提取和显示磁带上的缺陷信号场合，例如锅炉管间焊缝等利用霍尔元件
4、的输出电压比例于漏磁场的磁感应 B 来测量缺陷引起的漏磁，显示缺陷首先利用高频交流线圈在焊缝表面以上空间激发起均匀电磁场， 采用交叉测量线圈检测裂纹引起的磁场变形为显示缺陷无法施加磁粉并无法放置磁带的场合，例如管道内壁的检查等探头距焊缝表面的间隙可达 510 ，减少表面清理要求，并能测量裂纹长度与深度。特别适用于水下钢结构的检验3 3 磁粉检测物理基础磁粉检测物理基础电磁学研究电磁场的规律以及物质的电学和磁学性质，是许多物理理论和应用科学的基础，也是磁粉检测的物理基础。3.13.1 磁学基本概念磁学基本概念磁铁能够吸引铁磁性材料的性质称为磁性。凡能够吸引其它铁磁性材料的物体称为磁体，磁体是能够
5、建立外加磁场的物体。磁体分为永磁体是不需要力维持其磁场的磁体；电磁体是需要电源维持其磁场的磁体；超导磁体是用超导材料制成的磁体。2/38磁铁各部分的磁性强弱不同，磁铁两端磁力线密度大、磁性特别强、吸附磁粉特别多被称为磁极，磁极分为北极（N 极）和南极（S 极） 。如图 4。磁极相近时存在排斥或吸引现象。同极相斥，异极相吸。磁极间相互排斥或吸引的力称为磁力。磁体或通电导体的的周围，存在着磁力作用空间，称为磁场，它是一种特殊的物质。磁场具有大小和方向。一般用磁力线、磁感应线、磁场强度、磁感应强度和磁通量来表示磁场的方向和大小。磁力线和磁感应线是为了形象描述磁场，在磁场中画出的许多曲线，曲线上每点的
6、切线方向和该点的磁场方向一致。在真空中称为磁力线，而在磁介质中称为磁感应线，如图5 和 6 所示。磁力线特点：磁力线特点：1 1）具有方向性的闭合曲线。在磁体外部，由）具有方向性的闭合曲线。在磁体外部，由N N 极出发而止于极出发而止于 S S 极，在磁体内部，由极，在磁体内部，由S S 极至极至N N 极。极。2 2）互不相交，且连续不中断。）互不相交，且连续不中断。3 3）沿磁阻最小的路径通过。）沿磁阻最小的路径通过。4 4）可描述磁场的大小和方向。）可描述磁场的大小和方向。图图 4 4 条形磁铁周围的磁场条形磁铁周围的磁场图图 5 5 条形磁铁的磁力线分布（图解）条形磁铁的磁力线分布（图
7、解）图图 6 6 马蹄形磁铁平放马蹄形磁铁平放( (左左) )和竖放时的磁力线分布（图解）和竖放时的磁力线分布（图解）在我们的生活中存在许多磁场，它们基本上分为二类：永久磁体磁场和电流磁场。图图 7 7 永久磁铁永久磁铁图图 8 8 电磁轭电磁轭永久磁体是指能够长久保持磁性的物体，比如地球和天然磁铁及永久磁铁等。在这些永久磁体周围存在一个磁场即永久磁体磁场。电流磁场是指在运动电荷周围存在的磁场。实验表明，磁场的方向随导体中电流方向的变化而变化，其关系用右手定则来确定：用右手握住导体，用右手握住导体，拇指指向电流方向，其余卷曲的四指的指向就是磁场的方向。拇指指向电流方向，其余卷曲的四指的指向就是
8、磁场的方向。3/38图图 9 9 通电直导体右手定则通电直导体右手定则图图 1010 通电线圈的磁力线分布状态（图解）通电线圈的磁力线分布状态（图解）3.23.2 物质中的磁场物质中的磁场磁畴是铁磁质中存在的自发微小磁化区域。铁磁质磁化的实质是材料中的磁畴在外加磁场的作用下，取向根据外加磁场的方向由不规则排列到定向排列，由不显磁性到显示磁性的过程。高温情况下，磁体中分子热运动会破坏磁畴的有规则排列，从而导致磁体磁性受到削弱。当超过一定温度，磁体的磁性就会全部消失而呈现顺磁性，那么此时的温度叫居里点。实际生产中，我们可利用居里点来进行退磁处理。图图 1111 施加外加磁场前磁畴状态施加外加磁场前
9、磁畴状态图图 1212 施加外加磁场后磁畴状态施加外加磁场后磁畴状态表表 4 4 不同材料的居里点不同材料的居里点材料名称铁钴镍符号FeCoNi居里点/7681150365在自然界中凡是影响磁场的物质统称为磁介质。磁介质在外加磁场作用下显现磁性的现象，称为磁化。材料被磁化的难易程度可用磁导率 来表示。磁导率越大，材料越易被磁化，其呈现的磁性也越强。根据不同的磁化程度，磁介质分为抗磁质、顺磁质、铁磁质。磁介质分为抗磁质、顺磁质、铁磁质。抗磁质：在外加磁场中呈极微弱磁性，且产生与外加磁场反方向的附加磁场，也叫逆磁性材料，其相对磁导率r1。如金、银、铜等。顺磁质：在外加磁场中呈很弱磁性，且产生与外加
10、磁场同方向的附加磁场，其相对磁导率 r1，且为常数。如铝、铬、锰等。铁磁质：在外加磁场中极易被磁化，且产生与外加磁场同方向的附加磁场，其相对磁导率 r1。如铁、镍、钴及其合金等。4/38表表 5 5 不同材料的相对磁导率不同材料的相对磁导率材料名称空气铝硬橡胶奥氏体钢（不含 铁素体）奥氏体钢（含 5% 铁素体）铜铅玻璃工业纯铁铸铁铁钴合金铁镍合金相对磁导率r1.00000361.0000211.000014约 1.0011.1约 1.30.9999930.9998470.99999500035014002000600015000300000只有铁磁性材料适合磁粉检测，而顺磁性材料和抗磁性材料都
11、为非磁性材料。只有铁磁性材料适合磁粉检测，而顺磁性材料和抗磁性材料都为非磁性材料。铁磁性材料的磁化行为可用磁化曲线来描述，一般如下图。随着磁感应强度B 由 0 增加到饱和点 a，磁场强度 H 再增加磁感应强度 B 将不再增加，0-a 这段曲线为初始磁化曲线。当a 点开始逐渐减小励磁电流时，则磁场强度 H 减小，磁感应强度 B 也相应减小，但并不沿 0-a 曲线下降，而是沿 a-b 曲线下降。当 H=0 时，则 B0 而是 B=Br，Br就被称为剩余磁感应强度，简称剩磁。为使磁感应强度B 降为 0，必须施加一个反向磁场强度 Hc，则 Hc就被称为矫顽力。当反向磁场强度 H 继续增加，则磁感应强度
12、 B 就沿反方向到达磁饱和点 d。当磁场沿 c-d-e-f-a 回到 a点，就形成一个 a-b-c-d-e-f-a 的封闭曲线，即材料内的磁感应中强度 B 是按照一条对称于坐标原点的闭合曲线变化的，该曲线被称为磁滞曲线。铁磁性材料在减小H 时的磁化曲线，并不与增加 H 时的磁化曲线相重叠的现象为磁滞现象。图图 1313 磁滞回线（图解）磁滞回线（图解）根据上面所述，我们可以知道铁磁性材料具有以下特性：1）高导磁性：能在外加磁场作用下强烈磁化，从而产生非常强的附加磁场，它的磁导率很高，相对磁导率可达数百，甚至数千。2）磁饱和性：铁磁性材料由于磁化所产生的附加磁场，不会随外加磁场的增加而无限制增大
13、，当外加磁5/38场达到一定程度后，材料的全部磁畴方向都已与外加磁场的方向相一致， 此时磁感应强度 B 就不再继续增大，从而呈现磁饱和。3）磁滞性：当外加磁场的方向发生变化时，磁感应强度的变化总是滞后于磁场强度的变化。当磁场强度减小到零时，铁磁性材料在磁化时所获得的磁性并不会完全消失，而是保留了一定的剩磁。铁磁性材料根据其不同的剩磁和矫顽力，又分成硬磁材料和软磁材料。铁磁性材料根据其不同的剩磁和矫顽力，又分成硬磁材料和软磁材料。硬磁材料：当 HC8000A/m（100 Oe） ，则是典型的硬磁材料，其特征为磁导率较低、磁阻较高、剩磁较高、矫顽力较大、磁滞回线粗大的铁磁性材料。当如非奥氏体合金钢
14、、高碳钢、铬钢、钴钢及淬火的中碳钢等。软磁材料：当 HC400A/m（5 Oe） ，则是典型的软磁材料，其特征为磁导率较高、磁阻较低、剩磁较低、矫顽力较小、磁滞回线狭窄的铁磁性材料。如工业纯铁、低碳钢等。表表 6 6 常用磁学量概念与换算关系常用磁学量概念与换算关系量的名称符号SI单位制韦伯Wb特斯拉T安培/米A/m享利/米H/m享利/米0CGS单位制麦克斯韦Mx高斯Gs奥斯特Oe高斯/奥斯特Gs/Oe/换算关系8定 义垂直穿过某一截面的磁力线条数垂直穿过单位面积上的磁通公 式磁通量1Wb=10 Mx BSB SB磁感应强度磁通密度B1T=10 Gs-34量（或磁力线条数）B H 0r1A/m
15、=4 10 Oe0.0125 Oe/-7磁场强度H表示磁场大小和方向的物理量磁介质导磁能力的大小H 磁导率真空磁导磁率相对磁导磁率0rH/m/10=4 10 H/m真空中磁导磁率是一个不变的恒定值任一材料的磁导磁率和真空磁导磁率的比值0rr/r0表表 7 7 常用磁学公式常用磁学公式数学表达式磁场强度SI 单位制（r 和 R 为 m）通电长直导体磁场强度 HCGS 单位制（r 和 R 为 cm）H H H I2rIr2R2NIL2 D2H H H 0.2Ir0.2IrR2通电长直导体内部磁场强度 H通电线圈中心的磁场强度 HNIcosLNINIcos2280L80 L D通电螺线环的磁场强度
16、HH NI2RH 0.2NIR例例 4 4：有一圆柱直导体，其直径为20mm，通以 100A 直流电，求距导体中心5mm、10 mm、20 mm 处的磁场强度为多少？6/38解：（1）r=5mm0.005mR=20mm/2=10mm=0.01mH （2）r=10mm0.01m=R=20mm/2=10mm=0.01mIr1000.005 796A/m10Oe222R23.140.01H I1001592A/m 20Oe2r23.140.01I100796A/m10Oe2r23.140.02（3）r=20mm0.02mR=20mm/2=10mm=0.01mH 例例 5 5：有一有限螺线管长 500
17、mm，内径为 100mm，匝数为 100 匝，通过 1A 电流，求螺线管中心处的磁场强度为多少？解：H NIL D2210010.5 0.122196A/m 2.45Oe例例 6 6：有一环形件，外径为 400mm，其内径为 300mm，共缠绕通电电缆 40 匝，当通以 50A 电流时，沿环形件圆周方向上的磁感应强度为多少？解：R 根据以上公式计算可知，当采用交流电和直流电对同一钢棒进行磁化时，其磁场强度的分布如图14，其共同特点是：1） 在被磁化的钢棒中心位置，其磁场强度为零；2） 在被磁化的钢棒表面，其磁场强度最大；3） 在被磁化的钢棒表面以外，其磁场强度随着距离的增加而下降。而不同点是：
18、当采用直流电磁化时，磁场强度从钢棒的中心开始，一直到钢棒的表面，磁场强度呈直线上升到最大值；当采用交流电磁化时，由于交流电本身具有趋肤效应，只有在钢棒的近表面才开始具有磁场强度，并呈缓慢上升状态，而在接近钢棒表面时，磁场强度开始迅速上升，并达到最大值。当采用交流电和直流电对同一钢棒进行磁化时，其磁感应强度的分布如图15，与磁场强度分布的不同之处是：1） 由于钢棒的磁导率高，根据公式B H，可以算得钢棒内的磁感应强度远大于磁场强度；2） 由于空气中的磁导率近似于1， 根据公式B H， 可以算得钢棒外的磁感应强度也近似等于磁场强度。4003003003500.35m2NI4050H 910A/m1
19、1Oe2r23.140.35图图 1414 钢棒通交流和直流电磁化时钢棒通交流和直流电磁化时图图 1515 钢棒通交流和直流电磁化时钢棒通交流和直流电磁化时的磁场强度分布的磁场强度分布的磁感应强度分布的磁感应强度分布当采用交流电和直流电磁化同一钢管时，其磁场强度和磁感应强度的分布与钢棒的相同，唯一区别是由钢管内壁开始上升，而不是从钢管中心，图16 是采用直流电磁化钢管时磁场强度和磁感应强度的分布。7/38图图 1616 钢管通直流电磁化时钢管通直流电磁化时的磁场强度和磁感应强度分布的磁场强度和磁感应强度分布当采用直流电中心导体法磁化同一钢管时，其磁场强度和磁感应强度的分布如图17，根据公式 H
20、=I/(2r)可算得，钢管内壁的磁场强度和磁感应强度较外壁要大，因此其内壁的检测灵敏度也比外壁要高。图图 1717 钢管采用直流电中心导体法磁化时钢管采用直流电中心导体法磁化时的磁场强度和磁感应强度分布的磁场强度和磁感应强度分布4 4 磁粉检测原理磁粉检测原理4.14.1 漏磁场的形成漏磁场的形成铁磁质磁化后，在不连续性或截面变化处，磁感应线离开和进入铁磁质表面时形成的磁场叫漏磁场。图图 1919 漏磁场的形成漏磁场的形成4.24.2 漏磁场的影响因素漏磁场的影响因素4.2.14.2.1 外加磁场强度的影响外加磁场强度的影响8/38在一定范围内，外加磁场越大，工件越容易被磁化，磁感应强度也越大
21、，缺陷产生漏磁场越强。一般磁感应强度达到饱和值的 80%左右时，漏磁场会迅速增大。在检测区经过充分磁化，产生足够漏磁的前提下，可发现人肉眼无法识别的1 m 宽缺陷。4.2.24.2.2 缺陷大小、位置和方向的影响缺陷大小、位置和方向的影响当缺陷的深宽比大于 1 时，随着缺陷宽度的增加，所产生的漏磁场增大；当缺陷的深宽比小于1 时，随着缺陷宽度的增加，所产生的漏磁场减小。当缺陷宽度一定时，随着缺陷的深度增加，漏磁场会直线增大。表面缺陷产生的漏磁场最强，随着缺陷与表面的距离的增加，漏磁场逐渐减弱。当缺陷的方向与磁感应线垂直时，所产生的漏磁场最强。磁感应线与缺陷平行时，漏磁场最弱。当夹角为 30时，
22、所产生的漏磁场为最大值的50%。图图 2020 缺陷与磁场方向平行的状态缺陷与磁场方向平行的状态图图 2121 磁场方向和裂纹检出方向磁场方向和裂纹检出方向图图 2222 磁场方向交叉磁场方向交叉 9090时裂纹检出方向时裂纹检出方向4.2.34.2.3 工件表面覆盖层的影响工件表面覆盖层的影响覆盖层实际增大了缺陷到表面的距离，从而降低了缺陷的漏磁场强度。随着覆盖层的增加，漏磁场显著下降。因此应将表面的覆盖层（如漆层）去掉后再进行磁粉检测，以便达到较高的灵敏度，所允许的覆盖层厚度不应超过 50 m（EN1290：2002） 。4.2.44.2.4 工件材料和状态的影响工件材料和状态的影响材料晶
23、粒越大，磁导率越大，矫顽力越小，漏磁场就越小；反之，漏磁场就越大。随着材料含碳量增加，磁导率下降，矫顽力迅速增加，漏磁场就越大。淬火可提高材料的矫顽力和剩磁，使漏磁场增大。但随着回火温度的增加，矫顽力和漏磁场也降低。合金元素的增加，使材料的硬度增大，矫顽力增大，漏磁场也增大。随着冷加工压缩变形率的增加，矫顽力和剩磁增大，漏磁场也增大。4.34.3 磁粉检测原理磁粉检测原理铁磁质工件被磁化后产生磁感应线，当工件表面或近表面存在的缺陷与磁感应线成垂直或近于垂直角度时，磁感应线会在缺陷处溢出，从而产生漏磁场，漏磁场通过吸引施加在此处的磁粉，形成可见的缺陷磁痕，将缺陷的位置、形状和大小显示出来。9/3
24、8图图 2323 磁粉受不同缺陷产生的漏磁场吸引形成的磁痕显示磁粉受不同缺陷产生的漏磁场吸引形成的磁痕显示根据磁粉检测原理,其适用范围为： （1 1）检测表面缺陷；）检测表面缺陷；（2 2）检测近表面缺陷；）检测近表面缺陷；（3 3）检测铁磁性材料（铁、钴、镍）检测铁磁性材料（铁、钴、镍） 。5 5 磁化电流和磁化方法磁化电流和磁化方法5.15.1 磁化电流磁化电流为在工件上产生磁场而采用的电流称为磁化电流。磁粉检测采用的磁化电流有交流电、整流电（包括单磁粉检测采用的磁化电流有交流电、整流电（包括单相半波整流电、单相全波整流电、三相半波整流电和三相全波整流电）相半波整流电、单相全波整流电、三相
25、半波整流电和三相全波整流电） 、直流电和冲击电流七种。、直流电和冲击电流七种。交流电具有趋肤效应，对表面缺陷的检测灵敏度高，易退磁，能实现感应电流法磁化，能实现多向磁化，有利于磁粉迁移，适用于在役工件检测，两次交流电磁化工序间可不退磁。单相半波整流电具有直流的渗透性和交流的脉动性，剩磁稳定，有利于近表面缺陷的检测，能提供较高的灵敏度和对比度，设备结构简单轻便。三相全波整流电具有很大的渗透性和很小的脉动性，剩磁稳定，适用于检测焊接件、带镀层工件、铸钢件和球墨铸铁毛坯的近表面缺陷。直流电具有磁场渗透深度最大，剩磁稳定，适用于镀铬层下的裂纹和闪光电弧焊中近表面裂纹及焊接件根部的未焊透和未熔合的检验.
26、冲击电流一般是由电容器充放电而获得的电流。因通电时间很短，只适用于剩磁法，其优点是探伤机可做得很小，但电流值却很大。5.25.2 磁化方法磁化方法根据工件磁化后的磁场方向，磁化方法分为纵向磁化、周向磁化、复合磁化。根据工件磁化后的磁场方向，磁化方法分为纵向磁化、周向磁化、复合磁化。纵向磁化法是利用通电或通磁来磁化工件，使其产生一个沿工件轴向或长度方向的磁场，用于检测与轴向或长度方向垂直或近于垂直的横向缺陷。如：磁轭法、线圈法、感应电流法。周向磁化法是利用对工件通电，使其产生周向磁化，用于检出与工件轴线平行或近于平行的纵向缺陷。如：通电法、触头法、中心导体法、平行电缆法。10/38图图 2424
27、 触头法的磁力线分布触头法的磁力线分布多向磁化法（复合磁化法）是通过对工件同时进行纵向和周向或多方向磁化， 在工件上产生随时间变化的摆动、螺旋或旋转磁场，可以同时检出各方向的表面和近表面缺陷。如：交叉磁轭法、交叉线圈法。表表 8 8 各种磁化方法的特点与适用范围各种磁化方法的特点与适用范围磁化方法示 意 图特 点 与 适 用 范 围将工件夹于探伤机的两接触板之间，电流从工件上通过，形成周向磁场。可检测可检测通电法与电流方向平行的焊接缺陷与电流方向平行的焊接缺陷工件可一次通电磁化，其长度与所需电流值无关，工艺简单，效率高，检测灵敏度高，但接触不良会产生电弧烧伤在线圈中形成纵向磁场，易发现工件周向
28、缺陷易发现工件周向缺陷。可检测管或管节点与接管角焊缝线圈法上的纵向裂纹采用电缆环绕工件较方便，但在工件端部会出现磁场泄漏使探伤灵敏度下降。故在端部区，最好采用含有“快断电路”的磁化系统，以保持检测灵敏度用支杆触头接触工件表面，电流从支杆导入工件。适于焊缝或大型工件的局部检触头法验。缺点是存在电接触点，易产生火花，烧损工件表面，可检测与触头间连线相平可检测与触头间连线相平行的缺陷行的缺陷通过触头位置的摆放可改变磁场方向，可检测焊缝表面的纵向与横向裂纹由磁轭或永久磁铁将焊缝表面两磁极间的区域磁化，设备轻便，易于携带，既适合于平面焊缝也适合于角焊缝，可检测与磁轭间连线相垂直的缺陷可检测与磁轭间连线相
29、垂直的缺陷磁轭法为检查纵向与横向缺陷，应作两次不同方向磁化，检测速度慢。磁极与工件表面接触不良会影响探伤灵敏度通过磁通变化在工件上所产生的感应电流对工件进行磁化，用于发现与感应电流用于发现与感应电流感应电流法方向平行的缺陷方向平行的缺陷适于检测直径与壁厚之比大于 5 的薄壁环形件、齿轮和不允许产生电弧及烧伤的工件导体穿过并置于空心工件中心，电流通过导体，形成周向磁场，用于检测空心工用于检测空心工中心导体法件的内外表面与电流平行和位于端部径向的缺陷件的内外表面与电流平行和位于端部径向的缺陷适于各种有孔工件，如管子、阀体等工件上同时施加两个或两个以上方向的磁场，其表面的合成磁场方向连续改变。多向磁
30、化法一次可检测出焊缝表面上任意方向的缺陷任意方向的缺陷，检测速度快适于管材、棒材、焊接件及大型铸锻件等在 DIN 54130 标准中对磁化方法及其表述符号作出了相应的规定。表表 9 DIN 541309 DIN 54130 标准中磁化方法的表述符号标准中磁化方法的表述符号磁化方法永久磁轭法电磁轭法线圈法中心导体法触头法感应电流法表述符号JDJELSLKSSSI11/386 6 磁粉检测设备和器材磁粉检测设备和器材6.16.1 磁粉检测设备磁粉检测设备磁粉检测设备一般包括磁粉探伤机和测量设备。磁粉探伤机的种类很多，通常按其使用方法分为固定式、移动式和便携式三类。磁粉探伤机的种类很多，通常按其使用
31、方法分为固定式、移动式和便携式三类。由于磁粉检测中涉及到磁场强度、剩磁大小、白光照度和紫外线辐照强度等的测量，因此还有高斯计、袖珍磁强计、照度计、紫外线辐照计等测量设备。荧光磁粉检测时，需借助紫外线灯进行观察，紫外线灯又称为黑光灯，对于荧光磁粉检测只有波长为320nm400nm 的紫外线才能用检测。一般将紫外线分成如下三种范围：1）波长为 320nm400nm 紫外线称为UV-A，适用于荧光磁粉检测；2）波长为 280nm320nm 紫外线称为 UV-B，具有使皮肤变红的作用，还可引起晒斑和雪盲，不能用于磁粉检测；3）波长为 100nm280nm 紫外线称为 UV-C，具有杀菌作用，能引起猛烈
32、燃烧，还会伤害眼睛，也不能用于磁粉检测。对于紫外线灯应定期检查，以保证其完好无损，且其辐照强度能满足检测要求。检测时应使灯管至少预热 5 分钟，并在被检工件表面测量。表表 1010 常用磁粉检测设备和特点及作用常用磁粉检测设备和特点及作用检测设备设备类型示意图特点和作用固定场所安装使用，尺寸重量大，检测功能全固定式用于需较大磁化电流的可移动的中小焊接工件移动式可进行自由移动，尺寸和重量小于固定式可用于小型焊接件或不易移动的大型工件磁粉探伤机触头型便携式电磁轭型体积小，重量轻，移动方便适用于野外、高空等现场及压力容器的局部焊缝探伤交叉磁轭型利用霍尔效应原理， 采用霍尔元件作探头， 通过对霍尔高斯
33、计电势差的测量， 从而得到工件表面及螺管线圈中的磁感应强度利用力矩原理制成的， 测量工件退磁后的剩磁和工件磁袖珍磁强计化后的磁感应强度的简易测仪器磁强计不能测量强磁场测量设备12/38白光照度计用于测量工件检测区的白光强度用来测量工件检测区的紫外线辐照能量紫外线辐照计UV-A 型紫外线辐照计用于测量波长范围为 320400nm的紫外线6.26.2 磁粉检测器材磁粉检测器材6.2.16.2.1 磁粉磁粉磁粉是磁粉检测中显示缺陷的重要介质，其由铁磁性金属微粒组成。磁粉质量的优劣直接影响磁粉检测结果的准确性和灵敏度。磁粉有各种各样的形状， 如条形、 椭圆形、 球形或其它不规则的颗粒形状。 干粉规格一
34、般为 0.180.09mm，湿粉规格一般为 0.0500.035mm。根据磁痕的观察方式，分为荧光磁粉和非荧光磁粉；根据磁粉的分散剂，分为干法磁粉和湿法磁粉。在紫外线照射下荧光磁粉发现黄绿色荧光，可提高探伤灵敏度。非荧光磁粉主要有黑色、红色、白色、黄色、灰色等多种类型。黑磁粉主要成分为 Fe3O4粉末；红磁粉主要成分为-Fe2O3粉末；白磁粉主要成分为纯铁粉末或黑、红磁粉粘附极薄的白色或银白色物质（如铝或氧化镁）制成粉末。高温磁粉可在 300400的高温下使用，主要以纯铁粉末加铬、铝、硅等成分制成。空心球形磁粉用于干法探伤，其探伤灵敏度较高，分散性和移动性好，但不易被磁化，主要由铁铬铝的复合氧
35、化物制成。条形磁粉易于磁化，但流动性差。因此理想的干粉应由一定比例的条形、球形和其它形状理想的干粉应由一定比例的条形、球形和其它形状磁粉混合而成。磁粉混合而成。荧光磁粉湿法磁粉用水分散剂非荧光磁粉磁粉湿法磁粉用油分散剂图图 2525 磁粉的分类磁粉的分类干法磁粉普通磁粉高温磁粉空心球形磁粉6.2.26.2.2 磁悬液磁悬液将磁粉按一定比例放入油介质或含有添加剂的水中，并使其呈分散悬浮状态的混合液体称为磁悬液。其中油介质或含有添加剂的水叫分散剂（或载液） 。13/38表表 1111 不同分散剂（载液）的性能要求不同分散剂（载液）的性能要求分散剂种类性能要求1）低粘度，在 38时不应超过 510
36、m /s油基载液2）高闪点，最低为 603）如果使用荧光磁粉，要求油的固有荧光低，即不应干扰荧光磁粉的有效性4）不起化学反应，以免减少悬浮的磁粉，并且无臭味1）有良好的湿润性与分散性，并且无泡沫以免干扰磁痕的形成2）无腐蚀性，不应腐蚀被检验的装置水载液3）低粘度，在 38时不应超过 510 m /s4）使用荧光磁粉时，不应有荧光5）呈碱性，但 PH 值不应超过 10.66）无臭味，不起化学反应，不应造成磁悬液变质-62-626.2.36.2.3 反差增强剂反差增强剂在进行磁粉检测时，由于工件表面粗糙不平，或由于磁痕与工件表面颜色对比度很低，会使缺陷难以检出，容易造成漏检。为了提高缺陷磁痕与工件
37、表面颜色的对比度，探伤前，在工件表面上先喷上一层白色薄膜，从而使磁痕显示更清晰。这一层白色薄膜就叫反差增强剂。反差增强剂是氧化锌等白色粉末与易于挥发的有机溶剂等组成的悬浊液。14/386.2.46.2.4 灵敏度试片灵敏度试片磁粉探伤过程中，为了验证磁化方法和规范是否合适及有效检测区是否达到要求，应采用灵敏度试片进行测定。灵敏度试片可以确定磁化规范、磁场方向、有效磁场范围、检查磁粉和磁悬液性能、评价磁粉探伤系统灵敏度、操作水平及探伤结果，但不能定量测定磁场强度及分布。表表 1212 不同试片不同试片( (块块) )的基本参数和主要用途的基本参数和主要用途试片（块）型号示意图人工缺陷基本参数主
38、要 用 途试片厚度：100 mA 型试片人工缺陷槽深：15、30、60 m 三种检查探伤装置、磁粉、磁悬液综合性能及磁场方向、探伤有效范围等直流标准环形试块（B 型）孔径 1.78 的 12 个人工通孔，孔到试块外圆表面距离由 1.78 至21.34 检查直流电或整流电连续法磁化时，探伤装置、磁粉、磁悬液的综合性能与灵敏度磁场指示器8 块饼形低碳钢与铜片焊在一起，饼形碳钢片间隙为人工缺陷仅用于了解工件表面的磁场方向和有效磁化范围MTU3 型表面有许多人工裂纹检查探伤试剂性能7 7 磁粉检测工艺磁粉检测工艺磁粉检测方法根据磁化工件和施加磁粉、磁悬液的时机，分为连续法和剩磁法，连续法可用干法和湿法
39、检测，剩磁法只能用于湿法检测，其操作程序一般包括 预处理、磁化、施加磁粉、磁痕的观察、记录、退磁、预处理、磁化、施加磁粉、磁痕的观察、记录、退磁、后处理后处理等。操作的主要步骤如下：连续法：1）首先对被检工件表面进行预处理； 2）对被检工件进行磁化； 3）在磁化的同时施加磁悬液或磁粉；4）湿法时，先停止施加磁悬液后再停止磁化，然后进行检验观察；干法时，在通电的同时去除多余磁粉，检验观察后再停止磁化。15/38剩磁法：1）首先对被检工件表面进行预处理； 2）对被检工件进行磁化； 3）然后将被检工件浸入搅拌均匀的磁悬液中，在1020s 后取出检验观察；4）检验完成前，被检工件不能与任何铁磁性材料接
40、触，以免产生磁写。浇磁悬液连续法连续法预处理磁化检验退磁后处理剩磁法剩磁法预处理磁化施加磁悬液图图 2626 磁粉检测的一般操作程序磁粉检测的一般操作程序表表 1313 磁粉检测程序的工艺要点磁粉检测程序的工艺要点程序工艺要点清理焊缝及附近母材，如去除焊缝表面污垢、焊接飞溅物、松散的铁锈与氧化皮、厚度较大的各种覆盖预处理层使用干磁粉时，或者使用与清洗液性质不同的磁悬液时，必须等焊缝表面干燥后才能进行检验焊缝检验区应在两个互相垂直的方向分别各磁化一次，一般采用连续磁化法，一次通电时间 13s磁化磁化规范采用标准推荐值或符合标准要求的灵敏度试片测定。检验区域必须包括焊缝和热影响区域易产生冷裂纹的焊
41、接结构不允许采用触头法检验施加磁粉湿法：在磁化过程中施加磁悬液，伴随液体流动带动磁粉在漏磁场处形成磁粉堆积即磁痕干法：均匀地施加磁粉，利用柔和气流使其流动，促使在漏磁场上形成磁痕磁痕的观察非荧光磁粉的痕迹在白光下观察，光强应不小于500Lx；荧光磁粉的痕迹在白光下不大于20Lx 的暗环境中采用紫外线灯照射观察，紫外线灯的亮度应不低于 1000W/ ,可借助于 210 倍的放大镜观察可采用文字说明、草图、照片、透明胶带、用透明清漆、可剥离反差增强剂、录相、环氧树脂或化学磁粉混合物、磁带、电子扫描等记录方法交流磁化通常剩磁很少，一般不需进行退磁只有当剩磁会影响焊件的后加工工序、使用性能、周围设备或
42、仪表时应进行退磁交流电退磁：只需一点2记录退磁一点地降低磁化电流，或连续降低磁化电流到某个很低的数值直流电退磁：通常用反复改变电流方向并逐步降低磁化电流强度的方法，来达到退磁的目的如被检工件进行磁粉检测后要热处理，且热处理温度能达到该材料居里点的，可不进行退磁处理后处理应将工件表面的磁粉及反差增强剂清除，对使用水磁悬液检验后的工件表面进行防锈处理16/388 8 磁粉检测应用磁粉检测应用8.18.1 焊缝的磁粉检测焊缝的磁粉检测磁粉检测是检验焊缝质量，保证设备、工件安全经济运行的重要手段。焊缝的磁粉检测，按产品制造工序分为坡口检测、焊接过程检测。坡口检测是对采用气割或机加方式加工出的坡口进行检
43、测，以检出原材料中的气孔、夹渣、分层、裂纹及加工过程中产生的裂纹等缺陷，从而保证焊接质量。焊接过程检测是为了及时发现并清除焊接过程中的层间、焊缝及热影响区、补焊处等存在的缺陷，保证焊接质量。层间检测大多采用高温磁粉、干粉法来检测。焊缝的磁粉检测大都用电磁轭、旋转磁场、触头法。采用触头法检测时，应使工件表面与电极接触良好，以防止电火花产生。由于触头法检测时所使用的电流很大电压很小，所以检测人员无触电危险。图图 2727 磁轭法磁轭法 9090交叉检测焊缝交叉检测焊缝表表 1414 典型磁化方法和参数典型磁化方法和参数磁轭典型磁化法磁轭典型磁化法触头的典型磁化法触头的典型磁化法磁化电流磁化电流5A
44、/5A/（有效值）（有效值）绕电缆或线圈的典型磁化法绕电缆或线圈的典型磁化法d75bd/290d175d275b1d1/2b2d250d175d275b1d1/2b2d250d175d275b1d1/2b2d250d75bd/29020a50NI8Dd75bd/220a50NI8Dd75bd/220a50NI8DN：匝数d75bd/2I I：电流（有效值）电流（有效值）a：焊缝与线圈或焊缝与电缆之间间距17/388.28.2 磁痕的观察与评定磁痕的观察与评定焊缝磁痕根据其所处位置、外观形状与焊件材质等因素，一般可分为表面、近表面、伪缺陷三类，其特征见表 15。表表 1515 磁痕特征及产生原因
45、磁痕特征及产生原因磁痕类别表面缺陷近表面缺陷伪缺陷磁痕特征磁痕尖锐、轮廓清晰、磁粉附着紧密磁痕宽而不尖锐，采用直流或半波整流磁化效果好磁痕模糊，退磁后复检会消失产生原因冷裂纹、火口裂纹、应力腐蚀裂纹、未熔合等焊道下裂纹、非金属夹渣等有杂散磁场、磁化电流过大等各类主要缺陷磁痕显示特征如下：锻造裂纹：属于锻造时加热不当、操作不正确、冷却速度太快等原因造成，其磁痕显示一般具有尖锐的根部或边缘，磁痕浓密清晰，呈直线或弯曲线状。锻造折叠：是由于一部分金属被卷折或重叠在另一部分金属上，但并未熔合上，其磁痕显示一般不浓密清晰，但经打磨后会更加清晰。铸造裂纹：是由于金属液在铸型内凝固收缩时，表面和内部冷却速度
46、不同所产生的铸造应力造成的，其磁痕显示一般为断续或连续的线条，两端有尖角，磁痕浓密清晰。疏松：疏松是铸钢上常见缺陷，是由于金属液在凝固收缩过程中得不到充分补缩造成的，它一般产生在铸钢件最后凝固的部位，如冒口等，其磁痕显示一般涉及范围较大，呈点状或线状分布，两端不出现尖角，磁粉堆集比裂纹稀疏。冷隔：是两股金属熔液相遇却未熔合在铸钢件表面产生的缺陷，一般产生在铸件上较大的水平面和转角处，呈圆角的缝隙或凹陷，其磁痕较淡。焊接裂纹：其可能在焊接过程中产生，也可能在焊后产生，因此焊接检测一般要求在焊接完成24h 后进行。焊接裂纹根据其产生的温度可分为热裂纹和冷裂纹；根据其产生的位置可分为焊缝裂纹、热影响
47、区裂纹、熔合线裂纹。其磁痕显示一般浓密清晰可见，呈直线状、弯曲状、树枝状等。淬火裂纹：是由于钢在淬火热处理过程中，从高温快速冷却时的热应力与组织应力超过钢的抗拉强度所引起的，其磁痕显示一般呈细直的线状，尾端尖细，棱角较多，磁痕浓密清晰。磨削裂纹：是由于材质影响或磨削不当（如磨削过度）等原因造成的，其一般出现在工件不易散热的部位，其磁痕显示一般与磨削方向垂直，呈网状、鱼鳞状、放射状或平行线状分布，一般比较浅，且轮廓清晰，均匀不浓密。对于磁痕显示进行评定时，根据磁痕的长轴和短轴之比，小于等于 3 的缺陷磁痕为非线性显示非线性显示，大于 3的缺陷磁痕为线性显示线性显示。当一组磁痕中，间距小于相邻较小
48、磁痕主轴尺寸的任何邻近磁痕，应作为一个独立的连续磁痕进行评定。检测面宽度应包括焊缝和邻近母材（两侧各10 ） ，其验收等级见表 16。表表 1616 显示的验收等级（显示的验收等级（EN 1291EN 1291） mm mm显示类型线性显示（l：显示长度）非线性显示（d：主轴尺寸）验收等级1l 1.5d22l 3d33l 6d4 验收等级 1 和 2 可规定冠以，以表示所检出的各种线性显示应按 1 级评定。但小于原验收等级所示值的显示，其检出率可能较低18/38图图 2828 黑磁粉检出的裂纹黑磁粉检出的裂纹图图 2929 荧光磁粉检出的裂纹荧光磁粉检出的裂纹图图 3030 施加反差增强剂后黑磁粉检出的裂纹施加反差增强剂后黑磁粉检出的裂纹
