初级磁粉检测讲义.ppt

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1、磁粉检测,淄博齐瑞无损检测有限公司（原齐鲁石化机械厂检测中心）荣博军山东省考委会表面组成员RT、MT、PT III级；UT、ET级联系电话：0533-7582747,第一章 绪论,1.1 磁粉检测的基本原理 铁磁性材料和工件被磁化后，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，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。,第一章 绪论,如图11所示。磁粉检测不能用于检查工件内部缺陷，虽然磁力线会在内部缺陷处发生崎变但是不会溢出工件表面，也就不会产生漏磁场。,第一章 绪论,1.2 磁粉检测的适用范围 磁粉检测适用于检

2、测铁磁性材料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），目视难以看出的不连续性。磁粉检测可对原材料、半成品、成品工件和在役的零部件检测探伤，还可对板材、,型材、管材、棒材、焊接件、铸钢件及锻钢件进行检测。马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢具有磁性，可进行MT。MT可发现裂纹、夹杂、发纹、白点、折叠、冷隔和疏松等缺陷。磁粉检测不能检测奥氏体不锈钢材料和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝，也不能检,第一章 绪论,第一章 绪论,测铜、铝、镁、钛等非磁性材料。对于表面浅的划伤、埋藏较深的孔洞和与工件表面夹角小于20的分层和折叠难以发现。1.3 磁粉检测的优点和局限性1.3.1 优点

3、：1、能直观的现实缺陷的位置、形状、大小和严重程度，可大致确定缺陷的性质。,第一章 绪论,2、具有很高的检测灵敏度，磁粉在缺陷聚集而形成的缺陷显示有放大作用 3、不受零件大小和几何形状的限制，采用多种磁化方法能检测工件的各个部位。检测速度快、工艺简单、费用低廉。5、检测缺陷的重复性好。1.3.2 局限性,第一章 绪论,1、只能用于检查铁磁性材料。2、只能用来检查铁磁性材料的表面和近表面缺陷。3、如果分层、折叠等表面缺陷与工件表面构成的角度很小，则难以发现缺陷。4、通电法容易产生火花损伤工件。,第二章 磁粉检测物理基础,2.1 磁场具有磁性作用的空间称磁场磁极、磁性、磁体、磁化2.1.1 磁极磁

4、极：靠近磁铁两端磁性特别强吸附磁粉特别多的区域作为磁极。每一小块磁体总有两个磁极。,第二章 磁粉检测物理基础,磁性：磁铁能够吸引铁磁性材料的性质叫磁性。磁体：凡能够吸引其他铁磁性材料的物体叫磁体。磁化：使原来没有磁性的物体得到磁性的过程叫磁化。2.1.2 磁力,第二章 磁粉检测物理基础,磁极间相互吸引或排斥的力叫磁力磁场强度 磁场具有大小和方向，磁场大小和方向的总称叫磁场强度H，通常也把单位正磁极所受的力称为磁场强度。国际单位为A/m磁力线,第二章 磁粉检测物理基础,磁力线在每点的切线方向代表磁场的方向，磁力线的疏密程度反映磁场的大小。磁力线具有以下特性：1）磁力线在磁体外，是由N极出发穿过空

5、气进入S极，在磁体内是由S极到N极的闭合线；2）磁力线互不相交；3）同性磁极相斥，因同性磁极间磁力线有互,第二章 磁粉检测物理基础,相排挤的倾向；4）异性磁极相吸，因异性磁极间磁力线有缩短长度的倾向。,条形磁铁的磁力线分布,第二章 磁粉检测物理基础,2.2电流的磁场磁场方向：与电流方向有关，用右手定则确定。,通电直导体右手定则,第二章 磁粉检测物理基础,通电圆柱导体的磁场磁场大小：与电流强度成正比，与圆导体半径成反比。即通电直长导体表面的磁场强度为：,导体内部的磁场强度,第二章 磁粉检测物理基础,直流电直圆柱导体内、外及表面的磁场强度分布如右图所示：,第二章 磁粉检测物理基础,交流电直圆柱导体

6、内、外及表面的磁场强度分布如右图所示：（集肤效应）,第二章 磁粉检测物理基础,2.2.2 通电线圈的磁场线圈内产生的磁场是与线圈轴向平行的纵向磁场。磁场方向：,第二章 磁粉检测物理基础,磁场大小：当线圈较短，为有线长线圈，线圈内部不同部位的磁场全度不同。空载通电线圈中心的磁场强度可用下式计算,第二章 磁粉检测物理基础,在有限长线圈横截面上，靠近线圈内壁的磁场强度比线圈中心强，见右图,第二章 磁粉检测物理基础,在有限长线圈中心轴线上，中心最强，两端较弱，线圈两端处的磁场强度为中心的1/2左右。见右图,L,H,0,H/2,第二章 磁粉检测物理基础,当LD。内部磁场分布均匀，并且磁场只存在于线圈内部

7、，磁力线方向与线圈的中心轴线平行。,第二章 磁粉检测物理基础,螺线环的磁场 在环形试件上缠绕通电电缆，称为螺线环，螺线环的磁力线都是同心圆，各处磁场强度相等，磁场方向于该处磁力线的圆弧方向相切,O,R,I,H,第二章 磁粉检测物理基础,2.3 磁介质磁介质分类:能影响磁场的物质称为磁介质。各种宏观物质都是磁介质。磁介质分为：逆磁质（抗磁质）、顺磁质和铁磁质。,第二章 磁粉检测物理基础,磁粉探伤只适用于铁磁性材料，通常把顺磁性材料和逆磁性材料都列入非磁性材料。抗磁性材料：显非常微弱的磁性，附加磁场与外加磁场方向相反，在非均匀磁场中会受到排斥作用。典型物质为铜、金、银、铋、娣等。,第二章 磁粉检测

8、物理基础,顺磁性材料：显现微弱磁性，附加磁场与外加磁场方向相同，能被磁场微弱的吸引。典型物质为铝、锰、铬等。铁磁性材料：在外加磁场中能够产生很强的与外加磁场方向相同的磁场，磁化特,第二章 磁粉检测物理基础,别显著。典型物质为铁、钴、镍及它们的许多合金物质。磁感应强度和磁化磁感应强度：将原来不具有磁性的铁磁性材料放入外,第二章 磁粉检测物理基础,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本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B。国际单位是韦/米2,符号为T（特）；磁感应强度是矢量，有大小和方向，可用磁,第二章 磁粉检测物理基础,感应线来表示，

9、磁感应强度的大小等于穿过与磁感应线垂直的单位面积上的磁通量，所以磁感应强度又称为磁通密度。磁感应强度不仅有外加磁场有关，还与被磁化的铁磁性材料的性质有关。2.3.3 磁导率,第二章 磁粉检测物理基础,磁感应强度B与磁场强度H的比值称为磁导率，或称为绝对磁导率，用符号表示，表示材料被磁化的难易程度，单位亨利/米，H/m。不是常数，随磁场大小不同而改变，有最大值和最小值。,第二章 磁粉检测物理基础,真空磁导率o；在真空中，磁导率是常数，o 410-7 H/m相对磁导率r材料的磁导率与真空磁导率的比值r/o r无单位（纯数）抗磁性材料的相对磁导率略小于1，,第二章 磁粉检测物理基础,铜r=0.999

10、12顺磁性材料的相对磁导率略大于1，铝r=1.000023铁磁性材料的磁导率可高达几千。磁场强度与磁感应强度的关系磁场强度H、磁感应强度B与磁导率的关系,第二章 磁粉检测物理基础,可用下式表示 H=B/在真空中：H=B/o 或者 B=oH真空中存在磁场强度H,由于磁感应的存在，就会出现oH的磁感应强度。也就是说，真空中存在磁感应强度B，则就会有B/o磁场强度。所以说磁场强度H和磁感应强度B两个,第二章 磁粉检测物理基础,物理量都是表示磁场的概念。但不能混用，要理解他们的物理意义和它们之间的关系。2.4铁磁性材料 磁畴 铁磁性材料内部自发磁化的大小和方向基本均匀一致的小区域称为磁畴，其体积约为,

11、第二章 磁粉检测物理基础,10-5cm3，在这个小区域内，含有大约 10121015个原子，各原子的磁化方向一致，对外呈现磁性。但是，在没有外加磁场的情况下磁畴在铁磁性材料内部是显任意方向的，他们自身的磁性是相互抵消的，也就是说它们是不显磁性的。,第二章 磁粉检测物理基础,铁磁性材料的磁畴方向a）不显示磁性；b）磁化 c）保留一定剩磁,当把铁磁性材料放到外加磁场中去时，磁,第二章 磁粉检测物理基础,畴就会受到外加磁场的作用，一是使磁畴磁矩转动，二是使畴壁发生位移，最后全部磁畴的磁矩方向转向与外加磁场方向一致，铁磁性材料被磁化，显示出很强的磁性。高温情况下，磁体中分子热运动会破坏磁畴的有规则排列

12、，使磁体的磁性削弱。超过居里点（769）后，磁性全部消失，变为顺磁质。,第二章 磁粉检测物理基础,磁化过程：(1)未加外加磁场时，磁畴磁矩杂乱无章对外不显示宏观磁性，如图,第二章 磁粉检测物理基础,(2)在较小的磁场作用下，磁矩方向与外加磁场方向一致或接近的磁畴体积增大，而磁矩方向与外加磁场方向相反的磁畴体积减小，畴壁发生位移，如图,磁场方向,第二章 磁粉检测物理基础,(3)增大外加磁场时，磁矩转动畴壁继续位移，最后只剩下与外加磁场方向比较接近的磁畴，如图,磁场方向,第二章 磁粉检测物理基础,(4)继续增大外加磁场，磁矩方向转动，与外加磁场方向接近，如图,磁场方向,第二章 磁粉检测物理基础,(

13、5)当外加磁场增大到一定值时，所有磁畴的磁矩都沿外加磁场方向有序排列，达到磁化饱和，相当于一个微小磁铁或磁偶极子，产生N极和S极，宏观上呈现磁性，如图,磁场方向,第二章 磁粉检测物理基础,2.4.2 磁化曲线（B-H曲线）磁化曲线是表征铁磁性材料磁特性的曲线，用以表示外加磁场强度H与磁感应强度B的变化关系。,a,b,m,第二章 磁粉检测物理基础,在未被磁化的铁磁性材料通电后，磁场强度H的增加磁感应强度B也随之增加，增加速度缓慢（oa），这一阶段叫初始磁化区，磁化强度随着磁场强度H的增加缓慢增加，且此时的磁化是可逆的，即当磁化场H逐渐减小时，oa曲线可缓慢减小到零，因为这一阶段起主要作用的是可逆

14、的畴壁位移，它的可逆转动作,第二章 磁粉检测物理基础,用很小。第二阶段（ab),磁化强度随磁场强度H的增加而急剧增大，此时若去掉磁化场，磁化强度也不会回到零。第三阶段（bm）磁化强度在磁场强度H增加时，增加缓慢，过了m点，当外加磁场增加时，磁化强度几乎不再增加，这一现象就叫做铁磁性材料的磁饱和。此时的磁畴全部和外加磁场方向一致。,第二章 磁粉检测物理基础,由此可见，磁性材料的磁感应强度B是外磁场与附加磁场的磁场强度之和，即磁性材料的内部合成磁场强度。对未被磁化的铁磁性材料进行磁化时，磁感应强度B由零增加到饱和点m称作磁化曲线。当从m点开始减小电流,即H减小时，B也随之减小，但这一减小过程并不是

15、沿原来的mo线,第二章 磁粉检测物理基础,下降，而是当H=0时B不为零，及此时的磁感应强度为Br；Br称作剩余磁感应强度。即剩磁。要使Br减小到零，必须施加一个反向磁场Hc；这个反向磁场叫做矫顽力；这个外加磁场强度由正到负，,第二章 磁粉检测物理基础,由负到正的曲线叫做磁滞回线。铁磁性材料的特性：高导磁性：再外加磁场作用下，可以强烈磁化；且磁导率高，相对磁导率可达数百、数千以上。磁饱和性：由磁化产生的附加磁场，不会随外磁场的增加而无限增加，当达到一定程度,第二章 磁粉检测物理基础,后，附加磁场不再增加显饱和状态。磁滞性：当外加磁场方向变化时，磁感应强度B的变化滞后于磁场强度H的变化；铁磁性材料

16、还有一定的磁性即还有一定的剩磁。根据矫顽力Hc大小分为软磁材料（Hc=8000A/m）软磁材料与硬磁材料的特征,第二章 磁粉检测物理基础,(1)软磁材料是指磁滞回线狭长，具有高磁导率、低剩磁、低矫顽力和低磁阻的铁磁性材料。软磁材料磁粉检测时容易磁化，也容易退磁。软磁材料如电工用纯铁、低碳钢和软磁铁氧体等材料。(2)硬磁材料是指磁滞回线肥大，具有低磁导率、高剩磁、高矫顽力和高磁阻的铁,第二章 磁粉检测物理基础,磁性材料。硬磁材料磁粉检测时难以磁化，也难以退磁。硬磁材料如铝镍钴、稀土钴和硬磁铁氧体等材料。蓝色为软磁材料红色为硬磁材料,第二章 磁粉检测物理基础,2.5 漏磁场2.5.1 漏磁场的形成

17、 所谓漏磁场，就是铁磁性材料磁化后，在不连续性处或磁路的截面变化处，磁感应线离开和进入表面时形成的磁场。如右图,第二章 磁粉检测物理基础,漏磁场形成的原因：是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或裂纹，则磁感应线优先通过磁导率高的工件，这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，工件上这部分可容纳的磁感应线数目,第二章 磁粉检测物理基础,也是有限的，又由于同性磁感应线相斥，所以，一部分磁感应线从不连续性中穿过，另一部分磁感应线遵从折射定律几乎从工件表面垂直地进入空气中去绕过缺陷又折回工件，形成了漏磁场。缺陷的漏磁场 漏磁场对磁

18、粉的吸附可看成是磁极的作,第二章 磁粉检测物理基础,用，如果有磁粉在磁极区通过，则将被磁化，也呈现出N极和S极，并沿着磁感应线排列起来。当磁粉的两极与漏磁场的两极互相作用时，磁粉就会被吸附并加速移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。见下页图,第二章 磁粉检测物理基础,第二章 磁粉检测物理基础,漏磁场的宽度要比缺陷的实际宽度大数倍至数十倍，所以磁痕对缺陷宽度具有放大作用，能将目视不可见的缺陷变成目视可见的磁痕使之容易观察出来。影响漏磁场的因素（1）外加磁场强度的影响 缺陷的漏磁场大小与工件磁化程度有关。,第二章 磁粉检测物理基础,一般说来，外加磁场

19、强度一定要大于产生最大磁导率m对应的磁场强度Hm，使磁导率减小，磁阻增大，漏磁场增大。当铁磁性材料的磁感应强度达到饱和值的80%左右时，漏磁场便会迅速增大。（2）缺陷位置及形状的影响a 缺陷埋藏深度的影响：影响很大 同样的,第二章 磁粉检测物理基础,缺陷，位于工件表面时，产生的漏磁场大；若位于工件的近表面，产生的漏磁场显著减小；若位于工件表面很深处，则几乎没有漏磁场泄漏出工件表面。b 缺陷方向的影响：缺陷垂直于磁场方向，漏磁场最大，也最有利于缺陷的检出；若与磁场方向平行则几乎不产生漏磁场；当缺陷,第二章 磁粉检测物理基础,与工件表面由垂直逐渐倾斜成某一角度，而最终变为平行，即倾角等于0时，漏磁

20、场也由最大下降至零，下降曲线类似于正弦曲线由最大值降至零值的部分。c 缺陷深宽比的影响：缺陷的深宽比是影响漏磁场的一个重要因素，缺陷的深宽比愈大，漏磁场愈大，缺陷愈容易发现。,第二章 磁粉检测物理基础,（3）工件表面覆盖层的影响,第二章 磁粉检测物理基础,（4）工件材料及状态的影响a、晶粒大小的影响：晶粒大，磁导率大，矫顽力小，漏磁场就小。b、含碳量的影响：在热处理状态相近时，随着含碳量的增加，矫顽力几乎直线增加，最大磁导率则随着含碳量的增加而下降，漏磁场增大。,第二章 磁粉检测物理基础,c、热处理的影响：淬火可提高钢材的矫顽力和和剩磁，而使漏磁场增大。d、合金元素的影响：由于加入合金元素，材料的硬度增加，矫顽力也增加，所以老磁场也增加。e：冷加工的影响：由于冷加工能使工件表面硬化，随着压缩变形率的增加，矫顽力和剩,第二章 磁粉检测物理基础,磁也增加，漏磁场也会增大。,第二章 磁粉检测物理基础,第二章 磁粉检测物理基础,第二章 磁粉检测物理基础,第二章 磁粉检测物理基础,第二章 磁粉检测物理基础,第二章 磁粉检测物理基础,