磁粉检测三级

磁粉检测陈玉宝广东省特种设备检测院本科毕业于南昌航空工业学院无损检测专业，硕士毕业于清华大学无损检测专业。2000年进入广州市锅检所工作。2006年进入广东省特种设备检测院工作。全国考委会磁粉组成员RT、UT、MT、PT、AE－Ⅲ级；TOFD、ET－Ⅱ级美国无损检测学会(ASNT):RT、UT、MT、PT－Ⅲ级高级工程师、高级检验师联系电话：[phone]Email:[e-mail]1磁粉探伤基础知识1.1漏磁场检测分类漏磁场探伤：是利用铁磁性材料或工件磁化后，在表面和近表面如有不连续性（材料的均质状态即致密性受到破坏）存在，则在不连续性处磁力线离开工件和进入工件表面发生局部畸变产生磁极，并形成可检测的漏磁场进行探伤的方法。漏磁场探伤包括磁粉探伤和利用检测元件探测漏磁场。其区别在于，磁粉探伤是利用铁磁性粉末－磁粉，作为磁场的传感器，即利用漏磁场吸附施加在不连续性处的磁粉聚集形成磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。利用检测元件探测漏磁场的磁场传感器有磁带、霍尔元件、磁敏二极管和感应线圈等。利用检测元件检测漏磁场：录磁探伤法、感应线圈探伤法、霍尔元件检测法、磁敏二极管探测法。1.2磁粉探伤MagneticParticleTesting，简称MT基本原理是：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。如图1－1所示。图1-1不连续性处漏磁场分布1—漏磁场2—裂纹3—近表面气孔4—划伤5—内部气孔6—磁力线7—工件优缺点磁粉检测程序承压设备磁粉检测的七个程序是：(1)预处理；(2)磁化；(3)施加磁粉或磁悬液；(4)磁痕的观察与记录；(5)缺陷评级；(6)退磁；(7)后处理。1.3磁粉探伤方法与其他表面探伤方法的比较P.6表1-1磁粉检测在特种设备定期检验中的重要性2磁粉探伤的物理基础2.1磁粉探伤中的相关物理量2.1.2磁场和磁力线磁场：具有磁性作用的空间磁场的特征、显示和磁力线磁场的特征：是对运动的电荷（或电流）具有作用力，在磁场变化的同时也产生电场。磁场的显示：磁场的大小、方向和分布情况，可以利用磁力线来表示。磁力线（a）马蹄形磁铁被校直成条形磁铁后N极和S极的位置（b）具有机加工槽的条形磁铁产生的漏磁场（c）纵向磁化裂纹产生的漏磁场条形磁铁的磁力线分布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：磁力线是具有方向性的闭合曲线。在磁体内，磁力线是由S极到N极，在磁体外，磁力线是由N极出发，穿过空气进入S极的闭合曲线。磁力线互不相交。磁力线可描述磁场的大小和方向。磁力线沿磁阻最小路径通过。2.1.3真空中的恒定磁场1磁感应强度B：设一电量为q的电荷在磁场中，以速度υ运动，其受到的最大磁力为Fm，则该点磁感应强度的大小为：磁感应强度B为矢量，其方向为该点处小磁针N极的方向，可以用右手螺旋法则来确定：由正电荷所受力Fm的方向，关系沿小于π的角度转向正电荷运动速度υ的方向，这时螺旋前进的方向便是该点B的方向，如图2-7所示；B的方向总是垂直于Fm和υ组成的平面。图2-7B、Fm、υ的方向qFBm在国际单位制中，磁感应强度的单位为特斯拉，用T表示，磁感应强度的另一个单位是高斯，用Gs表示，两个单位的换算关系为1T=104Gs可以用磁感应线来描绘磁场的分布，并且规定：通过磁场中某点处垂直于B矢量的单位面积的磁感应线数等于该点B矢量的大小，该点磁感应线的切线方向为B矢量的方向。在任何磁场中，每一条磁感应线都是和闭合电流相互套链的无头无尾的闭合线，磁场较强的地方，磁感应线较密；反之，磁感应线就较疏。2磁通量在磁场中，通过一给定曲面的总磁感应线，称为通过该曲面的磁通量，用Φ表示。在曲面上取面积元ds，如图所示，ds的法线方向与该点处磁感应强度方向之间的夹角为θ，则通过面积元ds的磁通量为所以，通过有限曲面S的磁通量为磁通量的单位为T·m2，叫做韦伯（Wb）。因此，磁感应强度也称为磁通密度。SBdSBsdSBdSBcosdSB对闭合曲面来说，一般规定取向外的指向为正法线的指向，这样，磁感应线从闭合面穿出处的磁通量为正，穿入处的磁通量为负。由于磁感应线是闭合线，因此穿入闭合曲面的磁感应线数必然等于穿出闭合曲面的磁感应线数，所以通过任一闭合曲面的总磁通量必然为零，即sdSB03.毕奥－萨伐尔定律及其应用(略)4.安培环路定理对任意几何形状的通电导体，其产生的磁场该式表达了电流与它所激发磁场之间的普遍规律，称为安培环路定理。LI0dlB2.1.4磁介质中的磁场1.磁介质能影响磁场的物质称为磁介质。各种宏观物质对磁场都有不同程度的影响，因此一般都是磁介质。设某一电流分布在真空中激发的磁感应强度为B0，那么在同一电流分布下，当磁场中放进了某种磁介质后，磁化了的磁介质激发附加磁感应强度B’，这时磁场中任一点的磁感应强度B等于B0和B’的矢量和，即B＝B0＋B’顺磁性材料──这类磁介质磁化后使磁介质中的磁感应强度B稍大于B0，即BB0，如铝、铬、锰、铂、氮等，能被磁体轻微吸引。抗磁性材料──这类磁介质磁化后使磁介质中的磁感应强度B稍小于B0，即BB0，如铜、银、金、铅、锌等，能被磁体轻微排斥。铁磁性材料──这类磁介质磁化后所激发的附加磁感应强度B’远大于B0，使得BB0，如铁、镍、钴、釓及其合金等，铁磁质能显著地增强磁场，能被磁体强烈吸引。2.磁化强度分子磁矩为了描述磁介质的磁化状态（磁化程度和磁化方向）,我们引入磁化强度矢量M，它表示单位体积内所有分子磁矩的矢量和，即在外磁场中，磁化了的磁介质会激发附加磁场；这附加磁场起源于磁化了的介质内所出现的束缚电流（实质上是分子电流的宏观表现）。VmpM3.磁场强度在电流产生磁场中有磁介质存在时，空间任一点的磁感应强度B等于导线中的电流（称为传导电流）所激发的磁场与磁介质磁化后束缚电流所激发的附加磁场的矢量和，这时安培环路定理应为)(d0sIIlB)d(d0lMlBIIlMBd)(0MBH0H称为磁场强度矢量，其单位为安/米（A/m），故有该式称为有磁介质时的安培环路定理，它表明H矢量的环流（沿任何闭合曲线的线积分）只和传导电流I有关，与磁介质的磁性无关。因为磁化强度M不仅和磁介质的性质有关，也和磁介质所在处的磁场有关，实验证明，对于各向同性的磁介质，在磁介质中任一点磁化强度M和磁场强度H成正比，即式中，为物质的磁化率，它对不同的物质是不同的，对抗磁质是负值，对顺磁质是正值，但都很小，对铁磁质为正，而且很高。IlHdHMmm因为通常令称为该磁介质的相对磁导率，于是有式中称为磁介质的磁导率，或称为绝对磁导率。对于各向同性的磁介质，和都是无量纲的常数。所有顺磁性材料、抗磁性材料的磁化率都很小，其相对磁导率几乎等于1，这说明它们对原磁场只产生微弱的影响。为了形象地表示出磁场中H矢量的分布，可以引入H线（磁力线）来描述磁场，规定如下：磁力线上任一点的切线方向和该点H矢量的方向相同，磁力线的疏密程度代表H矢量的大小，磁力线越密，表示H越大，磁力线越疏，表示H越小。HMHB)1(000mmr1rHHBr0r02.2铁磁性材料2.2.1磁畴在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子中电子磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的微小区域，这些自发磁化的微小区域，称为磁畴。一个典型的磁畴宽度约为10-3cm，体积约为10-9cm3，内部大约含有1014个磁性原子。在没有外加磁场作用时，铁磁性材料内各磁畴的磁矩方向相互抵消，对外显示不出磁性，如下图a。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。永久磁铁中的磁畴，在一个方向上占优势，因而形成N和S极，能显示出很强的磁性。在高温情况下，磁体中分子热运动会破坏磁畴的有规则排列，使磁体的磁性削弱。超过某一温度后，磁体的磁性也就全部消失而呈现顺磁性，实现了材料的退磁。铁磁性材料在此温度以上不能再被外加磁场磁化，并将失去原有的磁性的临界温度称为居里点或居里温度。从居里点以上的高温冷却下来时，只要没有外磁场的影响，材料仍然处于退磁状态。铁的居里点769℃。2.2.3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(a)(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(b)。(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(c)。(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(d)。(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(e)。2.2.4磁化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。B～H曲线的测绘方法:采用如图所示的装置曲线特征：2.2.5磁滞回线剩余磁感应强度Br矫顽力Hc铁磁性材料的特性：高导磁性磁饱和性磁滞性根据矫顽力Hc大小分为软磁材料（Hc100A/m）和硬磁材料（Hc≥100A/m）。软磁材料与硬磁材料的特征(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。（3）矩磁材料──现代电机中常用的一种铁氧体材料的磁滞回线差不多呈矩形，故称矩磁材料。其特点是：一经磁化，其剩余磁感应强度接近于非常稳定的饱和值Bs。2.3电流与磁场2.3.1通电圆柱导体的磁场磁场方向：与电流方向有关，用右手定则确定。磁场大小：安培环路定律计算通电直长导体表面的磁场强度为：RIH2H－－磁强强度（A/m）I－－电流强度（A）R－－圆柱导体半径（m）导体外r处（rR）和导体内部r处（rR）磁场强度：rR时rR时P.26例1、例2直圆柱导体内、外及表面的磁场强度分布如右图所示：rIH222RIrH应用钢棒通电法磁化分别通交流和直流时，磁场强度和磁感应强度的分布特点钢管中心导体法磁化钢管中心导体法磁化时，在通电中心导体内、外磁场分布与图2-17相同，由于中心导体为铜棒，其，所以只存在H。在钢管上由于，所以能感应产生较大的磁感应强度。并且钢管内壁的磁场强度和磁感应强度都比外壁大。应采用直流电或整流电理论计算及应用1r1r2.3.2通电钢管的磁场磁场方向：右手定则磁场大小：（1）钢管内表面H=0，B=0（直流和交流）（2）钢管外表面及外部（3）钢管横截面设管内外半径分别为R1和R2，通直流电磁化，由安培环路定律得()钢管直接通电法磁化时，由于其内部磁场强度为零，所以不能用磁粉检测的方法来检测内表面即近表面的缺陷。)(2)(2122212RRrRrIH21RrRRIH22.3.3通电线圈的磁场磁场方向：右手定则磁场大小：空载通电线圈中心的磁场强度可用下式计算22cosDLNILNIHcos)cos(cos210120nInIBH－－磁场强度（A/m）N－－线圈匝数L