磁粉无损检测分析

H
2R
（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
I (r R ) H 2 2 2r ( R2 R1 )
2 2 1
R1 r R2
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。
应用2：通电钢管的磁场
交叉磁轭法
说
交叉磁轭法 交叉线圈法 复合磁化
明
直流电磁轭与交流通电法 直流线圈与交流通电法 有相位的整流电磁化法
（附录）
焊接接头的典型磁化方法：
磁轭法和触头法的典型磁化方法见表B.1， 绕电缆法和交叉磁轭法的典型磁化方法见表B.2。
表B.1 磁轭法和触头法的典型磁化方法（1）
磁轭法的典型磁化方法
3.1.5 外磁场种类
3.1.5-1磁化方法：按磁路是否闭合
（1）开路磁化：把需要磁化的工件放在线圈中进行磁化或对大型工件进 行绕电缆进行磁化，常称为线圈法。线圈法磁化工件时，由于在工件 两端产生磁极，因而会产生退磁场。
退磁场定义
材料的磁化状态，不仅依赖于它的磁化率，也依赖于样品的形状。当一个有限大 小的样品被外磁场磁化时，在它两端出现的自由磁极将产生一个与磁化强度方向相反 的磁场，该磁场被称为退磁场。把铁磁性材料磁化时，由材料中磁极所产生的磁场称 为退磁场，它对外加磁场有削弱作用，用符号ΔH表示。 退磁场与材料的磁化强度成正比
说
明
在使用触头法时应注意以下几点：
3.触头间距：触头间距一般不应超过200mm。为了提高灵敏度或受检 验区域几何尺寸的限制时，可使用较短的间距，但不应小于76mm。因 为此时磁粉能在电极周围形成条状物。 4.磁化电流应按JB/T4730.4-2005的3.8.4选用。 5.对于每一磁化区域至少作两次近似垂直的磁化。
第三章 磁粉检测物理基础
1.磁粉探伤原理
2.磁粉探伤装置 3.磁粉探伤方法 4. 磁粉与磁悬液 5.磁化电流规范
6.磁粉探伤的技术规范
7.磁粉探伤灵敏度 8.磁痕分析
序——磁粉探伤（Magnetic Particle Testing，简称 MT）
磁粉探伤与磁性检测（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
用于对大型零部件的检测。
使用磁轭法时应注意以下几点： 1、磁轭的磁极必须与工件良好接触，特别是旋转磁场和交叉磁场更是如此，否 则检测无效。 2、磁轭必须满足提升力的要求，且检测前、后应采用A型灵敏度试片对其检测灵 敏度进行校验。 3、磁轭的极间距应控制在75mm～200mm之间。 4、对于每一磁化区域至少作两次近似垂直的磁化。 5、采用电磁轭检测T型和角型应采用带活动关节的电磁轭，通过调节电磁轭活动 关节的角度，来保证磁极与工件表面接触良好。
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。
居里点：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
及周围产生的环形磁场。
检测与工件轴线方向平行或夹角小于45°的缺陷时，应使用周 向磁化方法。周向磁化可用下列方法获得：
a） 轴向通电法（见图1）；
图1
轴向通电法
2.周向磁化：电流从导体或试件一端流向另一端时，在导体或试件内部
及周围产生的环形磁场。检测与工件轴线方向平行或夹角小于45°的缺 陷时，应使用周向磁化方法。
铁 镍 钴 铁，硅5% 铁，铬10% 铁，锰4% 铁，钒6%
3.1.3 磁场和磁力线
磁场：具有磁性作用的空间 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。
3.1.4 缺陷漏磁场的强度
磁粉探伤中缺陷处漏磁场的强度决定是否能够发现缺陷， 缺陷处的漏磁场强度：
H N M
ΔH――退磁场 M――磁化强度 N――退磁因子
退磁因子：它仅仅和材料的形状有关。例如： 对一个沿长轴磁化的细长样品，N接近于0， 而对于一个粗而短的样品，N就很大。对于一 般形状的磁体，很难求出N的大小。能严格计 算其退磁因子的样品形状只有椭球体。
有效磁场
铁磁性材料磁化时，只要在工件上产生磁极，就会产生退磁场，它削弱了外加磁场， 所以工件上的有效磁场用H表示，等于外加磁场减去退磁场。其数学表达式为：
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。
铁磁性材料的居里点
材 料 居里点（℃）
769 365 1150 720 740 715 815
因而没有退磁场的影响。
提升力（lifting force）：是指通电电磁轭在最大极距下，其磁感应强
度峰值时，对铁磁性材料工件探伤的磁轭吸引力F。单位：牛顿（N）
磁轭的提升力的相关因素：被探伤工件的磁导率、磁极与工件间隙、
移动速度、通电电流的类型和大小等。当上述条件一定时，提升力大小与极 距有关。因此，磁化规范中说明提升力时，必须同时注明磁轭极距大小。
说
明
• 周向磁化：电流从导体或试件一端流向另一端时，在 导体或试件内部及周围产生的环形磁场。
通电法 周向磁化 中心导体法通电法
环形件绕电缆法
3 复合磁化（又叫多向磁化）：
在工件上产生一个大小和方向随时间成圆形、椭圆形 或螺旋形轨迹变化的磁场。 复合磁化法包括交叉磁轭法（如下图）和交叉线圈法 等多种方法 。
H缺
缺陷磁场的强度还与材料有关
B内
0
为保证探伤灵敏度，应当提高工件的磁感应强度B
缺陷处漏磁场的大小还取决于缺陷本身的尺寸
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。
应用1：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
应用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 I
H H o H
H ――有效磁场（A/m） Ho――外加磁场（A/m） ΔH――退磁场（A/m）
3.1.5 外磁场种类
3.1.5-1磁化方法：按磁路是否闭合
（2）闭路磁化：把线圈绕在铁芯上构成电磁轭
或交叉磁轭对工件进行的磁化，常称为磁轭法。 磁轭法磁化时，以提升力来衡量导入工件的磁
感应强度或磁通。磁轭法磁化工件不产生磁极，
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。图1－1所示。
3.1.2 磁粉探伤的适用性和局限性
适用性： 磁粉探伤适用于检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。
3.1.5-2磁化方法
磁化按方向分为：纵向磁化、周向磁化和复合磁化 1.纵向磁化：是指电流通过一个环绕工件的线圈，或通入磁通使其磁 力线平行于工件轴向的磁化方法。 • 检测与工件轴线方向垂直或夹角大于或等于45°的缺陷时，应使用 纵向磁化方法。纵向磁化可用下列方法获得： • a） 线圈法 b） 磁轭 法
b） 触头法（见图2）；
a)固定触头间距双触头接触磁化 b)非固定触头间距双触头接触磁化 图2 触头法
c） 中心导体法（见图3）；
图3 中心导体法
周向磁化强度的计算：
（1）长直导体的磁场强度：
0.2 I H r
(2)板状工件通电电流的磁场强度：
2I H b
H：奥斯特； I：安； r：工件半径（厘米）
表B.2 绕电缆法和交叉磁轭法的典型磁化方法
平行于焊缝的缺陷检测
平行于焊缝的缺陷检测
a
平行于焊缝的缺陷检测
说
磁化方法检测特点：
应用范围：
明
用软电缆线环绕工件，通电磁化，形成周向磁场 用于检测与电流方向平行的不连续。 注意：
1.对管板角焊缝和管座角焊缝的纵向缺陷，可以采 用绕电缆法。
2.应注意控制焊缝与电缆之间的间距。
局限性：
MT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。
铁磁性材料 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，如图。
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。
3.1磁粉探伤原理
3.1.1 基本原理：
Magnetic Particle Testing，简称 MT
铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性
3.要用标准试片确认磁化规范是否满足要求。
表B.2 绕电缆法和交叉磁轭法的典型磁化方法
垂直焊缝检测
垂直焊缝检测
说