二级磁粉检测物理基础.ppt
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1、1.21.2磁粉检测磁粉检测(jin c)(jin c)的现状的现状(1 1)检测设备的开发:)检测设备的开发:只有设备的进步只有设备的进步,才有成功的应用。才有成功的应用。国外磁粉检测设备已实现了系列化和商品化。从固定式、国外磁粉检测设备已实现了系列化和商品化。从固定式、移动式到携带式移动式到携带式,从半自动、全自动到专用设备从半自动、全自动到专用设备,从单向从单向磁化到多向磁化磁化到多向磁化;计算机编程的应用计算机编程的应用,智能化设备大量涌智能化设备大量涌现现,这些设备可以预置磁化规范这些设备可以预置磁化规范(gufn)(gufn)和合理的工艺和合理的工艺参数参数,进行荧光磁粉检测和自动
2、化操作。国外还成功地进行荧光磁粉检测和自动化操作。国外还成功地运用电视光电探测器的荧光磁粉扫查系统和激光飞点扫运用电视光电探测器的荧光磁粉扫查系统和激光飞点扫描系统描系统,实现了磁粉检测观察阶段的自动化实现了磁粉检测观察阶段的自动化,降低了劳动降低了劳动强度。强度。近年来近年来,我国磁粉检测设备发展也很快我国磁粉检测设备发展也很快,已实现了系列已实现了系列化。磁粉检测智能化设备和自动化、半自动化设备已经化。磁粉检测智能化设备和自动化、半自动化设备已经生产应用生产应用,光电扫描图像识别的磁粉探伤机也已研制成光电扫描图像识别的磁粉探伤机也已研制成功。功。(2 2)检测的器材方面)检测的器材方面 国
3、外在许多方面都形成了系列产品。我国研制的部分国外在许多方面都形成了系列产品。我国研制的部分磁粉检测器材磁粉检测器材,性能己赶上国外同类产品,在国内许多性能己赶上国外同类产品,在国内许多行业得到普遍使用。我国研制的行业得到普遍使用。我国研制的YC-2YC-2型荧光磁粉型荧光磁粉,灵敏灵敏度高。磁悬液喷罐使用方便度高。磁悬液喷罐使用方便,其在特种设备磁粉检测中其在特种设备磁粉检测中普遍应用。普遍应用。第1页/共141页第一页,共142页。(3 3)在工艺方法方面)在工艺方法方面 我国发明的磁粉探伤我国发明的磁粉探伤-橡胶铸型法橡胶铸型法,为间断检测小孔内壁早期为间断检测小孔内壁早期疲劳裂纹的产生和
4、扩展速率闯出了一条新路疲劳裂纹的产生和扩展速率闯出了一条新路(4 4)磁粉检测的质量控制)磁粉检测的质量控制 对影响磁粉检测灵敏度和检测可靠性的诸因素加以控制。对影响磁粉检测灵敏度和检测可靠性的诸因素加以控制。国外非常重视国外非常重视,不仅制定了具体的控制项目、校验周期和不仅制定了具体的控制项目、校验周期和技术要求技术要求,同时通过实践对质量控制技术要求进行持续改进。同时通过实践对质量控制技术要求进行持续改进。我国借鉴国外先进经验我国借鉴国外先进经验,磁粉检测的质量控制也日益受到重磁粉检测的质量控制也日益受到重视视.JB/T4730.4-2005JB/T4730.4-2005承压设备承压设备(
5、shbi)(shbi)无损检测无损检测,将质量控制将质量控制项目纳入标准条文项目纳入标准条文,由此可见其重要性。由此可见其重要性。磁粉检测方法日臻完善。对无损检测人员的培训和资格鉴定空磁粉检测方法日臻完善。对无损检测人员的培训和资格鉴定空前重视前重视,人员素质大大提高。磁粉检测是五大常规方法之一;是人员素质大大提高。磁粉检测是五大常规方法之一;是特种设备特种设备(shbi)(shbi)检测发现缺陷的最重要手段之一。检测发现缺陷的最重要手段之一。第2页/共141页第二页,共142页。1.31.3漏磁场漏磁场(cchng)(cchng)检测分类检测分类漏磁场漏磁场:铁磁性材料工件被磁化后铁磁性材料
6、工件被磁化后,在不连续性处或磁路截面变化在不连续性处或磁路截面变化处处,磁感应线离开和进入工件表面而形成的磁场。磁感应线离开和进入工件表面而形成的磁场。不连续性不连续性:就是工件正常组织结构或外形的任何间断就是工件正常组织结构或外形的任何间断(jindun),(jindun),这种这种 间断间断(jindun)(jindun)可能会也可能不会影响工件可能会也可能不会影响工件的使用性能。的使用性能。缺陷缺陷:通常把影响工件使用性能的不连续性称为缺陷。通常把影响工件使用性能的不连续性称为缺陷。由于工件不连续性处的磁导率发生变化由于工件不连续性处的磁导率发生变化,磁感应线溢出工件表面磁感应线溢出工件
7、表面形成磁极形成磁极,并形成可检测的漏磁场。并形成可检测的漏磁场。检测漏磁场的方法称为漏磁场检测检测漏磁场的方法称为漏磁场检测,包括磁粉检测与检测元件检包括磁粉检测与检测元件检测。测。其区别是其区别是:磁粉检测:是利用铁磁性粉末磁粉检测:是利用铁磁性粉末-磁粉磁粉,作为磁场的传感器作为磁场的传感器,即利用漏磁场吸附磁粉形成的磁痕即利用漏磁场吸附磁粉形成的磁痕(磁粉聚集形成的图像磁粉聚集形成的图像)来显示来显示不连续性的位置、大小、形状和严重程度。不连续性的位置、大小、形状和严重程度。检测元件检测:是利用磁带、霍尔元件、磁敏二极管或感应检测元件检测:是利用磁带、霍尔元件、磁敏二极管或感应线圈作为
8、磁场的传感器线圈作为磁场的传感器,检测不连续性处漏磁场的位置、大小和检测不连续性处漏磁场的位置、大小和方向。方向。第3页/共141页第三页,共142页。1.3.11.3.1磁粉检测磁粉检测磁粉检测磁粉检测(Magnetic Particle Testing(Magnetic Particle Testing、简称、简称 MT)MT),又称磁粉检验或磁粉探伤,又称磁粉检验或磁粉探伤,属于属于(shy)(shy)无损检测五无损检测五大常规方法之一。大常规方法之一。(1 1)磁粉检测原理:铁磁性材料工件被磁化后)磁粉检测原理:铁磁性材料工件被磁化后,由由于不连续性的存在于不连续性的存在,使工件表面和
9、近表面的磁感应线发使工件表面和近表面的磁感应线发生局部畸变而产生漏磁场生局部畸变而产生漏磁场,吸附施加在工件表面的磁粉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在合适的光照下形成目视可见的磁痕,从而显示出不连从而显示出不连续性的位置、大小、形状和严重程度。不连续性处漏磁续性的位置、大小、形状和严重程度。不连续性处漏磁场分布如图场分布如图l-1l-1所示所示 1-1-漏磁场漏磁场2-2-裂纹裂纹3-3-近表面气孔近表面气孔4-4-划伤划伤 5-5-内部气内部气孔孔 6-6-磁感应线磁感应线 7-7-工件工件 可见可见,磁粉检测的基础是不连续性处漏磁场与磁粉的磁磁粉检测的基础是不连
10、续性处漏磁场与磁粉的磁相互作用。相互作用。第4页/共141页第四页,共142页。(2)(2)磁粉检测适用范围磁粉检测适用范围1)1)铁磁性材料工件表面和近表面尺寸很小、间隙极窄铁磁性材料工件表面和近表面尺寸很小、间隙极窄(如可如可检测出长检测出长0.1mm0.1mm、宽为微米级的裂纹、宽为微米级的裂纹(li wn)(li wn)和目视难以看和目视难以看出的缺陷。马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料出的缺陷。马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料(如如lCr17Ni7)lCr17Ni7)具有磁性具有磁性,因而可以进行磁粉检测。因而可以进行磁粉检测。2)2)工件表面和近表面的裂纹工件表面和近表面的裂纹(li
11、 wn)(li wn)、白点、发纹、折叠、白点、发纹、折叠、疏松、冷隔、气孔和夹疏松、冷隔、气孔和夹 杂等缺陷杂等缺陷,但不适用于检测工件表面但不适用于检测工件表面浅而宽的划伤、针孔状缺陷、埋藏较深的内部缺陷和延伸方向浅而宽的划伤、针孔状缺陷、埋藏较深的内部缺陷和延伸方向与磁感应线方向夹角小于与磁感应线方向夹角小于2020的缺陷。的缺陷。3)3)未加工的原材料未加工的原材料(如钢坯如钢坯)和加工的半成品、成品件及使用和加工的半成品、成品件及使用过的工件及特种设备。过的工件及特种设备。4)4)管材、棒材、板材、型材和锻钢件、铸钢件及焊接件。管材、棒材、板材、型材和锻钢件、铸钢件及焊接件。不适用于
12、非磁性材料:比如奥氏体不锈钢材料不适用于非磁性材料:比如奥氏体不锈钢材料(如如1Cr18Ni9,1Cr18Ni9,OCr18Ni9Ti)OCr18Ni9Ti)和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝,也不适用于也不适用于检测铜、铝、镁、钛合金等非磁性材料。检测铜、铝、镁、钛合金等非磁性材料。第5页/共141页第五页,共142页。(3)(3)磁粉检测程序磁粉检测程序特种设备磁粉检测的七个程序是特种设备磁粉检测的七个程序是:1)1)预处理预处理;2)2)磁化磁化(chu);(chu);3)3)施加磁粉或磁悬液施加磁粉或磁悬液;4)4)磁痕的观察与记录磁痕的观察与记录;5)5)缺
13、陷评级缺陷评级;6)6)退磁退磁;7)7)后处理。后处理。第6页/共141页第六页,共142页。(4)(4)磁粉检测的优点及其局限性磁粉检测的优点及其局限性磁粉检测的优点磁粉检测的优点:1)1)可检测出铁磁性材料表面和近表面可检测出铁磁性材料表面和近表面(开口和不开口开口和不开口)的缺陷。的缺陷。2)2)能直观地显示出缺陷的位置、形状、大小和严重程度。能直观地显示出缺陷的位置、形状、大小和严重程度。3)3)具有很高的检测灵敏度具有很高的检测灵敏度,可检测微米级宽度的缺陷。可检测微米级宽度的缺陷。4)4)单个工件检测速度快单个工件检测速度快,工艺简单工艺简单,成本低廉成本低廉,污染少。污染少。5
14、)5)采用合适的磁化方法采用合适的磁化方法(fngf),(fngf),几乎可以检测到工件表面的几乎可以检测到工件表面的各个部位各个部位,基本上不受工件大小和几何形状的限制。基本上不受工件大小和几何形状的限制。6)6)缺陷检测重复性好。缺陷检测重复性好。7)7)可检测受腐蚀的表面。可检测受腐蚀的表面。第7页/共141页第七页,共142页。磁粉检测的局限性磁粉检测的局限性:1)1)只适用于铁磁性材料。只适用于铁磁性材料。不能检测奥氏体不锈钢材料和奥氏体不锈钢焊不能检测奥氏体不锈钢材料和奥氏体不锈钢焊缝及其他非铁磁性材料。缝及其他非铁磁性材料。2)2)只能检测表面和近表面缺陷只能检测表面和近表面缺陷
15、(quxin)(quxin)。3)3)检测时的灵敏度与磁化方向有很大关系。若缺陷检测时的灵敏度与磁化方向有很大关系。若缺陷(quxin)(quxin)方向与磁化方向近似平行或缺陷方向与磁化方向近似平行或缺陷(quxin)(quxin)与工件表面夹角小于与工件表面夹角小于20,20,缺陷缺陷(quxin)(quxin)就难以发现。另外就难以发现。另外,表面浅而宽的划伤、表面浅而宽的划伤、锻造皱折也不易发现。锻造皱折也不易发现。4)4)受几何形状影响受几何形状影响,易产生非相关显示。易产生非相关显示。5)5)工件表面覆盖层对磁粉检测有不良影响。用通工件表面覆盖层对磁粉检测有不良影响。用通电法和触头
16、法磁化时电法和触头法磁化时,易产生电弧易产生电弧,烧伤工件。因此烧伤工件。因此,电接触部位的非导电覆盖层必须打磨掉。电接触部位的非导电覆盖层必须打磨掉。6)6)部分磁化后具有较大剩磁的工件需进行退磁处部分磁化后具有较大剩磁的工件需进行退磁处理。理。第8页/共141页第八页,共142页。1.3.2检测元件检测(3)(1)录磁探伤法适用于焊接件和轧制件的探伤,可发现裂纹、夹杂和气孔等缺陷。(2)感应线圈探伤法应用于多种无损(w sn)检测仪器和磁 性测量仪器中,能有效地对钢管、钢棒和钢丝绳等进行探伤。(3)磁敏元件探测法能检测狭缝中的磁场分布和测量极其微弱的磁场,并能直接显示磁场强度的大小和方向,
17、因而已被广泛应用。第9页/共141页第九页,共142页。1.41.4表面表面(biomin)(biomin)无损检测方法的比较无损检测方法的比较表面无损检测方法:磁粉检测、渗透检测和涡流检测,其原理和适用范围区别很大,并且有各自独特的优点和局限性。所以无损检测人员应熟练掌握这三种检测方法,并能根据工件材料、状态和检测要求,选择合理的方法进行检测。磁粉检测对铁磁性材料工件的表面和近表面缺陷具有很高的检测灵敏度,可发现微米级宽度的小缺陷;所以特种设备对铁磁性材料工件表面和近表面缺陷的检测宜优先选择磁粉检测(JB/T4730.1-2005:4.1.3条),确因工件结构形状等原因(yunyn)不能使用
18、磁粉检测时,方可使用渗透检测或涡流检测。表面无损检测方法的比较见表 1-1。第10页/共141页第十页,共142页。第11页/共141页第十一页,共142页。2.1 2.1 磁现象和磁场磁现象和磁场2.1.1 2.1.1 磁的基本现象磁的基本现象 磁性、磁体、磁极磁性、磁体、磁极(cj)(cj)、磁力、磁化、磁力、磁化 磁性磁性:磁铁能够吸引铁磁性材料的性质叫磁性。磁铁能够吸引铁磁性材料的性质叫磁性。磁体磁体:凡能够吸引其他铁磁性材料的物体叫磁体。凡能够吸引其他铁磁性材料的物体叫磁体。磁极磁极(cj):(cj):靠近磁铁两端磁性特别强吸附磁粉特别多的区域称为磁极靠近磁铁两端磁性特别强吸附磁粉特
19、别多的区域称为磁极(cj)(cj)。每。每一小块磁体总有两个磁极一小块磁体总有两个磁极(cj)(cj)。磁力:磁极磁力:磁极(cj)(cj)间相互排斥和相互吸引的力称为磁力间相互排斥和相互吸引的力称为磁力 磁化磁化:使原来没有磁性的物体得到磁性的过程叫磁化。使原来没有磁性的物体得到磁性的过程叫磁化。2、磁粉探伤的物理(wl)基础第12页/共141页第十二页,共142页。2.1.22.1.2磁场与磁感应线磁场与磁感应线 磁场磁场:具有磁力作用的空间具有磁力作用的空间.存在于被磁化物体或通存在于被磁化物体或通电导体的内部和周围电导体的内部和周围,是由运动电荷形成的。是由运动电荷形成的。磁场的特征、
20、显示和磁力线磁场的特征、显示和磁力线 磁场的特征磁场的特征:是对运动电荷是对运动电荷(或电流或电流)具有作用力具有作用力,在在磁场变化的同时也产生电场。磁场变化的同时也产生电场。磁场的显示磁场的显示:磁场的大小、方向和分布磁场的大小、方向和分布(fnb)(fnb)情况情况,可以利用磁感应线来表示。可以利用磁感应线来表示。磁力线的用途(假想的磁感应线)磁力线的用途(假想的磁感应线)假想的,用于形象地描述磁场的大小、方向和分布假想的,用于形象地描述磁场的大小、方向和分布(fnb)(fnb)情况。磁感应线的疏密程度反映磁场的大情况。磁感应线的疏密程度反映磁场的大小。在磁力线密的地方磁场大,在磁力线稀
21、的地方小。在磁力线密的地方磁场大,在磁力线稀的地方磁场小,磁场小,磁感应线在每点的切线方向代表磁场的方向磁感应线在每点的切线方向代表磁场的方向,磁力线磁力线上每点的切线方向与该点的磁场方向一致。上每点的切线方向与该点的磁场方向一致。第13页/共141页第十三页,共142页。磁感应线具有以下特性磁感应线具有以下特性:(1 1)、磁感应线是连续的具有方向性的闭合曲线。)、磁感应线是连续的具有方向性的闭合曲线。在磁体内是由在磁体内是由S S极到极到N N极;在磁体外极;在磁体外,磁感应线是由磁感应线是由N N极出发,穿过空气进入极出发,穿过空气进入S S极的闭合曲线极的闭合曲线(2 2)、磁感应线互
22、不相交;)、磁感应线互不相交;(3 3)、磁感应线可描述磁场的大小和方向;)、磁感应线可描述磁场的大小和方向;(4 4)、磁感应线沿磁阻最小的路径经过;)、磁感应线沿磁阻最小的路径经过;同性磁极相斥同性磁极相斥,因同性磁极间间磁力线有互相因同性磁极间间磁力线有互相(h(h xing)xing)排挤的倾向;排挤的倾向;异性磁极相吸异性磁极相吸,因异性磁极间磁感应线有缩短长度因异性磁极间磁感应线有缩短长度的倾向。的倾向。第14页/共141页第十四页,共142页。1.1.圆周磁场圆周磁场马蹄形磁铁如图马蹄形磁铁如图2-2a2-2a所示所示,具有具有N N极和极和S S极。极。磁铁外部磁铁外部,磁感应
23、线从磁感应线从N N极出发穿过空气进入极出发穿过空气进入S S极极;磁铁内部磁铁内部,磁感应线从磁感应线从S S极到极到N N极闭合极闭合,它的两极能吸引它的两极能吸引铁磁性材料。铁磁性材料。漏磁场的形成漏磁场的形成磁极间距变小形成的漏磁场磁极间距变小形成的漏磁场:将磁铁弯曲将磁铁弯曲,使两磁极使两磁极靠得很近靠得很近,如图如图2-2b2-2b所示所示,磁感应线离开磁感应线离开N N极极,穿过空气穿过空气重新进入重新进入S S极极,产生漏磁场。产生漏磁场。裂纹两侧形成的漏磁场裂纹两侧形成的漏磁场:将磁铁两端再弯曲将磁铁两端再弯曲,使两极使两极熔合成圆环熔合成圆环,如图如图2-2c2-2c所示所
24、示,此时磁铁内既无磁极又不此时磁铁内既无磁极又不产生漏磁场产生漏磁场,因而不能吸引铁磁性材料因而不能吸引铁磁性材料,但在磁铁内包但在磁铁内包容了一个圆周磁场或已被周向磁化。如果已周向磁化容了一个圆周磁场或已被周向磁化。如果已周向磁化的零件存在与磁感应线垂直的裂纹的零件存在与磁感应线垂直的裂纹,则在裂纹两侧立即则在裂纹两侧立即(lj)(lj)产生产生N N极和极和S S极极,形成漏磁场形成漏磁场,漏磁场能强烈地吸漏磁场能强烈地吸附磁粉形成磁痕附磁粉形成磁痕,显示出裂纹缺陷。显示出裂纹缺陷。有裂纹处漏磁场分布及磁痕显示如图有裂纹处漏磁场分布及磁痕显示如图2-1d2-1d所示所示 图图 2-2 2-
25、2 用马蹄形磁铁描述圆周用马蹄形磁铁描述圆周(yunzhu)(yunzhu)磁场磁场第15页/共141页第十五页,共142页。图图 2-3 2-3 用条形磁铁描述用条形磁铁描述(mio sh)(mio sh)纵向磁化纵向磁化 a)a)马蹄形磁铁被校直成条形磁铁马蹄形磁铁被校直成条形磁铁b)b)带机加工槽带机加工槽c)c)带纵向裂纹带纵向裂纹2.2.纵向磁化纵向磁化如果将马蹄形磁铁校直为条形磁铁如果将马蹄形磁铁校直为条形磁铁,则其两端是则其两端是N N极极和和S S极。条形磁铁的两极能强烈地吸附磁粉极。条形磁铁的两极能强烈地吸附磁粉,说明该说明该条形磁铁已被纵向磁化条形磁铁已被纵向磁化,如图如图
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