焊接質(zhì)量檢驗(yàn)-第5章

講課教師：王文先2012年10月日材料成型及控制專業(yè)——《焊接質(zhì)量檢驗(yàn)》第五章磁力探傷與渦流探傷磁力探傷與渦流探傷的定義及分類1、磁力探傷就是通過對(duì)鐵磁材料進(jìn)行磁化所產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)，來發(fā)現(xiàn)其表面或近表面缺陷的無損檢驗(yàn)法。磁力探傷包括磁粉法、磁敏探頭法和錄磁法。

2、渦流探傷是利用電磁感應(yīng)原理，使金屬材料在交變磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生渦流，根據(jù)渦流的大小和分布來探測(cè)磁性和非磁性材料缺陷的無損檢驗(yàn)法。太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院《焊接質(zhì)量檢驗(yàn)》——第五章磁力探傷與渦流探傷

當(dāng)鐵磁材料的表面存在著裂紋等缺陷時(shí)，在磁化狀態(tài)下，裂紋周圍會(huì)產(chǎn)生漏磁通。根據(jù)檢測(cè)漏磁通所采用的方式的不同，磁力探傷可分為以下幾類：

1.磁粉法在磁化后工件表面上撒上磁粉，磁粉粒子便會(huì)吸附在缺陷區(qū)域，顯示在缺陷的位置、磁痕的形狀和大小。

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材料科學(xué)與工程學(xué)院5.1磁力探傷的原理

5.1.1磁力探傷分類2.磁敏探頭法

用合適的磁敏探頭探測(cè)工件表面，用漏磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過放大、信號(hào)處理和儲(chǔ)存，就可以用光電指示器加以顯示。

3錄磁法

將磁帶覆蓋在已磁化的工件上時(shí)，缺陷的漏磁場(chǎng)就在磁帶上產(chǎn)生局部磁化作用，然后再用磁敏探頭探頭測(cè)出磁帶錄下的漏磁，從而確定焊縫表面缺陷的位置。

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鐵磁材料的工件被磁化后，在其表面和近表面的缺陷處磁力線發(fā)生變形，逸出工件表面形成漏磁場(chǎng)。用上述的方法將漏磁場(chǎng)檢測(cè)出來，進(jìn)而確定缺陷的位置（有時(shí)包括缺陷的形狀、大小和深度），這就是磁力探傷的基本原理。

1.漏磁場(chǎng)當(dāng)磁通量從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，若兩種介質(zhì)的磁導(dǎo)率不同，在介面上磁力線的方向一般會(huì)發(fā)生突變，見圖5-1所示。這種由于介質(zhì)磁導(dǎo)率的變化而使磁通泄露到缺陷附近的空氣中形成的磁場(chǎng)，成為漏磁場(chǎng)。

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材料科學(xué)與工程學(xué)院5.1.2探傷基本原理

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圖5-1零件表面的漏磁通

2.影響漏磁場(chǎng)的因素

（1）外加磁場(chǎng)的影響一般來說，缺陷漏磁密度隨著工件磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加而線性增加，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到飽和值的80%左右時(shí)，漏磁場(chǎng)密度會(huì)急劇上升。

（2）工件材料及狀態(tài)的影響鋼材的磁化曲線是隨合金成分、含碳量、加工狀態(tài)及熱處理狀態(tài)而變化的。

（3）缺陷位置和形狀的影響同樣的缺陷，位于表面時(shí)漏磁通增多；若位于距表面很深的地方，則幾乎沒有漏磁通泄露于空間。缺陷的深寬比愈大，漏磁場(chǎng)愈強(qiáng)。缺陷垂直于工件表面時(shí)，漏磁場(chǎng)最強(qiáng)；若與工件表面平行，則幾乎不產(chǎn)生漏磁通。

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材料科學(xué)與工程學(xué)院1.磁粉磁粉是磁粉探傷的顯示介質(zhì)，由鐵磁性金屬微粒組成。（1）磁粉種類和特點(diǎn)干法磁粉

磁粉熒光磁粉濕法磁粉非熒光磁粉

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材料科學(xué)與工程學(xué)院5.2磁粉探傷法

5.2.1磁粉探傷器材和設(shè)備1.干法廣泛地用于大型結(jié)構(gòu)件和大型焊縫局部區(qū)域的磁粉探傷。2.濕法比干法具有更高的檢測(cè)靈敏度，特別適用于探測(cè)表面微小缺陷，常用于大批量工件的探傷。

（2）磁粉的性能

1）磁粉應(yīng)具有高磁導(dǎo)率和低剩磁性質(zhì)，磁粉之間不應(yīng)相互吸引。

2）磁粉的粒度應(yīng)不小于200目。

3）磁粉的顏色應(yīng)與被檢工作有最大的對(duì)比度。

2.磁懸液將磁粉混合在液體介質(zhì)中形成磁粉的懸浮液，簡(jiǎn)稱磁懸液。用來懸浮磁粉的液體叫分散劑（或稱載液）

3.靈敏度試片磁粉探傷靈敏度試片是用來定期檢查系統(tǒng)的全面性能和靈敏度（如磁粉材料的組成，磁粉探傷設(shè)備，操作技術(shù)和磁場(chǎng)值等）的。4.磁粉探傷設(shè)備包括固定式、移動(dòng)式、便攜式、磁軛式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)探傷機(jī)。其選擇應(yīng)根據(jù)工作環(huán)境、試件的大小及工件表面缺陷的深淺程度、分布方向等因素來確定。見圖5-2CXX-1型。

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材料科學(xué)與工程學(xué)院圖5-2CXX-1型磁軛式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)探傷機(jī)1.磁化與退磁

(1)磁化方法磁粉探傷必須在被檢工件內(nèi)或在其周圍建立一個(gè)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)建立的過程就是工件的磁化方向。根據(jù)建立磁場(chǎng)方向不同，磁化方法可作如下分類：

1）周向磁化給工件直接通電，或者使電流流過貫穿工件中心孔的導(dǎo)體，在工件中建立一個(gè)環(huán)繞工件并且與工件軸線垂直的閉合磁場(chǎng)。周向磁化用于發(fā)現(xiàn)與工件軸線（或與電流方向）平行的缺陷。

2）縱向磁化電流通過環(huán)繞工件的線圈，使工件中的磁力線平行于線圈的軸線?？v向磁化用于發(fā)現(xiàn)與工件軸線相垂直的缺陷。利用電磁軛磁化使磁力線平行于工件縱軸亦屬于這一類。

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材料科學(xué)與工程學(xué)院5.2.2磁粉探傷技術(shù)

3）復(fù)合磁化將周向磁化和縱向磁化同時(shí)作用在工件上，是工件得到由兩個(gè)互相垂直的磁力線的作用而產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)，其指向構(gòu)成扇形磁化場(chǎng)。

4）旋轉(zhuǎn)磁化將繞有激磁線圈的Ⅱ型磁鐵交叉放置，各通以不同相位的交流電，產(chǎn)生圓形或橢圓形磁場(chǎng)（即合成磁場(chǎng)的方向作圓形旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）。旋轉(zhuǎn)磁化能發(fā)現(xiàn)沿任意方向分布的缺陷。(2)磁化磁場(chǎng)的方向與磁場(chǎng)強(qiáng)度當(dāng)磁化磁場(chǎng)的磁力線與缺陷斷面垂直時(shí)，能在缺陷處獲得最大的漏磁場(chǎng)。在焊縫磁粉探傷中，為得到較高的探測(cè)靈敏度，通常在被探件上至少使用兩個(gè)近似相互垂直方向的磁化（包括使用旋轉(zhuǎn)磁化的情況）。

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為了保證探傷結(jié)果的準(zhǔn)確性，磁化磁場(chǎng)必須有足夠的強(qiáng)度，而且必須在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)（通常在±25%）。由于影響磁場(chǎng)的因素眾多，很難建立嚴(yán)格的磁場(chǎng)強(qiáng)度規(guī)則，其使用規(guī)范由相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件列出。對(duì)于新產(chǎn)品，應(yīng)使用已知缺陷的工件進(jìn)行試驗(yàn)來確定磁場(chǎng)強(qiáng)度。

(3)退磁工件經(jīng)磁粉探傷后留下的剩磁，會(huì)影響安裝在其周圍儀表、羅盤等計(jì)量裝置的精度，或者吸引鐵屑增加磨損。有時(shí)工件中的強(qiáng)剩磁場(chǎng)會(huì)干擾焊接過程，引起電弧的偏吹，或者影響以后進(jìn)行的磁粉探傷。使工件的剩磁回零的過程叫退磁。當(dāng)工件進(jìn)行兩個(gè)以上方向的磁化后，若后道工序不能克服前道工序剩磁影響時(shí)，應(yīng)進(jìn)行退磁處理。

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材料科學(xué)與工程學(xué)院根據(jù)圖5-3的退磁滯回線，把工件放入磁場(chǎng)中（退磁的起始磁場(chǎng)強(qiáng)度大于或等于磁化時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度）然后不斷改變磁場(chǎng)方向，同時(shí)使其逐漸減小到零，即可除去工件的剩磁，去磁方法有以下幾種：

1）將工件從交流磁化線圈中移開

2）減小交流電

3）直流換向衰減退磁

4）振蕩電流退磁此外，若將工件加熱到居里點(diǎn)以上也可達(dá)到退磁的目的。

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圖5-3退磁磁滯回線2.磁化探傷檢驗(yàn)程序

根據(jù)被探傷的材料、形狀、尺寸及需檢查缺陷的性質(zhì)、部位、方向和形狀的不同，所采用的磁粉探傷方法也不盡相同，但其探傷步驟大體如下：

(1)探傷前的準(zhǔn)備校驗(yàn)探傷設(shè)備的靈敏度，除去被探傷表面的油污、鐵銹、氧化皮等。

(2)磁化

(3)噴灑磁粉或磁懸液

(4)對(duì)磁痕進(jìn)行觀察及評(píng)定

(5)退磁

(6)清洗、干燥、防銹

(7)結(jié)果記錄。

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磁化

1）確定探傷方法對(duì)高碳鋼或經(jīng)熱處理（淬火、回火。滲碳、滲氮）的結(jié)構(gòu)鋼零件用剩磁法探傷；對(duì)低碳鋼、軟鋼用連續(xù)法。

2）確定磁化方法。

3）確定磁化電流種類一般直流電結(jié)合干磁粉、交流電結(jié)合濕磁粉效果較好。

4）確定磁化方向應(yīng)盡可能使磁場(chǎng)方向與缺陷分布方向垂直。

5）確定磁化電流

6）確定磁化的通電時(shí)間

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3.壓力容器焊縫的磁粉探傷采用磁粉探傷法來檢查鐵磁性鋼制壓力容器焊縫的表面缺陷，具有探傷靈敏度高、檢驗(yàn)速度快的特點(diǎn)，而且能探測(cè)一定深度下的缺陷。

(1)缺陷分布缺陷產(chǎn)生的部位大多集中在焊縫及熱影響區(qū)，而且壓力容器上的支桿、弧板及吊耳等工卡具焊痕也是磁粉探傷所不能忽視的部位。尤其是內(nèi)表面焊痕處裂紋，直接與介質(zhì)接觸，將導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕，若有漏檢，更容易造成嚴(yán)重后果。

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(2)缺陷的探查

1）表面清理

2）校驗(yàn)靈敏度

3）選擇探傷設(shè)備、確定磁化方法

4）確定磁化時(shí)間采用的磁化方法有以下幾種：

a.磁軛法同一位置至少作兩次互相垂直探傷。磁極的間距應(yīng)控制在50~200mm范圍內(nèi)，使探傷區(qū)域處在兩磁極連線的兩側(cè)相當(dāng)于1/4最大磁極間距的面積內(nèi)，磁化區(qū)的重疊每次至少應(yīng)有25mm。

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b.觸點(diǎn)法觸點(diǎn)法的優(yōu)點(diǎn)是電極間距可以隨意調(diào)節(jié)，根據(jù)探傷部位情況及靈敏度要求來確定電極間距和電流大小。同樣的，在同一部位必須至少要進(jìn)行兩次以上互相垂直的探傷，并采用圖示的觸點(diǎn)位置布置方法。

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如果采用直流點(diǎn)剩磁法探傷，必須注意在磁化焊縫的后一段時(shí)，不要造成前一段的退磁。為此可按圖示的區(qū)域順序（A→C）改變觸點(diǎn)的位置。同時(shí)應(yīng)注意不要將觸點(diǎn)直接放在焊縫上，而放在焊縫邊緣。

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c.交叉磁軛旋轉(zhuǎn)磁化其主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度和探傷效率都很高。探傷時(shí)，應(yīng)注意的問題：

①磁極端面與工件表面間隙不宜過大，最大不宜超過1.5mm；②移動(dòng)交叉磁軛的速度要適宜，速度一般為2~3m/min，且要連續(xù)行走探傷；③磁懸液噴灑原則：檢測(cè)球罐環(huán)焊縫時(shí)，磁懸液應(yīng)噴灑在行走方向正上方；檢測(cè)球罐縱焊縫時(shí)，磁懸液應(yīng)噴灑在行走方向正前方，如圖5-4所示。

④觀察磁痕在磁軛通過后探傷部位盡快進(jìn)行。

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材料科學(xué)與工程學(xué)院圖5-4檢查球罐環(huán)、縱焊縫時(shí)磁懸液噴灑位置

(3)缺陷的處理和修補(bǔ)后的檢驗(yàn)

a.經(jīng)磁粉探傷后，若發(fā)現(xiàn)的缺陷較淺，可用手砂輪或刮刀等工具進(jìn)行清除。清除后的凹坑如不需補(bǔ)焊，則要將凹坑邊緣打磨得平滑些，以免出現(xiàn)拐角而造成應(yīng)力集中。

b.對(duì)于比較深的缺陷，可以用小手砂輪或氣刨來清除，清除后再進(jìn)行磁粉探傷，直到確認(rèn)表面缺陷已完全被挖掉位置。然后按焊接工藝進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)焊后的部位按原探傷方法和工藝進(jìn)行檢驗(yàn)。

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材料科學(xué)與工程學(xué)院1.耦合線圈的阻抗

圖5-5是具有互感M的空心線圈（或繞在非鐵磁性材料制成的芯子上）所組成的電路。根據(jù)電流和電壓的參考方向及線圈的同名端，寫出如下方程：

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材料科學(xué)與工程學(xué)院5.5渦流探傷

5.5.1渦流探傷原理圖5-5空心線圈組成的電路2.渦流及集膚效應(yīng)

(1)渦流的產(chǎn)生在圖5-6中，若給線圈通以變化的交流電，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，穿過金屬塊中若干個(gè)同心圓截面的磁通量將發(fā)生變化，因而會(huì)在金屬塊內(nèi)感應(yīng)出交流電。由于這種電流的回路在金屬塊內(nèi)呈旋渦形狀，故稱為渦流。渦流是根據(jù)電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的，所以渦流是交變的。同樣，交變的渦流會(huì)在周圍空間形成交變磁場(chǎng)，因此，需注意以下幾點(diǎn)：

1）空間中某點(diǎn)的磁場(chǎng)是由一次電場(chǎng)和渦流磁場(chǎng)疊加而形成的合成磁場(chǎng)。

2）渦流的大小影響著激勵(lì)線圈中的電流。

3）渦流的大小和分布決定著激勵(lì)線圈的形狀和尺寸、交流電頻率、金屬塊的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、金屬塊與線圈的距離、金屬塊表層缺陷等因素。

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材料科學(xué)與工程學(xué)院圖5-6渦流的產(chǎn)生

(1)集膚效應(yīng)當(dāng)直流電通過一圓柱導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體截面上的電流密度均相同，而交流電流流過圓柱導(dǎo)體時(shí)，橫截面上的電流密度就不一樣，表面的電流密度最大，越到圓柱體中心就越小，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。離導(dǎo)體表面某一深度處的電流密度是表面值的1/e時(shí)，(即36.8%)，此深處稱為透入深度h：

式中f——交流電流頻率(Hz);μ——材料的磁導(dǎo)率(H/m);σ——材料的電導(dǎo)率(1/(?·m));

由于渦流是交流，同樣具有集膚效應(yīng)，所以金屬內(nèi)渦流的滲透深度與激勵(lì)電流的頻率、金屬的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率有直接的關(guān)系。

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材料科學(xué)與工程學(xué)院3.探傷基本原理設(shè)Zo為沒有試件時(shí)線圈的等效阻抗，Zs為有試件時(shí)反射到激勵(lì)線圈去的附加阻抗，則線圈的阻抗Z可表示為：無試件時(shí)：

有試件時(shí)：

式中Ro——激勵(lì)線圈的電阻（?）；

Xo——激勵(lì)線圈的電抗（?）；

Rs——反射電阻（?）；Xs——反射電抗（?）。反射電抗Rs包含了試件的各種信息，當(dāng)試件存在缺陷時(shí)，渦流的流動(dòng)發(fā)生了畸變，如果能檢測(cè)出這種畸變的信息，就能判定試件中有關(guān)缺陷的情況。

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材料科學(xué)與工程學(xué)院1.渦流檢測(cè)線圈

渦流探傷檢測(cè)線圈的作用有兩個(gè)：其一是在試件表面及近表面產(chǎn)生感生渦流；其二是測(cè)量渦流磁場(chǎng)或合成磁場(chǎng)的變化。檢驗(yàn)線圈對(duì)缺陷的檢出靈敏度及分辨率有很大的影響，是探傷儀的重要組成部分。

(1)渦流檢測(cè)線圈的分類實(shí)際應(yīng)用的檢驗(yàn)線圈形式多種多樣，但常用的是按檢驗(yàn)渦流的方式、檢驗(yàn)線圈與試件的相互位置以及比較方式來分類（見表5-1）。

(2)渦流檢測(cè)線圈的形式及應(yīng)用特點(diǎn)不同形式的檢測(cè)線圈有著不同的功能（例如圖5-7穿過式、圖5-8內(nèi)插式）。

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材料科學(xué)與工程學(xué)院5.5.2渦流探傷設(shè)備

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渦流檢測(cè)線圈分類方式分類說明相互位置穿過式試件穿過檢測(cè)線圈內(nèi)插式檢測(cè)線圈插在試件孔內(nèi)或管材內(nèi)壁探頭式檢測(cè)線圈放置在試件表面檢測(cè)方式自感式檢測(cè)線圈既產(chǎn)生激勵(lì)磁場(chǎng)，又檢測(cè)渦流反作用磁場(chǎng)互感式檢測(cè)線圈有二個(gè)繞組，一個(gè)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，另一個(gè)檢驗(yàn)渦流反作用磁場(chǎng)比較方式自比式檢驗(yàn)線圈由二個(gè)相距很近（用于檢驗(yàn)同一試件）的線圈組成他比式檢驗(yàn)線圈由兩個(gè)參數(shù)完全相同的線圈組成，它們分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件和待測(cè)試件檢測(cè)表5-1渦流檢測(cè)線圈的分類

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材料科學(xué)與工程學(xué)院圖5-7穿過式線圈圖5-8內(nèi)插式線圈2.渦流探傷儀

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材料科學(xué)與工程學(xué)院圖5-9渦流檢測(cè)儀基本組成示意圖2.對(duì)比試樣

(1)對(duì)比試樣及其作用對(duì)比試樣是按照一定要求制作的具有人工缺陷的標(biāo)準(zhǔn)試樣。用來設(shè)定（或調(diào)整）探傷裝置的靈敏度，確定探傷儀上個(gè)旋鈕的位置，或者用來定時(shí)地校核探傷裝置的靈敏度，使其維持在規(guī)定的電平上。

(2)對(duì)比試樣的制備用于制備對(duì)比試樣的鋼管應(yīng)與被探件的公稱尺寸相同，化學(xué)成分、表面狀況及熱處理狀態(tài)相似，且具有相似的電磁特性。對(duì)比試樣的表面，應(yīng)無氧化皮等影響校準(zhǔn)的缺陷。

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材料科學(xué)與工程學(xué)院渦流探傷的基本步驟方法如下：

(1)探傷前的準(zhǔn)備工作

1）根據(jù)試件的性質(zhì)、形狀、尺寸及欲檢出的缺陷種類和大小選擇檢驗(yàn)方法及設(shè)備。

2）對(duì)被探件進(jìn)行預(yù)處理，除去其表面的油脂、氧化物及吸附的鐵屑等雜物。

3）根據(jù)相應(yīng)的