磁粉檢測講稿

磁粉檢測二○一七年五月無損檢測（NondestructiveTesting）的概念應(yīng)用物理方法在不破壞受檢件的幾何狀況、不改變其結(jié)構(gòu)性能，即在完全無損壞的情況下，去了解其某些性質(zhì)、顯示其狀態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方法。●——掌握；■——理解；▲——了解第一章

緒論無損探傷是無損檢測在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，包括：射線探傷RT超聲波探傷UT磁粉探傷MT滲透探傷PT四大常規(guī)方法渦流探傷（電磁）ET聲發(fā)射檢測

AE熱像/紅外TIR尺寸檢測DE、泄漏檢測LT、目視檢測VT等1.1

磁粉探傷的發(fā)展簡史和現(xiàn)狀

1.1.1磁粉探傷的發(fā)展簡史磁粉檢測是利用磁現(xiàn)象來檢測材料和工件中缺陷的方法。早在18世紀，

Hering利用羅盤儀檢查鋼軌的不連續(xù)；第一次世界大戰(zhàn)的1918年，Hoke發(fā)現(xiàn)磁性夾具夾持的硬鋼塊會吸引磨削下來的金屬粉末，形成與表面裂紋形狀一致的圖樣，這一發(fā)現(xiàn)，促使了磁粉檢測法的發(fā)現(xiàn)。二十年代MT就已使用，用于檢測鐵磁性材料的不連續(xù)；1928年，F(xiàn)orest提出了周向磁化方法和磁粉的設(shè)想，并獲得了可靠的檢測結(jié)果，研究成功至今仍在使用的磁粉檢測法；1934年，所成立的公司演變成Magnaflux（美國磁通）公司；1935年，采用黑色氧化鐵粉懸浮于輕石油制品中的濕法（懸浮液）技術(shù)開始使用；1936年，有了將磁粉添加在含有潤濕劑和防腐劑的水溶液中的技術(shù)；1940年，美國編寫了《磁通檢驗的原理》教科書1941年，熒光磁粉投入使用。在第二次世界大戰(zhàn)期間，使磁粉檢測技術(shù)更趨完善，廣泛用于焊接結(jié)構(gòu)件、飛機組件、造船等領(lǐng)域。五十年代初，瑞加德羅[蘇聯(lián)]制定了磁化規(guī)范，得到世界上許多國家的認可并采用。我國國內(nèi)：1949年前僅有幾臺進口美國的蓄電池式直流探傷機，用于航空工件的維修檢查。五十年代初先后引進蘇聯(lián)、歐美等磁粉檢測技術(shù)，得到很快發(fā)展，廣泛應(yīng)用于航空、航天、機械工業(yè)、兵器、船舶、電力、火車、汽車、石油、化工、鍋爐壓力容器、壓力管道和其它工業(yè)部門。近幾十年來，磁粉檢測已經(jīng)發(fā)展成為一種成熟的無損檢測方法。1.1.2磁粉探傷現(xiàn)狀磁粉探傷是用于缺陷探測的一種無損檢測方法。跟其它無損檢測方法相比，操作簡便，對零件表面要求不高，因而使其成為應(yīng)用最廣的無損檢測方法之一。對受檢零件的唯一要求就是必須是鐵磁性材料制成。因此，廣泛應(yīng)用于：機械、造船、宇航、鐵路、兵器等部門。。在鍋爐、壓力容器、壓力管道等承壓類特種設(shè)備領(lǐng)域，大多數(shù)使用鐵磁性材料，由于磁粉探傷設(shè)備較輕便，使用靈和、方便，成本低，磁痕直觀，易于解釋，缺陷檢出靈敏度高，并且相對于其它幾種無損檢測方法，具有較高的可靠性（缺陷檢出率90%以上，RT、UT約60~70%），故在材料檢驗、質(zhì)量控制、產(chǎn)品驗收、在用檢驗等方面得到了十分廣泛的應(yīng)用。

……1.2漏磁場檢測與磁粉檢測基本概念：磁性——一種物體對其它物體的吸引現(xiàn)象。漏磁場——鐵磁性材料工件被磁化后，在不連續(xù)性處或磁路截面變化處，磁感應(yīng)線離開和進入工件表面形成的磁場稱為漏磁場。不連續(xù)性——所謂不連續(xù)性，就是工件正常組織結(jié)構(gòu)或外形的任何間斷，這種間斷可能會影響工件的使用性能，也可能不會。缺陷——通常把影響工件使用性能的不連續(xù)性稱為缺陷。1.2.1漏磁場檢測由于工件不連續(xù)性處的磁導(dǎo)率發(fā)生變化，磁感應(yīng)線逸出工件表面形成磁極，并形成可檢測的漏磁場。檢測漏磁場的方法稱為漏磁場檢測，包括磁粉檢測與檢測元件檢測。其區(qū)別是：磁粉檢測是利用鐵磁性粉末——磁粉，作為磁場的傳感器，即利用漏磁場吸附磁粉聚集形成的磁痕（磁粉聚集形成的圖像）來顯示出不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴重程度。檢測元件檢測是利用磁帶、霍爾元件、磁敏二極管或感應(yīng)線圈作為磁場的傳感器，檢測不連續(xù)性處漏磁場的位置、大小和方向。

1.2.2磁粉檢測

磁粉檢測（MagneticParticleTesting，縮寫符號為MT），又稱磁粉檢驗或磁粉探傷，是無損檢測五大常規(guī)方法之一?！觯?）磁粉檢測原理鐵磁性材料工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面和近表面的磁感應(yīng)線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，在合適光照下形成目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴重程度。由此可見，磁粉檢測的基礎(chǔ)是不連續(xù)性處漏磁場與磁粉的相互作用。如圖1－1所示。圖1-1

不連續(xù)性處漏磁場分布1—漏磁場2—裂紋

3—近表面氣孔

4—劃傷

5—內(nèi)部氣孔

6—磁感應(yīng)線

7—工件

■（2）磁粉檢測適用范圍1）適用于檢測鐵磁性材料工件表面和近表面尺寸很小、間隙極窄（如可檢測出長0.1mm、寬為微米級的裂紋）和目視難以看出的缺陷。如，16MnR、20g、30CrMnSiA以及馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼（如1Cr13、1Cr17Ni7)等。不適用于非磁性材料，如奧氏體不銹鋼及其焊縫，以及銅、鋁、鎂、鈦等。2）適用于檢測工件表面和近表面的裂紋、白點、發(fā)紋、折疊、疏松、冷隔、氣孔和夾雜等缺陷，但不適用于檢測工件表面淺而寬的缺陷、針孔狀缺陷、埋藏較深的內(nèi)部缺陷和延伸方向與磁感應(yīng)線方向夾角小于20°的缺陷。3）適用于檢測未加工的原材料（如鋼坯）和加工的半成品、成品件及在役與使用過的工件及特種設(shè)備。4）適用于檢測管材、棒材、板材、型材和鍛鋼件、鑄鋼件及焊接件。

（3）磁粉檢測的程序

特種設(shè)備磁粉檢測有七個程序：

(1)預(yù)處理；

(2)磁化；

(3)施加磁粉或磁懸液；

(4)磁痕的觀察與記錄；

(5)缺陷評級；

(6)退磁；

(7)后處理

▲（4）磁粉檢測的優(yōu)點與局限性磁粉檢測的優(yōu)點：1)可檢測出鐵磁性材料表面和近表面(開口和不開口)的缺陷。2)能直觀地顯示出缺陷的位置、形狀、大小和嚴重程度。3)具有很高的檢測靈敏度，可檢測微米級寬度的缺陷。4)單個工件檢驗速度快，工藝簡單，成本低，污染小。5)采用合適的磁化方法，幾乎可以檢測到工件表面的各個部位，基本上不受工件大小和幾何形狀的限制。6)缺陷檢測重復(fù)性好。7)可檢驗受腐蝕的表面。磁粉檢測的局限性：1)只能檢測鐵磁性材料。不能檢測奧氏體不銹鋼材料及其焊縫等非鐵磁性材料。2)只能檢測表面和近表面缺陷。3)檢測靈敏度受磁場與缺陷方向影響很大。若缺陷方向與磁場方向接近平行，或缺陷與工件表面夾角小于30°，缺陷就難以發(fā)現(xiàn)。另外，表面淺而寬的缺陷、鍛造皺折也不易發(fā)現(xiàn)。4)受幾何形狀影響，易產(chǎn)生非相關(guān)顯示。5)若工件表面有涂層，將對磁粉檢測有不良影響。用通電法和觸頭法磁化時，易產(chǎn)生電弧，燒傷工件。因此，電接觸部位的非導(dǎo)電覆蓋層必須打磨掉。6）部分磁化后具有較大剩磁的工件需要進行退磁處理。1.2.3檢測元件檢測（1）錄磁探傷法（2）感應(yīng)線圈探傷法（3）磁敏元件探測法1）霍爾元件2）磁敏二極管1.3表面缺陷無損檢測方法的比較磁粉檢測、滲透檢測和渦流檢測都屬于表面缺陷無損檢測方法，但其方法原理和適用范圍區(qū)別很大，并且各有其獨特的優(yōu)點和局限性。無損檢測人員應(yīng)熟悉掌握這三種檢測方法，選擇合理的方法進行檢測。磁粉檢測對鐵磁性材料工件的表面和近表面缺陷具有很高的檢測靈敏度，可發(fā)現(xiàn)微米級寬度的小缺陷，所以特種設(shè)備對鐵磁性材料工件表面和近表面缺陷的檢測宜優(yōu)先選擇磁粉檢測，確因工件結(jié)構(gòu)形狀等原因不能使用磁粉檢測時，方可使用滲透檢測或渦流檢測。表面無損檢測方法的比較見表1-1。表1-1表面缺陷無損檢測方法的比較

方

法項

目磁粉檢測（MT）滲透檢測（PT）渦流檢測（ET）方法原理磁力作用毛細滲透作用電磁感應(yīng)作用能檢測出的缺陷的深度表面和近表面缺陷表面開口缺陷表面及表層缺陷缺陷顯示形式漏磁場吸附磁粉形成磁痕滲透液回滲形成跡痕檢測線圈輸出電壓和相位變化顯示缺陷的器材磁粉滲透液和顯象劑記錄儀，示波器或電壓表適用的材質(zhì)鐵磁性材料非多孔性材料導(dǎo)電材料方法應(yīng)用鑄鋼件、鍛鋼件、壓延件、管材、棒材、型材、焊接件、機加工件及使用過的上述工件的探傷。任何非多孔性材料工件及使用過的上述工件的探傷。管材、線材和工件探傷；材料狀態(tài)檢驗和分選；鍍層、涂層厚度測量。主要檢測缺陷裂紋、發(fā)紋、白點、折疊、夾雜物、冷隔。裂紋、白點、疏松、針孔、夾雜物。裂紋缺陷性質(zhì)判斷能大致確定能大致確定難以判斷靈敏度高高較低檢測速度較快慢很快污染較輕較重?zé)o污染其它

方

法項

目磁粉檢測（MT）滲透檢測（PT）渦流檢測（ET）優(yōu)點1)可檢測出鐵磁性材料表面和近表面(開口和不開口)的缺陷。2)能直觀地顯示出缺陷的位置、形狀、大小和嚴重程度。3)具有很高的檢測靈敏度，可檢測微米級寬度的缺陷。4)單個工件檢驗速度快，工藝簡單，成本低，污染小。5)采用合適的磁化方法，幾乎可以檢測到工件表面的各個部位，基本上不受工件大小和幾何形狀的限制。6)缺陷檢測重復(fù)性好。7)可檢驗受腐蝕的表面。(1)可檢測出任何非多孔性材料表面開口的缺陷。(2)能直觀地顯示出缺陷的位置、形狀、大小和嚴重程度。(3)具有較高的檢測靈敏度。(4)著色探傷不用設(shè)備，不用水電，特別適用于現(xiàn)場檢驗。(5)檢驗不受工件幾何形狀和缺陷方向的影響。(6)對針孔、疏松缺陷的檢測靈敏度高。(1)非接觸法檢測，適用于對管材、棒材和絲材進行自動化探傷，檢測速度快。(2)可用測材料電導(dǎo)率代替打硬度，了解材料的熱處理狀態(tài)和進行材料分選。(3)可測量鍍層厚度。(4)污染很小。局限性1)只能檢測鐵磁性材料。不能檢測奧氏體不銹鋼材料及其焊縫等非鐵磁性材料。2)只能檢測表面和近表面缺陷。3)檢測靈敏度受磁場與缺陷方向影響很大。若缺陷方向與磁場方向接近平行，或缺陷與工件表面夾角小于20°，缺陷就難以發(fā)現(xiàn)。另外，表面淺而寬的缺陷、鍛造皺折也不易發(fā)現(xiàn)。4)受幾何形狀影響，易產(chǎn)生非相關(guān)顯示。5)若工件表面有涂層，將對磁粉檢測有不良影響。用通電法和觸頭法磁化時，易產(chǎn)生電弧，燒傷工件。因此，電接觸部位的非導(dǎo)電覆蓋層必須打磨掉。6）部分磁化后具有較大剩磁的工件需要進行退磁處理。(1)只能檢測表面開口缺陷(表面開口缺陷被堵塞時也檢測不出來)。(2)單個工件檢測效率低，成本高。(3)檢驗缺陷重復(fù)性不好。(4)污染較重。(1)對表面下較深的缺陷不能檢測。(2)對形狀復(fù)雜的工件不適用，有邊界效應(yīng)影響。(3)對缺陷性質(zhì)難以判斷。(4)對鐵磁性材料檢測，靈敏度不如磁粉檢測。復(fù)習(xí)思考題1-1畫圖說明磁粉檢測的原理是什么？1-2檢測漏磁場通常有哪些方法？主要區(qū)別是什么？1-3敘述磁粉檢測的適用和不適用范圍？1-4對比磁粉檢測和滲透檢測的優(yōu)點和局限性？1-5檢測鐵磁性工件，選用磁粉檢測或滲透檢測應(yīng)作哪些考慮？1-6磁粉檢測的基礎(chǔ)是什么？1-7簡述檢測元件有幾種檢測方法？1-8什么是不連續(xù)性？什么是缺陷？它們的關(guān)系是什么？1-9磁粉檢測的程序有哪些？第二章磁粉檢測物理基礎(chǔ)2.1磁現(xiàn)象和磁場▲2.1.1磁的基本現(xiàn)象磁性、磁體、磁極、磁化磁性——磁鐵能夠吸引鐵磁性材料的性質(zhì)叫磁性。磁體——凡能夠吸引其他鐵磁性材料的物體叫磁體。磁體是能夠建立或者有能力建立外磁場的物體。磁體分為永磁體、電磁體和超導(dǎo)磁體等，永久磁體是不需要外力維持其磁場的磁體；電磁體是需要電源維持其磁場的磁體；超導(dǎo)磁體是用超導(dǎo)材料制成的磁體。磁極——靠近磁鐵兩端磁性特別強吸附磁粉特別多的區(qū)域稱為磁極。每一條形磁體總有兩個磁極，自然界沒有單獨的N極和S極存在。磁化——使原來沒有磁性的物體得到磁性的過程叫磁化?！?.1.2磁場與磁感應(yīng)線所謂磁場，就是具有磁力作用的空間。磁場存在于被磁化物體或通電導(dǎo)體的內(nèi)部和周圍，它是由運動電荷形成的。磁場的特征是對運動電荷(或電流)具有作用力，在磁場變化的同時也產(chǎn)生電場。為了形象地表示磁場的大小、方向和分布情況，我們可以用假想的磁感應(yīng)線來反映磁場中各點的磁場強度和方向。用小磁針來描述條形磁鐵的磁力線分布，見圖2-4。

圖2－4條形磁鐵的磁感應(yīng)線磁感應(yīng)線在每點的切線方向代表磁場的方向，磁感應(yīng)線的疏密程度反映磁場的大小。單位面積上的磁感應(yīng)線數(shù)目與磁場的大小成正比，因此，可用磁感應(yīng)線的疏密程度反映磁場的大小。在磁感應(yīng)線密的地方磁場大，磁感應(yīng)線稀的地方磁場就小。

磁感應(yīng)線具有以下特點：(1)磁感應(yīng)線是具有方向性的閉合曲線。(2)磁鐵磁極上磁感應(yīng)線密度最大。在磁體內(nèi)，磁感應(yīng)線是由S極到N極；在磁體外，磁感應(yīng)線是由N極出發(fā)，穿過空氣進入S極的閉合曲線。(3)磁感應(yīng)線互不相交。(4)磁感應(yīng)線可描述磁場的大小和方向。(5)磁感應(yīng)線沿磁阻最小路徑通過。

▲1．圓周磁場

a)磁力線方向

b)兩磁極空間漏磁場分布

c)兩極熔合后的磁力線

d)有不連續(xù)性的磁力線分布圖2-5

用馬蹄形磁鐵描述圓周磁場如圖2－5a~c，如果將條形磁鐵逐漸彎曲，使其兩極靠近并熔合成一圓環(huán)，則磁鐵內(nèi)的磁極消失，不產(chǎn)生漏磁場，因而不能吸引鐵磁性材料，但磁鐵內(nèi)包容了一個閉合的圓周磁場。如果磁鐵上出現(xiàn)與磁感應(yīng)線垂直的裂紋，則在裂紋兩側(cè)立即產(chǎn)生N極和S極，形成漏磁場，便能吸附磁粉形成磁痕，顯示出裂紋，如圖2-5d?！?縱向磁化

如果將馬蹄形磁鐵校正為條形磁鐵，在其兩端是N極和S極，能強烈地吸附磁粉，說明該條形磁鐵已被縱向磁化，如圖2-6a。

如果磁力線被不連續(xù)性（如裂紋）阻斷而在其兩側(cè)形成N極和S極，則會產(chǎn)生漏磁場，如圖2-6b和圖2-6c，吸附磁粉形成磁痕，從而顯示出不連續(xù)性或裂紋磁感應(yīng)線是磁粉檢測的基礎(chǔ)。

（a）馬蹄形磁鐵被校直成條形磁鐵后N極和S極的位置

（b）具有機加工槽的條形磁鐵產(chǎn)生的漏磁場

（c）縱向磁化裂紋產(chǎn)生的漏磁場

2.1.3描述磁場的基本物理量▲

1.磁場強度H磁場具有大小和方向，磁場大小和方向的總稱叫磁場強度H，通常也把單位正磁極所受的力稱為磁場強度。單位為A/m（SI）和Oe（CGS）。磁場強度是磁場在給定點的強度，是表征磁場大小和方向的物理量。在磁場里任意一點放一個單位磁極（N極），作用于該單位磁極的磁力大小表示該點的磁場大小，磁力線上每點的切向方向代表磁場的方向。磁場強度用符號H來表示，在SI單位制中，磁場強度的單位是安〔培〕/米(A/m)；在CGS制中，磁場強度的單位是奧〔斯特〕(Oe)，其換算關(guān)系為：1安〔培〕/米(A/m)＝4π×10-3奧〔斯特〕(Oe)≈0.0125Oe1奧〔斯特〕(Oe)＝(1/4π)×103安〔培〕/米(A/m)≈80A/m■2.磁感應(yīng)強度B將原來不具有磁性的鐵磁性材料放入外加磁場內(nèi)，鐵磁性材料便會具有磁性，形成磁場，這個過程就是磁化，所形成的磁場的強度，就稱為磁感應(yīng)強度B。磁感應(yīng)強度是矢量，有大小和方向，可用磁感應(yīng)線來表示，磁感應(yīng)強度的大小等于穿過與磁感應(yīng)線垂直的單位面積上的磁通量，所以磁感應(yīng)強度又稱為磁通密度。磁感應(yīng)強度常用磁性稱量法測定，用運動電荷在磁場中的受力來表示。在SI單位制中，磁感應(yīng)強度的單位是N/(A*m)，稱為特斯拉(T)，即1T=1N/（A*m）在CGS單位制中，磁感應(yīng)強度的單位是高斯（GS），其換算關(guān)系為：1T＝104GS在CGS單位制中，磁感應(yīng)強度B用垂直通過每平方厘米截面的磁感應(yīng)線的條數(shù)來表示，如每平方厘米通過1根磁感應(yīng)線稱為1高斯(Gs)。磁場強度與磁感應(yīng)強度的區(qū)別：磁場強度只與激磁電流有關(guān)，與被磁化的物質(zhì)無關(guān)。而磁感應(yīng)強度不僅與磁場強度有關(guān)，還與被磁化的物質(zhì)有關(guān)，如材料磁導(dǎo)率為μ，則B=μH，由此可見，鐵磁性材料的磁導(dǎo)率μ越大，磁感應(yīng)強度B就越大。由于鐵磁性材料的磁導(dǎo)率μ一般都很大，所以，對于鐵磁性材料，磁感應(yīng)強度B遠大于磁場強度H。

▲3.磁通量

磁場中垂直穿過某一面（曲面或平面）的總磁感應(yīng)線數(shù)稱為磁通量，簡稱磁通，用Φ表示，如圖2-7所示。通過一個面S的磁通量Φ為:dΦ=BdSΦ=BS磁通量的單位為T/m2

，叫韋伯（Wb）。在CGS單位制中，磁通的單位是麥〔克斯韋〕(Mx)，1麥〔克斯韋〕表示通過1根磁感應(yīng)線；其換算關(guān)系為：

1韋〔伯〕(Wb)＝108麥〔克斯韋〕(Mx)

圖2-7磁通量

4.磁導(dǎo)率（1）磁導(dǎo)率μ磁感應(yīng)強度B與磁場強度H的比值稱為磁導(dǎo)率，或稱為絕對磁導(dǎo)率，用符號μ表示。磁導(dǎo)率表示材料被磁化的難易程度，反映了材料的導(dǎo)磁能力。在SI單位制中，其單位是亨[利]（H/m）。磁導(dǎo)率μ不是常數(shù)，隨磁場大小不同而改變，有最大值。（2）真空磁導(dǎo)率μo

在真空中，磁導(dǎo)率是常數(shù)，用μo表示，稱為真空磁導(dǎo)率。

SI單位制中：μo

＝4π×10-7H/m

CGS單位制中：μo

＝1

(3)相對磁導(dǎo)率μr

材料的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率的比值()，叫做材料相對磁導(dǎo)率，用μr表示，是一純數(shù)，無單位μr＝μ/μo

此外，磁粉探傷中還用到材料磁導(dǎo)率、最大磁導(dǎo)率、有效磁導(dǎo)率和起始磁導(dǎo)率。

(4)材料磁導(dǎo)率：材料磁導(dǎo)率是在磁路完全處于材料內(nèi)部情況下所測得的B/H，主要用于周向磁化。(5)最大磁導(dǎo)率：在磁化曲線上，B/H值最大時對應(yīng)拐點處的磁導(dǎo)率稱為最大磁導(dǎo)率μm(6)有效磁導(dǎo)率（表觀磁導(dǎo)率）：有效磁導(dǎo)率是指工件在線圈中磁化產(chǎn)生的B與空載線圈產(chǎn)生的H的比值。有效磁導(dǎo)率不完全有材料的性質(zhì)決定，在很大程度上與零件的形狀有關(guān)，它對縱向磁化很重要。(7)起始磁導(dǎo)率：在B和H接近零時測得的磁導(dǎo)率稱為起始磁導(dǎo)率μa。2.2鐵磁性材料▲2.2.1磁介質(zhì)和磁疇能影響磁場的物質(zhì)稱為磁介質(zhì)。各種宏觀物質(zhì)都是磁介質(zhì)。磁介質(zhì)分為：順磁性材料（μr略大于1），如鋁、鉻、錳、鉑、氮等；逆磁性材料（μr略小于1），如銅、銀、金、鉛、鋅等鐵磁性材料（μr》1），鐵、鎳、鈷及其合金等，鐵磁性材料能顯著增強磁場，被磁鐵強烈吸引。通常把順磁性材料和逆磁性材料都列入非磁性材料。磁粉檢測只適用于鐵磁性材料?！女牎F磁性材料內(nèi)部自發(fā)磁化的大小和方向基本均勻一致的小區(qū)域稱為磁疇，其體積約為10-5cm3

，在這個小區(qū)域內(nèi)，含有大約1012～1015個原子，各原子的磁化方向一致，對外呈現(xiàn)磁性。鐵磁性材料的磁疇方向a）不顯示磁性；b）磁化

c）保留一定剩磁當(dāng)把鐵磁性材料放到外加磁場中去時，磁疇就會受到外加磁場的作用，一是使磁疇磁矩轉(zhuǎn)動，二是使疇壁發(fā)生位移，最后全部磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)向與外加磁場方向一致，鐵磁性材料被磁化，顯示出很強的磁性。高溫情況下，磁體中分子熱運動會破壞磁疇的有規(guī)則排列，使磁體的磁性削弱。超過某個溫度后，磁性全部消失，變?yōu)轫槾刨|(zhì)，該溫度稱為居里點。部分材料居里點見表2-1。表2-1 鐵磁性材料的居里點

2.2.2磁化過程

(1)未加外加磁場時，磁疇磁矩雜亂無章，對外不顯示宏觀磁性，如圖(a)(2)在較小的磁場作用下，磁矩方向與外加磁場方向一致或接近的磁疇體積增大，而磁矩方向與外加磁場方向相反的磁疇體積減小，疇壁發(fā)生位移，如圖(b)。(3)增大外加磁場時，磁矩轉(zhuǎn)動疇壁繼續(xù)位移，最后只剩下與外加磁場方向比較接近的磁疇，如圖(c)。(4)繼續(xù)增大外加磁場，磁矩方向轉(zhuǎn)動，與外加磁場方向接近，如圖(d)。(5)當(dāng)外加磁場增大到一定值時，所有磁疇的磁矩都沿外加磁場方向有序排列，達到磁化飽和，相當(dāng)于一個微小磁鐵或磁偶極子，產(chǎn)生N極和S極，宏觀上呈現(xiàn)磁性，如圖(e)。2.2.3磁特性曲線（磁化曲線）

初始磁化曲線是表征鐵磁性材料磁特性的曲線，用以表示M-H或B-H的關(guān)系。

（磁化曲線是表征鐵磁性材料磁特性的曲線，用以表示外加磁場強度H與磁感應(yīng)強度B的變化關(guān)系。）

B～H曲線的測繪方法:采用如圖所示的裝置圖2-20初始磁化曲線圖2-21B～H曲線和μ～H曲線

▲2.2.4磁滯回線

▲

描述磁滯現(xiàn)象的閉合磁化曲線叫磁滯回線，如圖2-22所示。當(dāng)外加磁場強度H減小到零時，磁感應(yīng)強度并不按原來的磁化路徑回到零，而是在材料中仍然保留磁性，這種磁感應(yīng)強度變化滯后于磁場強度變化的現(xiàn)象稱為稱磁滯現(xiàn)象，它反映了磁化過程的不可逆性。當(dāng)外加磁場強度減小到零時，保留在材料中的磁感應(yīng)強度稱為剩余磁感應(yīng)強度，簡稱剩磁，用Br表示，如圖中的0～2和0～5。為了使剩磁減小到零，必須施加一個反向磁場強度，使剩磁降為零所施加的反向磁場強度稱為矯頑力，用Hc表示，如圖中的0～3和0～6。圖中，±Bm──飽和磁感應(yīng)強度，表示工件在飽和磁場強度±Hm磁化下B達到飽和，不再隨H的增大而增大，對應(yīng)的磁疇全部轉(zhuǎn)向與磁場方向一致。圖2-13

磁滯回線

▲磁性材料具有以下特性：

(1)高導(dǎo)磁性──能在外加磁場中強烈地磁化，產(chǎn)生非常強的附加磁場，它的磁導(dǎo)率很高，相對磁導(dǎo)率可達數(shù)百甚至數(shù)千。

(2)磁飽和性──鐵磁性材料由于磁化所產(chǎn)生的附加磁場，不會隨外加磁場增加而無限地增加，當(dāng)外加磁場達到一定程度后，全部磁疇的方向都與外加磁場的方向一致，磁感應(yīng)強度B不再增加，呈現(xiàn)磁飽和。

(3)磁滯性──當(dāng)外加磁場的大?。ǚ较颍┌l(fā)生變化時，磁感應(yīng)強度的變化滯后于磁場強度的變化。當(dāng)磁場強度減小到零時，鐵磁性材料在磁化時所獲得的磁性并不完全消失，而保留了剩磁。

根據(jù)鐵磁性材料矯頑力Hc大小可分為軟磁材料和硬磁材料兩大類。Hc≥8000A/m(100Oe)認為是典型的硬磁材料，如圖2-14c所示。而Hc大于104A/m的叫做永磁性材料，適用制作永久磁鐵。Hc≤400A/m(5Oe)認為是典型的軟磁材料，如圖2-14a所示。一般磁粉檢測的鐵磁性材料，矯頑力在軟、硬磁之間，稱為半硬磁材料，其磁滯回線如圖2-14b所示。

圖2-14不同材料的磁滯回線

a）軟磁材料

b）硬磁材料

c）矩磁材料

■軟磁材料和硬磁材料具有以下特征：

(1)軟磁材料──是指磁滯回線狹長，具有高磁導(dǎo)率、低剩磁、低矯頑力和低磁阻的鐵磁性材料。軟磁材料磁粉檢測時容易磁化，也容易退磁。軟磁材料如電工用純鐵、低碳鋼和軟磁鐵氧化體等材料。

(2)硬磁材料──是指磁滯回線肥大，具有低磁導(dǎo)率、高剩磁、高矯頑力和高磁阻的鐵磁性材料。硬磁材料磁粉檢測時難以磁化，也難以退磁。硬磁材料如鋁鎳鈷、稀土鈷和硬磁鐵氧化體等材料。

（3）矩磁材料——現(xiàn)代電動機中常用的一種鐵氧體材料的磁滯回線近似矩形（圖2-14c），故稱為矩磁材料，其特點是：一經(jīng)磁化，其剩余磁感應(yīng)強度接近于非常穩(wěn)定的飽和值Bm。典型磁性材料30CrMnSiA經(jīng)880℃油淬，300℃回火狀態(tài)下，測得的磁化曲線見下圖，包括B~H曲線，μ~H曲線，和Br~H曲線。

2.2.5退磁曲線和磁能積（略）退磁曲線是指最大磁滯回線在第二象限中部分，即Hc至Br之間的曲線段。如下圖所示。在退磁曲線上任一點所對應(yīng)的B與H的乘積，是標志磁性材料在該點上單位體積內(nèi)所具有的能量。因為乘積（BH）的量綱是磁能密度，所以叫（BH）為磁能積。（BH）的乘積正比于圖中劃斜線的矩形面積?？梢栽谕舜徘€上找到一點P其所對應(yīng)的B與H的乘積為最大值，這點叫做最大磁能積點，其值（BH）m叫做最大磁能積。磁能積是Br和Hc的綜合參數(shù)，它表明工件在磁化后所能保留磁能量的大小，亦即剩磁的大小。磁能積的數(shù)值越大，表明保留在工件中的磁能越多。這在磁粉檢測中是很有意義。最大磁能積可采用等磁能曲線法或幾何作圖法來確定。2.3電流的磁場■2.3.1通電圓柱導(dǎo)體的磁場■

1.磁場方向：與電流方向有關(guān)，用右手定則確定?！?/p>

2.磁場強度計算：安培環(huán)路定律計算根據(jù)上式，通電直長導(dǎo)體表面的磁場強度為：H－－磁強強度（A/m）I－－電流強度（A）R－－圓柱導(dǎo)體半徑（m）導(dǎo)體外r處（r>R）和導(dǎo)體內(nèi)部r處（r<R）磁場強度：r>R時r<R時CGS單位制的公式，連續(xù)法（I=8D）和剩磁法（I=25D）經(jīng)驗公式的來源理論計算應(yīng)用：在連續(xù)法檢驗時，一般要求工件表面的磁場強度，至少達到2400A/m(30Oe)，代入2-9和2-10式，得：

在剩磁法檢驗時，一般要求工件表面的磁場強度，至少達到8000A/m(100Oe)，代入2-9和2-10式，得：

直圓柱導(dǎo)體內(nèi)、外及表面的磁場強度分布如圖所示：[例題2]一圓柱導(dǎo)體，長1000mm，直徑為100mm，進行磁粉檢測，要求導(dǎo)體表面的磁場強度達到2400A/m，求需要的磁化電流？解1：用SI單位制：導(dǎo)體半徑R=D/2=100mm/2=50mm=0.05m，代入公式2—5；H=I/2πR，則I=2πRH=2×3.14×0.05×2400=750.6（A）解2：用CGS單位制：導(dǎo)體半徑R=D/2=100mm/2=50mm=5cm,H=2400A/m=30Oe，代入公式2-8：H=0.2I/R則I=5RH=5×5×30=750（A）

■3.鋼棒通電法磁化

用交流電和直流電磁化同一鋼棒時，磁場分布見圖2-20，其共同點是：

(1)在鋼棒中心處，磁場強度為零；

(2)在鋼棒表面，磁場強度達到最大；

(3)離開鋼棒表面，磁場強度隨r的增大而下降。

其不同點是：直流電磁化，從鋼棒中心到表面，磁場強度是直線上升到最大值；交流電磁化，由于趨膚效應(yīng)，只有在鋼棒近表面才有磁場強度，并緩慢上升，而在接近鋼棒表面時，迅速上升達到最大值。

用交流電和直流電磁化同一鋼棒時，磁感應(yīng)強度分布如圖2-21所示。與圖2-20的不同點是：

（1）由于鋼棒的磁導(dǎo)率高，又因為B＝μH，所以B遠大于H，Bm遠大于Hm；

（2）離開鋼棒表面，在空氣中，μr≈1，B≈H，

所以磁感應(yīng)強度突降后與磁場強度曲線重合。

磁場強度分布特點，交流和直流分布特點，磁感應(yīng)強度的分布特點

■2.3.2通電鋼管的磁場1.鋼管中的磁場用交流和直流電磁化同一鋼管時，鋼管內(nèi)部H=0，B=0，鋼管內(nèi)部沒有磁場存在，磁場是從鋼管內(nèi)壁到表面逐漸上升到最大值。設(shè)管內(nèi)外半徑分別為R1和R2，通直流電磁化，由安培環(huán)路定律得

（）

()2.中心導(dǎo)體法磁化鋼管中心導(dǎo)體法磁化時，在通電中心導(dǎo)體內(nèi)、外磁場分布與圖2-20相同，由于中心導(dǎo)體為銅棒，其，所以只存在H。在鋼管上由于，所以能感應(yīng)產(chǎn)生較大的磁感應(yīng)強度。并且鋼管內(nèi)壁的磁場強度和磁感應(yīng)強度都比外壁大。圖2-23

直流電中心導(dǎo)體法磁化鋼管的磁場強度和磁感應(yīng)強度分布

■2.3.3通電線圈的磁場■

1.磁場方向：在線圈中通以電流時，在線圈內(nèi)產(chǎn)生的磁場是與線圈軸平行的縱向磁場。右手定則■2.磁場強度計算：空載通電線圈中心的磁場強度可用下式計算式中：H－－磁場強度（A/m）N－－線圈匝數(shù)L－－線圈長度（m）D－－線圈直徑（m）－－線圈對角線與軸線的夾角線圈縱向磁化的磁化力用安匝（IN）來表示?！?/p>

3.線圈(法)的分類a按結(jié)構(gòu)分電纜纏繞線圈和螺管線圈b按填充系數(shù)（面積比）低填充（≥10）中填充（＞2并＜10）高填充（≤2）c按L/D短螺管線圈L<D有限長螺管線圈L>D線圈內(nèi)磁場分布特點：

在有限長螺管線圈內(nèi)部的中心軸線上，磁場分布較均勻，線圈兩端處的磁場強度為內(nèi)部的1/2左右，見右圖。

在線圈橫截面上，靠近線圈內(nèi)壁中心的磁場強度較線圈中心強，見右圖。無限長螺管線圈L>>D

內(nèi)部磁場分布均勻，并且磁場只存在于線圈內(nèi)部，磁感應(yīng)線方向與線圈的中心軸線平行。■理論計算P29〔例題2-3〕一有限長螺管線圈長500mm，內(nèi)徑300mm，匝數(shù)為50匝，要求空載螺管線圈中心磁場強度至少達到20000A/m，需選用多大的磁化電流？解:∵

∴

式中：L=500mm=0.5mD=300mm=0.3mH=20000A/mN=50代入公式得：答:需要232安的磁化電流。2.4旋轉(zhuǎn)磁場■2.4.1交叉磁軛的磁場合成

1.旋轉(zhuǎn)磁場的形成交差磁軛屬于復(fù)合磁化（多向磁化）。它是利用兩相或多相磁場相互疊加而形成的合成磁場對工件進行磁化的。交叉磁軛可以形成旋轉(zhuǎn)磁場。它的四個磁極分別由兩相具有一定相位差φ的正弦交變電流激磁，兩相激磁電流產(chǎn)生的磁場波形如圖2-40所示。當(dāng)條件合適時，其合成磁場就以與激磁電流相同的頻率，在四個磁極所在平面不停地旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場因此而得名。能形成旋轉(zhuǎn)磁場的基本條件是：兩相磁軛的幾何夾角α與兩相激磁電流的相位差φ均不等于0°或180°。

（應(yīng)為B！不是H!）

另外，由于交叉磁軛形成的旋轉(zhuǎn)磁場，與交流電磁軛的磁場不同，它的磁場沒有通過零點的瞬間，所以交叉磁軛的提升力也就高于交流電磁軛。－－2倍以上！（備注：與頻率有關(guān)，僅可認為略高于?。?.旋轉(zhuǎn)磁場分布交叉磁軛的磁化場范圍內(nèi)，不同位置的磁場方向和大小，或者說是指所形成的旋轉(zhuǎn)磁場的橢圓度大小。（1）α=90°，φ=π/2時的磁場分布情況a)有效值分布圖

b)瞬時值分布圖圖2-32

α=90°，φ=π/2時交叉磁軛的磁場分布情況圖2-31

交叉磁軛產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場

（2）幾個不能形成旋轉(zhuǎn)磁場的點在圖2-33中，以幾何中心點0為圓心，通過四個磁極中心所畫的圓與X軸和Y軸的交點位置（M、N、P和Q點），不能形成旋轉(zhuǎn)磁場。

（3）幾個能形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場的點從圖2-32中還可看出，在行走方向（即Y軸）上除幾何中心點能形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場之外，在上下兩側(cè)各有一點也能形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，只是磁場強度變小了。（4）四個磁極外側(cè)仍然有旋轉(zhuǎn)磁場形成四個磁極外側(cè)仍然有旋轉(zhuǎn)磁場形成。只是有效磁化范圍比較小。但激磁規(guī)范足夠大時仍然可以檢測缺陷。

3.交叉磁軛的提升力交叉磁軛的提升力代表其導(dǎo)入工件有效磁通的多少，亦即工件被磁化后的磁感應(yīng)強度大小。提升力必須大于某一數(shù)值，才表明工件的有效磁感應(yīng)強度達到磁粉探傷的要求，也才能保證磁粉檢測的靈敏度。交叉磁軛的提升力：118N▲2.4.2擺動磁場的合成直流電磁軛與交流電磁軛復(fù)合磁化是指用直流電磁軛進行縱向磁化，并同時用交流軸向通電法進行周向磁化，如圖2-42所示。直流電磁軛產(chǎn)生的縱向磁場Hx=Ho，大小保持不變，交流電磁軛產(chǎn)生的周向磁場為Hy＝Hosinωt，大小隨時間而變化，其合成磁場是一個在±45°之間不斷擺動的擺動磁場，在工件上產(chǎn)生的螺旋磁場（見圖2.-43）。交流磁場值比直流磁場值越大，則擺動的范圍越大。某一瞬時，工件不同部位的磁場大小和方向并不相同。

2.4.3對檢測靈敏度的影響因素1.磁化場對檢測靈敏度的影響為了能檢出各個方向的缺陷，通常對同一部位需要進行互相垂直的兩個方向磁化。一是要有足夠的磁場強度，二是要盡量使磁場方向與缺陷方向垂直，這樣才能獲得最大的缺陷漏磁場，易于形成磁痕，從而確保缺陷不漏檢?！挥挟?dāng)旋轉(zhuǎn)磁場的長軸方向與缺陷方向垂直時才有利于形成磁痕。因此，不能認為只要使用旋轉(zhuǎn)磁場，不管如何操作就一定能發(fā)現(xiàn)任何方向的缺陷，這種認識是錯誤的。2.交叉磁軛旋轉(zhuǎn)磁場不適用剩磁法檢測瞬時值，動態(tài)過程！剩磁只能得到某一值！3.交叉磁軛磁極與工件間隙大小的影響為了確保檢測靈敏度和有效檢測范圍必須限制間隙，而且越小越好。（否則，難于形成）對于承壓設(shè)備，由于其結(jié)構(gòu)特點，當(dāng)被檢工件表面為一曲面時，它的四個磁極不能很好地與工件表面相接觸，會產(chǎn)生某一磁極懸空（在球面上時），或產(chǎn)生四個磁極以線接觸方式與工件表面相接觸（在柱面上時），這樣就在某一對磁極間產(chǎn)生很大的磁阻，從而降低了某些方向上的檢測靈敏度。因此，在進行承壓設(shè)備磁粉檢測時，使用交叉磁軛旋轉(zhuǎn)磁場探傷儀應(yīng)隨時注意各磁極與工件表面之間的接觸是否良好，當(dāng)接觸不良時應(yīng)停止使用，以避免產(chǎn)生漏檢。所以標準規(guī)定最大間隙不應(yīng)超過0.5mm。（使用時！）4.交叉磁軛必須在移動時才能檢測交叉磁軛磁場分布無論在四個磁極的內(nèi)側(cè)還是外側(cè)，磁場分布是極不均勻的。只有在幾何中心點附近很小的范圍內(nèi)，其旋轉(zhuǎn)磁場的橢圓度變化不大，而離開中心點較遠的其它位置，其橢圓度變化很大，甚至不形成旋轉(zhuǎn)磁場。因此，使用交叉磁軛進行探傷時，必須連續(xù)移動磁軛，邊行走磁化邊施加磁懸液。只有這樣操作才能使任何方向的缺陷都能經(jīng)受不同方向和大小磁場的作用，從而形成磁痕。若采用步進式將交叉磁軛固定位置分段磁化，只要在交流電一個周期（0.02s）內(nèi)，仍可形成圓形或橢圓形磁場進行磁化和檢測，但這樣不僅檢測效率低，而且有效磁化區(qū)重疊不到位時，就會造成漏檢。5.行走速度與磁化時間的影響交叉磁軛的行走速度對檢測靈敏度至關(guān)重要，因為行走速度的快慢決定著磁化時間。而磁化時間是有要求的，磁化時間過短缺陷磁痕就無法形成。所以標準規(guī)定，速度不能超過4m/min，這也是為了保證不漏檢必須控制的工藝參數(shù)。

6．交叉磁軛檢測時噴灑磁懸液方式的影響用交流電磁軛探傷時，必須先停止噴灑磁懸液，然后斷電。為的是避免已經(jīng)形成的缺陷磁痕被流動的磁懸液破壞掉。當(dāng)采用交叉磁軛旋轉(zhuǎn)磁場磁粉探傷儀進行檢測時，是邊移動磁化邊噴灑磁懸液，就更應(yīng)該避免由于磁懸液的流動破壞已經(jīng)形成的缺陷磁痕。這就需要掌握磁懸液的噴灑應(yīng)在保證有效磁化場被全部潤濕的情況下，與交叉磁軛的移動速度良好地配合，才能把微細的缺陷磁痕顯現(xiàn)出來，對這種配合的要求是：在移動的有效磁化范圍內(nèi)，有可供缺陷漏磁場吸引的磁粉，同時又不允許因磁懸液的流動而破壞已經(jīng)形成了的缺陷磁痕，如果配合不好，即使有缺陷磁痕形成也會遭到破壞，因此使用交叉磁軛最難掌握的環(huán)節(jié)是噴灑磁懸液，需要根據(jù)交叉磁軛的移動速度，被檢部位的空間位置等情況來調(diào)整噴灑手法。旋轉(zhuǎn)磁軛探傷時最好選用能形成霧狀磁懸液的噴壺，但是壓力不要太高。水磁懸液中可加入少量的水溶性膠水，保護缺陷磁痕，效果很好。7.交叉磁軛旋轉(zhuǎn)磁場進行檢測時綜合性能試驗的影響既然試驗的是綜合性能試驗（系統(tǒng)靈敏度試驗），就應(yīng)該按照既定的工藝條件（尤其是移動速度）把試片貼在焊縫的熱影響區(qū)進行試驗，在靜止的狀態(tài)下把試片貼在四個磁極的中心位置進行綜合性能試驗是不規(guī)范的，因為靜止狀態(tài)不包含由于交叉磁軛的移動對檢測靈敏度的影響。（應(yīng)把試片放置于有效磁化區(qū)域邊緣，在移動工況下進行校驗；特殊情況下，靜止時才可進行?。?.5退磁場2.5.1退磁場定義

把鐵磁性材料磁化時，由材料中磁極所產(chǎn)生的磁場稱為退磁場，也叫反磁場，它對外加磁場有削弱作用，用符號ΔH表示。退磁場與材料的磁化強度成正比。

ΔH――退磁場M――磁化強度N――退磁因子2.5.2有效磁場鐵磁性材料磁化時，只要在工件上產(chǎn)生磁極，就會產(chǎn)生退磁場，它削弱了外加磁場，所以工件上的有效磁場(用H表示)等于外加磁場減去退磁場。其數(shù)學(xué)表達式為：H――有效磁場（A/m）Ho――外加磁場（A/m）圖2-34

退磁場

2.5.3影響退磁場大小的因素（1）退磁場大小與外加磁場強度大小有關(guān)外加磁場強度愈大，工件磁化得愈好，產(chǎn)生的N極和S極磁場愈強，因而退磁場也愈大。（2）退磁場大小與工件L/D值有關(guān)工件L/D值愈大，退磁場愈小。這可以通過對兩根長度相同而直徑不同的鋼棒分別放在同一線圈中，用相同的磁場強度磁化時，L/D值大的比L/D值小的鋼棒表面磁場強度大，標準試片上磁痕清晰，說明退磁場小。對于工件橫截面為非圓柱形，設(shè)橫截面面積為A，計算L/D時，應(yīng)該用有效直徑Deff代替直徑D，則Deff=2(3)退磁因子NN主要與工件的形狀有關(guān)（L/D），對于完整的閉合的環(huán)形試樣N=0；對于球體，N=0.333；對于圓鋼棒，L/D愈小，N愈大。影響試件退磁場大小的因素：退磁場大小與外加磁場大小有關(guān)，外加磁場增大，退磁場也增大；退磁場與L/D有關(guān)，L/D增大，退磁場減??；工件磁化時，如果不產(chǎn)生磁極，就不會產(chǎn)生退磁場。(如環(huán)形工件內(nèi)的環(huán)形磁場沒有磁極，所以沒有退磁場)（4）磁化尺寸相同的鋼管和鋼棒，鋼管比鋼棒產(chǎn)生的退磁場小。設(shè)鋼棒橫截面積為D，與鋼管外直徑D0相等，鋼管的有效直徑與鋼管外直徑D0和鋼管內(nèi)直徑Di的關(guān)系是：顯然D＞Deff所以，＞，所以直徑相同的鋼管比鋼棒的退磁場小。

（5）磁化同一工件，交流電比直流電產(chǎn)生的退磁場小因為交流電有趨膚效應(yīng)，比直流電滲入深度淺，所以交流電在鋼棒端頭形成的磁極磁性小，故交流電比直流電磁化同一工件時的退磁場小。如果工件的截面為非圓形，設(shè)截面面積為S，則有效直徑為：則退磁場的計算：2.5.4

退磁場計算（P35）〔例1〕

一長度為100mm的鋼棒，截面為正方形，邊長為20mm，求L/D值？解：截面面積為A=20×20＝400(mm2)代入2-20式，Deff＝＝

＝22.6(mm)L/Deff=100/22.6≈4.4計算結(jié)果討論：當(dāng)L/D<=2時，退磁場影響很大，工件磁化需要很大的外加磁場強度。只有當(dāng)外加磁場強度Ho遠遠大于有效磁場強度H時，才足以克服退磁場的影響，對工件進行有效的磁化。但實際上通電線圈很難產(chǎn)生上千Oe的外加磁場強度，所以通常采用延長塊將工件接長，以增大L/D值，減小退磁場的影響。2.6磁路與磁感應(yīng)線的折射2.6.1磁路：磁力線通過的閉合路徑叫磁路。磁路定律：2.6.2磁感應(yīng)線的折射當(dāng)磁通量從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，它的量不變。但是如果這兩種介質(zhì)的磁導(dǎo)率不同，那么這兩種介質(zhì)中的磁感應(yīng)強度就會不同，方向也會改變，這稱為磁感應(yīng)線的折射，并遵循折射定律：

當(dāng)磁感應(yīng)線由鋼鐵進入空氣，或者由空氣進入鋼鐵，在空氣中磁感應(yīng)線實際上是垂直的。（因磁導(dǎo)率相差100~1000倍。）磁感應(yīng)強度的邊界條件:

（法向分量不變，連續(xù)）

（切向分量不變，連續(xù)）〔例〕已知鋼的相對磁導(dǎo)率μr=3000,在鋼中,磁感應(yīng)線的方向與分界面的法線成88°角，求在空氣中磁感線與分界面法線所成的角度，見圖2-37。解：tgα2＝μ2/μ1.tgα1＝μ0/3000μ0.tg88°＝28.6/3000＝0.0095α≈35'2.7漏磁場2.7.1漏磁場的形成所謂漏磁場，就是鐵磁性材料磁化后，在不連續(xù)性處或磁路的截面變化處，磁感應(yīng)線離開和進入表面時形成的磁場。如右圖：兩磁極間漏磁場分布漏磁場形成的原因，是由于空氣的磁導(dǎo)率遠遠低于鐵磁性材料的磁導(dǎo)率。如果在磁化了的鐵磁性工件上存在著不連續(xù)性或裂紋，則磁感應(yīng)線優(yōu)先通過磁導(dǎo)率高的工件，這就迫使部分磁感應(yīng)線從缺陷下面繞過，形成磁感應(yīng)線的壓縮。但是，工件上這部分可容納的磁感應(yīng)線數(shù)目也是有限的，又由于同性磁感應(yīng)線相斥，所以，部分磁感應(yīng)線從不連續(xù)性中穿過，另一部分磁感應(yīng)線遵從折射定律幾乎從工件表面垂直地進入空氣中去繞過缺陷又折回工件，形成了漏磁場。2.7.2缺陷的漏磁場分布缺陷產(chǎn)生的漏磁場可以分解為水平分量Bx和垂直分量By，水平分量與工件表面平行，垂直分量與工件表面垂直。假設(shè)有一矩形缺陷，則在矩形中心，漏磁場的水平分量有極大值，并左右對稱。而垂直分量為通過中心點的曲線，其示意圖見圖2-32，圖中（a）為水平分量，（b）為垂直分量，如果將兩個分量合成，則可得到如圖（c）所示的漏磁場。

圖2-39

缺陷的漏磁場分布

漏磁場對磁粉的作用力漏磁場對磁粉的吸附可看成是磁極的作用，如果有磁粉在磁極區(qū)通過，則將被磁化，也呈現(xiàn)出N極和S極，并沿著磁感應(yīng)線排列起來。當(dāng)磁粉的兩極與漏磁場的兩極互相作用時，磁粉就會被吸附并加速移到缺陷上去。漏磁場的磁力作用在磁粉微粒上，其方向指向磁感應(yīng)線最大密度區(qū)，即指向缺陷處。見前圖。漏磁場的寬度要比缺陷的實際寬度大數(shù)倍至數(shù)十倍，所以磁痕對缺陷寬度具有放大作用，能將目視不可見的缺陷變成目視可見的磁痕使之容易觀察出來。2.7.3影響漏磁場的因素漏磁場的大小，對檢測缺陷的靈敏度至關(guān)重要。由于真實的缺陷具有復(fù)雜的幾何形狀，準確計算漏磁場的大小是難以實現(xiàn)的，測量又受試驗條件的影響，所以定性地討論影響漏磁場的規(guī)律和因素，具有很重要的意義。

（1）外加磁場強度的影響

缺陷的漏磁場大小與工件磁化程度有關(guān)。一般說來，外加磁場強度一定要大于產(chǎn)生最大磁導(dǎo)率μm對應(yīng)的磁場強度Hμm，使磁導(dǎo)率減小，磁阻增大，漏磁場增大。當(dāng)鐵磁性材料的磁感應(yīng)強度達到飽和值的80%左右時，漏磁場便會迅速增大。（2）缺陷位置及形狀的影響a缺陷埋藏深度的影響缺陷埋藏深度影響很大。同樣的缺陷，位于工件表面時，產(chǎn)生的漏磁場大；若位于工件的近表面，產(chǎn)生的漏磁場顯著減小；若位于工件表面很深處，則幾乎沒有漏磁場泄漏出工件表面。b缺陷方向的影響缺陷垂直于磁場方向，漏磁場最大，也最有利于缺陷的檢出；當(dāng)陷與工件表面由垂直逐漸傾斜成30度以下時，漏磁場也由最大幾乎下降至零，不能檢出缺陷。c缺陷深寬比的影響缺陷的深寬比是影響漏磁場的一個重要因素，缺陷的深寬比愈大，漏磁場愈大，缺陷愈容易發(fā)現(xiàn)。（3）工件表面覆蓋層的影響（4）工件材料及狀態(tài)的影響

影響工件磁性的因素：晶粒大小的影響；含碳量的影響；熱處理的影響；合金元素的影響；冷加工的影響。2.8磁粉檢測的光學(xué)基礎(chǔ)

2.8.1光度量術(shù)語及單位光是任何能夠直接引起視覺的電磁輻射，光度學(xué)是有關(guān)視覺效應(yīng)評價輻射量的學(xué)科。磁粉檢測觀察和評定磁痕顯示，必須在可見光或黑光下進行，其光源的發(fā)光強度、光通量、[光]照度、輻[射]照度和[光]亮度都與檢測結(jié)果直接有關(guān)。1.發(fā)光強度

發(fā)光強度是指光源在給定方向上單位立體角內(nèi)傳輸?shù)墓馔?，用符號I表示，單位是坎[德拉](cd)。I＝dΦ/dΩ式中：I──發(fā)光強度(cd)國際計量大會對發(fā)光強度單位坎德拉定義為：“坎德拉是發(fā)出頻率為540×1012Hz的單色輻射的光源在給定方向的發(fā)光強度，該方向的輻射強度為1/683瓦特每球面度”。(球面度是一個立體角，其頂點位于球心，而它在球面上所截取的面積等于以球半徑為邊長的正方形面積)。2.光通量

光通量是指能引起眼睛視覺強度的輻射通量。用符號Φ表示，單位是流明(1m)。流明（lm）是發(fā)光強度為1坎德拉的均勻點光源在1球面度立體角內(nèi)發(fā)射的光通量。3.[光]照度

[光]照度亦稱照度，是單位面積上接收的光通量。用符號E表示，單位是：勒[克斯](lx)。1lx=11m/m2，勒[克斯]是1流明的光通量均勻分布在1平方米表面上產(chǎn)生的光照度。過去照度單位曾經(jīng)使用過英尺·坎德拉(f·cd)和英尺·燭光(f·c),1f·cd=1f·c=10.761x。4.輻[射]照度

輻[射]照度亦稱輻照度。表面上一點的輻照度是入射在包含該點的面元上的輻射通量dΦe除以該面元面積dA之商，用符號Ee（或E）表示，單位是：瓦[特]/米2，（1W/m2＝100μW/cm2）。Ee＝dΦe/dA

式中：Ee──輻照度(W/m2)5.(光)亮度

[光]亮度亦稱亮度，是指在給定方向單位立體角的垂直光照度，用符號L表示，單位是坎德拉每平方米（cd/m2）式中：L──亮度(cd/m2)2.8.2發(fā)光發(fā)光的物體稱為光源，也稱為發(fā)光體。非熒光磁粉檢測時，在波長范圍為400nm-760nm的可見光下觀察磁痕。可見光是目視可見的光，即包括紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色的光。熒光磁粉檢測時，采用波長范圍為320nm-400nm的紫外光(被稱為黑光)激發(fā)熒光磁粉的磁痕，產(chǎn)生波長范圍為510nm～550nm的黃綠色熒光。許多原來在可見白光下不發(fā)光的物質(zhì)，在紫外線的照射下能夠發(fā)光，這種現(xiàn)象稱為光致發(fā)光。光致發(fā)光的物質(zhì)，在外界光源移去后，經(jīng)過很長時間才停止發(fā)光，這種光稱為磷光，這種物質(zhì)稱為磷光物質(zhì)；在外界光源移去后立即停止發(fā)光，這種光稱為熒光，這種物質(zhì)稱為熒光物質(zhì)。……波長在510nm～550nm范圍內(nèi)，發(fā)黃綠色的熒光。2.8.3紫外線紫外線是指波長為100nm～400nm的不可見光，其波譜圖位于可見光和X射線之間，如圖2-44所示。不是所有的紫外線都可以用于熒光磁粉檢測，只有波長為320nm～400nm的黑光才能用于熒光磁粉檢測。UV-A：

國際照明委員會把紫外線分成如下三種范圍：波長320nm～400nm的紫外線稱為UV-A、黑光或長波紫外線，UV-A波長的紫外線，適用于熒光磁粉檢測，它的峰值波長約為365nm。波長280nm～320nm的紫外線稱為UV-B或中波紫外線，又叫紅斑紫外線。UV-B具有使皮膚變紅的作用，還可引起曬斑和雪盲，不能用于磁粉檢測。波長100nm～280nm的紫外線稱為UV-C或短波紫外線，UV-C具有光化和殺菌作用，能引起猛烈的燃燒，還傷害眼睛，也不能用于磁粉檢測，醫(yī)院使用UV-C紫外線來殺菌。2.8.4人眼對光的響應(yīng)當(dāng)人從明亮處進入暗區(qū)時，……，必須過一段時間后才能看見，這種現(xiàn)象稱為黑暗適應(yīng)，進行熒光磁粉探傷，黑暗適應(yīng)時間需要3min～5min。波長為555nm的黃綠色光，它的明視覺光譜光視效率是1，對人眼最敏感。熒光磁粉的磁痕，在黑光的照射下，能發(fā)出色澤鮮明的黃綠色熒光，容易觀察，與工件表面形成的紫色本底有很高的對比度，因而缺陷磁痕在暗區(qū)具有最好的可見度。檢測缺陷靈敏度高。磁粉檢測人員佩戴眼鏡觀察磁痕有一定的影響，如光敏(光致變色)眼鏡在黑光輻射時會變暗，變暗程度與輻射的入射量成正比，影響對熒光磁粉磁痕的觀察和辨認，因此不允許使用?？膳宕魑兆贤饩€的護目眼鏡，但應(yīng)注意，不得降低對黃綠色熒光磁粉磁痕的檢出能力。2.8.5黑光燈它由石英內(nèi)管和外殼組成，內(nèi)管的兩端各有一個主電極，管內(nèi)裝有水銀和氬氣，在主電極的旁邊裝有一個引燃用的輔助電極，其引出處串聯(lián)一個限流電阻，外面有一個玻璃外殼，起保護石英內(nèi)管和聚光的作用?！?。接通電源后，水銀并不立刻產(chǎn)生電弧，而是由輔助電極和一個主電極之間發(fā)生輝光放電，這時石英管內(nèi)溫度升高，水銀逐漸汽化，等到管內(nèi)產(chǎn)生足夠的水銀蒸氣時，方才發(fā)生主電極間的水銀弧光放電，產(chǎn)生紫外線。這個過程大約需要3min～5min，由于產(chǎn)生紫外線，石英內(nèi)管水銀蒸氣可達到4～5個大氣壓，所以這種紫外燈又叫高壓水銀燈。黑光燈使用的注意事項是：（1）黑光燈剛點燃,輸出達不到最大值,所以檢驗工作應(yīng)至少等3min以后再進行；（2）要盡量減少燈的開關(guān)次數(shù)，頻繁啟動會縮短燈的壽命；（3）黑光燈使用后,輻射能量下降，所以應(yīng)定期測量黑光輻照度；（4）電源電壓波動對黑光燈影響很大。電壓低，燈可能啟動不了，或使點燃的燈熄滅。當(dāng)使用的電壓超過燈的額定電壓時，對燈的使用壽命又影響很大，所以必要時應(yīng)裝穩(wěn)壓電源，以保持電源電壓穩(wěn)定；（5）濾光片上有贓污，應(yīng)及時清除，因為會影響黑光的發(fā)出；（6）避免將磁懸液濺到黑光燈泡上，使燈泡炸裂；（7）不要將黑光燈直對著人的眼睛照。（8）濾光片如果有裂紋，應(yīng)及時更新，因為會使可見光和中、短波紫外光通過，對人體有害。復(fù)習(xí)思考題2-4什么是磁場強度、磁通量和磁感應(yīng)強度？用什么符號表示？在SI和GS單位制中單位是什么？如何換算？2-5什么是磁導(dǎo)率？如何分類？單位是什么？物理意義是什么？*2-7用磁疇理論解釋鐵磁性材料的磁化過程。2-8什么是剩磁？什么是矯頑力？*2-17什么是退磁場？影響退磁場大小的因素有哪些？退磁場如何計算？2-24簡述交叉磁軛分布對檢測靈敏度有哪些影響？2-31簡述使用黑光燈的注意事項。3磁化電流、磁化方法和磁化規(guī)范3.1磁化電流為在工件上形成磁化磁場而采用的電流叫做磁化電流。

磁粉探傷采用的磁化電流有（7種）交流電、整流電（包括單相半波整流電、單相全波整流電、三相半波整流電和三相全波整流電）、直流電和沖擊電流，其中最常用的磁化電流是交流電、單相半波直流電和三相全波整流電。3.1.1交流電概念：峰值、有效值、平均值、趨膚效應(yīng)、趨膚深度（穿透深度）1.交流電流交流電在一個周期內(nèi)的電流最大值叫峰值，用Im表示。在工程上還應(yīng)用有效值和平均值。交流電的有效值，是指在相同的電阻上分別通以直流電流和交流電流，經(jīng)過一個交流周期時間，電阻上所損失的電能如果相等，則把該直流電流的大小作為交流電流的有效值，用I表示。從交流電流表上讀出的電流值是有效值。交流電的峰值Im和有效值I的換算關(guān)系為：

Im＝I≈1.414I2.趨膚效應(yīng)交變電流通過導(dǎo)體時，導(dǎo)體表面電流密度較大而內(nèi)部電流密度較小的現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)（或集膚效應(yīng)）。

電流從表面值下降到1/e≈0.37的深度稱為趨膚深度，可由下式求出：

――磁導(dǎo)率

――電導(dǎo)率

――電流的頻率3.交流電的優(yōu)點：（1）對表面缺陷檢測靈敏度高（2）容易退磁（3）電源易得，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單（4）能夠?qū)崿F(xiàn)感應(yīng)電流法磁化（5）能夠?qū)崿F(xiàn)多向磁化（6）磁化變截面工件磁場分布較均勻（7）有利于磁粉遷移（8）用于評價直流電（或整流電）磁化發(fā)現(xiàn)的磁痕顯示（9）適用于在役工件的檢驗（10）交流電磁化時工序間可以不退磁。

交流電的局限性：（1）剩磁法檢驗時，受交流電斷電相位的影響，剩磁不穩(wěn)定或很小，易造成缺陷漏檢。（2）探測缺陷的深度小。4.交流斷電相位的影響：剩磁大小與交流電的斷電相位有關(guān)。5.非正弦交流電（斷電相位控制器，用可控硅調(diào)壓）3.1.2整流電單相半波單相全波三相半波三相全波最常用的是單相半波和三相全波整流電

1.單相半波整流電主要和干法配合使用磁粉探傷中最常用的磁化電流之一，其優(yōu)點：a兼有直流的滲透性和交流的脈動性b剩磁穩(wěn)定c有利于近表面缺陷的檢測d能提供較高的靈敏度和對比度e設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、輕便，有利于現(xiàn)場檢驗。其局限性：a退磁較困難b檢測缺陷深度不如直流電大（c要求較大的輸入功率）2.三相全波整流電

磁粉探傷中最常用的磁化電流之一，其優(yōu)點：

a具有很大的滲透性和很小的脈動性

b剩磁穩(wěn)定

c適用于近表面缺陷的檢測

d需要設(shè)備的輸入功率小。局限性：

a退磁困難

b退磁場大

c變截面工件磁化不均勻

d不適用于干法檢驗

e在周向和縱向磁化工序間一般需要退磁。3.1.3直流電最早使用，現(xiàn)在使用少，其優(yōu)點：a具有很大的滲透性和很小的脈動性b剩磁穩(wěn)定c適用于近表面缺陷的檢測d需要設(shè)備的輸入功率小。局限性：a退磁困難b退磁場大c不適用于干法檢驗d在周向和縱向磁化工序間需要退磁。3.1.4沖擊電流由電容器充放電而獲得，其優(yōu)點是探傷機可做得很小，但需要輸出的磁化電流卻很大，如可達到10～30KA。其局限性是只適用于剩磁法，僅適用于需要電流值特別大而常規(guī)設(shè)備又不能滿足時，根據(jù)工件要求制作專用設(shè)備。因為通電時間很短，一般是（1/100）s，所以很難在通電時間內(nèi)完成施加磁粉并使磁粉向缺陷處遷移。3.1.5選擇磁化電流規(guī)則

(1)用交流電磁化濕法檢驗，對工件表面微小缺陷檢測靈敏度高；(2)交流電的滲入深度，不如整流電和直流電；(3)交流電用于剩磁法檢驗時，應(yīng)加裝斷電相位控制器；(4)交流電磁化連續(xù)法檢驗主要與有效值電流有關(guān)，而剩磁檢驗主要與峰值電流有關(guān)；(5)整流電流中包含的交流分量越大,檢測近表面較深缺陷的能力越小；(6)單相半波整流電磁化干法檢驗,對工件近表面缺陷檢測靈敏度高；(7)三相全波整流電可檢測工件近表面較深的缺陷；(8)直流電可檢測工件近表面最深的缺陷；(9)沖擊電流只能用于剩磁法檢驗和專用設(shè)備。3.2磁化方法3.2.1磁場方向與發(fā)現(xiàn)缺陷的關(guān)系磁粉檢測的能力，取決于施加磁場的大小和缺陷的延伸方向，還與缺陷的位置、大小和形狀等因素有關(guān)。工件磁化時，當(dāng)磁場方向與缺陷延伸方向垂直時，缺陷處的漏磁場最大，檢測靈敏度最高。（磁場方向與缺陷垂直）

……①磁場方向②最佳靈敏度③靈敏度減小④靈敏度不足α磁場和缺陷間夾角；αmin顯現(xiàn)最小角度；αi實例。圖3-12顯現(xiàn)缺陷的方向的示意圖選擇磁化方法應(yīng)考慮的因素1.工件的外形結(jié)構(gòu)；2.工件的表面狀態(tài)；3.根據(jù)工件過去斷裂的情況和各部位的應(yīng)力分布，分析可能產(chǎn)生缺陷的部位和方向，選擇合適的磁化方法。4.工件的尺寸大??；3.2.2磁化方法的分類根據(jù)工件的幾何形狀，尺寸大小和欲發(fā)現(xiàn)缺陷方向而在工件上建立的磁場方向，將磁化方法一般分為周向磁化、縱向磁化和多向磁化（復(fù)合磁化）。（所謂周向與縱向，是相對被檢工件上的磁場方向而言的。）1.周向磁化周向磁化是指給工件直接通電，或者使電流流過貫穿空心工件孔中的導(dǎo)體，旨在工件中建立一個環(huán)繞工件的并與工件軸垂直的周向閉合磁場，用于發(fā)現(xiàn)與工件軸平行的縱向缺陷，即與電流方向平行的缺陷。軸向通電法直接通電法夾鉗通電法縱向磁化

縱向磁化是指將電流通過環(huán)繞工件的線圈，使工件沿縱長方向磁化的方法，工件中的磁力線平行于線圈的中心軸線。用于發(fā)現(xiàn)與工件軸垂直的周向缺陷。利用電磁軛和永久磁鐵磁化，使磁力線平行于工件縱軸的磁化方法也是縱向磁化。將工件置于線圈中進行縱向磁化，稱為開路磁化，開路磁化在工件兩端產(chǎn)生磁極，因而產(chǎn)生退磁場。將工件夾在電磁軛的兩極之間，對工件進行整體磁化，或利用便攜式電磁軛或永久磁鐵的兩極與工件接觸，使工件得到局部磁化，稱為閉路磁化，閉路磁化不產(chǎn)生退磁場。

3.多向磁化指通過復(fù)合磁化，在工件中產(chǎn)生一個大小和方向隨時間成圓形、橢圓形或螺旋形變化的磁場。因為磁場的方向在工件上不斷地變化著，所以可發(fā)現(xiàn)工件上所有方向的缺陷。多向磁化是根據(jù)磁場強度疊加原理，在工件中某一點的磁場強度等于幾種磁化方法在該點分別產(chǎn)生的磁場的矢量和，或者是不同方向的磁場在工件上的輪流交替磁化。4.輔助通電法是指將通電導(dǎo)體置于工件受檢部位而進行局部磁化的方法，如電纜平行磁化法和銅板磁化法，僅用于常規(guī)磁化方法難以磁化的工件和部位，一般情況下不推薦使用。3.2.3各種磁化方法的特點

1.軸向通電法(1)軸向通電法是將工件夾于探傷機的兩磁化夾頭之間，使電流從被檢工件上直接流過，在工件的表面和內(nèi)部產(chǎn)生一個閉合的周向磁場，用于檢查與磁場方向垂直、與電流方向平行的縱向缺陷。夾鉗通電法軸向通電法(2)軸向通電法和觸頭法產(chǎn)生打火燒傷的原因是：①工件與兩磁化夾頭接觸部位有鐵銹、氧化皮及臟物；②磁化電流過大；③夾持壓力不足；④在磁化夾頭通電時夾持或松開工件。(3)預(yù)防打火燒傷的措施是：①清除掉與電極接觸部位的鐵銹、油漆和非導(dǎo)電覆蓋層；②必要時應(yīng)在電極上安裝接觸墊，如鉛墊或銅編織墊，應(yīng)當(dāng)注意，鉛蒸汽是有害的，使用時應(yīng)注意通風(fēng)，銅編織物僅適用于冶金上允許的場合；③磁化電流應(yīng)在夾持壓力足夠時接通；④必須在磁化電流斷電時夾持或松開工件；⑤用合適的磁化電流磁化。軸向通電法的優(yōu)點：①無論簡單或復(fù)雜工件，一次或數(shù)次通電都能方便地磁化；②在整個電流通路的周圍產(chǎn)生周向磁場，磁場基本上都集中在工件的表面和近表面；③兩端通電，即可對工件全長進行磁化，所需電流值與長度無關(guān)；④磁化規(guī)范容易計算；⑤工件端頭無磁極，不會產(chǎn)生退磁場；⑥用大電流可在短時間內(nèi)進行大面積磁化；⑦工藝方法簡單，檢測效率高；⑧有較高的檢測靈敏度。軸向通電法的缺點：①接觸不良會產(chǎn)生電弧燒傷工件；②不能檢測空心工件內(nèi)表面的不連續(xù)性；③夾持細長工件時，容易使工件變形。軸向通電法適用于：承壓設(shè)備實心和空心工件的焊縫、機加工件、軸類、管子、鑄鋼件和鍛鋼件的磁粉檢測。2.中心導(dǎo)體法

(1)中心導(dǎo)體法是將導(dǎo)體穿入空心工件的孔中，并置于孔的中心，電流從導(dǎo)體上通過，形成周向磁場。所以又叫電流貫通法、穿棒法和芯棒法。由于是感應(yīng)磁化，可用于檢查空心工件內(nèi)、外表面與電流平行的縱向不連續(xù)性和端面的徑向的不連續(xù)性?？招募弥苯油姺ú荒軝z查內(nèi)表面的不連續(xù)性，因為內(nèi)表面的磁場強度為零。但用中心導(dǎo)體法能更清晰地發(fā)現(xiàn)工件內(nèi)表面的缺陷，因為內(nèi)表面比外表面具有更大的磁場強度。(2)中心導(dǎo)體法用交流電進行外表面檢測時，會因渦電流有趨膚效應(yīng)，導(dǎo)致工件內(nèi)、外表面檢測靈敏度相差很大。國內(nèi)有資料介紹，檢測外表面時的電流值將會是檢測內(nèi)表面電流值的2.7倍，因此，用中心導(dǎo)體法進行外表面檢測時，一般不用交流電而盡使用直流電和整流電。(3)對于一端有封頭(