磁粉檢測物理基礎(chǔ)

磁粉檢測物理基礎(chǔ)1第1頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)1、磁現(xiàn)象和磁場1.1磁的基本現(xiàn)象中國是世界上最先發(fā)現(xiàn)物質(zhì)磁性現(xiàn)象和應(yīng)用磁性材料的國家。早在戰(zhàn)國時期就有關(guān)于天然磁性材料（如磁鐵礦）的記載。11世紀(jì)就發(fā)明了制造人工永磁材料的方法。1086年《夢溪筆談》記載了指南針的制作和使用。1099～1102年有指南針用于航海的記述，同時還發(fā)現(xiàn)了地磁偏角的現(xiàn)象。注意地磁場的南極（S極）、北極（N極）與地球地理位置的關(guān)系。2第2頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)1.1.1磁的基本概念（1）磁鐵能夠吸引磁性材料的性質(zhì)叫磁性。凡能夠吸引其它鐵磁性材料的物體叫磁體，磁體兩端磁性特別強的區(qū)域稱為磁極。（2）將條形磁鐵懸掛起來，水平方向指向地球北的一端為北極，用N表示，指南的一端為南極，用S表示。磁體同性相斥，異性相吸。每個磁體都有N極和S極。（圓環(huán)磁體除外）3第3頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)1.1.2磁力磁極間相互排斥和相互吸引的力稱為磁力。磁力的大小和方向是可以測定的，同一個磁體兩個磁極的磁力大小相等，但方向相反。磁性定律----兩個磁極間的磁力與兩個磁極強度的乘積成正比，而與它們之間距離的平方成反比。4第4頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)1.2磁場與磁感應(yīng)線①磁場:具有磁力作用的空間.存在于被磁化物體或通電導(dǎo)體的內(nèi)部和周圍,是由運動電荷形成的。②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。

③磁場的顯示:磁場的大小、方向和分布情況,可以利用磁感應(yīng)線來表示。5第5頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)④磁力線的用途（假想的磁感應(yīng)線）假想的，用于形象地描述磁場的大小、方向和分布情況。磁感應(yīng)線的疏密程度反映磁場的大小。在磁力線密的地方磁場大，在磁力線稀的地方磁場小，磁感應(yīng)線在每點的切線方向代表磁場的方向,磁力線上每點的切線方向與該點的磁場方向一致。6第6頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)⑤磁感應(yīng)線的特性:（1）磁感應(yīng)線是連續(xù)的具有方向性的閉合曲線。在磁體內(nèi)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（2）磁感應(yīng)線互不相交；（3）磁感應(yīng)線可描述磁場的大小和方向；（4）磁感應(yīng)線沿磁阻最小的路徑經(jīng)過；

·同性磁極相斥,因同性磁極間間磁力線有互相排擠的傾向；·異性磁極相吸,因異性磁極間磁感應(yīng)線有縮短長度的傾向7第7頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)⑥磁力線圖像：8磁力線形貌異性相吸同性相斥第8頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)1.2.1圓周磁場馬蹄形磁鐵具有N極和S極。磁鐵外部,磁感應(yīng)線從N極出發(fā)穿過空氣進入S極;磁鐵內(nèi)部,磁感應(yīng)線從S極到N極閉合,它的兩極能吸引鐵磁性材料。 漏磁場的形成⑴磁極間距變小形成的漏磁場:將磁鐵彎曲,使兩磁極靠得很近,如圖2-2b所示,磁感應(yīng)線離開N極,穿過空氣重新進入S極,產(chǎn)生漏磁場。9第9頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)⑵裂紋兩側(cè)形成的漏磁場:將磁鐵兩端再彎曲,使兩極熔合成圓環(huán),如圖2-2c所示,此時磁鐵內(nèi)既無磁極又不產(chǎn)生漏磁場,因而不能吸引鐵磁性材料,但在磁鐵內(nèi)包容了一個圓周磁場或已被周向磁化。如果已周向磁化的零件存在與磁感應(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,漏磁場能強烈地吸附磁粉形成磁痕,顯示出裂紋缺陷。有裂紋處漏磁場分布及磁痕顯示如圖2-1d所示10第10頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)1.2.2縱向磁化將馬蹄形磁鐵校直為條形磁鐵,則其兩端是N極和S極。條形磁鐵的兩極能強烈地吸附磁粉,說明該條形磁鐵已被縱向磁化,如圖2-3a所示。磁粉檢測的基礎(chǔ)

如果磁感應(yīng)線被不連續(xù)性或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2-3b和圖2-3c所示,吸附磁粉形成磁痕,從而顯示出不連續(xù)性或裂紋；11第11頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)圖2-3

用條形磁鐵描述縱向磁化

a)馬蹄形磁鐵被校直成條形磁鐵b)帶機加工槽c)帶縱向裂紋12第12頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)1.3真空中的恒定磁場1.3.1磁感應(yīng)強度B電流(運動電荷)的周圍存在磁場,人們利用磁感應(yīng)強度B來定量的描述磁場的特性。磁感應(yīng)強度B的定義：將原來不具有磁性的鐵磁性材料放入外加磁場內(nèi),便得到磁化,它除了原來的外加磁場外,在磁化狀態(tài)下鐵磁性材料本身還產(chǎn)生一個感應(yīng)磁場,這兩個磁場疊加起來的總磁場,稱為磁感應(yīng)強度B。13第13頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)說明：由于歷史的原因，與電場強度E對應(yīng)的描述磁場的基本物理量被稱為磁感應(yīng)強度B，而另一輔助量卻被稱為磁場強度H，名實不符，容易混淆。通常所謂磁場，均指的是B。14第14頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（1）磁感應(yīng)強度B為矢量,其方向為該點處小磁針N極的方向,可以用右手螺旋法則來確定。（2）單位：N·s/(C·m),即N/(A·m)(SI),稱為特斯拉T；另一個單位是高斯,用Gs表示,換算關(guān)系為lT=104Gs（3）B在數(shù)值上等于垂直于磁場方向長1m，電流為1A的導(dǎo)線所受磁場力的大小（4）磁場方向即磁感應(yīng)強度的方向，判定方法是放入檢驗小磁針北極所受磁場力的方向，也是小磁針穩(wěn)定平衡時的方向。15第15頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（5）可以用磁感應(yīng)線來描繪磁場的分布在任何磁場中,每一條磁感應(yīng)線都是無頭無尾的閉合線,磁場較強的地方,磁感應(yīng)線較密;反之,磁感應(yīng)線就較疏,而且磁感應(yīng)線的環(huán)繞方向和電流方向形成右手螺旋的關(guān)系

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。

（6）磁感應(yīng)強度不僅有外加磁場有關(guān),還與被磁化的鐵磁性材料的性質(zhì)有關(guān)

B=μH。16第16頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)1.3.2磁通量

（1）定義：在磁場中，通過一給定曲面的總磁感應(yīng)線，稱為通過該曲面的磁通量。簡稱磁通,磁通量簡稱磁通，是指垂直穿過某一截面的磁力線條數(shù)。符號：Φ單位：韋伯(Wb),麥克斯韋(Mx)

1Wb=108Mx磁通量的單位為T·m2，叫做韋伯（Wb）。因此，磁感應(yīng)強度也稱為磁通密度。17第17頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（2）意義：磁通量的意義可以用磁感線形象地加以說明．我們知道在同一磁場的圖示中，磁感線越密的地方，也就是穿過單位面積的磁感線條數(shù)越多的地方，磁感應(yīng)強度B越大。因此，B越大，S越大，穿過這個面的磁感線條數(shù)就越多，磁通量就越大。過一個平面若有方向相反的兩個磁通量，這時的合磁通為相反方向磁通量的代數(shù)和磁通密度是通過垂直于磁場方向的單位面積的磁通量，它等于該處磁場磁感應(yīng)強度的大小B。磁通密度精確地描述了磁力線的疏密。18第18頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（3）磁場的高斯定理:對閉合曲面來說，穿入閉合曲面的磁感應(yīng)線數(shù)必然等于穿出閉合曲面的磁感應(yīng)線數(shù),所以通過任一閉合曲面的總磁通量必然為零.通過任一閉合曲面的總磁通量必然為零.是電磁場理論的基本方程之一。該定理說明,磁場是渦旋場,其磁感應(yīng)線無頭無尾,恒為閉合。

19第19頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.3安培環(huán)路定理

磁感強度沿任意閉合環(huán)路的積分，等于穿過該閉合環(huán)路內(nèi)所有電流的代數(shù)和乘以μ0,與環(huán)路外電流無關(guān)。安培環(huán)路定理的應(yīng)用：理論實驗與靜電場中利用高斯定理可以求解某些對稱分布的電場一樣。對于某些具有對稱分布的磁場，也可以應(yīng)用安培環(huán)路定理來求解。

表達電流與它所激發(fā)磁場之間的普遍規(guī)律。2023/7/1620第20頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)根據(jù)畢奧-薩伐爾定律：一個載流導(dǎo)體在空間任一點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度：B=∫LdB=μ0I/2πr真空中的安培環(huán)路定律：對任意幾何形狀的通電導(dǎo)體的磁場，其電流與它所激發(fā)的磁場之間普遍存在以下規(guī)律：

∮LB·dL=μ0∑I已知長直載流導(dǎo)體周圍的磁感應(yīng)線是一組以導(dǎo)體為中心的同心圓，在垂直于導(dǎo)線的平面內(nèi)任意作一包圍電流的閉合曲線,曲線上任一點的磁感應(yīng)強度為

B=μ0I/2πr

式中：μ0

=4×10-7H/m---真空磁導(dǎo)率

I---導(dǎo)線中的電流

r---該點離開導(dǎo)線的距離通電導(dǎo)體磁場強度計算公式的基礎(chǔ)。21第21頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)1.4磁介質(zhì)中的磁場1.4.1磁介質(zhì)能影響磁場的物質(zhì)叫磁介質(zhì)。磁介質(zhì)在磁場中會產(chǎn)生附加磁場，影響固有的磁場。此現(xiàn)象稱為磁介質(zhì)的磁化。依據(jù)磁介質(zhì)不同的磁化特性，我們把它分為順磁性、抗磁性、鐵磁性三種。在工程上，習(xí)慣將鐵磁性材料稱為磁性物質(zhì)，抗磁與順磁均為非磁性物質(zhì)。22第22頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)①順磁性材料──磁化后，磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強度B稍大于B0，即B>B0，如鋁、鉻、錳、鉑、氮等，能被磁體輕微吸引。②抗磁性材料──磁化后，磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強度B稍小于B0，即B<B0，產(chǎn)生與外加磁場相反的附加磁場如銅、銀、金、鉛、鋅等，能被磁體輕微排斥。③鐵磁性材料──磁化后所激發(fā)的附加磁感應(yīng)強度B’遠大于B0，使得B>>B0，如鐵、鎳、鈷及其合金等，鐵磁質(zhì)能顯著地增強磁場，能被磁體強烈吸引。(工業(yè)純鐵的μr＝5000左右)磁粉探傷只適用于鐵磁性材料,通常把順磁性材料和逆磁性材料都列入非磁性材料23第23頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（1）磁性是物質(zhì)的一種基本屬性。物質(zhì)按照其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其在外磁場中的性狀可分為抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)。鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)為強磁性物質(zhì)，抗磁性和順磁性物質(zhì)為弱磁性物質(zhì)。磁性材料按性質(zhì)分為金屬和非金屬兩類

我們把順磁性物質(zhì)和抗磁性物質(zhì)稱為弱磁性物質(zhì)，把鐵磁性物質(zhì)稱為強磁性物質(zhì)。通常所說的磁性材料是指強磁性物質(zhì)。磁性材料按磁化后去磁的難易可分為軟磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物質(zhì)叫軟磁性材料，不容易去碰的物質(zhì)叫硬磁性材料。一般來講軟磁性材料剩磁較小，硬磁性材料剩磁較大。24第24頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（2）永磁材料經(jīng)外磁場磁化以后，即使在相當(dāng)大的反向磁場作用下，仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。對這類材料的要求是剩余磁感應(yīng)強度Br高，矯頑力BHC(即抗退磁能力)強，磁能積(BH)(即給空間提供的磁場能量)大。相對于軟磁材料而言,它亦稱為硬磁材料。永磁材料有合金、鐵氧體和金屬間化合物三類25第25頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（2）軟磁材料主要功能是導(dǎo)磁、電磁能量的轉(zhuǎn)換與傳輸。因此，對這類材料要求有較高的磁導(dǎo)率和磁感應(yīng)強度，同時磁滯回線的面積或磁損耗要小。軟磁材料的一種——鐵粉芯軟磁材料大體上可分為四類。①合金薄帶或薄片②非晶態(tài)合金薄帶③磁介質(zhì)（鐵粉芯）④鐵氧體26第26頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)

（3）矩磁材料和磁記錄材料主要用作信息記錄、無接點開關(guān)、邏輯操作和信息放大。這種材料的特點是磁滯回線呈矩形。（4）旋磁材料具有獨特的微波磁性（5）壓磁材料特點是在外加磁場作用下會發(fā)生機械形變，故又稱磁致伸縮材料，它的功能是作磁聲或磁力能量的轉(zhuǎn)換。常用于超聲波發(fā)生器。27第27頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)1.4.2磁化強度將原先無磁性的物體放入磁場內(nèi)得到磁性的過程稱為磁化。描述磁介質(zhì)磁化狀態(tài)的物理量，通常用符號M表示

對于順磁與抗磁介質(zhì)，無外加磁場時，M恒為零;

磁化強度M不僅和磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，也和磁介質(zhì)所在處的磁場有關(guān)，在外磁場作用下，磁介質(zhì)磁化后出現(xiàn)的磁化電流要產(chǎn)生附加磁場，它與外磁場之和為總磁場B。對于線性各向同性的磁介質(zhì)，M與B、H成正比，順磁質(zhì)的M與B、H同方向，抗磁質(zhì)的M與B、H反方向。

在國際單位制（SI）中，磁化強度M的單位是安培/米（A/m）。28第28頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)1.4.3磁場強度:

在電流產(chǎn)生的磁場中有磁介質(zhì)存在時,空間任一點的磁感應(yīng)強度B等于導(dǎo)線中的電流(稱為傳導(dǎo)電流)所激發(fā)的磁場與磁介質(zhì)磁化后束縛電流所激發(fā)的附加磁場的矢量和。這時安培環(huán)路定理應(yīng)為將磁化強度式代入得：

該式稱為有磁介質(zhì)時的安培環(huán)路定理,它表明H矢量的環(huán)流(沿任何閉合曲線的線積分)只和傳導(dǎo)電流I有關(guān),與磁介質(zhì)的磁性無關(guān)。

29第29頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（1）磁場具有大小和方向,磁場大小和方向的總稱為磁場強度,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)。

為了形象地表示出磁場中H矢量的分布,引入H線(磁感應(yīng)線)來描述磁場,規(guī)定如下:磁感應(yīng)線上任一點的切線方向和該點H矢量的方向相同,磁感應(yīng)線的疏密程度代表H矢量的大小,磁感應(yīng)線越密,表示H越大,磁感應(yīng)線越疏,表示H越小。30第30頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)1.4.4磁場強度、磁化強度和磁感應(yīng)強度（H、M和B）的關(guān)系（1）磁場強度也就是外加磁場強度，只和傳導(dǎo)電流I有關(guān),與磁介質(zhì)的磁性無關(guān)。（2）磁化強度是物質(zhì)被磁化后自身產(chǎn)生的附加磁場,在磁性物質(zhì)中,磁化強度M不僅和磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),也和磁介質(zhì)所處的磁場有關(guān)。磁化強度M和磁場強度H成正比,即M=χmH31第31頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（3）磁感應(yīng)強度：將原先無磁性的物體放入磁場內(nèi)得到磁化，原有的磁場加上附加磁場（物質(zhì)磁化后自身產(chǎn)生的磁場）后的總磁場，我們叫磁感應(yīng)強度。B=H+M=μHH.B.μ三者之間有這樣的關(guān)系式H=B/μ，在真空中H=B/μ?；駼=μ。*H32第32頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)1.4.5磁導(dǎo)率

物質(zhì)的磁化是由外磁場引起的,在磁性物質(zhì)中,磁化強度M不僅和磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),也和磁介質(zhì)所處的磁場有關(guān)。實驗證明,對于各向同性的磁介質(zhì),在磁介質(zhì)中任一點磁化強度M和磁場強度H成正比,即M=χmH式中,χm為物質(zhì)的磁化率。

不同物質(zhì)的磁化率是不同的,抗磁質(zhì)的磁化率是負值,順磁質(zhì)的磁化率是正值,但都很小,鐵磁質(zhì)的磁化率為正,而且很高.

33第33頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)實際上,物質(zhì)被磁化以后必然反過來使物質(zhì)所在部分的磁場發(fā)生變化。令磁化后引起的磁場變化為H′,稱為附加磁場,其大小H′=M,

則有B=μoH+μoM,

B=μOH+μoχmH=μo(1+χm)H=μoμrH=μH

式中:μr-該磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率；其大小μr=1+χm；

μo-真空磁導(dǎo)率；

μ-磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率,或絕對磁導(dǎo)率；μ=μoμr。

34第34頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)

（1）磁導(dǎo)率(絕對磁導(dǎo)率):磁感應(yīng)強度B與磁場強度H的比值,用μ表示。磁導(dǎo)率表示材料被磁化的難易程度,它反映了材料的導(dǎo)磁能力。在SI單位制中單位是亨[利]每米(H/m)。

μ不是常數(shù),隨磁場大小不同而改變,有最大值和最小值。

（2）真空磁導(dǎo)率μ。：在真空中,磁導(dǎo)率是一個不變的恒定值,用μ。表示,稱為真空磁導(dǎo)率,μo=4π×10-7H/m,單位是H/m（3）相對磁導(dǎo)率μr：為了比較各種材料的導(dǎo)磁能力,把任一種材料的磁導(dǎo)率和真空磁導(dǎo)率的比值,μr=μ/μ。叫做該材料的相對磁導(dǎo)率,用μr表示,μr為一純數(shù),無單位。35第35頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（4）對于各向同性的磁介質(zhì),χm和μr都是無量綱的常數(shù)。所有順磁性材料、抗磁性材料的磁化率都很小,其相對磁導(dǎo)率幾乎等于1,這說明它們對原磁場只產(chǎn)生微弱的影響。對于鐵磁性材料,鐵磁質(zhì)中任一點的B,M,H三矢量之間的普遍關(guān)系仍采用式B=μOH+μoM,但是實驗發(fā)現(xiàn)鐵磁質(zhì)中B與H以及M與H之間并沒有線性的正比關(guān)系,甚至不存在單值關(guān)系,鐵磁質(zhì)的磁導(dǎo)率、相對磁導(dǎo)率和磁化率也都不是常數(shù)。例如，如果空氣(非磁性材料)的磁導(dǎo)率是1，則鐵氧體的磁導(dǎo)率為10，000，即當(dāng)比較時，以通過磁性材料的磁通密度是10,000倍。36第36頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（5）在眾多的材料中，如果自由空間（真空）的μo=1，那△么比1略大的材料稱為順磁性材料（如白金、空氣等）；比1略小的材料，稱為反磁性材料（如銀、銅、水等）。（6）非磁性材料（如鋁、木材、玻璃、自由空間）B與H之比為一個常數(shù)，用μ。來表示非磁性材料的的磁導(dǎo)率，即μ。=1（在CGS單位制中）或μ。=4πX10o－7（在RMKS單位制中）。37第37頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（7）值得注意的是：磁導(dǎo)率μ與溫度有關(guān)系，另外飽和磁感應(yīng)強度BS、剩余磁感應(yīng)強度BR、矯頑力HS，以及磁心比損耗（單位重量損耗W/kg）等磁參數(shù)，也都與磁心的工作溫度有關(guān)。38第38頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)2、鐵磁性材料2.1.磁疇用量子理論從微觀上說明鐵磁質(zhì)的磁化機理概念：在鐵磁性材料的內(nèi)部由于旋轉(zhuǎn)電子形成的具有相同磁矩方向的自發(fā)磁化小區(qū)域，稱為磁疇。磁疇存在于鐵磁性材料內(nèi)部，自發(fā)磁化。39第39頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（1）無外加磁場時，磁疇方向各異，磁性相互抵消，對外不顯示磁性，見圖（a）,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。會出現(xiàn)圖（b）的現(xiàn)象，它是磁化的本質(zhì)現(xiàn)象。去掉外加磁場后，保留一定的剩磁，見圖（c）。永久磁鐵中的磁疇，在一個方向上占優(yōu)勢，因而形成N和S極，能顯示出很強的磁性。40第40頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（2）磁疇與溫度的影響：從實驗中得知，鐵磁質(zhì)的磁化和溫度有關(guān)。隨著溫度的升高，它的磁化能力逐漸減小，當(dāng)溫度升高到某一溫度時，鐵磁性就完全消失，鐵磁質(zhì)退化成順磁質(zhì)。這個溫度叫做居里溫度或叫居里點。鐵磁性材料在此溫度以上不能再被外加磁場磁化，并將失去原有的磁性從居里點以上的高溫冷卻下來時，只要沒有外磁場的影響，材料仍然處于退磁狀態(tài)。鐵的居里點為769℃，鎳365℃，鈷1150℃。41第41頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)2.2磁化過程物質(zhì)放在磁場中，當(dāng)磁場從小變大，物質(zhì)的磁性也隨之改變的過程，稱為磁化過程。物質(zhì)的磁性主要分為六大類：a.抗磁性；b.順磁性；c.鐵磁性；d.亞鐵磁性；e.反鐵磁性；f.超順磁性等。這六類物質(zhì)的磁化過程都不同。所以說磁化過程，前提要說明，是什么物質(zhì)的磁化過程。

在日常生活中，人們大多使用鐵磁或亞鐵磁材料。因此大多討論這二種材料的磁化過程。42第42頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)

不同的物質(zhì)，它的磁化過程也不同。我們一般所說的磁化過程是指鐵磁和亞鐵磁物質(zhì)

在磁場中，當(dāng)磁場由零變大時，這些物質(zhì)磁化狀態(tài)的變化。鐵磁和亞鐵磁主要有二大類磁性材料：硬磁和軟磁。軟磁材料從退磁狀態(tài)磁化到飽和，主要經(jīng)過疇壁位移和疇內(nèi)磁化向量轉(zhuǎn)動二個過程。硬磁材料大都由具有強磁各向異性材料作成，因此，其磁化和反磁化過程主要是其內(nèi)部單疇顆粒的磁化向量轉(zhuǎn)動過程。以下是軟磁性材料的磁化過程43第43頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月

(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)。44第44頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)2.3磁化曲線用來表示鐵磁性材料磁特性的曲線，反映的是外加磁場強度H與磁感應(yīng)強度B的變化關(guān)系。將鐵磁性環(huán)形樣品，繞線圈后通電，通過測量線圈中的I來計算材料內(nèi)部的磁場強度。用沖擊檢流計或磁通計測量磁通量，計算出相應(yīng)磁感應(yīng)強度，從而找出一組對應(yīng)的關(guān)系值，制作出磁化曲線。45第45頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)外加磁場強度H與磁感應(yīng)強度B之間的關(guān)系曲線。反映了磁化程度隨外加磁場變化的規(guī)律。46第46頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)各種鐵磁性材料的磁化曲線大同小異。初始座標(biāo)原點：當(dāng)H=0時，材料未被磁化，B也=0，當(dāng)H增加，初始階段（oa段）B增加緩慢，進入第二階段（ab）時，B增加很快，到第三階段（bm）段時，B的增加速度放慢了，過了m點，當(dāng)H增加，B基本不增加，此時稱為磁飽和現(xiàn)象。材料內(nèi)部的磁疇全部與外加磁場方向一致，即使再增加外加H，材料的附加磁場也不會再繼續(xù)增加了。由此可見，鐵磁性材料的磁感應(yīng)強度B是外加磁場強度和附加磁場強度之和，即材料內(nèi)合成磁場強度。47第47頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)2.4磁滯回線

當(dāng)鐵磁質(zhì)達到磁飽和狀態(tài)后，如果減小磁化場H，介質(zhì)的磁化強度M（或磁感應(yīng)強度B）并不沿著起始磁化曲線減小，M（或B）的變化滯后于H的變化。這種現(xiàn)象叫磁滯現(xiàn)象,它反映了磁化過程的不可逆性。

在磁場中，鐵磁體的磁感應(yīng)強度與磁場強度的關(guān)系可用曲線來表示，當(dāng)磁化磁場作周期的變化時，鐵磁體中的磁感應(yīng)強度與磁場強度的關(guān)系是一條閉合線，這條閉合線叫做磁滯回線

48第48頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（1）剩余磁感應(yīng)強度Br：外加磁場強度H減小到零時，仍然保留在材料中的磁性。（2）矯頑力Hc：為使剩磁減小到零所施加的反向磁場強度。（3）飽和磁感應(yīng)強度Bm：工件在飽和磁場強度±Hm的磁化下B達到飽和，不再隨H的增大而增大。只有交流電才能產(chǎn)生磁滯回線。49第49頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月50P+HmHBBm?QBrPHc?－Hm?Q當(dāng)H=0時,B=Br

叫剩磁當(dāng)H反向=Hc時,B=0Hc叫矯頑力,表示鐵磁質(zhì)抵抗去磁的能力.B—H曲線形成一個閉合曲線,稱為磁滯回線.注意:磁滯效應(yīng)是能量損耗的過程.第50頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4.1鐵磁性材料的特性:(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)外加磁場的方向發(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。第51頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(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<100A/m認為是軟磁材料,其磁滯回線如圖2-11a所示。Hc≥10OA/m認為是硬磁材料,其磁滯回線如圖2-11b所示。現(xiàn)代電動機中常用的一種鐵氧體材料的磁滯回線近似呈矩形,如圖2-11c所示,故稱矩磁材料,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。圖2-11不同材料的磁滯回線

a軟磁材料

b硬磁材料

c矩磁材料第52頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4.2軟磁材料與硬磁材料的特征

(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。Br大,Hc小;回線面積小;適合做鐵心.軟磁材料如電工用純鐵、低碳鋼和軟磁鐵氧體等材料。

(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。Br大,Hc大;回線面積大;適合做永磁體.硬磁材料如鋁鎳鈷、稀土鈷和硬磁鐵氧體等材料。（3）矩磁材料──現(xiàn)代電機中常用的一種鐵氧體材料的磁滯回線差不多呈矩形，故稱矩磁材料。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Bs。有較強磁致伸縮性能.適合做換能器。2023/7/1653第53頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5退磁曲線和磁能積

在退磁曲線上任一點所對應(yīng)的B與H的乘積，是標(biāo)志磁性材料在該點上單位體積內(nèi)所具有的能量，稱為磁能積。（BH）的乘積正比于圖中劃斜線的矩形面積。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。54第54頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)3、電流與磁場（1）1820年丹麥哥本哈根大學(xué)的漢斯·克里斯蒂安·奧斯特(1777—1851)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。有一次當(dāng)屋外有閃電時，奧斯特看到室內(nèi)的指南針發(fā)生了不規(guī)則的擺動。在這個啟示下，他猜想是電流使磁針擺動，在大量的實驗后得出：任何通有電流的導(dǎo)線，都可以在其內(nèi)部和周圍產(chǎn)生磁場，這就是電流的磁效應(yīng)。

（2）非磁性金屬通以電流，卻可產(chǎn)生磁場，其效果與磁鐵建立的磁場相同。

（3）在通電流的長直導(dǎo)線周圍，會有磁場產(chǎn)生，其磁感線的形狀為以導(dǎo)線為圓心一封閉的同心圓，且磁場的方向與電流的方向互相垂直.55第55頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（4）前面說過丹麥奧斯特發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)體周圍存在磁場，這種現(xiàn)象稱為電流的磁感應(yīng)或磁效應(yīng)現(xiàn)象。磁場方向大家初中物理都學(xué)過，用右手定則，即右手握住導(dǎo)體，拇指指向電流方向，四指卷曲的方向就是磁場方向。56第56頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)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;

當(dāng)電流流過圓柱導(dǎo)體時，產(chǎn)生的磁場是以導(dǎo)體中心軸線為圓心的同心圓，在半徑相等的同心圓上，磁場強度相等。57第57頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)體外部的磁場強度導(dǎo)體內(nèi)部的磁場強度58第58頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（2）磁場大小:由安培環(huán)路定理(∮H*dl=∑I)推導(dǎo)，因圓周對稱，所以沿圓周積分可得：

通電直長導(dǎo)體表面的磁場強度為:H=I/2πR式中：H一磁強強度(A/m)

I一電流強度(A)

R一圓柱導(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：H=I/2πR；

r＜R時：H=Ir/2πR2；59第59頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)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：一般要求工件表面的磁場強度，連續(xù)法時至少達到2400A/m,剩磁法時至少達到8000A/m,代入上式可得。（3）圓柱導(dǎo)體內(nèi)、外及表面的磁場強度分布，如右圖2-13所示：60第60頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（4）應(yīng)用1）鋼棒通電法磁化用交流電和直流電通電磁化同一鋼棒時,磁場強度分布如圖2-14a所示,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,由于集膚效應(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。61第61頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)磁感應(yīng)強度分布，不同點是:1)由于鋼棒的磁導(dǎo)率高,

磁感應(yīng)強度遠大于磁場強度。2)離開鋼棒表面,在空氣中磁感應(yīng)強度突降后與磁場強度曲線重合。圖2-14a鋼棒通交、直流電磁化的磁場強度分布圖

b

鋼棒通交、直流電磁化的磁感應(yīng)強度分布

62第62頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)2）鋼管中心導(dǎo)體法磁化用直流電中心導(dǎo)體法磁化鋼管時,磁場強度和磁感應(yīng)強度的分布如圖所示通電中心導(dǎo)體內(nèi)、外磁場分布通電鋼棒相同，中心導(dǎo)體為銅棒，其μr≈1，所以只存在H。鋼管的μr》1，能感應(yīng)產(chǎn)生較大的磁感應(yīng)強度。

鋼管內(nèi)壁的磁場強度和磁感應(yīng)強度都比外壁大。63第63頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)

采用中心導(dǎo)體法對鋼管進行磁化時,一般推薦采用直流電或三相全波整流電。原因：交流電脈動成分大,電磁感應(yīng)的作用,在鋼管內(nèi)表面會產(chǎn)生很大的渦電流,從而產(chǎn)生很大的磁感應(yīng)強度,而鋼管外表面磁感應(yīng)強度變得很小,容易漏檢缺陷。

64第64頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)3.2通電鋼管的磁場3.2.1磁場方向同通電圓柱導(dǎo)體的磁場一樣,用右手定則來確定。3.2.2磁場強度計算(1)鋼管內(nèi)部空心部分根據(jù)安培環(huán)路定理,內(nèi)部空心部分(含內(nèi)表面)無電流,所以其磁場強度為零。(2)鋼管橫截面內(nèi)部鋼管通直流電磁化的磁場強度根據(jù)安培環(huán)路定理:∮H·dl=∑I得：65第65頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)(3)鋼管外表面及外部1)鋼管外表面處:H=I/2πR22)鋼管外部:根據(jù)安培環(huán)路定理

H=I/2πr鋼管直接通電法磁化時,由于其內(nèi)部磁場強度為零,所以不能用磁粉檢測的方法來檢測內(nèi)表面的缺陷66第66頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)例1：一圓柱導(dǎo)體直徑為20cm，通以5000A的直流電，求以導(dǎo)體中心軸相距5cm、10cm、40cm及100cm各點的磁場強度。解：5cm處表示在導(dǎo)體內(nèi)，因而要用公式H=Ir/（2πR2）計算：H=（5000*0.05）/(2*3.14*0.12)≈4000(A/m)單位換算cm換成m10cm：H=I/(2πR)=5000/(2*3.14*0.1

)≈8000(A/m)40cm：H=I/(2πR)=5000/(2*3.14*0.4

)≈2000(A/m)100cm：H=I/(2πR)=5000/(2*3.14*1

)≈800(A/m)67第67頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)例2：一圓柱導(dǎo)體，長1000mm，直徑為100mm，做MT，要求導(dǎo)體表面和磁場強度H=2400A/m，求所需I（磁化電流）解：∵H=I/(2πR)∴I=H*2πR=2400*2*3.14*0.05=753.6(A)68第68頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)3.3通電線圈的磁場3.3.1磁場方向在線圈中通以電流時,線圈內(nèi)產(chǎn)生的磁場是與線圈軸平行的縱向磁場。其方向可用右手定則確定:

用右手握住線圈,使四指指向電流方向,與四指垂直的拇指所指的方向就是線圈內(nèi)部的磁場方向a)通電線圈磁化

b)右手定則

圖2-17通電線圈產(chǎn)生的縱向磁場69第69頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)3.3.2磁場強度計算當(dāng)線圈較短，L>D為有限長線圈時，線圈內(nèi)部不同部位的磁場強度是不一樣的。對通電線圈中心來說，磁場強度與線圈匝數(shù)N電流強度I成正比，與線圈長度L成反比，且與線圈對角線和軸線的夾角α有關(guān)。根據(jù)畢奧—薩伐爾定律，推導(dǎo)出空載通電線圈中心的H為：式中：N——為線圈匝數(shù)

L——為線圈長度（m）

D——為線圈直徑（m）α——為線圈對角線與軸線夾角

H——為磁場強度（A/m）70第70頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)3.3.3線圈分類（1）按通電線圈的結(jié)構(gòu)分為:1)用軟電纜纏繞在工件上的纏繞線圈。2)將絕緣導(dǎo)線繞在骨架內(nèi)的螺管線圈螺管線圈是具有螺旋繞組的圓筒形線圈,分單層和多層繞組兩種。單層螺管線圈是單根絕緣導(dǎo)線均勻而緊密排列的同軸線圈;多層螺管線圈相當(dāng)于若干個半徑不等的同軸螺管線圈。71第71頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)(2)按線圈橫截面積與被檢工件橫截面積的比值--充填因數(shù)(也叫填充系數(shù))分為:1)低充填因數(shù)線圈--線圈橫截面面積與被檢工件橫截面面積之比大于等于10時。2)中充填因數(shù)線圈--線圈橫截面面積與被檢工件橫截面面積之比大于2且小于10時。3)高充填因數(shù)線圈--線圈橫截面面積與被檢工件橫截面面積之比小于等于2時。依據(jù)不是線圈的直徑、大小，是相對而言。72第72頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)(3)按通電線圈的長度L和內(nèi)徑D的比分為:1)短螺管線圈(L<D)

中心軸線上磁場分布極不均勻，中心比兩端強；橫截面上內(nèi)壁的磁場強度較線圈中心強。2)有限長螺管線圈(L>D)中心軸線上磁場分布較均勻，線圈兩端處的磁場強度為中心的1/2；橫截面上線圈內(nèi)壁的磁場強度較線圈中心強。73第73頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)3)無限長螺管線圈(L》D)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。74第74頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)3.3.4應(yīng)用（1）開路磁化把需要磁化的工件放在線圈中進行磁化或?qū)Υ笮凸ぜM行繞電纜磁化,常稱為線圈法開路磁化。線圈法磁化的磁化力一般用安臣數(shù)(NI)表示。線圈法磁化工件時,由于在工件兩端產(chǎn)生磁極,因而會產(chǎn)生退磁場。(2)閉路磁化把線圈繞在鐵心上構(gòu)成電磁扼或交叉磁軛對工件進行的磁化,常稱為磁軛法閉路磁化。磁軛法磁化時,以提升力來衡量導(dǎo)人工件的磁感應(yīng)強度或磁通。磁軛法磁化工件不產(chǎn)生磁極,因而沒有退磁場的影響。75第75頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場（1）感應(yīng)電流的產(chǎn)生將鐵芯插入環(huán)行工件中，把工件當(dāng)作變壓器的次級線圈。當(dāng)線圈中通以交流電后，通過鐵芯的磁通也是交變的，由于電磁感應(yīng)的作用，在工件中產(chǎn)生周向的感應(yīng)電流。該感應(yīng)電流在工件中又產(chǎn)生磁場，稱為感應(yīng)磁場。

電磁感應(yīng)的作用→產(chǎn)生感應(yīng)電流→產(chǎn)生感應(yīng)磁場。（2）應(yīng)用

主要應(yīng)用在環(huán)行工件的磁化中,用以發(fā)現(xiàn)周向缺陷。2023/7/1676第76頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)4、磁場的合成多個磁場同時對工件進行多方向磁化時,對工件作用的磁場應(yīng)是各磁場的矢量和,即合成磁場為各個磁場矢量的疊加。下面介紹兩種常用的合成磁場。4.1交叉磁軛的磁場合成（1）旋轉(zhuǎn)磁場的形成交叉磁軛屬于復(fù)合磁化(多向磁化)，利用兩相或多相磁場相互疊加而形成旋轉(zhuǎn)磁場。77第77頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月

交叉磁軛的四個磁極分別由具有一定相位差的正弦交變電流激磁,當(dāng)條件合適時,就能在四個磁極所在平面形成與激磁電流頻率相等的旋轉(zhuǎn)著的（合成）磁場。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°。隨著時間的變化，合成磁場的方向在旋轉(zhuǎn)，當(dāng)激磁電流相位角ωt由0逐漸變到2π時，其合成磁場正好旋轉(zhuǎn)一周。當(dāng)所用交流電為50Hz時，旋轉(zhuǎn)一周所需時間為0.02s。2023/7/1678第78頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（2）旋轉(zhuǎn)磁場分布特點交叉磁軛的磁場無論在四個磁極的內(nèi)側(cè)還是外側(cè)，其分布都是極不均勻的。只在幾何中心點附近很小的范圍內(nèi)，磁場變化不大，而離開中心點較遠的其它位置，磁場變化很大，甚至不能形成旋轉(zhuǎn)磁場。

四個磁極外側(cè)仍然有旋轉(zhuǎn)磁場存在，只是有效磁化范圍較小。（3）交叉磁軛的提升力

交叉磁軛的提升力代表交叉磁軛導(dǎo)入被檢測工件有效磁通的多少，亦即工件被磁化后其磁感應(yīng)強度的大小，提升力必須大于某一值后，才能保證被檢工件的有效磁感應(yīng)強度，亦即保證檢測靈敏度交叉磁軛的提升力。

至少應(yīng)有118N（約12.1Kg）的提升力79第79頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)4.2擺動磁場的合成

直流電磁軛與交流通電法同時復(fù)合磁化工件，直流電磁軛產(chǎn)生的縱向磁場，大小保持不變，交流通電法產(chǎn)生的周向，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)生的螺旋形磁場。交流磁場值比直流磁場值愈大，則擺動的范圍愈大。在某一瞬時間，工件上不同部位的磁場大小和方向并不相同。80第80頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月5、退磁場5.1退磁場定義：

退磁場:把鐵磁性材料磁化時,由材料中磁極所產(chǎn)生的磁場;它對外加磁場有削弱作用,用符號△H表示。

退磁場與材料的磁化強度M成正比。即：

△H=N×M

△H-退磁場

M-磁化強度

N-退磁因子只有縱向磁化才有退磁場。81第81頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)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H0減去退磁場△H。

其數(shù)學(xué)表達式為：

H=H0-△H=H0/〔1+N(μr-1)〕

H--有效磁場A/m;

Ho--外加磁場A/m;

△H--退磁場A/m.

μr--相對磁導(dǎo)率。

82第82頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3影響退磁場大小的因素退磁場使工件上的有效磁場減小，使磁感應(yīng)強度減小,直接影響工件的磁化效果。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)。外加磁場強度越大,工件磁化得越好,產(chǎn)生的N極和S極磁場越強,退磁場越大。83第83頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）退磁場大小與工件L/D值有關(guān)。工件L/D值越大,退磁場越小。L/D的計算：對于實心工件,若為圓柱形工件,D為圓柱形的外直徑。若為非圓柱形工件,D為橫截面最大尺寸。 對于中空的非圓筒形工件,應(yīng)采用有效直徑Deff代替,即

At--工件總的橫截面積,mm2;Ah---工件中空部分橫截面積,mm2。對于中空的圓筒形工件,設(shè)外直徑為Do,內(nèi)直徑為Di,應(yīng)采用有效直徑Deff代替,即：

84第84頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）退磁因子N與工件幾何形狀有關(guān)?？v向磁化所需的磁場強度大小與工件的幾何形狀及L/D值有關(guān)。退磁因子：影響磁場強度的幾何形狀因素稱為退磁因子,用N表示，L/D的函數(shù)。完整閉合的環(huán)形試樣，N=0；球體，N=0.333；長短軸比值等于2的橢圓體，N=0.14；圓鋼棒，N與鋼棒的長度和直徑比L/D的關(guān)系是，L/D越小，N越大。隨著L/D的減小N增大,退磁場也增大。85第85頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（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。鋼管為空心,應(yīng)采用有效直徑Deff。顯然D>Deff,所以L/Deff＞L/D。直徑相同的鋼管比鋼棒的退磁場小。（5）磁化同一工件時,交流電比直流電產(chǎn)生的退磁場小。

交流電有集膚效應(yīng),比直流電滲入深度淺,故交流電在鋼棒端部形成的磁極磁性小，交流電產(chǎn)生的退磁場小。86第86頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月5.4退磁場的計算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

計算結(jié)果討論：退磁場與工件的形狀(L/D)密切相關(guān)，退磁因子隨著L/D的增大下降，退磁場減小。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。通電線圈無法滿足需要，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。2023/7/1687第87頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)6、磁路與磁感應(yīng)線的折射6.1磁路磁力線通過的閉合路徑叫磁路。鐵磁性材料磁化后，不僅能產(chǎn)生附加磁場，而且還能夠把絕大部分磁感線約束在一定的閉合路徑上。磁路可用電路來模擬。88第88頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)（1）磁路一般由通電流以激勵磁場的線圈、由軟材料制成的鐵心，以及適當(dāng)大小的空氣隙構(gòu)成磁路分析的主要目的是要確定勵磁磁通勢和它所產(chǎn)生的磁通的關(guān)系

（2）磁路中有關(guān)的物理量有磁通、磁通勢、磁位差、磁阻。磁阻：表征磁路中磁位降與其中磁通關(guān)系的參數(shù)。它與電路中的電阻相似。它與磁路的長度成反比，與截面、磁導(dǎo)率成正比。磁阻的倒數(shù)稱為磁導(dǎo)89第89頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月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。如果這兩種介質(zhì)的磁導(dǎo)率不同，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：

90第90頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)7、漏磁場7.1漏磁場的形成

（1）漏磁場的定義鐵磁性材料磁化后，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。

（2）漏磁場形成的原因由于空氣的磁導(dǎo)率遠遠低于鐵磁性材料的磁導(dǎo)率，磁感應(yīng)線會優(yōu)先通過磁導(dǎo)率高的工件。磁化工件上存在的不連續(xù)性或裂紋，迫使一部分磁感應(yīng)線從缺陷下面繞過，形成磁感應(yīng)線的壓縮。工件可容納的磁感應(yīng)線數(shù)目有限，同性磁感應(yīng)線又相斥，這樣，一部分磁感應(yīng)線從不連續(xù)性中穿過，另一部分磁感應(yīng)線遵從折射定律從工件表面垂直地進入空氣中，繞過缺陷又折回工件，形成漏磁場。91第91頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章物理基礎(chǔ)7.2缺陷的漏磁場分布

缺陷產(chǎn)生的漏磁場在工件表面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。將兩個分量合成,則可得到如圖所示的漏磁場。

a)水平分量

b)垂直分量

c)合成的漏磁場

圖2-22缺陷的漏磁場分布

92第92頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖2-23磁粉受漏磁場吸引

圖2-24磁粉的受力分析

F1一漏磁場磁力F2一重力F3一液體介質(zhì)的懸浮力

F4一磁力F5一靜電力

（1）缺陷處產(chǎn)生漏磁場是磁粉檢測的基礎(chǔ)。磁粉檢測是通過漏磁場引起磁粉聚集形成的磁痕顯示進行檢測的。

（2）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。

（3）漏磁場引起磁粉聚集是漏磁場的磁力、重力、液體介質(zhì)的懸浮力、摩擦力、磁粉微粒間的靜電力共同作用的結(jié)果。93第93頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月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。（1）外加磁場強度的影晌缺陷的漏磁場大小與工件磁化程度有關(guān)。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晌 1)缺陷埋藏深度的影響缺陷的埋藏深度，即缺陷上端距工件表面的距離，對漏磁場產(chǎn)生有很大的影響。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??；若位于距工件表面很深的位置，則工件表面幾乎沒有漏磁場存在。94第94頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2-25顯現(xiàn)缺陷方向的示意圖

①-磁場方向②-最佳靈敏度③-靈敏度減?、?靈敏度不足

α-磁場和缺陷間夾角度αmin-顯現(xiàn)最小角度αi

-實例2)缺陷方向的影響缺陷的可檢出性取決于缺陷延伸方向與磁場方向的夾角。當(dāng)缺陷垂直于磁場方向時，漏磁場最大，也最有利于缺陷的檢出,，靈敏度最高，隨著夾角由90°減小，靈敏度下降;當(dāng)缺陷與磁場方向平行或夾角小于30°時，則幾乎不產(chǎn)生漏磁場，不能檢出缺陷。3)缺陷深寬比的影響在一定范圍內(nèi)，漏磁場的增加與缺陷深度的增加成線性關(guān)系，當(dāng)深度增大到一定值后，漏磁場增加變得緩慢。當(dāng)缺陷的寬度很小時，漏磁場隨著寬度的增加而增加，并在缺陷中心形成一條磁痕，當(dāng)缺陷的寬度很大時，漏磁場反而下降，表面劃傷又淺又寬，漏磁場很?。ㄔ谌毕輧蓚?cè)形成磁痕,而缺陷根部沒有磁痕顯示）缺陷的深寬比越大,漏磁場越大,缺陷越容易檢出。

95第95頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2-26a、b、c表面覆蓋層對磁痕顯示的影響

d、漆層厚度對漏磁場的影響（3）工件表面覆蓋層的影響

工件表面的覆蓋層會影響磁痕顯示。無覆蓋層,磁痕顯示濃密清晰;覆蓋著較薄的一層,有磁痕顯示,但清晰;有較厚的表面覆蓋層，漏磁場不能泄漏到覆蓋層之上，無法吸附磁粉形成磁痕顯示，造成漏檢。96第96頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）工件材料及狀態(tài)的影晌碳素鋼和合金鋼。碳素鋼是鐵碳合金，低碳鋼，中碳鋼,，高碳鋼。碳素鋼的主要組織：鐵素體和馬氏體呈鐵磁性;滲碳體呈弱磁性;珠光體是鐵素體與滲碳體的混合物,具有一定的磁性;奧氏體不呈現(xiàn)磁性。合金鋼是在碳素鋼里加入各種合金元素而成。1Cr18Ni9和lCr18Ni9Ti室溫下屬奧氏體不銹鋼無磁性，不能進行磁粉檢測。高鉻不銹鋼如1Cr13和Cr17Ni2，室溫下的主要成分為鐵素體和馬氏體，具有一定的磁性，能夠進行磁粉檢測；沉淀硬化不銹鋼也有磁性，能夠進行磁粉檢測。鋼鐵材料的晶格結(jié)構(gòu)不同,磁特性便有所變化。面心立方晶格非磁性；體心立方晶格鐵磁性矯頑力與鋼的硬度有著相對應(yīng)的關(guān)系,即矯頑力隨著硬度的增大而增大,漏磁場也增大。97第97頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月下面列舉工件材料和狀態(tài)對漏磁場的影響: 1)晶粒大小的影響晶粒越大,磁導(dǎo)率越大,矯頑力越小,漏磁場就越小;相反,晶粒越小,磁導(dǎo)率越小,矯頑力越大,漏磁場也越大。2)含碳量的影響隨著含碳量的增加,矯頑力成線性增加,相對磁導(dǎo)率則隨著含碳量的增加而下降,漏磁場也增大。3)熱處理的影響淬火可提高鋼材的矯頑力和剩磁,使漏磁場增大。淬火后隨著回火溫度的升高,材料變軟,矯頑力降低,漏磁場也降低。如40鋼,在正火狀態(tài)下矯頑力為580A/m;在860℃水淬,300℃回火,矯頑力為1520A/m，提高回火溫度到460℃時,矯頑力則降為720A/m。4)合金元素的影響合金元素使材料硬度增加,矯頑力也增加,漏磁場也增加。如正火狀態(tài)的40鋼和40Cr鋼,矯頑力分別為584A/m和1256A/m。5)冷加工的影響冷加工使材料表面硬度增加、矯頑力增大。隨著壓縮變形率增加,矯頑力和剩磁均增加,漏磁場也會增大。98第98頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月8、磁粉檢測的光學(xué)基礎(chǔ)8.1光度量術(shù)語及單位光：能夠直接引起視覺的電磁輻射；光度學(xué):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，必須在可見光和黑光下進行，其光源的發(fā)光強度、光通量、光照度、輻射照度、光亮度都與檢測結(jié)果直接有關(guān)。99第99頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1）發(fā)光強度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，單位坎【德拉】（cd）2）光通量

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。流明是發(fā)光強度為1cd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】，1勒是11m的光通量均勻分布在1m2表面上產(chǎn)生的光照度。4）輻射照度輻照度。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。5）光亮度亮度，指在給定方向單位立體角的垂直光照度，單位是砍德拉每平方米。100第100頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2發(fā)光1）發(fā)光的物體稱為光源，也稱為發(fā)光體2）非熒光磁粉檢測時，在波長范圍為400-760nm的可見光下觀察磁痕?？梢姽馐悄恳暱梢姷墓?，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320-400nm的紫外線（被稱為黑光）激發(fā)熒光磁粉的磁痕，產(chǎn)生波長范圍為510-550nm的黃綠色熒光。3）光致發(fā)光：許多原來在可見白光下不發(fā)光的物質(zhì)，在紫外線的照射下卻能夠發(fā)光的現(xiàn)象；4）磷光：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)；5）熒光：在外界光源移去后立即停止發(fā)光的光；這種物質(zhì)稱為熒光物質(zhì)，由于熒光磁粉表面包覆一層熒光染料當(dāng)黑光照射到熒光磁粉上時，熒光物質(zhì)便吸收黑光的能量。101第101頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3

紫外線紫外線是指波長為100-400nm的不可見光,其電磁波譜圖位于可見光和X射線之間。不是所有的紫外線都可以用于熒光磁粉檢測,只有波長為320～400nm的黑光(UV-A)才能用于熒光磁粉檢測(峰值波長為365nm)。波長320-400nm的紫外線稱為UV-A、黑光或長波紫外線。UV-A長波的紫外線適用于熒光磁粉檢測，他的峰值波長約為365nm。波長280-320nm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100-280nm的紫外線稱為UV-C或短波紫外線。UV-C具有光化和殺菌的作用，能引起猛烈的燒傷，還傷害眼睛，也不能用于磁粉檢測，醫(yī)院使用UV-C紫外線還殺菌。102第102頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月8.4人眼對光的響應(yīng)

人的眼睛在強光下，對光強度的微小差別不敏感，而對顏色和對比度的差別的辨別能力很高。當(dāng)人從光明處進入暗區(qū)時，短時間內(nèi)，眼睛看不見周圍的東西，必須過一段時間才能看見，這種現(xiàn)象稱為黑暗適應(yīng)。進行熒光磁粉檢測室黑暗適應(yīng)時間需要3-5min。同樣，從暗區(qū)到明亮的地方，也需要足夠的恢復(fù)時間。人的眼睛對各色光的敏感性是不同的，波長為555nm的黃綠色光，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)具有很好的可見度，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得影響，如光敏（光致變色）眼鏡仔黑光輻射時會變暗，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。

由于熒光磁粉檢驗區(qū)域的紫外線，不允許直接或間接地射入人的眼睛，為避免人的眼睛暴露在紫外線輻射下可佩戴吸收紫外線的護目眼鏡，它能阻擋紫外線和大多數(shù)紫外光與藍光，但應(yīng)注意，不得降低對黃綠色熒光磁粉磁痕的檢出的能力。103第103頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月8.5

黑光燈（1）黑光燈由石英內(nèi)管和外殼組成,內(nèi)管的兩端各有一個主電極,旁邊裝有一個引燃用的輔助電極，關(guān)內(nèi)裝有水銀和氬氣,起保護石英內(nèi)管和聚光的作用。一般用電感性鎮(zhèn)流器穩(wěn)流。鎮(zhèn)流器通過對燈的兩端電壓自動調(diào)節(jié),使燈泡的放電電弧穩(wěn)定。（2）接通電源后,產(chǎn)生紫外線的過程大約需要3～5min,由于產(chǎn)生紫外線,石英內(nèi)管水銀蒸汽可達到4～5個大氣壓,所以又叫高壓水銀燈。104第104頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）黑光燈外殼用深紫色鎳玻璃制成,鎳玻璃能吸收可見光,僅讓320nm～40Onm波長的黑光通過,起到濾光片的作用。外點錐體內(nèi)鍍有銀,可起到聚光作用,大大提高黑光燈的輻照度。（4）黑光燈發(fā)出的光既包括不可見的紫外光,也包括可見光。不可見光由峰值在365nm附近，是熒光磁粉的所需要的波長,而可見光和中波及短波紫外線則是不需要的?？梢姽庥绊憻晒獯欧鄞藕鄣淖R別,中波和短波紫外光對人眼有傷害。因此,采用濾光片將不需要的光線濾掉,僅讓UV-A黑光通過。

105第105頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月(5)黑光燈使用注意事項:1）黑光燈剛點燃時,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)濾光片上有臟污,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。106第106頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月習(xí)題：一、判斷題1.由磁粉檢測理論可知，磁力線會在缺陷處