10二級(jí)磁粉檢測(cè)物理基礎(chǔ)省公開(kāi)課一等獎(jiǎng)全國(guó)示范課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

磁

粉

檢

測(cè)

物

理

基

礎(chǔ)

山東省特檢院臨沂分院李國(guó)才MTⅢ、PTⅢ、RTⅢ高級(jí)工程師TEL1頁(yè)

1、緒論1.1磁粉檢測(cè)發(fā)展簡(jiǎn)史磁粉檢測(cè)是利用磁現(xiàn)象來(lái)檢測(cè)材料和工件中缺點(diǎn)方法。磁現(xiàn)象:早在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期我國(guó)勞感人民就發(fā)覺(jué)了磁現(xiàn)象，并制成了指南針。理論基礎(chǔ):電流周圍存在磁場(chǎng)。創(chuàng)建了磁感應(yīng)線概念。1928年,研制出周向磁化法1930年,干磁粉用于焊縫及工件探傷。1934年,生產(chǎn)磁粉探傷設(shè)備和材料Magnaflm(美國(guó)磁通企業(yè))創(chuàng)建1935年,油磁懸液在美國(guó)開(kāi)始使用。1941年,熒光磁粉投入使用。磁粉檢測(cè)從理論到實(shí)踐,初步形成一個(gè)無(wú)損檢測(cè)方法。從20世紀(jì)50年代初開(kāi)始,我國(guó)先后引進(jìn)前蘇聯(lián)、歐美等國(guó)家磁粉檢測(cè)技術(shù),制訂出了我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。第2頁(yè)1.2磁粉檢測(cè)現(xiàn)實(shí)狀況（1）檢測(cè)設(shè)備開(kāi)發(fā)：只有設(shè)備進(jìn)步,才有成功應(yīng)用。國(guó)外磁粉檢測(cè)設(shè)備已實(shí)現(xiàn)了系列化和商品化。從固定式、移動(dòng)式到攜帶式,從半自動(dòng)、全自動(dòng)到專用設(shè)備,從單向磁化到多向磁化;計(jì)算機(jī)編程應(yīng)用,智能化設(shè)備大量涌現(xiàn),這些設(shè)備能夠預(yù)置磁化規(guī)范和合理工藝參數(shù),進(jìn)行熒光磁粉檢測(cè)和自動(dòng)化操作。國(guó)外還成功地利用電視光電探測(cè)器熒光磁粉掃查系統(tǒng)和激光飛點(diǎn)掃描系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了磁粉檢測(cè)觀察階段自動(dòng)化,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

近年來(lái),我國(guó)磁粉檢測(cè)設(shè)備發(fā)展也很快,已實(shí)現(xiàn)了系列化。磁粉檢測(cè)智能化設(shè)備和自動(dòng)化、半自動(dòng)化設(shè)備已經(jīng)生產(chǎn)應(yīng)用,光電掃描圖像識(shí)別磁粉探傷機(jī)也已研制成功。（2）檢測(cè)器材方面

國(guó)外在許多方面都形成了系列產(chǎn)品。我國(guó)研制部分磁粉檢測(cè)器材,性能己趕上國(guó)外同類產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)許多行業(yè)得到普遍使用。我國(guó)研制YC-2型熒光磁粉,靈敏度高。磁懸液噴罐使用方便,其在特種設(shè)備磁粉檢測(cè)中普遍應(yīng)用。第3頁(yè)（3）在工藝方法方面

我國(guó)創(chuàng)造磁粉探傷-橡膠鑄型法,為間斷檢測(cè)小孔內(nèi)壁早期疲勞裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展速率闖出了一條新路（4）磁粉檢測(cè)質(zhì)量控制

對(duì)影響磁粉檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)可靠性諸原因加以控制。

國(guó)外非常重視,不但制訂了詳細(xì)控制項(xiàng)目、校驗(yàn)周期和技術(shù)要求,同時(shí)經(jīng)過(guò)實(shí)踐對(duì)質(zhì)量控制技術(shù)要求進(jìn)行連續(xù)改進(jìn)。

我國(guó)借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),磁粉檢測(cè)質(zhì)量控制也日益受到重視.JB/T4730.4-《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》,將質(zhì)量控制項(xiàng)目納入標(biāo)準(zhǔn)條文,由此可見(jiàn)其主要性。磁粉檢測(cè)方法日臻完善。對(duì)無(wú)損檢測(cè)人員培訓(xùn)和資格判定空前重視,人員素質(zhì)大大提升。磁粉檢測(cè)是五大常規(guī)方法之一；是特種設(shè)備檢測(cè)發(fā)覺(jué)缺點(diǎn)最主要伎倆之一。第4頁(yè)1.3漏磁場(chǎng)檢測(cè)分類漏磁場(chǎng):鐵磁性材料工件被磁化后,在不連續(xù)性處或磁路截面改變處,磁感應(yīng)線離開(kāi)和進(jìn)入工件表面而形成磁場(chǎng)。不連續(xù)性:就是工件正常組織結(jié)構(gòu)或外形任何間斷,這種間斷可能會(huì)也可能不會(huì)影響工件使用性能。缺點(diǎn):通常把影響工件使用性能不連續(xù)性稱為缺點(diǎn)。因?yàn)楣ぜ贿B續(xù)性處磁導(dǎo)率發(fā)生改變,磁感應(yīng)線溢出工件表面形成磁極,并形成可檢測(cè)漏磁場(chǎng)。檢測(cè)漏磁場(chǎng)方法稱為漏磁場(chǎng)檢測(cè),包含磁粉檢測(cè)與檢測(cè)元件檢測(cè)。

其區(qū)分是:

磁粉檢測(cè)：是利用鐵磁性粉末---磁粉,作為磁場(chǎng)傳感器,即利用漏磁場(chǎng)吸附磁粉形成磁痕(磁粉聚集形成圖像)來(lái)顯示不連續(xù)性位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度。

檢測(cè)元件檢測(cè)：是利用磁帶、霍爾元件、磁敏二極管或感應(yīng)線圈作為磁場(chǎng)傳感器,檢測(cè)不連續(xù)性處漏磁場(chǎng)位置、大小和方向。第5頁(yè)1.3.1磁粉檢測(cè)磁粉檢測(cè)(MagneticParticleTesting、簡(jiǎn)稱

MT)，又稱磁粉檢驗(yàn)或磁粉探傷,屬于無(wú)損檢測(cè)五大常規(guī)方法之一。

（1）磁粉檢測(cè)原理：鐵磁性材料工件被磁化后,因?yàn)椴贿B續(xù)性存在,使工件表面和近表面磁感應(yīng)線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng),吸附施加在工件表面磁粉,在適當(dāng)光照下形成目視可見(jiàn)磁痕,從而顯示出不連續(xù)性位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度。不連續(xù)性處漏磁場(chǎng)分布如圖l-1所表示

1-漏磁場(chǎng)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

可見(jiàn),磁粉檢測(cè)基礎(chǔ)是不連續(xù)性處漏磁場(chǎng)與磁粉磁相互作用。

第6頁(yè)(2)磁粉檢測(cè)適用范圍1)

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(cè)出長(zhǎng)0.1mm、寬為微米級(jí)裂紋)和目視難以看出缺點(diǎn)。馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼材料(如lCr17Ni7)含有磁性,因而能夠進(jìn)行磁粉檢測(cè)。2)工件表面和近表面裂紋、白點(diǎn)、發(fā)紋、折疊、疏松、冷隔、氣孔和夾雜等缺點(diǎn),但不適合用于檢測(cè)工件表面淺而寬劃傷、針孔狀缺點(diǎn)、埋藏較深內(nèi)部缺點(diǎn)和延伸方向與磁感應(yīng)線方向夾角小于20°缺點(diǎn)。3)未加工原材料(如鋼坯)和加工半成品、成品件及使用過(guò)工件及特種設(shè)備。 4)管材、棒材、板材、型材和鍛鋼件、鑄鋼件及焊接件。不適合用于非磁性材料：比如奧氏體不銹鋼材料(如1Cr18Ni9,OCr18Ni9Ti)和用奧氏體不銹鋼焊條焊接焊縫,也不適合用于檢測(cè)銅、鋁、鎂、鈦合金等非磁性材料。第7頁(yè)(3)磁粉檢測(cè)程序特種設(shè)備磁粉檢測(cè)七個(gè)程序是:1)預(yù)處理;2)磁化;3)施加磁粉或磁懸液;4)磁痕觀察與統(tǒng)計(jì);5)缺點(diǎn)評(píng)級(jí);6)退磁;7)后處理。第8頁(yè)(4)磁粉檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)及其不足磁粉檢測(cè)優(yōu)點(diǎn):1)可檢測(cè)出鐵磁性材料表面和近表面(開(kāi)口和不開(kāi)口)缺點(diǎn)。2)能直觀地顯示出缺點(diǎn)位置、形狀、大小和嚴(yán)重程度。3)含有很高檢測(cè)靈敏度,可檢測(cè)微米級(jí)寬度缺點(diǎn)。4)單個(gè)工件檢測(cè)速度快,工藝簡(jiǎn)單,成本低廉,污染少。5)采取適當(dāng)磁化方法,幾乎能夠檢測(cè)到工件表面各個(gè)部位,基本上不受工件大小和幾何形狀限制。6)缺點(diǎn)檢測(cè)重復(fù)性好。7)可檢測(cè)受腐蝕表面。第9頁(yè)磁粉檢測(cè)不足:1)只適合用于鐵磁性材料。

不能檢測(cè)奧氏體不銹鋼材料和奧氏體不銹鋼焊縫及其它非鐵磁性材料。2)只能檢測(cè)表面和近表面缺點(diǎn)。3)檢測(cè)時(shí)靈敏度與磁化方向有很大關(guān)系。若缺點(diǎn)方向與磁化方向近似平行或缺點(diǎn)與工件表面夾角小于20°,缺點(diǎn)就難以發(fā)覺(jué)。另外,表面淺而寬劃傷、鑄造皺折也不易發(fā)覺(jué)。4)受幾何形狀影響,易產(chǎn)生非相關(guān)顯示。5)工件表面覆蓋層對(duì)磁粉檢測(cè)有不良影響。用通電法和觸頭法磁化時(shí),易產(chǎn)生電弧,燒傷工件。所以,電接觸部位非導(dǎo)電覆蓋層必須打磨掉。6)部分磁化后含有較大剩磁工件需進(jìn)行退磁處理。第10頁(yè)1.3.2檢測(cè)元件檢測(cè)（3）(1)錄磁探傷法適合用于焊接件和軋制件探傷,可發(fā)覺(jué)裂紋、夾雜和氣孔等缺點(diǎn)。(2)感應(yīng)線圈探傷法應(yīng)用于各種無(wú)損檢測(cè)儀器和磁性測(cè)量?jī)x器中,能有效地對(duì)鋼管、鋼棒和鋼絲繩等進(jìn)行探傷。(3)磁敏元件探測(cè)法能檢測(cè)狹縫中磁場(chǎng)分布和測(cè)量極其微弱磁場(chǎng),并能直接顯示磁場(chǎng)強(qiáng)度大小和方向,因而已被廣泛應(yīng)用。第11頁(yè)1.4表面無(wú)損檢測(cè)方法比較表面無(wú)損檢測(cè)方法：磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)和渦流檢測(cè)，其原理和適用范圍區(qū)分很大,而且有各自獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)和不足。所以無(wú)損檢測(cè)人員應(yīng)熟練掌握這三種檢測(cè)方法,并能依據(jù)工件材料、狀態(tài)和檢測(cè)要求,選擇合理方法進(jìn)行檢測(cè)。磁粉檢測(cè)對(duì)鐵磁性材料工件表面和近表面缺點(diǎn)含有很高檢測(cè)靈敏度,可發(fā)覺(jué)微米級(jí)寬度小缺點(diǎn)；所以特種設(shè)備對(duì)鐵磁性材料工件表面和近表面缺點(diǎn)檢測(cè)宜優(yōu)先選擇磁粉檢測(cè)（JB/T4730.1-：4.1.3條）,確因工件結(jié)構(gòu)形狀等原因不能使用磁粉檢測(cè)時(shí),方可使用滲透檢測(cè)或渦流檢測(cè)。表面無(wú)損檢測(cè)方法比較見(jiàn)表1-1。第12頁(yè)第13頁(yè)2.1磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)2.1.1磁基本現(xiàn)象

磁性、磁體、磁極、磁力、磁化

磁性:磁鐵能夠吸引鐵磁性材料性質(zhì)叫磁性。

磁體:凡能夠吸引其它鐵磁性材料物體叫磁體。

磁極:靠近磁鐵兩端磁性尤其強(qiáng)吸附磁粉尤其多區(qū)域稱為磁極。每一小塊磁體總有兩個(gè)磁極。

磁力：磁極間相互排斥和相互吸引力稱為磁力

磁化:使原來(lái)沒(méi)有磁性物體得到磁性過(guò)程叫磁化。

2、磁粉探傷物理基礎(chǔ)第14頁(yè)2.1.2磁場(chǎng)與磁感應(yīng)線

磁場(chǎng):含有磁力作用空間.存在于被磁化物體或通電導(dǎo)體內(nèi)部和周圍,是由運(yùn)動(dòng)電荷形成。

磁場(chǎng)特征、顯示和磁力線

磁場(chǎng)特征:是對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷(或電流)含有作用力,在磁場(chǎng)改變同時(shí)也產(chǎn)生電場(chǎng)。

磁場(chǎng)顯示:磁場(chǎng)大小、方向和分布情況,能夠利用磁感應(yīng)線來(lái)表示。磁力線用途（假想磁感應(yīng)線）假想，用于形象地描述磁場(chǎng)大小、方向和分布情況。磁感應(yīng)線疏密程度反應(yīng)磁場(chǎng)大小。在磁力線密地方磁場(chǎng)大，在磁力線稀地方磁場(chǎng)小，磁感應(yīng)線在每點(diǎn)切線方向代表磁場(chǎng)方向,磁力線上每點(diǎn)切線方向與該點(diǎn)磁場(chǎng)方向一致。第15頁(yè)磁感應(yīng)線含有以下特征:（1）、磁感應(yīng)線是連續(xù)含有方向性閉合曲線。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(guò)空氣進(jìn)入S極閉合曲線（2）、磁感應(yīng)線互不相交；

（3）、磁感應(yīng)線可描述磁場(chǎng)大小和方向；

（4）、磁感應(yīng)線沿磁阻最小路徑經(jīng)過(guò)；

·同性磁極相斥,因同性磁極間間磁力線有相互排擠傾向；·異性磁極相吸,因異性磁極間磁感應(yīng)線有縮短長(zhǎng)度傾向。第16頁(yè)1.圓周磁場(chǎng)馬蹄形磁鐵如圖2-2a所表示,含有N極和S極。磁鐵外部,磁感應(yīng)線從N極出發(fā)穿過(guò)空氣進(jìn)入S極;磁鐵內(nèi)部,磁感應(yīng)線從S極到N極閉合,它兩極能吸引鐵磁性材料。 漏磁場(chǎng)形成⑴磁極間距變小形成漏磁場(chǎng):將磁鐵彎曲,使兩磁極靠得很近,如圖2-2b所表示,

磁感應(yīng)線離開(kāi)N極,穿過(guò)空氣重新進(jìn)入S極,產(chǎn)生漏磁場(chǎng)。⑵裂紋兩側(cè)形成漏磁場(chǎng):將磁鐵兩端再?gòu)澢?使兩極熔合成圓環(huán),如圖2-2c所表示,此時(shí)磁鐵內(nèi)既無(wú)磁極又不產(chǎn)生漏磁場(chǎng),因而不能吸引鐵磁性材料,但在磁鐵內(nèi)包容了一個(gè)圓周磁場(chǎng)或已被周向磁化。假如已周向磁化零件存在與磁感應(yīng)線垂直裂紋,則在裂紋兩側(cè)馬上產(chǎn)生N極和S極,形成漏磁場(chǎng),漏磁場(chǎng)能強(qiáng)烈地吸附磁粉形成磁痕,顯示出裂紋缺點(diǎn)。有裂紋處漏磁場(chǎng)分布及磁痕顯示如圖2-1d所表示圖2-2用馬蹄形磁鐵描述圓周磁場(chǎng)

第17頁(yè)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(jī)加工槽c)帶縱向裂紋2.縱向磁化假如將馬蹄形磁鐵校直為條形磁鐵,則其兩端是N極和S極。條形磁鐵兩極能強(qiáng)烈地吸附磁粉,說(shuō)明該條形磁鐵已被縱向磁化,如圖2-3a所表示。磁粉檢測(cè)基礎(chǔ)

假如磁感應(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(huì)產(chǎn)生漏磁場(chǎng),如圖2-3b和圖2-3c所表示,吸附磁粉形成磁痕,從而顯示出不連續(xù)性或裂紋；第18頁(yè)2.1.3

真空中恒定磁場(chǎng)1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B電流(運(yùn)動(dòng)電荷)周圍存在磁場(chǎng),人們利用磁感應(yīng)強(qiáng)度B來(lái)定量描述磁場(chǎng)特征。磁感應(yīng)強(qiáng)度B定義：將原來(lái)不含有磁性鐵磁性材料放入外加磁場(chǎng)內(nèi),便得到磁化,它除了原來(lái)外加磁場(chǎng)外,在磁化狀態(tài)下鐵磁性材料本身還產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)磁場(chǎng),這兩個(gè)磁場(chǎng)疊加起來(lái)總磁場(chǎng),稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度B。磁感應(yīng)強(qiáng)度B為矢量,其方向?yàn)樵擖c(diǎn)處小磁針N極方向,能夠用右手螺旋法則來(lái)確定。單位：N·s/(C·m),即N/(A·m)(SI),稱為特斯拉T；另一個(gè)單位是高斯,用Gs表示,換算關(guān)系為lT=104Gs第19頁(yè)能夠用磁感應(yīng)線來(lái)描繪磁場(chǎng)分布,要求:經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)中某點(diǎn)處垂直于B矢量單位面積磁感應(yīng)線數(shù)等于該點(diǎn)B矢量大小,該點(diǎn)磁感應(yīng)線切線方向?yàn)锽矢量方向。磁感應(yīng)強(qiáng)度大小等于穿過(guò)與磁感應(yīng)線垂直單位面積上磁通量,所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱為磁通密度。在任何磁場(chǎng)中,每一條磁感應(yīng)線都是無(wú)頭無(wú)尾閉合線,磁場(chǎng)較強(qiáng)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)線圍繞方向和電流方向形成右手螺旋關(guān)系

磁感應(yīng)強(qiáng)度不但有外加磁場(chǎng)相關(guān),還與被磁化鐵磁性材料性質(zhì)相關(guān)

B=μH。第20頁(yè)2、磁通量:

定義：在磁場(chǎng)中，經(jīng)過(guò)一給定曲面總磁感應(yīng)線，稱為經(jīng)過(guò)該曲面磁通量。簡(jiǎn)稱磁通,它是磁場(chǎng)中垂直穿過(guò)某一截面磁感應(yīng)線條數(shù),用符號(hào)φ表示。

在SI單位制中,磁通量單位是韋〔伯](Wb);在CGS單位制中,磁通量單位是麥[克斯韋](Mx),1麥[克斯韋]表示經(jīng)過(guò)1根磁感應(yīng)線。二者間換算關(guān)系為：1韋[伯](Wb)=108麥[克斯韋](Mx)第21頁(yè)對(duì)閉合曲面來(lái)說(shuō),普通要求向外指向?yàn)檎ň€指向,這么,磁感應(yīng)線從閉合面穿出處磁通量為正,穿入處磁通量為負(fù)。因?yàn)榇鸥袘?yīng)線是閉合線,所以,穿入閉合曲面磁感應(yīng)線數(shù)必定等于穿出閉合曲面磁感應(yīng)線數(shù),所以經(jīng)過(guò)任一閉合曲面總磁通量必定為零.磁場(chǎng)高斯定理:經(jīng)過(guò)任一閉合曲面總磁通量必定為零.是電磁場(chǎng)理論基本方程之一。該定理說(shuō)明,磁場(chǎng)是渦旋場(chǎng),其磁感應(yīng)線無(wú)頭無(wú)尾,恒為閉合。

第22頁(yè)3、安培環(huán)路定律依據(jù)畢奧-薩伐爾定律：一個(gè)載流導(dǎo)體在空間任一點(diǎn)產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度：B=∫LdB=μ0I/2πr真空中安培環(huán)路定律：對(duì)任意幾何形狀通電導(dǎo)體磁場(chǎng)，其電流與它所激發(fā)磁場(chǎng)之間普遍存在以下規(guī)律：

∮LB·dL=μ0∑I已知長(zhǎng)直載流導(dǎo)體周圍磁感應(yīng)線是一組以導(dǎo)體為中心同心圓，在垂直于導(dǎo)線平面內(nèi)任意作一包圍電流閉合曲線,曲線上任一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=μ0I/2πr式中：μ0

=4×10-7H/m---真空磁導(dǎo)率I---導(dǎo)線中電流r---該點(diǎn)離開(kāi)導(dǎo)線距離第23頁(yè)2.1.4磁介質(zhì)中磁場(chǎng)1、磁介質(zhì)磁介質(zhì):能影響磁場(chǎng)物質(zhì)。各種宏觀物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)都有不一樣程度影響,所以普通都是磁介質(zhì)。設(shè)某一電流分布在真空中激發(fā)磁感應(yīng)強(qiáng)度為Bo,那么在同一電流分布下,當(dāng)磁場(chǎng)中放進(jìn)了某種磁介質(zhì)后,磁化了磁介質(zhì)將激發(fā)附加磁感應(yīng)強(qiáng)度B′,這時(shí)磁場(chǎng)中任一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于Bo和B′矢量和,

即

B=Bo+B′,因?yàn)榇沤橘|(zhì)有不一樣磁化特征,它們磁化后所激發(fā)附加磁場(chǎng)也有所不一樣。據(jù)此可把磁介質(zhì)分為順磁性材料(順磁質(zhì))、抗磁性材料(抗磁質(zhì))和鐵磁性材料(鐵磁質(zhì)),抗磁性材料又叫逆磁性材料。第24頁(yè)順磁性材料被磁化后,磁介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B稍大于Bo,即B>Bo,如鋁、鉻、錳、鉑、氮等,能被磁體輕微吸引。抗磁性材料被磁化后,磁介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B稍小于Bo,即B<Bo,如銅、銀、金、鉛、鋅等,能被磁體輕微排斥。鐵磁性材料被磁化后,所激發(fā)附加磁感應(yīng)強(qiáng)度B′遠(yuǎn)大于Bo,使得B》Bo,如鐵、鎳、鈷及其合金等,鐵磁質(zhì)能顯著地增強(qiáng)磁場(chǎng),能被磁體強(qiáng)烈吸引。磁粉探傷只適合用于鐵磁性材料,通常把順磁性材料和逆磁性材料都列入非磁性材料。第25頁(yè)2、磁化強(qiáng)度M

物質(zhì)是由分子組成,分子由原子組成.近代物理證實(shí),原子中每個(gè)電子都在作繞核循軌運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng),這兩種運(yùn)動(dòng)都產(chǎn)生磁效應(yīng).假如把分子看成一個(gè)整體,分子中各個(gè)電子對(duì)外所產(chǎn)生磁效應(yīng)總和,能夠用一個(gè)等效圓電流來(lái)表示。這個(gè)等效圓電流稱為分子電流,其對(duì)應(yīng)磁矩稱為分子磁矩,用Pm來(lái)表示,顯然Pm是分子中各個(gè)電子軌道磁矩和自旋磁矩矢量和.

在無(wú)外磁場(chǎng)時(shí),磁介質(zhì)內(nèi)部任一體積元△V內(nèi)全部分子磁矩矢量和為零∑Pm=0.這是因?yàn)槭芊肿与s亂無(wú)章熱運(yùn)動(dòng)影響,使分子磁矩指向各向概率相等,因而磁介質(zhì)對(duì)外不顯磁性.

當(dāng)磁介質(zhì)處于外磁場(chǎng)B中時(shí),每個(gè)分子都受到一個(gè)力矩L0=Pm×B,該力矩迫使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)B方向,于是,在外磁場(chǎng)作用下,任一體積元△V內(nèi)全部分子磁矩矢量和不為零,即∑Pm≠0。這么,磁介質(zhì)對(duì)外就顯示出一定磁性,或者說(shuō)磁介質(zhì)被磁化了。

第26頁(yè)為了描述磁介質(zhì)磁化狀態(tài)(磁化程度和磁化方向）,我們引入磁化強(qiáng)度矢量M。它表示單位體積內(nèi)全部分子磁矩矢量和,單位是安/米。假如在磁介質(zhì)中各點(diǎn)磁化強(qiáng)度矢量大小和方向都相同,則稱該磁化是均勻;不然

磁化是不均勻。

在外磁場(chǎng)中,磁化了磁介質(zhì)會(huì)激發(fā)附加磁場(chǎng),該附加磁場(chǎng)起源于磁化了介質(zhì)內(nèi)所出現(xiàn)束縛電流(實(shí)質(zhì)上是分子電流宏觀表現(xiàn))。

從均勻磁化介質(zhì)及長(zhǎng)方形閉合回路簡(jiǎn)單特例導(dǎo)出,但卻是在任何情況都普遍適用關(guān)系式。

該式表明,磁化強(qiáng)度對(duì)閉合回路線積分等于經(jīng)過(guò)回路所包圍面積內(nèi)總束縛電流。as-單位長(zhǎng)度束縛面電流；l-所選取一段磁介質(zhì)長(zhǎng)度。Is-在l長(zhǎng)度上，束縛電流總量值。第27頁(yè)3、磁場(chǎng)強(qiáng)度:

在電流產(chǎn)生磁場(chǎng)中有磁介質(zhì)存在時(shí),空間任一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于導(dǎo)線中電流(稱為傳導(dǎo)電流)所激發(fā)磁場(chǎng)與磁介質(zhì)磁化后束縛電流所激發(fā)附加磁場(chǎng)矢量和。這時(shí)安培環(huán)路定理應(yīng)為將磁化強(qiáng)度式代入得：

該式稱為有磁介質(zhì)時(shí)安培環(huán)路定理,它表明H矢量環(huán)流(沿任何閉合曲線線積分)只和傳導(dǎo)電流I相關(guān),與磁介質(zhì)磁性無(wú)關(guān)。

磁場(chǎng)強(qiáng)度H：磁場(chǎng)含有大小和方向,磁場(chǎng)大小和方向總稱為磁場(chǎng)強(qiáng)度,通常也把單位正磁極所受力稱為磁場(chǎng)強(qiáng)度。

單位為A/m(SI)和Oe(CGS)。

為了形象地表示出磁場(chǎng)中H矢量分布,引入H線(磁感應(yīng)線)來(lái)描述磁場(chǎng),要求以下:磁感應(yīng)線上任一點(diǎn)切線方向和該點(diǎn)H矢量方向相同,磁感應(yīng)線疏密程度代表H矢量大小,磁感應(yīng)線越密,表示H越大,磁感應(yīng)線越疏,表示H越小。第28頁(yè)4、磁導(dǎo)率

物質(zhì)磁化是由外磁場(chǎng)引發(fā),在磁性物質(zhì)中,磁化強(qiáng)度M不但和磁介質(zhì)性質(zhì)相關(guān),也和磁介質(zhì)所處磁場(chǎng)相關(guān)。試驗(yàn)證實(shí),對(duì)于各向同性磁介質(zhì),在磁介質(zhì)中任一點(diǎn)磁化強(qiáng)度M和磁場(chǎng)強(qiáng)度H成正比,即M=χmH

式中,χm為物質(zhì)磁化率。

不一樣物質(zhì)磁化率是不一樣,抗磁質(zhì)磁化率是負(fù)值,順磁質(zhì)磁化率是正值,但都很小,鐵磁質(zhì)磁化率為正,而且很高.實(shí)際上,物質(zhì)被磁化以后必定反過(guò)來(lái)使物質(zhì)所在部分磁場(chǎng)發(fā)生改變.因?yàn)楦淖兒罂偞艌?chǎng)為B；令磁化后引發(fā)磁場(chǎng)改變?yōu)镠′,稱為附加磁場(chǎng),其大小H′=M,

則有B=μoH+μoM,把M=χmH代入得：

B=μOH+μoχmH=μo(1+χm)H=μoμrH=μH

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

μo-真空磁導(dǎo)率；

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

第29頁(yè)

磁導(dǎo)率(絕對(duì)磁導(dǎo)率):磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H比值,用μ表示。磁導(dǎo)率表示材料被磁化難易程度,它反應(yīng)了材料導(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(chǎng)大小不一樣而改變,有最大值和最小值。

真空磁導(dǎo)率μ。：在真空中,磁導(dǎo)率是一個(gè)不變恒定值,用μ。表示,稱為真空磁導(dǎo)率,μo=4π×10-7H/m,單位是H/m相對(duì)磁導(dǎo)率μr：為了比較各種材料導(dǎo)磁能力,把任一個(gè)材料磁導(dǎo)率和真空磁導(dǎo)率比值,μr=μ/μ。叫做該材料相對(duì)磁導(dǎo)率,用μr表示,μr為一純數(shù),無(wú)單位。對(duì)于各向同性磁介質(zhì),χm和μr都是無(wú)量綱常數(shù)。全部順磁性材料、抗磁性材料磁化率都很小,其相對(duì)磁導(dǎo)率幾乎等于1,這說(shuō)明它們對(duì)原磁場(chǎng)只產(chǎn)生微弱影響。對(duì)于鐵磁性材料,鐵磁質(zhì)中任一點(diǎn)B,M,H三矢量之間普遍關(guān)系仍采取式B=μOH+μoM,不過(guò)試驗(yàn)發(fā)覺(jué)鐵磁質(zhì)中B與H以及M與H之間并沒(méi)有線性正比關(guān)系,甚至不存在單值關(guān)系,鐵磁質(zhì)磁導(dǎo)率、相對(duì)磁導(dǎo)率和磁化率也都不是常數(shù)。第30頁(yè)2.2鐵磁性材料2.2.1磁疇

磁疇:鐵磁性材料內(nèi)部自發(fā)磁化大小和方向基本均勻一致小區(qū)域。

在鐵磁質(zhì)中,相鄰鐵原子中電子間存在著非常強(qiáng)交換藕合作用,這個(gè)相互作用促使相鄰原子中電子磁矩平行排列起來(lái),形成一個(gè)自發(fā)磁化到達(dá)飽和狀態(tài)微小區(qū)域,這些自發(fā)磁化微小區(qū)域,稱為磁疇。

一個(gè)經(jīng)典磁疇寬度約為10-3cm,體積約為10-9cm3時(shí),內(nèi)部大約含有1014個(gè)磁性原子，各原子磁化方向一致,對(duì)外展現(xiàn)磁性。

磁疇結(jié)構(gòu)和形狀已能在試驗(yàn)中觀察到。在磨光鐵磁質(zhì)表面上撒一層極細(xì)鐵粉,因?yàn)榇女犨吔缣幋嬖谥痪鶆驈?qiáng)磁場(chǎng),它將鐵粉吸引到磁疇邊界上去,用金相顯微鏡能夠直接觀察到粉末沿著磁疇邊界聚集形成某種圖形。某鐵磁性材料磁疇以下列圖2-4所表示。第31頁(yè)如圖2-5a：沒(méi)有外加磁場(chǎng)作用,鐵磁性材料內(nèi)各磁疇磁矩方向相互抵消,對(duì)外顯示不出磁性。如圖2-5b：當(dāng)把鐵磁性材料放到外加磁場(chǎng)中去時(shí),磁疇就會(huì)受到外加磁場(chǎng)作用,一是使磁疇磁矩轉(zhuǎn)動(dòng),二是使疇壁(疇壁是相鄰磁疇分界面)發(fā)生位移,最終全部磁疇磁矩方向轉(zhuǎn)向與外加磁場(chǎng)方向一致,鐵磁性材料被磁化。鐵磁性材料被磁化后,就變成磁體,顯示出很強(qiáng)磁性。如圖2-5c：去掉外加磁場(chǎng)之后,磁疇出現(xiàn)局部轉(zhuǎn)動(dòng),但仍保留一定剩下磁性。

圖2-5鐵磁性材料磁疇方向

a不顯示磁性

b磁化

c保留一定剩磁第32頁(yè)永久磁鐵中磁疇,在一個(gè)方向上占優(yōu)勢(shì),因而形成N極和S極,能顯示出很強(qiáng)磁性。居里點(diǎn)或居里溫度:鐵磁性材料失去原有磁性臨界溫度。在高溫情況下,磁體中分子熱運(yùn)動(dòng)會(huì)破壞磁疇有規(guī)則排列,使磁體磁性減弱。超出某一溫度后,磁體磁性也就全部消失而展現(xiàn)順磁性,實(shí)現(xiàn)了材料退磁。鐵磁性材料在此溫度以上不能再被外加磁場(chǎng)磁化,

從居里點(diǎn)以上高溫冷卻下來(lái)時(shí),只要沒(méi)有外磁場(chǎng)影響,材料依然處于退磁狀態(tài)。第33頁(yè)2.2.2磁化過(guò)程磁疇磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)；磁疇壁發(fā)生位移；第34頁(yè)磁化過(guò)程

圖2-6鐵磁性材料磁化過(guò)程1.圖2-6a:未加外加磁場(chǎng)時(shí),磁疇磁矩雜亂無(wú)章,對(duì)外不顯示宏觀磁性。2.圖2-6b:在較小磁場(chǎng)作用下,磁矩方向與外加磁場(chǎng)方向一致或靠近磁疇體積增大,而磁矩方向與外加磁場(chǎng)方向相反磁疇體積減小,疇壁發(fā)生位移。 3.圖2-6c:增大外加磁場(chǎng)時(shí),磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)疇壁繼續(xù)位移,最終只剩下與外加磁場(chǎng)方向比較靠近磁疇。 4.圖2-6d:繼續(xù)增大外加磁場(chǎng),磁矩方向轉(zhuǎn)動(dòng),與外加磁場(chǎng)方向靠近.5.圖2-6e:當(dāng)外加磁場(chǎng)增大到一定值時(shí),全部磁疇磁矩都沿外加磁場(chǎng)方向有序排列,到達(dá)磁化飽和,相當(dāng)于一個(gè)微小磁鐵或磁偶極子,產(chǎn)生N極和S極,宏觀上展現(xiàn)磁性。第35頁(yè)2.2.3磁特征曲線初始磁化曲線是表征鐵磁性材料磁特征曲線,用以表示M-H或B-H關(guān)系。將鐵磁性材料做成環(huán)形樣品,繞上一定匝數(shù)線圈,線圈經(jīng)過(guò)換向開(kāi)關(guān)K和可變電阻器R接到直流電源上,其電路如圖2-7所表示。經(jīng)過(guò)測(cè)量線圈中電流I,算出材料內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度H值;用沖擊檢流計(jì)或磁通計(jì)測(cè)量此時(shí)穿過(guò)環(huán)形樣品橫截面磁通量φ,從而計(jì)算出磁感應(yīng)強(qiáng)度B值;將磁場(chǎng)強(qiáng)度H值和磁感應(yīng)強(qiáng)度B值代人式B=μOH+μoM能夠計(jì)算出磁化強(qiáng)度M值。依據(jù)計(jì)算結(jié)果畫(huà)成初始磁化曲線、B-H曲線和μ-H曲線如圖2-8和圖2-9所表示。第36頁(yè)左圖所表示是鐵磁性物質(zhì)經(jīng)典磁化曲線(M-H曲線),它反應(yīng)了鐵磁性物質(zhì)共同磁化特點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明鐵磁質(zhì)磁化曲線有以下特點(diǎn):設(shè)磁化前鐵磁質(zhì)為磁中性,鐵磁環(huán)中H=0,M=0,當(dāng)磁場(chǎng)H逐步增加時(shí),M隨之增加,開(kāi)始增加得比較遲緩(oa段),然后經(jīng)過(guò)一段急劇上升過(guò)程(ab段),又進(jìn)入遲緩改變階段(bQ段和Qm段),這時(shí),再繼續(xù)增大磁化場(chǎng),M卻保持不變(ms段),鐵磁質(zhì)已磁化到飽和,飽和時(shí)磁化強(qiáng)度叫做飽和磁化強(qiáng)度Mm。圖中未抵達(dá)飽和磁化狀態(tài)一段曲線,叫做起始磁化曲線。圖2-8初始磁化曲線圖第37頁(yè)圖2-9B-H曲線和μ-H曲線由圖能夠看出B-H曲線和μ-H曲線關(guān)系,它是制訂周向磁化規(guī)范選取磁場(chǎng)大小依據(jù)。在連續(xù)法磁化時(shí),磁場(chǎng)值一定要大于Hμm,在Hμm-Hl范圍內(nèi),屬于急劇磁化區(qū)或激烈磁化區(qū)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范應(yīng)選在bQ段,即Hl-H2(近飽和區(qū))范圍內(nèi)。嚴(yán)格規(guī)范應(yīng)選在QM段,即H2-H3(基本飽和區(qū))范圍內(nèi)。從圖上能夠看出,磁場(chǎng)強(qiáng)度在大于Hμm后,H越大,μ值則越小,磁化后產(chǎn)生漏磁場(chǎng)就越大,探傷靈敏感度就越高。

第38頁(yè)2.2.4磁滯回線磁滯回線:描述磁滯現(xiàn)象閉合磁化曲線.鐵磁性工件在交變磁場(chǎng)作用下，因?yàn)樵诠ぜ洗鸥袘?yīng)強(qiáng)度改變滯后于磁化場(chǎng)改變，形成一個(gè)葉子形閉合回線，稱為磁滯回線如圖2-10所表示。當(dāng)鐵磁性材料在外加磁場(chǎng)強(qiáng)度作用下磁化到1點(diǎn)后,減小磁場(chǎng)強(qiáng)度到零,磁感應(yīng)強(qiáng)度并不沿曲線1-0下降,而是沿曲線1-2降到2點(diǎn),這種磁感應(yīng)強(qiáng)度改變滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度改變現(xiàn)象叫磁滯現(xiàn)象,它反應(yīng)了磁化過(guò)程不可逆性。初始磁化曲線:當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度增大到1點(diǎn)時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度不再增加,得到0-1曲線。剩下磁感應(yīng)強(qiáng)度:當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H減小到零時(shí),保留在材料中磁性,簡(jiǎn)稱剩磁,用Br表示,如圖中02和05。矯頑力:為了使剩磁減小到零,必須施加一個(gè)反向磁場(chǎng)強(qiáng)度,使剩磁降為零所施加反向磁場(chǎng)強(qiáng)度,用Hc表示.如圖中03和06。

圖2-10磁滯回線第39頁(yè)假如反向磁場(chǎng)強(qiáng)度繼續(xù)增加,材料就展現(xiàn)與原來(lái)方向相反磁性,一樣可到達(dá)飽和點(diǎn)m′,當(dāng)H從負(fù)值減小到零時(shí),材料含有反方向剩磁-Br,即05。磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)零值后再向正方向增加時(shí),為了使-Br減小到零,必須施加一個(gè)反向磁場(chǎng)強(qiáng)度,如圖中06,磁場(chǎng)在正方向繼續(xù)增加時(shí)曲線回到1點(diǎn),完成一個(gè)循環(huán),如圖中1-2-3-4-5-6-1,即材料內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B是按照一條對(duì)稱于坐標(biāo)原點(diǎn)閉合磁化曲線改變,這條閉合曲線稱為磁滯回線。只有交流電才產(chǎn)生這種磁滯回線。圖2-10中,±Bm為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度,表示工件在飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度±Hm磁化下B到達(dá)飽和,不再隨H增大而增大,對(duì)應(yīng)磁疇全部轉(zhuǎn)向與磁場(chǎng)方向一致。α為初始磁化曲線切線與x軸夾角,α=arctan(B/H)。α大小反應(yīng)鐵磁性材料被磁化難易程度。圖2-10磁滯回線第40頁(yè)鐵磁性材料特征:(1)高導(dǎo)磁性—能在外加磁場(chǎng)中強(qiáng)烈地磁化,產(chǎn)生非常強(qiáng)附加磁場(chǎng),它磁導(dǎo)率很高,相對(duì)磁導(dǎo)率可達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千。(2)磁飽和性—鐵磁性材料因?yàn)榇呕a(chǎn)生附加磁場(chǎng),不會(huì)隨外加磁場(chǎng)增加而無(wú)限地增加,當(dāng)外加磁場(chǎng)到達(dá)一定程度后,全部磁疇方向都與外加磁場(chǎng)方向一致,磁感應(yīng)強(qiáng)度B不再增加,展現(xiàn)磁飽和。(3)磁滯性—當(dāng)外加磁場(chǎng)方向發(fā)生改變時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度改變滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度改變。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度減小到零時(shí),鐵磁性材料在磁化時(shí)所取得磁性并不完全消失,而保留了剩磁。第41頁(yè)依據(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(rèn)為是軟磁材料,其磁滯回線如圖2-11a所表示。Hc≥10OA/m認(rèn)為是硬磁材料,其磁滯回線如圖2-11b所表示。當(dāng)代電動(dòng)機(jī)中慣用一個(gè)鐵氧體材料磁滯回線近似呈矩形,如圖2-11c所表示,故稱矩磁材料,其特點(diǎn)是:一經(jīng)磁化,其剩下磁感應(yīng)強(qiáng)度靠近于非常穩(wěn)定飽和值Bm。軟磁材料和硬磁材料含有以下特征:(1)軟磁材料—是指磁滯回線狹長(zhǎng),含有高磁導(dǎo)率、低矯頑力和低磁阻鐵磁性材料。軟磁材料磁粉檢測(cè)時(shí)輕易磁化,也輕易退磁。軟磁材料有電工用純鐵、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,含有低磁導(dǎo)率、高剩磁、高矯頑力和高磁阻鐵磁性材料。硬磁材料磁粉檢測(cè)時(shí)難以磁化,也難以退磁。硬磁材料有鋁鎳鈷、稀土鈷和硬磁鐵氧體等材料。圖2-11不一樣材料磁滯回線

a軟磁材料

b硬磁材料

c矩磁材料第42頁(yè)2.3電流磁場(chǎng)2.3.1通電圓柱導(dǎo)體磁場(chǎng)

1、磁場(chǎng)方向:與電流方向相關(guān),用右手定則確定;

當(dāng)電流流過(guò)圓柱導(dǎo)體時(shí)，產(chǎn)生磁場(chǎng)是以導(dǎo)體中心軸線為圓心同心圓，在半徑相等同心圓上，磁場(chǎng)強(qiáng)度相等。

2、磁場(chǎng)大小:安培環(huán)路定律計(jì)算

∮H·dl=∑I

依據(jù)上式,通電直長(zhǎng)導(dǎo)體表面磁場(chǎng)強(qiáng)度為:H=I/2πR圖2-12通電圓柱導(dǎo)體磁場(chǎng)a導(dǎo)體內(nèi)磁場(chǎng)b導(dǎo)體外磁場(chǎng)第43頁(yè)電流磁場(chǎng)導(dǎo)體外部磁場(chǎng)強(qiáng)度導(dǎo)體內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度第44頁(yè)式中：H一磁強(qiáng)強(qiáng)度(A/m)I一電流強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)度：r＞R時(shí)：H=I/2πR；

r＜R時(shí)：H=Ir/2πR2；

CGS單位制公式：連續(xù)法(I=8D)和剩磁法(I=25D)經(jīng)驗(yàn)公式起源：普通要求工件表面磁場(chǎng)強(qiáng)度，連續(xù)法時(shí)最少到達(dá)2400A/m,剩磁法時(shí)最少到達(dá)8000A/m,代入上式可得。圓柱導(dǎo)體內(nèi)、外及表面磁場(chǎng)強(qiáng)度分布如右圖2-13所表示：第45頁(yè)3、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(shí),磁場(chǎng)強(qiáng)度分布如圖2-14a所表示,其共同點(diǎn)是:1)中心處,磁場(chǎng)強(qiáng)度為零。2)表面,磁場(chǎng)強(qiáng)度到達(dá)最大。3)離開(kāi)表面,磁場(chǎng)強(qiáng)度隨r增大而下降。其不一樣點(diǎn)是:直流電磁化,從鋼棒中心到表面,磁場(chǎng)強(qiáng)度是直線上升到最大值;交流電磁化,因?yàn)榧w效應(yīng),只有在鋼棒近表面才有磁場(chǎng)強(qiáng)度,并遲緩上升,而在靠近鋼棒表面時(shí),快速上升到達(dá)最大值。圖2-14a鋼棒通交、直流電磁化磁場(chǎng)強(qiáng)度分布圖第46頁(yè)磁感應(yīng)強(qiáng)度分布如圖2-14b所表示。與圖2-14a不一樣點(diǎn)是:

1)因?yàn)殇摪舸艑?dǎo)率高,

B=μH,所以B遠(yuǎn)大H,Bm遠(yuǎn)大于Hm。

2)離開(kāi)鋼棒表面,在空氣中,μr≈1,B≈H,所以磁感應(yīng)強(qiáng)度突降后與磁場(chǎng)強(qiáng)度曲線重合。圖2-14b鋼棒通交、直流電磁化磁感應(yīng)強(qiáng)度分布

第47頁(yè)(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(shí),磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度分布如圖2-15所表示從圖中能夠看出,在通電中心導(dǎo)體(銅棒)內(nèi)、外磁場(chǎng)分布與圖2-14a相同。在鋼管內(nèi)是空氣,因?yàn)殂~棒μr≈1,所以只存在磁場(chǎng)強(qiáng)度H。在鋼管上因?yàn)棣蘲》1,所以能感應(yīng)產(chǎn)生較大磁感應(yīng)強(qiáng)度;又因?yàn)镠=I/2πr,且鋼管內(nèi)半徑比外半徑r小,因而鋼管內(nèi)壁較外壁磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度都大,探傷靈敏度高。離開(kāi)鋼管外表面,在空氣中,μr≈1,B≈H,所以磁感應(yīng)強(qiáng)度突降后,與H曲線重合。圖2-15直流電中心導(dǎo)體法磁化鋼管磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度分布第48頁(yè)采取中心導(dǎo)體法對(duì)鋼管進(jìn)行磁化時(shí),普通推薦采取直流電或三相全波整流電。因?yàn)?采取脈動(dòng)成份很大交流電磁化時(shí),因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)作用,在鋼管內(nèi)表面會(huì)產(chǎn)生很大渦電流,從而產(chǎn)生很大磁感應(yīng)強(qiáng)度,而鋼管外表面磁感應(yīng)強(qiáng)度變得很小,輕易漏檢缺點(diǎn)。

第49頁(yè)2.3.2通電鋼管磁場(chǎng)1.磁場(chǎng)方向同通電圓柱導(dǎo)體磁場(chǎng)一樣,用右手定則來(lái)確定。2.磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算(1)鋼管內(nèi)部空心部分依據(jù)安培環(huán)路定理,內(nèi)部空心部分(含內(nèi)表面)不包含任何電流,所以其磁場(chǎng)強(qiáng)度為零。 (2)鋼管橫截面內(nèi)部鋼管通直流電磁化磁場(chǎng)強(qiáng)度分布如圖2-16所表示,鋼管所通直流電電流強(qiáng)度為I,鋼管橫截面電流密度為J。依據(jù)安培環(huán)路定理:∮H·dl=∑I即：2πrH=SJ∴(3)鋼管外表面及外部1)鋼管外表面處:r=R2得：H=I/2πR22)鋼管外部:依據(jù)安培環(huán)路定理H=I/2πr鋼管直接通電法磁化時(shí),因?yàn)槠鋬?nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度為零,所以不能用磁粉檢測(cè)方法來(lái)檢測(cè)內(nèi)表面缺點(diǎn)圖2-16鋼管通直流電磁化磁場(chǎng)強(qiáng)度分布第50頁(yè)2.3.3通電線圈磁場(chǎng)1.磁場(chǎng)方向在線圈中通以電流時(shí),線圈內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)是與線圈軸平行縱向磁場(chǎng)。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,與四指垂直拇指所指方向就是線圈內(nèi)部磁場(chǎng)方向,如圖2-17所表示。a)通電線圈磁化

b)右手定則

圖2-17通電線圈產(chǎn)生縱向磁場(chǎng)第51頁(yè)通電線圈磁場(chǎng)通電線圈中心磁場(chǎng)強(qiáng)度短螺管線圈有限長(zhǎng)螺管線圈無(wú)限長(zhǎng)螺管線圈第52頁(yè)圖2-18空載通電線圈中心磁場(chǎng)強(qiáng)度2.磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算空載通電線圈中心磁場(chǎng)強(qiáng)度如圖2-18所表示。依據(jù)畢奧-薩伐爾定律,可得空載通電線圈中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為式中：H—磁場(chǎng)強(qiáng)度,A/m，N—線圈匝數(shù)，

L—線圈長(zhǎng)度（m）,D—線圈直徑（m）,α—線圈對(duì)角線與軸線夾角。

第53頁(yè)3.線圈分類（1）按通電線圈結(jié)構(gòu)分為:1)用軟電纜纏繞在工件上纏繞線圈。2)將絕緣導(dǎo)線繞在骨架內(nèi)螺管線圈螺管線圈是含有螺旋繞組圓筒形線圈,分單層和多層繞組兩種。單層螺管線圈是單根絕緣導(dǎo)線均勻而緊密排列同軸線圈;多層螺管線圈相當(dāng)于若干個(gè)半徑不等同軸螺管線圈。(2)按線圈橫截面積與被檢工件橫截面積比值--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(shí)。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(shí)。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(shí)。第54頁(yè)圖2-19a短螺管線圈中心軸線上磁場(chǎng)分布b螺管線圈橫截面上磁場(chǎng)分布c有限長(zhǎng)螺管線圈中心軸線上磁場(chǎng)分布(3)按通電線圈長(zhǎng)度L和內(nèi)徑D比分為:1)短螺管線圈(L<D)在短螺管線圈內(nèi)部中心軸線上,磁場(chǎng)分布極不均勻。中心比兩端強(qiáng),如圖2-19a所表示。在線圈橫截面上,靠近線圈內(nèi)壁磁場(chǎng)強(qiáng)度較線圈中心強(qiáng),如圖2-19b所表示。2)有限長(zhǎng)螺管線圈(L>D)在有限長(zhǎng)螺管線圈內(nèi)部中心軸線上,磁場(chǎng)分布較均勻,磁感應(yīng)線方向大致上與中心軸線平行,線圈兩端處磁場(chǎng)強(qiáng)度為中心1/2,如圖2-19c所表示。在線圈橫截面上,靠近線圈內(nèi)壁磁場(chǎng)強(qiáng)度較線圈中心強(qiáng),如圖2-19b所表示。3)無(wú)限長(zhǎng)螺管線圈(L》D)或在無(wú)限遠(yuǎn)處頭尾相接線圈;無(wú)限長(zhǎng)螺管線圈內(nèi)部磁場(chǎng)分布均勻,而且磁場(chǎng)只存在于線圈內(nèi)部,磁感應(yīng)線方向與線圈中心軸線平行。第55頁(yè)4.應(yīng)用(l)開(kāi)路磁化把需要磁化工件放在線圈中進(jìn)行磁化或?qū)Υ笮凸ぜM(jìn)行繞電纜磁化,常稱為線圈法開(kāi)路磁化。線圈法磁化磁化力普通用安臣數(shù)(NI)表示。線圈法磁化工件時(shí),因?yàn)樵诠ぜ啥水a(chǎn)生磁極,因而會(huì)產(chǎn)生退磁場(chǎng)。(2)閉路磁化把線圈繞在鐵心上組成電磁扼或交叉磁軛對(duì)工件進(jìn)行磁化,常稱為磁軛法閉路磁化。磁軛法磁化時(shí),以提升力來(lái)衡量導(dǎo)人工件磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁通。磁軛法磁化工件不產(chǎn)生磁極,因而沒(méi)有退磁場(chǎng)影響。第56頁(yè)2.3.4感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場(chǎng)1.感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生

感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生如圖2-20所表示,將鐵心插入環(huán)形工件中,把工件看成變壓器次級(jí)線圈。當(dāng)線圈中通以交流電時(shí),經(jīng)過(guò)鐵心磁通也是交變,因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)作用,因而在工件中就產(chǎn)生了周向感應(yīng)電流。該感應(yīng)電流在工件中又產(chǎn)生磁場(chǎng),稱為感應(yīng)磁場(chǎng)。2.應(yīng)用

主要應(yīng)用在環(huán)形工件磁化中。圖2-20感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生第57頁(yè)2.4磁場(chǎng)合成

當(dāng)有多個(gè)磁場(chǎng)同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行多方向磁化時(shí),對(duì)工件作用磁場(chǎng)應(yīng)是各磁場(chǎng)矢量和,即合成磁場(chǎng)為各個(gè)磁場(chǎng)矢量疊加。下面介紹兩種慣用合成磁場(chǎng)。

2.4.1交叉磁軛磁場(chǎng)所成1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)形成交叉磁軛屬于復(fù)合磁化(多向磁化)。它是利用兩相或多相磁場(chǎng)相互疊加而形成合成磁場(chǎng)對(duì)工件進(jìn)行磁化,如圖2-21a所表示。交叉磁軛能夠形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。它四個(gè)磁極分別由兩相含有一定相位差￠正弦交變電流激磁,兩相激磁電流產(chǎn)生磁場(chǎng)波形圖如圖2-21b所表示。當(dāng)條件適當(dāng)時(shí),其合成磁場(chǎng)就以與激磁電流一樣頻率,在四個(gè)磁極所在平面不停旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所以而得名。能形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)基本條件是:兩個(gè)磁軛幾何夾角α與兩相激磁電流相位差￠均不等于0或180°如圖2-21b所表示,當(dāng)l,2兩相磁軛激磁電流產(chǎn)生磁場(chǎng)分別為:H1=Hmsin(ωt-φ)

H2=Hmsinωt圖2-21a交叉磁軛示意圖

b兩相激磁電流產(chǎn)生磁場(chǎng)波形圖第58頁(yè)第59頁(yè)2、交叉磁軛式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)形成過(guò)程所謂旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是在工件兩個(gè)相互垂直方向上同時(shí)施加兩個(gè)交流分磁場(chǎng)：Hx（t）和Hy（t）；若設(shè)磁場(chǎng)幅值為Hm，則Hmx=Hmy=Hm；且頻率相同；存在一個(gè)相位差φ。兩個(gè)交流分磁場(chǎng)為：Hx=HmsinωtHy=Hmsin（ωt-φ）依據(jù)磁場(chǎng)矢量疊加原理，其大小為：合成矢量角為：α=tan-1[cosφ－sinφtan（ωt+φ1）]也就是說(shuō)，合成磁場(chǎng)指向在一個(gè)平面內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所以得名。當(dāng)φ=π/2時(shí)，H=Hm，α=－（ωt+φ1），即合成磁場(chǎng)幅值為常量，其軌跡按順時(shí)針?lè)较蜃鲌A周運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，此時(shí)它在工件各方向上檢測(cè)靈敏度相同。當(dāng)前市售磁軛式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)探傷儀，就是依據(jù)這個(gè)原理制成。第60頁(yè)交叉磁軛產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以下列圖2-22所表示，該圖是兩相磁軛幾何夾角α與兩相磁軛激磁電流相位差φ=2π/3，不一樣瞬間合成磁場(chǎng)過(guò)程，是每隔π/6相位角進(jìn)行一次磁場(chǎng)所成結(jié)果。伴隨時(shí)間改變,合成磁場(chǎng)方向在旋轉(zhuǎn),當(dāng)激磁電流相位角ωt由0逐步變到2π時(shí),其合成磁場(chǎng)恰好旋轉(zhuǎn)一周。當(dāng)所用交流電為5OHz時(shí),旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間為0.02s。第61頁(yè)3.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分布特點(diǎn)交叉磁軛磁場(chǎng)不論在四個(gè)磁極內(nèi)側(cè)還是外側(cè),其分布都是極不均勻。只有在幾何中心點(diǎn)附近很小范圍內(nèi),其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)橢圓度改變不大,而離開(kāi)中心點(diǎn)較遠(yuǎn)其它位置,其橢圓度改變很大,甚至不能形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。另外四個(gè)磁極外側(cè)依然有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)存在,只是有效磁化范圍較小。4.交叉磁軛提升力代表交叉磁軛導(dǎo)入被檢測(cè)工件有效磁通多少,亦即工件被磁化后其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。提升力必須大于某一值后,才能確保被檢工件有效磁感應(yīng)強(qiáng)度,亦即確保檢測(cè)靈敏度。第62頁(yè)2.4.1擺動(dòng)磁場(chǎng)合成第63頁(yè)2.5退磁場(chǎng)2.5.1退磁場(chǎng)定義：

退磁場(chǎng):把鐵磁性材料磁化時(shí),由材料中磁極所產(chǎn)生磁場(chǎng);它對(duì)外加磁場(chǎng)有減弱作用,用符號(hào)△H表示。

退磁場(chǎng)與材料磁化強(qiáng)度M成正比。即：

△H=N×M

△H-退磁場(chǎng)M-磁化強(qiáng)度

N-退磁因子只有縱向磁化才有退磁場(chǎng)即只有線圈法（工件中產(chǎn)生渦流）第64頁(yè)2.5.2有效磁場(chǎng)：

鐵磁性材料磁化時(shí),只要在工件上產(chǎn)生磁極,就會(huì)產(chǎn)生退磁場(chǎng),它減弱了外加磁場(chǎng),所以工件上有效磁場(chǎng)用H表示,等于外加磁場(chǎng)H0減去退磁場(chǎng)△H。其數(shù)學(xué)表示式為H=H0-△H=H0-N(B/μ0-H)=H0-N(μH/μ0-H)=H0-NH(μ/μ0-1)

∴H=H0/〔1+N(μr-1)〕

H--有效磁場(chǎng)A/m;Ho--外加磁場(chǎng)A/m;

△H--退磁場(chǎng)A/m.μr--相對(duì)磁導(dǎo)率。第65頁(yè)2.5.3影響退磁場(chǎng)大小原因退磁場(chǎng)使工件上有效磁場(chǎng)減小,一樣也使磁感應(yīng)強(qiáng)度減小,直接影響工件磁化效果。為了確保工件磁化效果,必須研究影響退磁場(chǎng)大小原因,如用適當(dāng)增大磁場(chǎng)強(qiáng)度或L/D值方法,克服退磁場(chǎng)影響。1.退磁場(chǎng)大小與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度大小相關(guān)。外加磁場(chǎng)強(qiáng)度越大,工件磁化得越好,產(chǎn)生N極和S極磁場(chǎng)越強(qiáng),因而退磁場(chǎng)也越大。2.退磁場(chǎng)大小與工件L/D值相關(guān)。工件L/D值越大,退磁場(chǎng)越小。將兩根長(zhǎng)度相同而直徑不一樣鋼棒分別放在同一線圈中,用相同磁場(chǎng)強(qiáng)度磁化時(shí),L/D值大鋼棒比L/D值小鋼棒表面磁場(chǎng)強(qiáng)度大,標(biāo)準(zhǔn)試片上磁痕清楚,說(shuō)明退磁場(chǎng)小。

計(jì)算L/D時(shí):對(duì)于實(shí)心工件,若為圓柱形工件,D為圓柱形外直徑。若為非圓柱形工件,D為橫截面最大尺寸。 對(duì)于中空非圓筒形工件,應(yīng)采取有效直徑Deff代替,即

At--工件總橫截面積,mm2;Ah---工件中空部分橫截面積,mm2

。對(duì)于中空?qǐng)A筒形工件,設(shè)外直徑為Do,內(nèi)直徑為Di,應(yīng)采取有效直徑Deff代替,即.第66頁(yè)3.退磁因子N與工件幾何形狀相關(guān)?？v向磁化所需磁場(chǎng)強(qiáng)度大小與工件幾何形狀及L/D值相關(guān)。這種影響磁場(chǎng)強(qiáng)度幾何形狀原因稱為退磁因子,用N表示,它是L/D函數(shù)。對(duì)于完整閉合環(huán)形試樣,N=0;對(duì)于球體,N=0.333;長(zhǎng)短軸比值等于2橢圓體,N=0.14;對(duì)于圓鋼棒,N與鋼棒長(zhǎng)度和直徑比L/D關(guān)系是,L/D越小,N越大,也就是說(shuō),伴隨L/D減小N增大,退磁場(chǎng)也增大.4.磁化尺寸相同鋼管和鋼棒,鋼管比鋼棒產(chǎn)生退磁場(chǎng)小。設(shè)鋼棒外直徑為D,與鋼管外直徑Do相等,同時(shí)鋼管內(nèi)直徑為Di。鋼管為空心,應(yīng)采取有效直徑Deff。顯然D>Deff,所以L/Deff＞L/D。所以,直徑相同鋼管比鋼棒退磁場(chǎng)小。5.磁化同一工件時(shí),交流電比直流電產(chǎn)生退磁場(chǎng)小。因?yàn)榻涣麟娪屑w效應(yīng),比直流電滲透深度淺,故交流電在鋼棒端頭形成磁極磁性小,所以交流電和直流電磁化同一工件時(shí),交流電產(chǎn)生退磁場(chǎng)小。第67頁(yè)第68頁(yè)磁感應(yīng)線折射

當(dāng)磁通量從一個(gè)介質(zhì)進(jìn)入另一個(gè)介質(zhì)時(shí),它量不變。

不過(guò)假如這兩種介質(zhì)磁導(dǎo)率不一樣,那么這兩種介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度就不一樣,方向也會(huì)改變,這稱為磁感應(yīng)線折射,并遵照折射定律:

當(dāng)磁感應(yīng)線由鋼鐵進(jìn)入空氣,或者由空氣進(jìn)入鋼鐵,在空氣中磁感應(yīng)線實(shí)際上是垂直。

磁感應(yīng)強(qiáng)度邊界條件：

（法向分量連續(xù)）（切向分量連續(xù)）

:

第69頁(yè)2.7漏磁場(chǎng)2.7.1漏磁場(chǎng)形成漏磁場(chǎng):鐵磁性材料磁化后,在不連續(xù)性處或磁路截面改變處,磁感應(yīng)線離開(kāi)和進(jìn)入表面時(shí)形成磁場(chǎng)。漏磁場(chǎng)形成原因:

是因?yàn)榭諝獯艑?dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鐵磁性材料磁導(dǎo)率。假如在磁化了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)先經(jīng)過(guò)磁導(dǎo)率高工件,這就迫使一部分磁感應(yīng)線從缺點(diǎn)下面繞過(guò),形成磁感應(yīng)線壓縮。不過(guò),工件上這部分可容納磁感應(yīng)線數(shù)目也是有限,又因?yàn)橥源鸥袘?yīng)線相斥,所以,一部分磁感應(yīng)線從不連續(xù)性中穿過(guò),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(jìn)入空氣中去繞過(guò)缺點(diǎn)又折回工件,形成了漏磁場(chǎng)。第70頁(yè)2.7.2缺點(diǎn)漏磁場(chǎng)分布缺點(diǎn)產(chǎn)生漏磁場(chǎng)在工件表面能夠分解為水平分量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)有一矩形缺點(diǎn),則在矩形中心,漏磁場(chǎng)水平分量有極大值,并左右對(duì)稱;而垂直分量為經(jīng)過(guò)中心點(diǎn)曲線,缺隙漏磁場(chǎng)分布如圖2-22所表示,圖2-22a所表示為水平分量,圖2-22b所表示為垂直分量,假如將兩個(gè)分量合成,則可得到如圖2-22c所表示漏磁場(chǎng)。a)水平分量

b)垂直分量

c)合成漏磁場(chǎng)

圖2-22缺點(diǎn)漏磁場(chǎng)分布

第71頁(yè)

圖2-23磁粉受漏磁場(chǎng)吸引

圖2-24磁粉受力分析

F1一漏磁場(chǎng)磁力F2一重力F3一液體介質(zhì)懸浮力

F4一磁力F5一靜電力缺點(diǎn)處產(chǎn)生漏磁場(chǎng)是磁粉檢測(cè)基礎(chǔ)。漏磁場(chǎng)是看不見(jiàn),還必須有顯示或檢測(cè)漏磁場(chǎng)伎倆。磁粉檢測(cè)是經(jīng)過(guò)漏磁場(chǎng)引發(fā)磁粉聚集形成磁痕顯示進(jìn)行檢測(cè)。漏磁場(chǎng)對(duì)磁粉吸引可看成是磁極作用,假如在磁極區(qū)有磁粉,磁粉則將被磁化,也展現(xiàn)出N極和S極,并沿著磁感應(yīng)線排列起來(lái)。當(dāng)磁粉兩極與漏磁場(chǎng)兩極相互作用時(shí),磁粉就會(huì)被吸引并加速移到缺點(diǎn)上去。漏磁場(chǎng)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),即指向缺點(diǎn)處,如圖2-23所表示。漏磁場(chǎng)寬度要比缺點(diǎn)實(shí)際寬度大數(shù)倍至數(shù)十倍,所以磁痕對(duì)缺點(diǎn)寬度含有放大作用,能將目視不可見(jiàn)缺點(diǎn)變成目視可見(jiàn)磁痕使之輕易觀察出來(lái)。磁粉除了受漏磁場(chǎng)磁力之外,還受重力、液體介質(zhì)懸浮力、摩擦力、磁粉微粒間靜電力與磁力作用,磁粉在這些協(xié)力作用下移動(dòng)到缺點(diǎn)處,即漏磁場(chǎng)吸引力把磁粉吸引到缺點(diǎn)處。磁粉受力分析如圖2-24所表示。第72頁(yè)2.7.3影響漏磁場(chǎng)原因漏磁場(chǎng)大小,對(duì)檢測(cè)缺點(diǎn)靈敏度至關(guān)主要。因?yàn)檎鎸?shí)缺點(diǎn)含有復(fù)雜幾何形狀,準(zhǔn)確計(jì)算漏磁場(chǎng)大小是難以實(shí)現(xiàn),測(cè)量又受試驗(yàn)條件影響,所以定性地討論影響漏磁場(chǎng)規(guī)律和原因,含有很主要意義。1.外加磁場(chǎng)強(qiáng)度影晌缺點(diǎn)漏磁場(chǎng)大小與工件磁化程度相關(guān),從鐵磁性材料磁化曲線得知,外加磁場(chǎng)大小和方向直接影響磁感應(yīng)強(qiáng)度改變。普通說(shuō)來(lái),外加磁場(chǎng)強(qiáng)度一定要大于Hμm即選擇在產(chǎn)生最大磁導(dǎo)率μm對(duì)應(yīng)Hμm點(diǎn)右側(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度值,此時(shí)磁導(dǎo)率減小,磁阻增大,漏磁場(chǎng)增大。當(dāng)鐵磁性材料磁感應(yīng)強(qiáng)度到達(dá)飽和值80%左右時(shí),漏磁場(chǎng)便會(huì)快速增大。2.缺點(diǎn)位置及形狀影晌 (1)缺點(diǎn)埋藏深度影響缺點(diǎn)埋藏深度,即缺點(diǎn)上端距工件表面距離,對(duì)漏磁場(chǎng)產(chǎn)生有很大影響。一樣缺點(diǎn),位于工件表面時(shí),產(chǎn)生漏磁場(chǎng)大;若位于工件近表面,產(chǎn)生漏磁場(chǎng)顯著減小;若位于距工件表面很深位置,則工件表面幾乎沒(méi)有漏磁場(chǎng)存在。第73頁(yè)圖2-25顯現(xiàn)缺點(diǎn)方向示意圖

①-磁場(chǎng)方向②-最正確靈敏度③-靈敏度減?、?靈敏度不足α-磁場(chǎng)和缺點(diǎn)間夾角度αmin-顯現(xiàn)最小角度αi-實(shí)例(2)缺點(diǎn)方向影響缺點(diǎn)可檢出性取決于缺點(diǎn)延伸方向與磁場(chǎng)方向夾角。如圖2-25所表示為顯現(xiàn)缺點(diǎn)方向示意圖,當(dāng)缺點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)方向時(shí),漏磁場(chǎng)最大,也最有利于缺點(diǎn)檢出,靈敏度最高,伴隨夾角由90°減小,靈敏度下降;當(dāng)缺點(diǎn)與磁場(chǎng)方向平行或夾角小于30°時(shí),則幾乎不產(chǎn)生漏磁場(chǎng),不能檢出缺點(diǎn)。(3)缺點(diǎn)深寬比影響一樣寬度表面缺點(diǎn),假如深度不一樣,產(chǎn)生漏磁場(chǎng)也不一樣。在一定范圍內(nèi),漏磁場(chǎng)增加與缺點(diǎn)深度增加幾乎成線性關(guān)系;當(dāng)深度增大到一定值后,漏磁場(chǎng)增加變得遲緩。當(dāng)缺點(diǎn)寬度很小時(shí),漏磁場(chǎng)伴隨寬度增加而增加,并在缺點(diǎn)中心形成一條磁痕;當(dāng)缺點(diǎn)寬度很大時(shí),漏磁場(chǎng)反而下降,如表面劃傷又淺又寬,產(chǎn)生漏磁場(chǎng)很小,在缺點(diǎn)兩側(cè)形成磁痕,而缺點(diǎn)根部沒(méi)有磁痕顯示。缺點(diǎn)深寬比是影響漏磁場(chǎng)一個(gè)主要原因,缺點(diǎn)深寬比越大,漏磁場(chǎng)越大,缺點(diǎn)越輕易檢出。第74頁(yè)圖2-26a、b、c表面覆蓋層對(duì)磁痕顯示影響

d、漆層厚度對(duì)漏磁場(chǎng)影響3.工件表面覆蓋層影響

工件表面覆蓋層會(huì)影響磁痕顯示,如圖2-26所表示為工件表面覆蓋層對(duì)磁痕顯示影響。圖中有三個(gè)深寬比一樣橫向裂紋,縱向磁化后產(chǎn)生一樣大小漏磁場(chǎng),圖2-26a所表示裂紋上沒(méi)有覆蓋層,磁痕顯示濃密清楚;圖2-26b所表示裂紋上覆蓋著較薄一層,有磁痕顯示,但不如圖2-26a所表示裂紋清楚;圖2-26c所表示裂紋上有較厚表面覆蓋層,如厚漆層,漏磁場(chǎng)不能泄漏到覆蓋層之上,所以不吸附磁粉,沒(méi)有磁痕顯示,磁粉檢測(cè)就會(huì)漏檢。漆層厚度對(duì)漏磁場(chǎng)影響如圖2-26d所表示。第75頁(yè)4.工件材料及狀態(tài)影晌依據(jù)化學(xué)成份不一樣,鋼材分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼是鐵和碳合金,含碳量小于0.25%稱為低碳鋼,含碳量在0.25%-0.60%稱為中碳鋼,含碳量大于0.6%稱為高碳鋼。碳素鋼主要組織是鐵素體、珠光體、滲碳體、馬氏體和殘余奧氏體。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混合物,含有一定磁性;奧氏體不展現(xiàn)磁性。合金鋼是在碳素鋼里加入各種合金元素而成。鋼主要成份是鐵,因而含有鐵磁性。但1Cr18Ni9和lCr18Ni9Ti室溫下屬奧氏體不銹鋼,沒(méi)有磁性,不能進(jìn)行磁粉檢測(cè)。高絡(luò)不銹鋼如1Cr13和Cr17Ni2,室溫下主要成份為鐵素體和馬氏體,含有一定磁性,能夠進(jìn)行磁粉檢測(cè)。另外沉淀硬化不銹鋼也有磁性,能夠進(jìn)行磁粉檢測(cè)。鋼鐵材料晶格結(jié)構(gòu)不一樣,磁特征便有所改變。面心立方晶格材料是非磁性材料。體心立方晶格材料是鐵磁性材料,但體心立方晶格假如發(fā)生變形,其磁性也將發(fā)生很大改變。比如,當(dāng)合金成份進(jìn)入晶格以及冷加工或熱處理使晶格發(fā)生畸變時(shí),都會(huì)改變磁性。矯頑力與鋼硬度有著相對(duì)應(yīng)關(guān)系,即矯頑力伴隨硬度增大而增大,漏磁場(chǎng)也增大。第76頁(yè)下面列舉工件材料和狀態(tài)對(duì)漏磁場(chǎng)影響: (1)晶粒大小影響晶粒越大,磁導(dǎo)率越大,矯頑力越小,漏磁場(chǎng)就越小;相反,晶粒越小,磁導(dǎo)率越小,矯頑力越大,漏磁場(chǎng)也越大。(2)含碳量影響對(duì)碳鋼來(lái)說(shuō),在熱處理相近時(shí),對(duì)磁性影響最大合金成份是碳,伴隨含碳量增加,矯頑力幾乎成線性增加,相對(duì)磁導(dǎo)率則伴隨含碳量增加而下降,漏磁場(chǎng)也增大。(3)熱處理影響鋼材處于退火與正火狀態(tài)時(shí),其磁性差異不大,而退火與淬火狀態(tài)差異卻比較大。淬火可提升鋼材矯頑力和剩磁,使漏磁場(chǎng)增大。但淬火后伴隨回火溫度升高,材料變軟,矯頑力降低,漏磁場(chǎng)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，提升回火溫度到460℃時(shí),矯頑力則降為720A/m。(4)合金元素影響因?yàn)楹辖鹪丶尤?材料硬度增加,矯頑力也增加,所以漏磁場(chǎng)也增加。如正火狀態(tài)40鋼和40Cr鋼,矯頑力分別為584A/m和1256A/m。(5)冷加工影響冷加工如冷拔、冷軋、冷校和冷擠壓等加工工藝,將使材料表面硬度增加、矯頑力增大。伴隨壓縮變形率增加,矯頑力和剩磁均增加,漏磁場(chǎng)也會(huì)增大。第77頁(yè)2.8磁粉檢測(cè)光學(xué)基礎(chǔ)2.8.1光度量術(shù)語(yǔ)及單位光：能夠直接引發(fā)視覺(jué)電磁輻射；光度學(xué):相關(guān)視覺(jué)效應(yīng)評(píng)價(jià)輻射量學(xué)科；

磁粉檢測(cè)觀察和評(píng)定磁痕顯示，必須在可見(jiàn)光和黑光下進(jìn)行，其光源發(fā)光強(qiáng)度、光通量、光照度、輻射照度、光亮度都與檢測(cè)結(jié)果直接相關(guān)發(fā)光強(qiáng)度是指光源在給定方向上單位立體角內(nèi)傳輸光通量。用符號(hào)I表示，單位坎【德拉】（cd）光通量是指能引發(fā)眼睛視覺(jué)強(qiáng)度輻射通量。用符號(hào)Φ表示,單位是流明。流明是發(fā)光強(qiáng)度為1cd均勻點(diǎn)光源在1球面度立體角內(nèi)發(fā)射光通量。光照度亦稱照度，是單位面積上接收光通量。用符號(hào)E表示,單位是勒【克斯】，1勒是11m光通量均勻分布在1m2表面上產(chǎn)生光照度。輻射照度亦稱輻照度。表面上一點(diǎn)輻照度是入射在包含該點(diǎn)面元上輻射通量。光亮度亦稱亮度，是指在給定方向單位立體角垂直光照度，單位是砍德拉每平方米。第78頁(yè)2.8.1發(fā)光發(fā)光物體稱為光源，也稱為發(fā)光體非熒光磁粉檢測(cè)時(shí)，在波長(zhǎng)范圍為400-760nm可見(jiàn)光下觀察磁痕?？梢?jiàn)光是目視可見(jiàn)光，即包含紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色光。熒光磁粉檢測(cè)時(shí)，采取波長(zhǎng)范圍為320-400nm紫外線（被稱為黑光）激發(fā)熒光磁粉磁痕，產(chǎn)生波長(zhǎng)范圍為510-550nm黃綠色熒光。光致發(fā)光：許多原來(lái)在可見(jiàn)白光下不發(fā)光物質(zhì)，在紫外線照射下卻能夠發(fā)光現(xiàn)象；磷光：光致發(fā)光物質(zhì)，在外界光源移去后，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間才停頓發(fā)光，這種光稱為磷光；這種物質(zhì)稱為磷光物質(zhì)；熒光：在外界光源移去后馬上停頓發(fā)光光；這種物質(zhì)稱為熒光物質(zhì)，因?yàn)闊晒獯欧郾砻姘惨粚訜晒馊玖袭?dāng)黑光照射到熒光磁粉上時(shí)，熒光物質(zhì)便吸收黑光能量。第79頁(yè)2.8.3紫外線紫外線是指波長(zhǎng)為100-400nm不可見(jiàn)光,其電磁波譜圖位于可見(jiàn)光和X射線之間。不是全部紫外線都能夠用于熒光磁粉檢測(cè),只有波長(zhǎng)為320～400nm黑光(UV-A)才能用于熒光磁粉檢測(cè)(峰值波長(zhǎng)為365nm)。波長(zhǎng)320-400nm紫外線稱為UV-A、黑光或長(zhǎng)波紫外線。UV-A長(zhǎng)波紫外線適合用于熒光磁粉檢測(cè)，他峰值波長(zhǎng)約為365nm。波長(zhǎng)280-320nm紫外線稱為UV-B或中波紫外線，又叫紅斑紫外線。UV-B含有使皮膚變紅作用，還可引發(fā)曬斑和雪盲，不能用于磁粉檢測(cè)。波長(zhǎng)100-280nm紫外線稱為UV-C或短波紫外線。UV-C含有光化和殺菌作用，能引發(fā)猛烈燒傷，還傷害眼睛，也不能用于磁粉檢測(cè)，醫(yī)院使用UV-C紫外線還殺菌。第80頁(yè)2.8.4人眼對(duì)光響應(yīng)

人眼睛在強(qiáng)光下，對(duì)光強(qiáng)度微小差異不敏感，而對(duì)顏色和對(duì)比度差異區(qū)分能力很高。在暗光下區(qū)分顏色和對(duì)比度本事很差，卻能看出微弱發(fā)光物體或光源。因?yàn)樵诎倒庀拢劬ν讜?huì)自動(dòng)放大，能吸收更多光。黑暗適應(yīng)：當(dāng)人從光明處進(jìn)入暗區(qū)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)，眼睛看不見(jiàn)周圍東西，必須過(guò)一段時(shí)間才能看見(jiàn)現(xiàn)象。進(jìn)行熒光磁粉檢測(cè)室黑暗適應(yīng)時(shí)間需要3-5min。一樣，從暗區(qū)到明亮地方，也需要足夠恢復(fù)時(shí)間。人眼睛對(duì)各色光敏感性是不一樣，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者測(cè)定結(jié)果只有波長(zhǎng)為555nm黃綠色光，它明視覺(jué)光譜光視效率是1，對(duì)人眼最敏感。熒光磁粉磁痕，在黑光照射下能發(fā)出眾澤鮮明黃綠色熒光，輕易觀察，與工件表面形成紫色本底有很高對(duì)比度，因而缺點(diǎn)磁痕在暗區(qū)含有很好可見(jiàn)度，檢測(cè)缺點(diǎn)靈敏度高。磁粉檢測(cè)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(shí)會(huì)變暗，變暗程度與輻射入射量成正比，影響對(duì)熒光磁粉磁痕觀察和識(shí)別，所以不允許使用。因?yàn)闊晒獯欧蹤z驗(yàn)區(qū)域紫外線，不允許直接或間接地射入人眼睛，為防止人眼睛暴露在紫外線輻射下可佩戴吸收紫外線護(hù)目眼鏡，它能阻擋紫外線和大多數(shù)紫外光與藍(lán)光，但應(yīng)注意，不得降低對(duì)黃綠色熒光磁粉磁痕檢出能力。第81頁(yè)2.8.5黑光燈黑光燈結(jié)構(gòu)如圖2-27所表示。它由石英內(nèi)管和外殼組成,內(nèi)管兩端各有一個(gè)主電極,管內(nèi)裝有水銀和氬氣,在主電極旁邊裝有一個(gè)引燃用輔助電極,其引出處串聯(lián)一個(gè)限流電阻，外面有一個(gè)玻璃外殼,起保護(hù)石英內(nèi)管和聚光作用。這種燈普通用電感性鎮(zhèn)流器穩(wěn)流。鎮(zhèn)流器經(jīng)過(guò)對(duì)燈兩端電壓自動(dòng)調(diào)整,使燈泡放電電弧穩(wěn)定。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(gè)主電極之間發(fā)生輝光放電,這時(shí)石英管內(nèi)溫度升高,水銀逐步氣化,等到管內(nèi)產(chǎn)生足夠水銀蒸汽時(shí),方才發(fā)生主電極間水銀弧光放電,產(chǎn)生紫外線。這個(gè)過(guò)程大約需要3～5min,因?yàn)楫a(chǎn)生紫外線,石英內(nèi)管水銀蒸汽可到達(dá)4～5個(gè)大氣壓,所以這種紫外燈又叫高壓水銀燈

第82頁(yè)黑光燈外殼用深紫色鎳玻璃制成,鎳玻璃能吸收可見(jiàn)光,僅讓320nm～40Onm波長(zhǎng)黑光經(jīng)過(guò),起到濾光片作用。外點(diǎn)錐體內(nèi)鍍有銀,可起到聚光作用,大大提升黑光燈輻照度。黑光燈發(fā)出光既包含不可見(jiàn)紫外光,也包含可見(jiàn)光。不可見(jiàn)光由峰值在365nm附近，這正是熒光磁粉所需要波長(zhǎng),而可見(jiàn)光和中涉及短波紫外線則是不需要。因?yàn)榭梢?jiàn)光影響熒光磁粉磁痕識(shí)別,中波和短波紫外光對(duì)人眼有傷害。所以,采取濾光片將不需要光線濾掉,僅讓UV-A黑光經(jīng)過(guò),所以把這手中紫外燈通常叫做黑光燈。黑光燈使用注意事項(xiàng):(1）黑光燈剛點(diǎn)燃時(shí),輸出達(dá)不到最大值,所以檢驗(yàn)工作應(yīng)最少等3min以后再進(jìn)行.(2)要盡可能降低燈開(kāi)關(guān)次數(shù),頻繁開(kāi)啟會(huì)縮短燈壽命。(3)黑光燈使用后,輻射能量下降,所以應(yīng)定時(shí)測(cè)量黑光輻照度(4)電源電壓波動(dòng)對(duì)黑光燈影響很大。電壓低,燈可能開(kāi)啟不了,或使點(diǎn)燃燈熄滅。當(dāng)使用電壓超出燈額定電壓時(shí),對(duì)燈使用壽命又影響很大,所以必要時(shí)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(shí)去除,因?yàn)闀?huì)影響黑光發(fā)出。(6)防止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(duì)著人眼睛照。(8)濾光片假如有裂紋,應(yīng)及時(shí)更新,因?yàn)闀?huì)使可見(jiàn)光和中、短波紫外光經(jīng)過(guò)，對(duì)人體有害。第83頁(yè)第84頁(yè)第85頁(yè)3、磁化方法與磁化電流3.1磁化電流在電場(chǎng)作用下,電荷有規(guī)則運(yùn)動(dòng)形成電流。電路：電流經(jīng)過(guò)路徑稱為,它普通由電源、連接導(dǎo)線和負(fù)載組成。電流：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)導(dǎo)體某一截面電量,用I表示,單位是安[培](A)。在磁粉檢測(cè)中,是用電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng),慣用不一樣電流對(duì)工件進(jìn)行磁化。這種為在工件上形成磁化磁場(chǎng)而采取電流叫做磁化電流。因?yàn)椴灰粯与娏麟S時(shí)間改變特征不一樣,在磁化時(shí)所表現(xiàn)出性質(zhì)也不一樣,所以,在選擇磁化設(shè)備與確定工藝參數(shù)時(shí),應(yīng)考慮不一樣電流種類影響。磁粉檢測(cè)采取磁化電流有交流電、整流電(包含單相半波整流電、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。其中最慣用磁化電流有交流電、單相半波整流電和三相全波整流電三種。第86頁(yè)磁化電流交流電整流電第87頁(yè)3.1.1交流電

概念:峰值、有效值、平均值、集膚效應(yīng)、集膚深度(滲透深度)1.表征交流電物理量

交流電:大小和方向隨時(shí)間按正弦規(guī)律改變電流稱為正弦交流電,簡(jiǎn)稱交流電,用符號(hào)AC表示。

峰值:交流電在一個(gè)周期內(nèi)電流最大值叫,用Im表示。在工程上還應(yīng)用有效值和平均值。

交流電有效值：是指在相同電阻上分別通以直流電和交流電,經(jīng)過(guò)一個(gè)交流周期時(shí)間,電阻上所損失電能假如相等,則把該直流電大小作為該交流電有效值,用I表示。從交流電流表上讀出電流值是有效值。

交流電峰值Im和有效值I換算關(guān)系為Im≈1.414I交流電平均值：交流電在半個(gè)周期(T/2)范圍內(nèi)各瞬間算術(shù)平均值用Id表示。交流電峰值和平均值換算關(guān)系為Id≈0.637Im。在一個(gè)周期內(nèi),交流電平均值等于零。第88頁(yè)圖3-1集膚效應(yīng)2.集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)：交變電流經(jīng)過(guò)導(dǎo)體時(shí),導(dǎo)體表面電流密度較大而內(nèi)部電流密度較小現(xiàn)象。原理：導(dǎo)體在改變著磁場(chǎng)里因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生渦流,在導(dǎo)體表面附近,渦流方向與原來(lái)電流方向相同,使電流密度增大;而在導(dǎo)體軸線附近,渦流方向則與原來(lái)電流方向相反,使導(dǎo)體內(nèi)部電流密度減弱,如圖3-1所表示。材料電導(dǎo)率和相對(duì)磁導(dǎo)率增加時(shí),或交流電頻率提升時(shí),都會(huì)使集膚效應(yīng)愈加顯著。通常50Hz