10二級磁粉檢測物理基礎省公開課一等獎全國示范課微課金獎課件

磁

粉

檢

測

物

理

基

礎

山東省特檢院臨沂分院李國才MTⅢ、PTⅢ、RTⅢ高級工程師TEL1頁

1、緒論1.1磁粉檢測發(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點方法。磁現(xiàn)象:早在春秋戰(zhàn)國時期我國勞感人民就發(fā)覺了磁現(xiàn)象，并制成了指南針。理論基礎:電流周圍存在磁場。創(chuàng)建了磁感應線概念。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)磁粉探傷設備和材料Magnaflm(美國磁通企業(yè))創(chuàng)建1935年,油磁懸液在美國開始使用。1941年,熒光磁粉投入使用。磁粉檢測從理論到實踐,初步形成一個無損檢測方法。從20世紀50年代初開始,我國先后引進前蘇聯(lián)、歐美等國家磁粉檢測技術,制訂出了我國標準規(guī)范。第2頁1.2磁粉檢測現(xiàn)實狀況（1）檢測設備開發(fā)：只有設備進步,才有成功應用。國外磁粉檢測設備已實現(xiàn)了系列化和商品化。從固定式、移動式到攜帶式,從半自動、全自動到專用設備,從單向磁化到多向磁化;計算機編程應用,智能化設備大量涌現(xiàn),這些設備能夠預置磁化規(guī)范和合理工藝參數(shù),進行熒光磁粉檢測和自動化操作。國外還成功地利用電視光電探測器熒光磁粉掃查系統(tǒng)和激光飛點掃描系統(tǒng),實現(xiàn)了磁粉檢測觀察階段自動化,降低了勞動強度。

近年來,我國磁粉檢測設備發(fā)展也很快,已實現(xiàn)了系列化。磁粉檢測智能化設備和自動化、半自動化設備已經(jīng)生產(chǎn)應用,光電掃描圖像識別磁粉探傷機也已研制成功。（2）檢測器材方面

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

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

對影響磁粉檢測靈敏度和檢測可靠性諸原因加以控制。

國外非常重視,不但制訂了詳細控制項目、校驗周期和技術要求,同時經(jīng)過實踐對質(zhì)量控制技術要求進行連續(xù)改進。

我國借鑒國外先進經(jīng)驗,磁粉檢測質(zhì)量控制也日益受到重視.JB/T4730.4-《承壓設備無損檢測》,將質(zhì)量控制項目納入標準條文,由此可見其主要性。磁粉檢測方法日臻完善。對無損檢測人員培訓和資格判定空前重視,人員素質(zhì)大大提升。磁粉檢測是五大常規(guī)方法之一；是特種設備檢測發(fā)覺缺點最主要伎倆之一。第4頁1.3漏磁場檢測分類漏磁場:鐵磁性材料工件被磁化后,在不連續(xù)性處或磁路截面改變處,磁感應線離開和進入工件表面而形成磁場。不連續(xù)性:就是工件正常組織結(jié)構(gòu)或外形任何間斷,這種間斷可能會也可能不會影響工件使用性能。缺點:通常把影響工件使用性能不連續(xù)性稱為缺點。因為工件不連續(xù)性處磁導率發(fā)生改變,磁感應線溢出工件表面形成磁極,并形成可檢測漏磁場。檢測漏磁場方法稱為漏磁場檢測,包含磁粉檢測與檢測元件檢測。

其區(qū)分是:

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

檢測元件檢測：是利用磁帶、霍爾元件、磁敏二極管或感應線圈作為磁場傳感器,檢測不連續(xù)性處漏磁場位置、大小和方向。第5頁1.3.1磁粉檢測磁粉檢測(MagneticParticleTesting、簡稱

MT)，又稱磁粉檢驗或磁粉探傷,屬于無損檢測五大常規(guī)方法之一。

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

1-漏磁場2-裂紋3-近表面氣孔4-劃傷5-內(nèi)部氣孔6-磁感應線7-工件

可見,磁粉檢測基礎是不連續(xù)性處漏磁場與磁粉磁相互作用。

第6頁(2)磁粉檢測適用范圍1)

鐵磁性材料工件表面和近表面尺寸很小、間隙極窄(如可檢測出長0.1mm、寬為微米級裂紋)和目視難以看出缺點。馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼材料(如lCr17Ni7)含有磁性,因而能夠進行磁粉檢測。2)工件表面和近表面裂紋、白點、發(fā)紋、折疊、疏松、冷隔、氣孔和夾雜等缺點,但不適合用于檢測工件表面淺而寬劃傷、針孔狀缺點、埋藏較深內(nèi)部缺點和延伸方向與磁感應線方向夾角小于20°缺點。3)未加工原材料(如鋼坯)和加工半成品、成品件及使用過工件及特種設備。 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,也不適合用于檢測銅、鋁、鎂、鈦合金等非磁性材料。第7頁(3)磁粉檢測程序特種設備磁粉檢測七個程序是:1)預處理;2)磁化;3)施加磁粉或磁懸液;4)磁痕觀察與統(tǒng)計;5)缺點評級;6)退磁;7)后處理。第8頁(4)磁粉檢測優(yōu)點及其不足磁粉檢測優(yōu)點:1)可檢測出鐵磁性材料表面和近表面(開口和不開口)缺點。2)能直觀地顯示出缺點位置、形狀、大小和嚴重程度。3)含有很高檢測靈敏度,可檢測微米級寬度缺點。4)單個工件檢測速度快,工藝簡單,成本低廉,污染少。5)采取適當磁化方法,幾乎能夠檢測到工件表面各個部位,基本上不受工件大小和幾何形狀限制。6)缺點檢測重復性好。7)可檢測受腐蝕表面。第9頁磁粉檢測不足:1)只適合用于鐵磁性材料。

不能檢測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)只能檢測表面和近表面缺點。3)檢測時靈敏度與磁化方向有很大關系。若缺點方向與磁化方向近似平行或缺點與工件表面夾角小于20°,缺點就難以發(fā)覺。另外,表面淺而寬劃傷、鑄造皺折也不易發(fā)覺。4)受幾何形狀影響,易產(chǎn)生非相關顯示。5)工件表面覆蓋層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。所以,電接觸部位非導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行退磁處理。第10頁1.3.2檢測元件檢測（3）(1)錄磁探傷法適合用于焊接件和軋制件探傷,可發(fā)覺裂紋、夾雜和氣孔等缺點。(2)感應線圈探傷法應用于各種無損檢測儀器和磁性測量儀器中,能有效地對鋼管、鋼棒和鋼絲繩等進行探傷。(3)磁敏元件探測法能檢測狹縫中磁場分布和測量極其微弱磁場,并能直接顯示磁場強度大小和方向,因而已被廣泛應用。第11頁1.4表面無損檢測方法比較表面無損檢測方法：磁粉檢測、滲透檢測和渦流檢測，其原理和適用范圍區(qū)分很大,而且有各自獨特優(yōu)點和不足。所以無損檢測人員應熟練掌握這三種檢測方法,并能依據(jù)工件材料、狀態(tài)和檢測要求,選擇合理方法進行檢測。磁粉檢測對鐵磁性材料工件表面和近表面缺點含有很高檢測靈敏度,可發(fā)覺微米級寬度小缺點；所以特種設備對鐵磁性材料工件表面和近表面缺點檢測宜優(yōu)先選擇磁粉檢測（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時,方可使用滲透檢測或渦流檢測。表面無損檢測方法比較見表1-1。第12頁第13頁2.1磁現(xiàn)象和磁場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吸附磁粉尤其多區(qū)域稱為磁極。每一小塊磁體總有兩個磁極。

磁力：磁極間相互排斥和相互吸引力稱為磁力

磁化:使原來沒有磁性物體得到磁性過程叫磁化。

2、磁粉探傷物理基礎第14頁2.1.2磁場與磁感應線

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

磁場特征、顯示和磁力線

磁場特征:是對運動電荷(或電流)含有作用力,在磁場改變同時也產(chǎn)生電場。

磁場顯示:磁場大小、方向和分布情況,能夠利用磁感應線來表示。磁力線用途（假想磁感應線）假想，用于形象地描述磁場大小、方向和分布情況。磁感應線疏密程度反應磁場大小。在磁力線密地方磁場大，在磁力線稀地方磁場小，磁感應線在每點切線方向代表磁場方向,磁力線上每點切線方向與該點磁場方向一致。第15頁磁感應線含有以下特征:（1）、磁感應線是連續(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,磁感應線是由N極出發(fā)，穿過空氣進入S極閉合曲線（2）、磁感應線互不相交；

（3）、磁感應線可描述磁場大小和方向；

（4）、磁感應線沿磁阻最小路徑經(jīng)過；

·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線有縮短長度傾向。第16頁1.圓周磁場馬蹄形磁鐵如圖2-2a所表示,含有N極和S極。磁鐵外部,磁感應線從N極出發(fā)穿過空氣進入S極;磁鐵內(nèi)部,磁感應線從S極到N極閉合,它兩極能吸引鐵磁性材料。 漏磁場形成⑴磁極間距變小形成漏磁場:將磁鐵彎曲,使兩磁極靠得很近,如圖2-2b所表示,

磁感應線離開N極,穿過空氣重新進入S極,產(chǎn)生漏磁場。⑵裂紋兩側(cè)形成漏磁場:將磁鐵兩端再彎曲,使兩極熔合成圓環(huán),如圖2-2c所表示,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。假如已周向磁化零件存在與磁感應線垂直裂紋,則在裂紋兩側(cè)馬上產(chǎn)生N極和S極,形成漏磁場,漏磁場能強烈地吸附磁粉形成磁痕,顯示出裂紋缺點。有裂紋處漏磁場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

第17頁圖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。條形磁鐵兩極能強烈地吸附磁粉,說明該條形磁鐵已被縱向磁化,如圖2-3a所表示。磁粉檢測基礎

假如磁感應線被不連續(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2.1.3

真空中恒定磁場1.磁感應強度B電流(運動電荷)周圍存在磁場,人們利用磁感應強度B來定量描述磁場特征。磁感應強度B定義：將原來不含有磁性鐵磁性材料放入外加磁場內(nèi),便得到磁化,它除了原來外加磁場外,在磁化狀態(tài)下鐵磁性材料本身還產(chǎn)生一個感應磁場,這兩個磁場疊加起來總磁場,稱為磁感應強度B。磁感應強度B為矢量,其方向為該點處小磁針N極方向,能夠用右手螺旋法則來確定。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,換算關系為lT=104Gs第19頁能夠用磁感應線來描繪磁場分布,要求:經(jīng)過磁場中某點處垂直于B矢量單位面積磁感應線數(shù)等于該點B矢量大小,該點磁感應線切線方向為B矢量方向。磁感應強度大小等于穿過與磁感應線垂直單位面積上磁通量,所以磁感應強度又稱為磁通密度。在任何磁場中,每一條磁感應線都是無頭無尾閉合線,磁場較強地方,磁感應線較密;反之,磁感應線就較疏,而且磁感應線圍繞方向和電流方向形成右手螺旋關系

磁感應強度不但有外加磁場相關,還與被磁化鐵磁性材料性質(zhì)相關

B=μH。第20頁2、磁通量:

定義：在磁場中，經(jīng)過一給定曲面總磁感應線，稱為經(jīng)過該曲面磁通量。簡稱磁通,它是磁場中垂直穿過某一截面磁感應線條數(shù),用符號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1根磁感應線。二者間換算關系為：1韋[伯](Wb)=108麥[克斯韋](Mx)第21頁對閉合曲面來說,普通要求向外指向為正法線指向,這么,磁感應線從閉合面穿出處磁通量為正,穿入處磁通量為負。因為磁感應線是閉合線,所以,穿入閉合曲面磁感應線數(shù)必定等于穿出閉合曲面磁感應線數(shù),所以經(jīng)過任一閉合曲面總磁通量必定為零.磁場高斯定理:經(jīng)過任一閉合曲面總磁通量必定為零.是電磁場理論基本方程之一。該定理說明,磁場是渦旋場,其磁感應線無頭無尾,恒為閉合。

第22頁3、安培環(huán)路定律依據(jù)畢奧-薩伐爾定律：一個載流導體在空間任一點產(chǎn)生磁感應強度：B=∫LdB=μ0I/2πr真空中安培環(huán)路定律：對任意幾何形狀通電導體磁場，其電流與它所激發(fā)磁場之間普遍存在以下規(guī)律：

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

=4×10-7H/m---真空磁導率I---導線中電流r---該點離開導線距離第23頁2.1.4磁介質(zhì)中磁場1、磁介質(zhì)磁介質(zhì):能影響磁場物質(zhì)。各種宏觀物質(zhì)對磁場都有不一樣程度影響,所以普通都是磁介質(zhì)。設某一電流分布在真空中激發(fā)磁感應強度為Bo,那么在同一電流分布下,當磁場中放進了某種磁介質(zhì)后,磁化了磁介質(zhì)將激發(fā)附加磁感應強度B′,這時磁場中任一點磁感應強度B等于Bo和B′矢量和,

即

B=Bo+B′,因為磁介質(zhì)有不一樣磁化特征,它們磁化后所激發(fā)附加磁場也有所不一樣。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頁順磁性材料被磁化后,磁介質(zhì)中磁感應強度B稍大于Bo,即B>Bo,如鋁、鉻、錳、鉑、氮等,能被磁體輕微吸引?？勾判圆牧媳淮呕?磁介質(zhì)中磁感應強度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)附加磁感應強度B′遠大于Bo,使得B》Bo,如鐵、鎳、鈷及其合金等,鐵磁質(zhì)能顯著地增強磁場,能被磁體強烈吸引。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2、磁化強度M

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

在無外磁場時,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.這是因為受分子雜亂無章熱運動影響,使分子磁矩指向各向概率相等,因而磁介質(zhì)對外不顯磁性.

當磁介質(zhì)處于外磁場B中時,每個分子都受到一個力矩L0=Pm×B,該力矩迫使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場B方向,于是,在外磁場作用下,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)對外就顯示出一定磁性,或者說磁介質(zhì)被磁化了。

第26頁為了描述磁介質(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)中各點磁化強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。

在外磁場中,磁化了磁介質(zhì)會激發(fā)附加磁場,該附加磁場起源于磁化了介質(zhì)內(nèi)所出現(xiàn)束縛電流(實質(zhì)上是分子電流宏觀表現(xiàn))。

從均勻磁化介質(zhì)及長方形閉合回路簡單特例導出,但卻是在任何情況都普遍適用關系式。

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

在電流產(chǎn)生磁場中有磁介質(zhì)存在時,空間任一點磁感應強度B等于導線中電流(稱為傳導電流)所激發(fā)磁場與磁介質(zhì)磁化后束縛電流所激發(fā)附加磁場矢量和。這時安培環(huán)路定理應為將磁化強度式代入得：

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

磁場強度H：磁場含有大小和方向,磁場大小和方向總稱為磁場強度,通常也把單位正磁極所受力稱為磁場強度。

單位為A/m(SI)和Oe(CGS)。

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

物質(zhì)磁化是由外磁場引發(fā),在磁性物質(zhì)中,磁化強度M不但和磁介質(zhì)性質(zhì)相關,也和磁介質(zhì)所處磁場相關。試驗證實,對于各向同性磁介質(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)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.實際上,物質(zhì)被磁化以后必定反過來使物質(zhì)所在部分磁場發(fā)生改變.因為改變后總磁場為B；令磁化后引發(fā)磁場改變?yōu)镠′,稱為附加磁場,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)相對磁導率；其大小μr=1+χm；

μo-真空磁導率；

μ-磁介質(zhì)磁導率,或絕對磁導率；μ=μoμr。

第29頁

磁導率(絕對磁導率):磁感應強度B與磁場強度H比值,用μ表示。磁導率表示材料被磁化難易程度,它反應了材料導磁能力。在SI單位制中單位是亨[利]每米(H/m)。

μ不是常數(shù),隨磁場大小不一樣而改變,有最大值和最小值。

真空磁導率μ。：在真空中,磁導率是一個不變恒定值,用μ。表示,稱為真空磁導率,μo=4π×10-7H/m,單位是H/m相對磁導率μr：為了比較各種材料導磁能力,把任一個材料磁導率和真空磁導率比值,μr=μ/μ。叫做該材料相對磁導率,用μr表示,μr為一純數(shù),無單位。對于各向同性磁介質(zhì),χm和μr都是無量綱常數(shù)。全部順磁性材料、抗磁性材料磁化率都很小,其相對磁導率幾乎等于1,這說明它們對原磁場只產(chǎn)生微弱影響。對于鐵磁性材料,鐵磁質(zhì)中任一點B,M,H三矢量之間普遍關系仍采取式B=μOH+μoM,不過試驗發(fā)覺鐵磁質(zhì)中B與H以及M與H之間并沒有線性正比關系,甚至不存在單值關系,鐵磁質(zhì)磁導率、相對磁導率和磁化率也都不是常數(shù)。第30頁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交換藕合作用,這個相互作用促使相鄰原子中電子磁矩平行排列起來,形成一個自發(fā)磁化到達飽和狀態(tài)微小區(qū)域,這些自發(fā)磁化微小區(qū)域,稱為磁疇。

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

磁疇結(jié)構(gòu)和形狀已能在試驗中觀察到。在磨光鐵磁質(zhì)表面上撒一層極細鐵粉,因為磁疇邊界處存在著不均勻強磁場,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頁如圖2-5a：沒有外加磁場作用,鐵磁性材料內(nèi)各磁疇磁矩方向相互抵消,對外顯示不出磁性。如圖2-5b：當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作用,一是使磁疇磁矩轉(zhuǎn)動,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,顯示出很強磁性。如圖2-5c：去掉外加磁場之后,磁疇出現(xiàn)局部轉(zhuǎn)動,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頁永久磁鐵中磁疇,在一個方向上占優(yōu)勢,因而形成N極和S極,能顯示出很強磁性。居里點或居里溫度:鐵磁性材料失去原有磁性臨界溫度。在高溫情況下,磁體中分子熱運動會破壞磁疇有規(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磁化,

從居里點以上高溫冷卻下來時,只要沒有外磁場影響,材料依然處于退磁狀態(tài)。第33頁2.2.2磁化過程磁疇磁矩轉(zhuǎn)動；磁疇壁發(fā)生位移；第34頁磁化過程

圖2-6鐵磁性材料磁化過程1.圖2-6a:未加外加磁場時,磁疇磁矩雜亂無章,對外不顯示宏觀磁性。2.圖2-6b:在較小磁場作用下,磁矩方向與外加磁場方向一致或靠近磁疇體積增大,而磁矩方向與外加磁場方向相反磁疇體積減小,疇壁發(fā)生位移。 3.圖2-6c:增大外加磁場時,磁矩轉(zhuǎn)動疇壁繼續(xù)位移,最終只剩下與外加磁場方向比較靠近磁疇。 4.圖2-6d:繼續(xù)增大外加磁場,磁矩方向轉(zhuǎn)動,與外加磁場方向靠近.5.圖2-6e:當外加磁場增大到一定值時,全部磁疇磁矩都沿外加磁場方向有序排列,到達磁化飽和,相當于一個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)過換向開關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)過測量線圈中電流I,算出材料內(nèi)部磁場強度H值;用沖擊檢流計或磁通計測量此時穿過環(huán)形樣品橫截面磁通量φ,從而計算出磁感應強度B值;將磁場強度H值和磁感應強度B值代人式B=μOH+μoM能夠計算出磁化強度M值。依據(jù)計算結(jié)果畫成初始磁化曲線、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),它反應了鐵磁性物質(zhì)共同磁化特點。試驗結(jié)果表明鐵磁質(zhì)磁化曲線有以下特點:設磁化前鐵磁質(zhì)為磁中性,鐵磁環(huán)中H=0,M=0,當磁場H逐步增加時,M隨之增加,開始增加得比較遲緩(oa段),然后經(jīng)過一段急劇上升過程(ab段),又進入遲緩改變階段(bQ段和Qm段),這時,再繼續(xù)增大磁化場,M卻保持不變(ms段),鐵磁質(zhì)已磁化到飽和,飽和時磁化強度叫做飽和磁化強度Mm。圖中未抵達飽和磁化狀態(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曲線關系,它是制訂周向磁化規(guī)范選取磁場大小依據(jù)。在連續(xù)法磁化時,磁場值一定要大于Hμm,在Hμm-Hl范圍內(nèi),屬于急劇磁化區(qū)或激烈磁化區(qū)。標準規(guī)范應選在bQ段,即Hl-H2(近飽和區(qū))范圍內(nèi)。嚴格規(guī)范應選在QM段,即H2-H3(基本飽和區(qū))范圍內(nèi)。從圖上能夠看出,磁場強度在大于Hμm后,H越大,μ值則越小,磁化后產(chǎn)生漏磁場就越大,探傷靈敏感度就越高。

第38頁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作用下，因為在工件上磁感應強度改變滯后于磁化場改變，形成一個葉子形閉合回線，稱為磁滯回線如圖2-10所表示。當鐵磁性材料在外加磁場強度作用下磁化到1點后,減小磁場強度到零,磁感應強度并不沿曲線1-0下降,而是沿曲線1-2降到2點,這種磁感應強度改變滯后于磁場強度改變現(xiàn)象叫磁滯現(xiàn)象,它反應了磁化過程不可逆性。初始磁化曲線:當磁場強度增大到1點時,磁感應強度不再增加,得到0-1曲線。剩下磁感應強度:當外加磁場強度H減小到零時,保留在材料中磁性,簡稱剩磁,用Br表示,如圖中02和05。矯頑力:為了使剩磁減小到零,必須施加一個反向磁場強度,使剩磁降為零所施加反向磁場強度,用Hc表示.如圖中03和06。

圖2-10磁滯回線第39頁假如反向磁場強度繼續(xù)增加,材料就展現(xiàn)與原來方向相反磁性,一樣可到達飽和點m′,當H從負值減小到零時,材料含有反方向剩磁-Br,即05。磁場經(jīng)過零值后再向正方向增加時,為了使-Br減小到零,必須施加一個反向磁場強度,如圖中06,磁場在正方向繼續(xù)增加時曲線回到1點,完成一個循環(huán),如圖中1-2-3-4-5-6-1,即材料內(nèi)磁感應強度B是按照一條對稱于坐標原點閉合磁化曲線改變,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為飽和磁感應強度,表示工件在飽和磁場強度±Hm磁化下B到達飽和,不再隨H增大而增大,對應磁疇全部轉(zhuǎn)向與磁場方向一致。α為初始磁化曲線切線與x軸夾角,α=arctan(B/H)。α大小反應鐵磁性材料被磁化難易程度。圖2-10磁滯回線第40頁鐵磁性材料特征:(1)高導磁性—能在外加磁場中強烈地磁化,產(chǎn)生非常強附加磁場,它磁導率很高,相對磁導率可達數(shù)百甚至數(shù)千。(2)磁飽和性—鐵磁性材料因為磁化所產(chǎn)生附加磁場,不會隨外加磁場增加而無限地增加,當外加磁場到達一定程度后,全部磁疇方向都與外加磁場方向一致,磁感應強度B不再增加,展現(xiàn)磁飽和。(3)磁滯性—當外加磁場方向發(fā)生改變時,磁感應強度改變滯后于磁場強度改變。當磁場強度減小到零時,鐵磁性材料在磁化時所取得磁性并不完全消失,而保留了剩磁。第41頁依據(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認為是軟磁材料,其磁滯回線如圖2-11a所表示。Hc≥10OA/m認為是硬磁材料,其磁滯回線如圖2-11b所表示。當代電動機中慣用一個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,其特點是:一經(jīng)磁化,其剩下磁感應強度靠近于非常穩(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,含有高磁導率、低矯頑力和低磁阻鐵磁性材料。軟磁材料磁粉檢測時輕易磁化,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。硬磁材料磁粉檢測時難以磁化,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2.3電流磁場2.3.1通電圓柱導體磁場

1、磁場方向:與電流方向相關,用右手定則確定;

當電流流過圓柱導體時，產(chǎn)生磁場是以導體中心軸線為圓心同心圓，在半徑相等同心圓上，磁場強度相等。

2、磁場大小:安培環(huán)路定律計算

∮H·dl=∑I

依據(jù)上式,通電直長導體表面磁場強度為:H=I/2πR圖2-12通電圓柱導體磁場a導體內(nèi)磁場b導體外磁場第43頁電流磁場導體外部磁場強度導體內(nèi)部磁場強度第44頁式中：H一磁強強度(A/m)I一電流強度(A)R一圓柱導體半徑(m)

導體外r處(r＞R)和導體內(nèi)部r處(r＜R)磁場強度：r＞R時：H=I/2πR；

r＜R時：H=Ir/2πR2；

CGS單位制公式：連續(xù)法(I=8D)和剩磁法(I=25D)經(jīng)驗公式起源：普通要求工件表面磁場強度，連續(xù)法時最少到達2400A/m,剩磁法時最少到達8000A/m,代入上式可得。圓柱導體內(nèi)、外及表面磁場強度分布如右圖2-13所表示：第45頁3、應用(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所表示,其共同點是:1)中心處,磁場強度為零。2)表面,磁場強度到達最大。3)離開表面,磁場強度隨r增大而下降。其不一樣點是: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,因為集膚效應,只有在鋼棒近表面才有磁場強度,并遲緩上升,而在靠近鋼棒表面時,快速上升到達最大值。圖2-14a鋼棒通交、直流電磁化磁場強度分布圖第46頁磁感應強度分布如圖2-14b所表示。與圖2-14a不一樣點是:

1)因為鋼棒磁導率高,

B=μH,所以B遠大H,Bm遠大于Hm。

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

第47頁(2)鋼管中心導體法磁化用直流電中心導體法磁化鋼管時,磁場強度和磁感應強度分布如圖2-15所表示從圖中能夠看出,在通電中心導體(銅棒)內(nèi)、外磁場分布與圖2-14a相同。在鋼管內(nèi)是空氣,因為銅棒μr≈1,所以只存在磁場強度H。在鋼管上因為μr》1,所以能感應產(chǎn)生較大磁感應強度;又因為H=I/2πr,且鋼管內(nèi)半徑比外半徑r小,因而鋼管內(nèi)壁較外壁磁場強度和磁感應強度都大,探傷靈敏度高。離開鋼管外表面,在空氣中,μr≈1,B≈H,所以磁感應強度突降后,與H曲線重合。圖2-15直流電中心導體法磁化鋼管磁場強度和磁感應強度分布第48頁采取中心導體法對鋼管進行磁化時,普通推薦采取直流電或三相全波整流電。因為,采取脈動成份很大交流電磁化時,因為電磁感應作用,在鋼管內(nèi)表面會產(chǎn)生很大渦電流,從而產(chǎn)生很大磁感應強度,而鋼管外表面磁感應強度變得很小,輕易漏檢缺點。

第49頁2.3.2通電鋼管磁場1.磁場方向同通電圓柱導體磁場一樣,用右手定則來確定。2.磁場強度計算(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,所以其磁場強度為零。 (2)鋼管橫截面內(nèi)部鋼管通直流電磁化磁場強度分布如圖2-16所表示,鋼管所通直流電電流強度為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,因為其內(nèi)部磁場強度為零,所以不能用磁粉檢測方法來檢測內(nèi)表面缺點圖2-16鋼管通直流電磁化磁場強度分布第50頁2.3.3通電線圈磁場1.磁場方向在線圈中通以電流時,線圈內(nèi)產(chǎn)生磁場是與線圈軸平行縱向磁場。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,與四指垂直拇指所指方向就是線圈內(nèi)部磁場方向,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)生縱向磁場第51頁通電線圈磁場通電線圈中心磁場強度短螺管線圈有限長螺管線圈無限長螺管線圈第52頁圖2-18空載通電線圈中心磁場強度2.磁場強度計算空載通電線圈中心磁場強度如圖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強度為式中：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）,α—線圈對角線與軸線夾角。

第53頁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線均勻而緊密排列同軸線圈;多層螺管線圈相當于若干個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。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。第54頁圖2-19a短螺管線圈中心軸線上磁場分布b螺管線圈橫截面上磁場分布c有限長螺管線圈中心軸線上磁場分布(3)按通電線圈長度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,磁場分布極不均勻。中心比兩端強,如圖2-19a所表示。在線圈橫截面上,靠近線圈內(nèi)壁磁場強度較線圈中心強,如圖2-19b所表示。2)有限長螺管線圈(L>D)在有限長螺管線圈內(nèi)部中心軸線上,磁場分布較均勻,磁感應線方向大致上與中心軸線平行,線圈兩端處磁場強度為中心1/2,如圖2-19c所表示。在線圈橫截面上,靠近線圈內(nèi)壁磁場強度較線圈中心強,如圖2-19b所表示。3)無限長螺管線圈(L》D)或在無限遠處頭尾相接線圈;無限長螺管線圈內(nèi)部磁場分布均勻,而且磁場只存在于線圈內(nèi)部,磁感應線方向與線圈中心軸線平行。第55頁4.應用(l)開路磁化把需要磁化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。線圈法磁化磁化力普通用安臣數(shù)(NI)表示。線圈法磁化工件時,因為在工件兩端產(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組成電磁扼或交叉磁軛對工件進行磁化,常稱為磁軛法閉路磁化。磁軛法磁化時,以提升力來衡量導人工件磁感應強度或磁通。磁軛法磁化工件不產(chǎn)生磁極,因而沒有退磁場影響。第56頁2.3.4感應電流和感應磁場1.感應電流和感應磁場產(chǎn)生

感應電流和感應磁場產(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線圈。當線圈中通以交流電時,經(jīng)過鐵心磁通也是交變,因為電磁感應作用,因而在工件中就產(chǎn)生了周向感應電流。該感應電流在工件中又產(chǎn)生磁場,稱為感應磁場。2.應用

主要應用在環(huán)形工件磁化中。圖2-20感應電流和感應磁場產(chǎn)生第57頁2.4磁場合成

當有多個磁場同時對工件進行多方向磁化時,對工件作用磁場應是各磁場矢量和,即合成磁場為各個磁場矢量疊加。下面介紹兩種慣用合成磁場。

2.4.1交叉磁軛磁場所成1.旋轉(zhuǎn)磁場形成交叉磁軛屬于復合磁化(多向磁化)。它是利用兩相或多相磁場相互疊加而形成合成磁場對工件進行磁化,如圖2-21a所表示。交叉磁軛能夠形成旋轉(zhuǎn)磁場。它四個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)生磁場波形圖如圖2-21b所表示。當條件適當時,其合成磁場就以與激磁電流一樣頻率,在四個磁極所在平面不停旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)磁場所以而得名。能形成旋轉(zhuǎn)磁場基本條件是:兩個磁軛幾何夾角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l,2兩相磁軛激磁電流產(chǎn)生磁場分別為: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)生磁場波形圖第58頁第59頁2、交叉磁軛式旋轉(zhuǎn)磁場形成過程所謂旋轉(zhuǎn)磁場是在工件兩個相互垂直方向上同時施加兩個交流分磁場：Hx（t）和Hy（t）；若設磁場幅值為Hm，則Hmx=Hmy=Hm；且頻率相同；存在一個相位差φ。兩個交流分磁場為：Hx=HmsinωtHy=Hmsin（ωt-φ）依據(jù)磁場矢量疊加原理，其大小為：合成矢量角為：α=tan-1[cosφ－sinφtan（ωt+φ1）]也就是說，合成磁場指向在一個平面內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動，旋轉(zhuǎn)磁場所以得名。當φ=π/2時，H=Hm，α=－（ωt+φ1），即合成磁場幅值為常量，其軌跡按順時針方向作圓周運動。也就是說，此時它在工件各方向上檢測靈敏度相同。當前市售磁軛式旋轉(zhuǎn)磁場探傷儀，就是依據(jù)這個原理制成。第60頁交叉磁軛產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場以下列圖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過程，是每隔π/6相位角進行一次磁場所成結(jié)果。伴隨時間改變,合成磁場方向在旋轉(zhuǎn),當激磁電流相位角ωt由0逐步變到2π時,其合成磁場恰好旋轉(zhuǎn)一周。當所用交流電為5OHz時,旋轉(zhuǎn)一周所需時間為0.02s。第61頁3.旋轉(zhuǎn)磁場分布特點交叉磁軛磁場不論在四個磁極內(nèi)側(cè)還是外側(cè),其分布都是極不均勻。只有在幾何中心點附近很小范圍內(nèi),其旋轉(zhuǎn)磁場橢圓度改變不大,而離開中心點較遠其它位置,其橢圓度改變很大,甚至不能形成旋轉(zhuǎn)磁場。另外四個磁極外側(cè)依然有旋轉(zhuǎn)磁場存在,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入被檢測工件有效磁通多少,亦即工件被磁化后其磁感應強度大小。提升力必須大于某一值后,才能確保被檢工件有效磁感應強度,亦即確保檢測靈敏度。第62頁2.4.1擺動磁場合成第63頁2.5退磁場2.5.1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)生磁場;它對外加磁場有減弱作用,用符號△H表示。

退磁場與材料磁化強度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即只有線圈法（工件中產(chǎn)生渦流）第64頁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,它減弱了外加磁場,所以工件上有效磁場用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A/m;Ho--外加磁場A/m;

△H--退磁場A/m.μr--相對磁導率。第65頁2.5.3影響退磁場大小原因退磁場使工件上有效磁場減小,一樣也使磁感應強度減小,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大小原因,如用適當增大磁場強度或L/D值方法,克服退磁場影響。1.退磁場大小與外加磁場強度大小相關。外加磁場強度越大,工件磁化得越好,產(chǎn)生N極和S極磁場越強,因而退磁場也越大。2.退磁場大小與工件L/D值相關。工件L/D值越大,退磁場越小。將兩根長度相同而直徑不一樣鋼棒分別放在同一線圈中,用相同磁場強度磁化時,L/D值大鋼棒比L/D值小鋼棒表面磁場強度大,標準試片上磁痕清楚,說明退磁場小。

計算L/D時:對于實心工件,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。 對于中空非圓筒形工件,應采取有效直徑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

。對于中空圓筒形工件,設外直徑為Do,內(nèi)直徑為Di,應采取有效直徑Deff代替,即.第66頁3.退磁因子N與工件幾何形狀相關?？v向磁化所需磁場強度大小與工件幾何形狀及L/D值相關。這種影響磁場強度幾何形狀原因稱為退磁因子,用N表示,它是L/D函數(shù)。對于完整閉合環(huán)形試樣,N=0;對于球體,N=0.333;長短軸比值等于2橢圓體,N=0.14;對于圓鋼棒,N與鋼棒長度和直徑比L/D關系是,L/D越小,N越大,也就是說,伴隨L/D減小N增大,退磁場也增大.4.磁化尺寸相同鋼管和鋼棒,鋼管比鋼棒產(chǎn)生退磁場小。設鋼棒外直徑為D,與鋼管外直徑Do相等,同時鋼管內(nèi)直徑為Di。鋼管為空心,應采取有效直徑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小。5.磁化同一工件時,交流電比直流電產(chǎn)生退磁場小。因為交流電有集膚效應,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,交流電產(chǎn)生退磁場小。第67頁第68頁磁感應線折射

當磁通量從一個介質(zhì)進入另一個介質(zhì)時,它量不變。

不過假如這兩種介質(zhì)磁導率不一樣,那么這兩種介質(zhì)中磁感應強度就不一樣,方向也會改變,這稱為磁感應線折射,并遵照折射定律:

當磁感應線由鋼鐵進入空氣,或者由空氣進入鋼鐵,在空氣中磁感應線實際上是垂直。

磁感應強度邊界條件：

（法向分量連續(xù)）（切向分量連續(xù)）

:

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

是因為空氣磁導率遠遠低于鐵磁性材料磁導率。假如在磁化了鐵磁性工件上存在著不連續(xù)性或裂紋,則磁感應線優(yōu)先經(jīng)過磁導率高工件,這就迫使一部分磁感應線從缺點下面繞過,形成磁感應線壓縮。不過,工件上這部分可容納磁感應線數(shù)目也是有限,又因為同性磁感應線相斥,所以,一部分磁感應線從不連續(xù)性中穿過,另一部分磁感應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點又折回工件,形成了漏磁場。第70頁2.7.2缺點漏磁場分布缺點產(chǎn)生漏磁場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。假設有一矩形缺點,則在矩形中心,漏磁場水平分量有極大值,并左右對稱;而垂直分量為經(jīng)過中心點曲線,缺隙漏磁場分布如圖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,假如將兩個分量合成,則可得到如圖2-22c所表示漏磁場。a)水平分量

b)垂直分量

c)合成漏磁場

圖2-22缺點漏磁場分布

第71頁

圖2-23磁粉受漏磁場吸引

圖2-24磁粉受力分析

F1一漏磁場磁力F2一重力F3一液體介質(zhì)懸浮力

F4一磁力F5一靜電力缺點處產(chǎn)生漏磁場是磁粉檢測基礎。漏磁場是看不見,還必須有顯示或檢測漏磁場伎倆。磁粉檢測是經(jīng)過漏磁場引發(fā)磁粉聚集形成磁痕顯示進行檢測。漏磁場對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,并沿著磁感應線排列起來。當磁粉兩極與漏磁場兩極相互作用時,磁粉就會被吸引并加速移到缺點上去。漏磁場磁力作用在磁粉微粒上,其方向指向磁感應線最大密度區(qū),即指向缺點處,如圖2-23所表示。漏磁場寬度要比缺點實際寬度大數(shù)倍至數(shù)十倍,所以磁痕對缺點寬度含有放大作用,能將目視不可見缺點變成目視可見磁痕使之輕易觀察出來。磁粉除了受漏磁場磁力之外,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)力作用下移動到缺點處,即漏磁場吸引力把磁粉吸引到缺點處。磁粉受力分析如圖2-24所表示。第72頁2.7.3影響漏磁場原因漏磁場大小,對檢測缺點靈敏度至關主要。因為真實缺點含有復雜幾何形狀,準確計算漏磁場大小是難以實現(xiàn),測量又受試驗條件影響,所以定性地討論影響漏磁場規(guī)律和原因,含有很主要意義。1.外加磁場強度影晌缺點漏磁場大小與工件磁化程度相關,從鐵磁性材料磁化曲線得知,外加磁場大小和方向直接影響磁感應強度改變。普通說來,外加磁場強度一定要大于Hμm即選擇在產(chǎn)生最大磁導率μm對應Hμm點右側(cè)磁場強度值,此時磁導率減小,磁阻增大,漏磁場增大。當鐵磁性材料磁感應強度到達飽和值80%左右時,漏磁場便會快速增大。2.缺點位置及形狀影晌 (1)缺點埋藏深度影響缺點埋藏深度,即缺點上端距工件表面距離,對漏磁場產(chǎn)生有很大影響。一樣缺點,位于工件表面時,產(chǎn)生漏磁場大;若位于工件近表面,產(chǎn)生漏磁場顯著減小;若位于距工件表面很深位置,則工件表面幾乎沒有漏磁場存在。第73頁圖2-25顯現(xiàn)缺點方向示意圖

①-磁場方向②-最正確靈敏度③-靈敏度減?、?靈敏度不足α-磁場和缺點間夾角度αmin-顯現(xiàn)最小角度αi-實例(2)缺點方向影響缺點可檢出性取決于缺點延伸方向與磁場方向夾角。如圖2-25所表示為顯現(xiàn)缺點方向示意圖,當缺點垂直于磁場方向時,漏磁場最大,也最有利于缺點檢出,靈敏度最高,伴隨夾角由90°減小,靈敏度下降;當缺點與磁場方向平行或夾角小于30°時,則幾乎不產(chǎn)生漏磁場,不能檢出缺點。(3)缺點深寬比影響一樣寬度表面缺點,假如深度不一樣,產(chǎn)生漏磁場也不一樣。在一定范圍內(nèi),漏磁場增加與缺點深度增加幾乎成線性關系;當深度增大到一定值后,漏磁場增加變得遲緩。當缺點寬度很小時,漏磁場伴隨寬度增加而增加,并在缺點中心形成一條磁痕;當缺點寬度很大時,漏磁場反而下降,如表面劃傷又淺又寬,產(chǎn)生漏磁場很小,在缺點兩側(cè)形成磁痕,而缺點根部沒有磁痕顯示。缺點深寬比是影響漏磁場一個主要原因,缺點深寬比越大,漏磁場越大,缺點越輕易檢出。第74頁圖2-26a、b、c表面覆蓋層對磁痕顯示影響

d、漆層厚度對漏磁場影響3.工件表面覆蓋層影響

工件表面覆蓋層會影響磁痕顯示,如圖2-26所表示為工件表面覆蓋層對磁痕顯示影響。圖中有三個深寬比一樣橫向裂紋,縱向磁化后產(chǎn)生一樣大小漏磁場,圖2-26a所表示裂紋上沒有覆蓋層,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,漏磁場不能泄漏到覆蓋層之上,所以不吸附磁粉,沒有磁痕顯示,磁粉檢測就會漏檢。漆層厚度對漏磁場影響如圖2-26d所表示。第75頁4.工件材料及狀態(tài)影晌依據(jù)化學成份不一樣,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,沒有磁性,不能進行磁粉檢測。高絡不銹鋼如1Cr13和Cr17Ni2,室溫下主要成份為鐵素體和馬氏體,含有一定磁性,能夠進行磁粉檢測。另外沉淀硬化不銹鋼也有磁性,能夠進行磁粉檢測。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,當合金成份進入晶格以及冷加工或熱處理使晶格發(fā)生畸變時,都會改變磁性。矯頑力與鋼硬度有著相對應關系,即矯頑力伴隨硬度增大而增大,漏磁場也增大。第76頁下面列舉工件材料和狀態(tài)對漏磁場影響: (1)晶粒大小影響晶粒越大,磁導率越大,矯頑力越小,漏磁場就越小;相反,晶粒越小,磁導率越小,矯頑力越大,漏磁場也越大。(2)含碳量影響對碳鋼來說,在熱處理相近時,對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,相對磁導率則伴隨含碳量增加而下降,漏磁場也增大。(3)熱處理影響鋼材處于退火與正火狀態(tài)時,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,矯頑力則降為720A/m。(4)合金元素影響因為合金元素加入,材料硬度增加,矯頑力也增加,所以漏磁場也增加。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,漏磁場也會增大。第77頁2.8磁粉檢測光學基礎2.8.1光度量術語及單位光：能夠直接引發(fā)視覺電磁輻射；光度學:相關視覺效應評價輻射量學科；

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)果直接相關發(fā)光強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I表示，單位坎【德拉】（cd）光通量是指能引發(fā)眼睛視覺強度輻射通量。用符號Φ表示,單位是流明。流明是發(fā)光強度為1cd均勻點光源在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。表面上一點輻照度是入射在包含該點面元上輻射通量。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時，在波長范圍為400-760nm可見光下觀察磁痕?？梢姽馐悄恳暱梢姽?，即包含紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色光。熒光磁粉檢測時，采取波長范圍為320-400nm紫外線（被稱為黑光）激發(fā)熒光磁粉磁痕，產(chǎn)生波長范圍為510-550nm黃綠色熒光。光致發(fā)光：許多原來在可見白光下不發(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)過很長時間才停頓發(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)，因為熒光磁粉表面包覆一層熒光染料當黑光照射到熒光磁粉上時，熒光物質(zhì)便吸收黑光能量。第79頁2.8.3紫外線紫外線是指波長為100-400nm不可見光,其電磁波譜圖位于可見光和X射線之間。不是全部紫外線都能夠用于熒光磁粉檢測,只有波長為320～400nm黑光(UV-A)才能用于熒光磁粉檢測(峰值波長為365nm)。波長320-400nm紫外線稱為UV-A、黑光或長波紫外線。UV-A長波紫外線適合用于熒光磁粉檢測，他峰值波長約為365nm。波長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。波長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，醫(yī)院使用UV-C紫外線還殺菌。第80頁2.8.4人眼對光響應

人眼睛在強光下，對光強度微小差異不敏感，而對顏色和對比度差異區(qū)分能力很高。在暗光下區(qū)分顏色和對比度本事很差，卻能看出微弱發(fā)光物體或光源。因為在暗光下，眼睛瞳孔會自動放大，能吸收更多光。黑暗適應：當人從光明處進入暗區(qū)時，短時間內(nèi)，眼睛看不見周圍東西，必須過一段時間才能看見現(xiàn)象。進行熒光磁粉檢測室黑暗適應時間需要3-5min。一樣，從暗區(qū)到明亮地方，也需要足夠恢復時間。人眼睛對各色光敏感性是不一樣，依據(jù)標準光度觀察者測定結(jié)果只有波長為555nm黃綠色光，它明視覺光譜光視效率是1，對人眼最敏感。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比度，因而缺點磁痕在暗區(qū)含有很好可見度，檢測缺點靈敏度高。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，變暗程度與輻射入射量成正比，影響對熒光磁粉磁痕觀察和識別，所以不允許使用。因為熒光磁粉檢驗區(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目眼鏡，它能阻擋紫外線和大多數(shù)紫外光與藍光，但應注意，不得降低對黃綠色熒光磁粉磁痕檢出能力。第81頁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)管兩端各有一個主電極,管內(nèi)裝有水銀和氬氣,在主電極旁邊裝有一個引燃用輔助電極,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)過對燈兩端電壓自動調(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,水銀逐步氣化,等到管內(nèi)產(chǎn)生足夠水銀蒸汽時,方才發(fā)生主電極間水銀弧光放電,產(chǎn)生紫外線。這個過程大約需要3～5min,因為產(chǎn)生紫外線,石英內(nèi)管水銀蒸汽可到達4～5個大氣壓,所以這種紫外燈又叫高壓水銀燈

第82頁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波長黑光經(jīng)過,起到濾光片作用。外點錐體內(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)出光既包含不可見紫外光,也包含可見光。不可見光由峰值在365nm附近，這正是熒光磁粉所需要波長,而可見光和中涉及短波紫外線則是不需要。因為可見光影響熒光磁粉磁痕識別,中波和短波紫外光對人眼有傷害。所以,采取濾光片將不需要光線濾掉,僅讓UV-A黑光經(jīng)過,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:(1）黑光燈剛點燃時,輸出達不到最大值,所以檢驗工作應最少等3min以后再進行.(2)要盡可能降低燈開關次數(shù),頻繁開啟會縮短燈壽命。(3)黑光燈使用后,輻射能量下降,所以應定時測量黑光輻照度(4)電源電壓波動對黑光燈影響很大。電壓低,燈可能開啟不了,或使點燃燈熄滅。當使用電壓超出燈額定電壓時,對燈使用壽命又影響很大,所以必要時應裝穩(wěn)壓電源,以保持電源電壓穩(wěn)定。(5)濾光片上有臟污,應及時去除,因為會影響黑光發(fā)出。(6)防止將磁懸液濺到黑光燈泡上,使燈泡炸裂。(7)不要將黑光燈直對著人眼睛照。(8)濾光片假如有裂紋,應及時更新,因為會使可見光和中、短波紫外光經(jīng)過，對人體有害。第83頁第84頁第85頁3、磁化方法與磁化電流3.1磁化電流在電場作用下,電荷有規(guī)則運動形成電流。電路：電流經(jīng)過路徑稱為,它普通由電源、連接導線和負載組成。電流：單位時間內(nèi)流過導體某一截面電量,用I表示,單位是安[培](A)。在磁粉檢測中,是用電流來產(chǎn)生磁場,慣用不一樣電流對工件進行磁化。這種為在工件上形成磁化磁場而采取電流叫做磁化電流。因為不一樣電流隨時間改變特征不一樣,在磁化時所表現(xiàn)出性質(zhì)也不一樣,所以,在選擇磁化設備與確定工藝參數(shù)時,應考慮不一樣電流種類影響。磁粉檢測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頁磁化電流交流電整流電第87頁3.1.1交流電

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

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

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

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)過一個交流周期時間,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換算關系為Im≈1.414I交流電平均值：交流電在半個周期(T/2)范圍內(nèi)各瞬間算術平均值用Id表示。交流電峰值和平均值換算關系為Id≈0.637Im。在一個周期內(nèi),交流電平均值等于零。第88頁圖3-1集膚效應2.集膚效應集膚效應：交變電流經(jīng)過導體時,導體表面電流密度較大而內(nèi)部電流密度較小現(xiàn)象。原理：導體在改變著磁場里因電磁感應而產(chǎn)生渦流,在導體表面附近,渦流方向與原來電流方向相同,使電流密度增大;而在導體軸線附近,渦流方向則與原來電流方向相反,使導體內(nèi)部電流密度減弱,如圖3-1所表示。材料電導率和相對磁導率增加時,或交流電頻率提升時,都會使集膚效應愈加顯著。通常50Hz