無損檢測(cè)(NDT)之：磁力檢測(cè)
關(guān)于鋼管，無縫鋼管，焊接鋼管，精密鋼管 等鋼材的無損檢測(cè)(NDT)，本站之前發(fā)表過：渦流探傷原理 鋼材焊縫無損探傷四種方法比較 無損檢測(cè)新標(biāo)準(zhǔn)羅列 鍋爐鋼管等壓力容器的無損探傷介紹 無損檢測(cè)（NDT）之VT和UT的對(duì)比 今天我們?cè)賮硪黄饘W(xué)習(xí)學(xué)習(xí) 鋼材的磁力檢測(cè)方面的相關(guān)知識(shí)。
磁力檢測(cè)屬于無損檢測(cè)范疇里的表面及近表面檢測(cè)技術(shù)。表面及近表面檢測(cè)方法有磁力檢測(cè)、滲透檢測(cè)和渦流檢測(cè)等方法。本期講述磁力檢測(cè)。磁力檢測(cè)是通過對(duì)鐵磁性材料進(jìn)行磁化，在缺陷部位所產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)來發(fā)現(xiàn)表面或近表面缺陷的無損檢測(cè)方法。包括磁粉檢測(cè)、漏磁檢測(cè)（磁敏探頭法）和錄磁檢測(cè)等方法。
一、磁力檢測(cè)原理與磁化方法
工件在磁場(chǎng)中被磁化后，缺陷部位產(chǎn)生漏磁磁場(chǎng)；在被檢物上撒上磁粉，缺陷部位磁粉附著痕跡與非缺陷部位明顯不同，從而顯示出缺陷。
磁粉檢測(cè)只適用于鐵磁材料（鐵、鎳、鈷及其合金等）；鐵磁材料上非磁性涂層厚度小于 50μm 時(shí)，對(duì)磁粉檢測(cè)靈敏度影響很小。
缺陷長(zhǎng)度方向與磁場(chǎng)方向的垂直度，是磁粉檢測(cè)的重要條件。
磁場(chǎng)強(qiáng)度H（A/M）與材料中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁通密度）B 的關(guān)系為：
B=μH
式中
μ——磁導(dǎo)率（H/m）
電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系為：
H=0.16I/R , 通電圓柱形導(dǎo)體表面
H=0.16I·r/R2 ，通電圓柱形導(dǎo)體內(nèi)部
H=0.32πNIcosα/L ， 螺管線圈中心
式中
I ——電流（A）
R——導(dǎo)體外表面距導(dǎo)體中心距離（m）
r ——導(dǎo)體內(nèi)部距導(dǎo)體中心距離
L——線圈長(zhǎng)度（m）
α——線圈對(duì)角線與軸線之間夾角
被檢物周向與縱向磁化方法列于表1 中。原理如圖 1所示。
▼表1 周向與縱向磁化方法
▲圖1 周向和縱向磁化方法
a）軸向通電法 b）中心導(dǎo)體法 c）電極觸電法
d）線圈法 e）電磁鐵法 f）磁軛法
復(fù)合磁化能取得相互垂直的磁場(chǎng)；示例如圖2 所示。它至少需要一個(gè)交流磁場(chǎng)
▲圖2 復(fù)合磁化法示例
（至少有一個(gè)交流磁場(chǎng)）
▲圖3 旋轉(zhuǎn)（磁場(chǎng)）磁化法
按電源分類有交流電磁化，直流線或整流電磁化。采用交流電可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合磁化和電流法磁化。
▲安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)暗室里的熒光磁粉探傷機(jī)
二、磁粉檢測(cè)過程與技術(shù)
在被檢物充磁狀態(tài)下敷粉檢測(cè)，稱為連續(xù)法，
在被檢物充磁后敷粉檢測(cè)，稱為剩磁法。
2.1 檢測(cè)靈敏度與靈敏度試片
磁粉檢測(cè)靈敏度是指可檢出缺陷的最小尺寸，即絕對(duì)靈敏度。
磁粉檢測(cè)靈敏度取決于磁化方法與規(guī)范、磁粉或磁懸浮液的性質(zhì)、被檢物材料特性及缺陷的位置等。一些磁化方法可達(dá)到的靈敏度見表2 。
▼表2 磁粉檢測(cè)靈敏度
有關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)被檢物檢測(cè)靈敏度提出了明確要求，實(shí)際檢測(cè)中采用靈敏度標(biāo)準(zhǔn)試片或試塊校準(zhǔn)，或驗(yàn)證被檢物檢測(cè)靈敏度，靈敏度試片(塊)還用于大致確定磁化電流值，用于考察被檢物各處磁場(chǎng)分布規(guī)律等。
A型標(biāo)準(zhǔn)試片為20mmX20mm薄片,上面刻有10mm的圓,圓內(nèi)刻有十字缺陷槽。A型試片規(guī)格與分類見表3 。
▼表3 A型試片規(guī)格與分類
▲直流標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形試塊實(shí)物圖片
▲圖5 磁場(chǎng)指示器
▲磁場(chǎng)指示器實(shí)物圖片
2.2 檢測(cè)方法與磁化方法選擇
連續(xù)充磁時(shí)間長(zhǎng)，磁化效果好。軟磁材料（軟鐵、低碳鋼、鐵鎳合金等）應(yīng)采用連續(xù)法檢測(cè)。剩磁大的被檢物，（如高碳鋼、潔凈表面硬化的結(jié)構(gòu)鋼等）可以采用剩磁法檢測(cè)。
剩磁法檢測(cè)靈敏度比連續(xù)法低，只適用于檢測(cè)表面缺陷，對(duì)近表面缺陷很不敏感。但剩磁檢測(cè)法效率高，適用于大批量的小件檢測(cè)。
被檢物形狀和預(yù)計(jì)的缺陷方向與磁場(chǎng)方向（H）垂直時(shí)，檢測(cè)靈敏度最高。與磁場(chǎng)方向（H）平行時(shí)可能檢測(cè)不到缺陷。周向磁化法或縱向磁化法的選擇可參照表1。對(duì)長(zhǎng)度和重量超過探傷機(jī)技術(shù)指標(biāo)的被檢物，用分段繞電纜的方法進(jìn)行縱向檢測(cè)。換裝薄型被檢物用感應(yīng)電流法測(cè)其環(huán)狀缺陷。
若缺陷方向難以預(yù)計(jì)則應(yīng)對(duì)被檢物分別進(jìn)行縱向和橫向磁化，以免漏檢。對(duì)于大批量被檢物，生產(chǎn)中采用復(fù)合磁化或旋轉(zhuǎn)磁化，只需一次磁化工序即可實(shí)現(xiàn)全方位缺陷檢測(cè)。旋轉(zhuǎn)磁化主要用于焊縫和大型鑄鋼件檢測(cè)。
采用交流電磁化，檢測(cè)表面缺陷能力強(qiáng)而檢測(cè)出近表面缺陷的能力差。交流電用于剩磁法檢測(cè)時(shí)有剩磁不穩(wěn)定和偏小的情況，應(yīng)適當(dāng)加大磁化電流和采用斷電相位器穩(wěn)定剩磁，以免漏檢。
直流電磁化可檢出近表面缺陷，直流磁化電流已被單相半波和三相全波整流所替代。單相半波整流磁化具有直流電的滲透性（可檢測(cè)較深的近表面缺陷）和交流的脈動(dòng)性（攪動(dòng)干磁粉，有利于磁粉流動(dòng)，從而提高檢測(cè)靈敏度的特點(diǎn)）。三相全波整流電具有直流電磁化滲透深與脈動(dòng)性小的特點(diǎn)，并可提供高強(qiáng)度磁化電流，故適用于大型鍛件、鑄件毛坯以及焊接構(gòu)件的檢測(cè)，有利于發(fā)現(xiàn)表層下氣孔與夾雜物等。三相全波整流與直流電類似，具有退磁困難的特點(diǎn)。
2.3 預(yù)處理
被測(cè)工件磁性檢測(cè)前要去除表面的油脂、涂料及鐵銹等贓物，以免影響檢測(cè)效果。用于干粉檢測(cè)時(shí)被測(cè)工件表面干燥。
2.4 磁化規(guī)范
2.4.1 磁化電流
為保證被檢物表面及近表面缺陷漏磁場(chǎng)聚集磁粉，不論采用何種磁化方式，被檢物磁化后最終都應(yīng)保證：
連續(xù)法，B＞0.6~0.8T；
剩磁法，Br＞T、Hi ＞800A/M
按被檢物磁化曲線，選擇相應(yīng)的 H 值，即可通過公式
H=0.16I/R , 通電圓柱形導(dǎo)體表面
H=0.16I·r/R2 ，通電圓柱形導(dǎo)體內(nèi)部
H=0.32πNIcosα/L ，螺管線圈中心
對(duì)每一種具體被檢物測(cè)定磁化曲線，在生產(chǎn)中難以實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際檢測(cè)中常用材料一般經(jīng)驗(yàn)公式確定磁化電流。
1)軸向通電法的周向磁化
周向磁化是指在工件中建立一個(gè)環(huán)繞工件的閉合磁場(chǎng)。通電形式如圖6所示。
磁化電流有：
I=（5~10）D 連續(xù)法
I=（20~30）D 剩磁法
式中 D 是被檢物的直徑。
中心導(dǎo)體法（芯桿法）被檢物內(nèi)-芯桿通電，以芯桿直徑估算。
中心導(dǎo)體法（電纜法）周向磁化電流：
I=（8~10）D/N 連續(xù)法
I=（20~30）D/N 剩磁法
式中 N 是穿過被檢物內(nèi)孔的線纜線圈匝數(shù)。
2）電極觸點(diǎn)法（支桿法）周向磁化電流：
I=4L
式中 L 是兩支桿間距（mm）
3）線圈法縱向磁化，通電方法見圖7 。
▲圖7 縱向磁化示意圖
a）繞電纜法 b）磁軛法
c）空心零件的磁化
d）長(zhǎng)軸零件的磁軛法
連續(xù)法檢測(cè)，磁動(dòng)勢(shì)（安培 匝數(shù)）為：
被檢物為高填充系數(shù)；
低填充系數(shù)，被檢物偏置于線圈內(nèi)壁；
式中 L 為被檢物長(zhǎng)度，D為被檢物直徑。
以上三式適用于3≤L/D≤15。
2.4.2 磁化通電時(shí)間
剩磁法，通電時(shí)間一般為0.2~1s，采用沖擊電流時(shí)，在1/100s以上反復(fù)通電。連續(xù)法應(yīng)在施加磁粉后再切斷電流，一般在磁懸液停止流動(dòng)后再統(tǒng)計(jì)次電，每次0.5~2s 。
2.5 磁粉與磁懸液
2.5.1磁粉種類和特點(diǎn)
磁粉分類見圖8 。
▲圖8 磁粉分類
磁粉檢測(cè)按顯示方式分為干法與濕法。干法用干磁粉。濕法則將磁粉按規(guī)定濃度懸浮在載液（水或油）中，均勻噴灑在被檢物表面。濕法檢測(cè)靈敏度高可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，常用于大批量小件檢測(cè)。干法成本低，多用于大型構(gòu)件或大型局部區(qū)域檢測(cè)。
干法用磁粉一般是相對(duì)密度約為 8 的鐵粉，而濕法用的磁粉是相對(duì)密度約為4.5的鐵磁性氧化物。標(biāo)準(zhǔn)干磁粉為粒度5~150μm均勻混合物，磁懸液的磁粉粒度一般為2~5μm。熒光磁粉粒度較大一般為5~25μm，但因其顯示缺陷清晰在此外光下色澤鮮明，多用于配置磁懸液。
▲熒光磁粉缺陷顯示影像實(shí)例
2.5.2 磁懸液
磁懸液的種類、特點(diǎn)及技術(shù)要求如表4 所示。
▼表4 磁懸液種類、特點(diǎn)及技術(shù)要求
2.6 退磁
檢測(cè)過程中，若有前次磁化的殘留剩磁可能會(huì)影響磁痕痕跡。因此，在兩次連續(xù)操作之間應(yīng)對(duì)被檢工件做退磁處理。檢測(cè)后不允許有剩磁的被檢物也必須退磁處理。退磁法方法列于表5。
▼表5 退磁方法
▲框式退磁器
▲履帶傳送式退磁機(jī)
2.7 磁痕分析
表6 為各種缺陷磁痕一般特征。
表7 所列為偽磁痕（非缺陷磁痕）的鑒別要點(diǎn)。
▼表6 缺陷磁痕的一般特征
▼表7 偽磁痕一般特征
三、磁粉檢測(cè)裝備
3.1 磁粉檢測(cè)機(jī)的分類
磁粉探傷機(jī)按磁化裝置不同可以分為以下幾類：
3.1.1 固定式磁粉檢測(cè)機(jī)
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：尺寸大、重量大，安裝于固定場(chǎng)合。
應(yīng)用對(duì)象：中小型工件，需要較大磁化電流的可移動(dòng)件。
檢測(cè)方法：濕法，交流、直流。
3.1.2 移動(dòng)式磁粉檢測(cè)機(jī)
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：置于小車上，便于移動(dòng)
應(yīng)用對(duì)象：小型工件，不易移動(dòng)的大型工件。
檢測(cè)方法：干法、濕法、交流、直流。
▲移動(dòng)式磁粉檢測(cè)機(jī)
3.1.3 便攜式磁粉檢測(cè)機(jī)
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：體積小，重量輕、易于搬動(dòng)。
應(yīng)用對(duì)象：適用于高空、野外等現(xiàn)場(chǎng)及鍋爐、壓力容器焊縫的局部檢測(cè)。
檢測(cè)方法：干法、濕法、交流、直流。
▲便攜式磁粉檢測(cè)機(jī)
3.2 磁粉檢測(cè)設(shè)備的組成及作用
磁粉檢測(cè)設(shè)備的組成及作用詳見表8 。
▼表8 磁粉檢測(cè)設(shè)備的組成及作用
四、漏磁檢測(cè)與錄磁檢測(cè)
漏磁檢測(cè)、錄磁檢測(cè)與磁粉檢測(cè)原理相同，均為利用被檢物本身與缺陷的變化來檢測(cè)缺陷。磁粉檢測(cè)、漏磁檢測(cè)及錄磁檢測(cè)各自的特點(diǎn)見表9 。
▼表9 三種磁力檢測(cè)方法比較
4.1 漏磁檢測(cè)
漏磁檢測(cè)也就是磁敏探頭法檢測(cè)。有縱向缺陷和橫向缺陷兩種檢測(cè)方法。
4.11 縱向缺陷檢測(cè)方法
圖9 是檢測(cè)縱向缺陷的例子。
探頭裝在U形磁軛的兩腳間，被測(cè)工件旋轉(zhuǎn)而檢測(cè)系統(tǒng)不動(dòng)，可檢測(cè)管子表面所有缺陷。
為了檢測(cè)直縫焊管的縱向缺陷，在固定的磁軛內(nèi)以垂直于焊縫軸線的方向?qū)腹苓M(jìn)行磁化，并使磁敏探頭以垂直于焊縫軸線方向來回移動(dòng)。
4.1.2 橫向缺陷檢測(cè)方法
如圖10 所示，在自動(dòng)探測(cè)橫向缺陷的設(shè)備中，常采用兩只串聯(lián)的線圈進(jìn)行磁化，磁敏探頭放在兩線圈之間。檢測(cè)時(shí)探頭沿管子軸線方向擺動(dòng)管子沿螺旋方向行走。
錄磁法檢測(cè)分連續(xù)式和不連續(xù)式兩種。所謂不連續(xù)式是先將被檢工件用磁帶圍住后再通電磁化，而后再通過一個(gè)查詢裝置，把磁帶上所存的漏磁信息信號(hào)查找出來，并用某種記錄手段加以記錄。在如圖10 所示的連續(xù)測(cè)試中，使用了一種環(huán)形磁帶設(shè)備。
▲圖10 錄磁法檢測(cè)示意圖
1-電動(dòng)機(jī) 2-無接觸變壓器 3-放大器
4-環(huán)形磁帶 5-消磁振蕩器 6-被檢工件
7-磁帶啟動(dòng)電機(jī) 8-同步脈沖信號(hào)
9-缺陷噴涂單元 10-熒光屏
環(huán)形磁帶由一點(diǎn)擊驅(qū)動(dòng)，被檢焊縫在磁帶下面勻速前進(jìn)。旋轉(zhuǎn)的探頭以垂直磁帶的方向掃查，探頭的測(cè)量信號(hào)經(jīng)過鑒別單元傳向打標(biāo)記單元，噴槍在工件表面有缺陷的地方噴上標(biāo)記。與此同時(shí)熒光屏上顯示缺陷信號(hào)，掃查后的磁帶記錄隨即又被消磁器抹掉，磁帶可重復(fù)使用。
被檢測(cè)工件可以用交流電也可以用交流電磁化。但應(yīng)注意：直流磁化時(shí)，漏磁場(chǎng)的信息是輸入到一個(gè)未經(jīng)磁化（或原有磁化信息已被抹掉）的磁帶上；而交流磁化時(shí)，漏磁場(chǎng)的信息是被輸入到預(yù)先已被磁化到飽和程度上的磁帶上。也就是說，前者記錄的是使磁帶磁化的信息，而后者則記錄的是使磁帶退磁的信息。
▲熒光磁粉探傷現(xiàn)場(chǎng)圖
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