第四章磁粉檢測第一節(jié)磁粉檢測原理與影響漏磁場的因素第二節(jié)工件磁化方法第三節(jié)磁粉及磁懸液第四節(jié)磁粉檢測過程磁粉檢測是利用在強磁場中，鐵磁性材料表面或近表面缺陷產(chǎn)生的漏磁場，吸附磁粉的現(xiàn)象來發(fā)現(xiàn)其表面或近表面缺陷的無損檢測法。磁粉檢測法具有成本低、操作靈活、結果可靠等特點，故得到廣泛應用，主要用來檢測鐵磁性材料，如碳鋼、普通低合金鋼等工件的表面或近表面缺陷。在焊接生產(chǎn)過程中，磁粉檢測主要應用于坡口表面、焊縫表面、補焊部位等的檢驗。第一節(jié)磁粉檢測原理與影響漏磁場的因素

一、磁粉檢測原理將鐵磁性材料制成的工件放在磁極之間，工件中就會有磁力線通過。如果工件內部沒有缺陷且各處的磁導率一致，磁力線在工件中分布是均勻的。當工件中有氣孔、夾渣、裂紋等缺陷存在時，構成缺陷的是非磁性物質，磁導率很低，磁阻很大，必將引起磁力線在工件中的分布發(fā)生變化，在缺陷處的磁力線發(fā)生彎曲，如圖4-1所示。圖4-1

磁粉檢測示意圖a）無缺陷的工件b）有缺陷的工件

如果彎曲的磁力線進入空氣當中，會在工件表面形成漏磁場。在漏磁場處撒上導磁效果好的磁粉，漏磁場吸引磁粉，使磁粉堆集在一起，形成一個反映缺陷的磁粉聚集圖像(磁痕)。根據(jù)磁痕特征來判斷缺陷的性質、大小和位置，由于磁痕把缺陷放大了幾倍或幾十倍，如圖4-2所示，因此可直接用肉眼來觀察。圖4-2缺陷處的磁粉堆集二、影響漏磁場的因素1.外加磁場強度對鐵磁材料磁化的外加磁場強度越大，形成的漏磁場強度也大。磁力線分布越密集，受缺陷阻礙的磁力線彎曲的程度和數(shù)量越多，形成的漏磁場強度隨之增加。2.材料磁導率在同樣的外加磁場作用下，磁導率高的材料導磁性能好，容易磁化。非鐵磁性物質，如銅、鋁、奧氏體不銹鋼、非金屬材料等，磁導率大大低于鐵磁性物質，很難磁化，更不會有漏磁場的產(chǎn)生，因此磁粉檢測方法不適合來檢測這些材料。3.缺陷自身特點缺陷位置：缺陷越靠近表面，漏磁場越強，因此磁粉檢測只能檢測表面或近表面的缺陷。缺陷方向：當缺陷長度方向與工件內部磁力線方向垂直時，磁力線彎曲程度最大，漏磁場強度最大。缺陷性質：缺陷的磁導率越高，產(chǎn)生的漏磁場強度越低，非金屬夾雜物比金屬夾雜物漏磁場強度大。缺陷大小和形狀：缺陷尺寸越大及缺陷，自身深度和缺陷寬度越大時，阻礙的磁力線越多，產(chǎn)生的漏磁場強度越大。4.工件表面狀態(tài)工作表面存在覆蓋層，如涂料、防銹漆等，將減少漏磁場強度。圖4-3缺陷埋藏深度對漏磁場的影響

圖4-4缺陷傾角對漏磁場的影響圖4-5缺陷自身深度尺寸與漏磁場的關系

圖4-6缺陷寬度與漏磁場的關系第二節(jié)工件磁化方法

一、磁化方法的分類1.按磁化電流分類（1）直流電磁化法直流電磁化法一般采用低電壓大電流的直流電源，工件中產(chǎn)生的磁場方向恒定，磁力線能穿透工件表面一定深度，故能發(fā)現(xiàn)近表面區(qū)較深的缺陷，檢測效果好。其缺點是退磁困難。（2）交流電磁化法交流電磁化法一般采用低電壓大電流的交流電源。該方法供電方便，調整磁化電流容易，發(fā)現(xiàn)表面缺陷的靈敏度比直流電磁化法要高，且退磁容易，因此應用較普遍。2.按通電方式分類（1）直接通電磁化法將工件直接通以電流，電流通過工件時在工件內部和工件周圍產(chǎn)生磁場使工件磁化。直接通電磁化法設備簡單，操作方便。但要求工件與電極間接觸良好，通電時間不宜過長。（2）間接通電磁化法利用通電線圈或電磁鐵的磁場使工件磁化的方法。由于工件中沒有電流流過，因而可以避免直接通電磁化法的弊端。同時，可以利用增加線圈匝數(shù)和增大磁化電流來增大磁場強度，這樣更有利于磁痕的顯示，故應用更為廣泛。3.按工件磁化方向分類磁粉檢測中，磁力線方向與缺陷方向垂直時，漏磁場最強，缺陷顯示清楚、明顯。但缺陷方向是不一定的，因此需建立不同方向的磁場。（1）周向磁化法又稱橫向磁化法。磁化后，工件中的力線是在與工件軸線垂直的平面內相互平行的同心圓。主要用來檢驗與工件（或縱焊縫）軸線方向平行或夾角小于45°的缺陷，常用的有直接通電法、穿棒法、觸頭法，見表4-2。（2）縱向磁化法磁化后，工件內部的磁力線與被檢工件軸線平行。主要用來檢驗與工件軸線方向垂直或夾角大于45°的缺陷，常用的有線圈法和磁軛法，見表4-2。（3）復合磁化法同一工件中的缺陷可能是多方向的，為了不使缺陷漏檢，則建立復合磁化法。它是由兩個相互垂直的縱向磁場和橫向磁場綜合形成的磁場，可以檢驗各個方向的缺陷。不論采取哪種磁化方式，其目的都是使工件中產(chǎn)生磁場，生產(chǎn)中可以用直接通電法、線圈法、穿棒法、觸頭法、磁軛法等使工件磁化。表4-2常用的磁化方法及其特點磁化方法特點直接通電法將工件放置在兩極之間，電流從工件通過形成周向磁場，適合于中、小型工件，主要檢驗與軸線平行的缺陷。穿棒法將導體穿過空心零件，電流通過導體形成周向磁場，適合管狀、環(huán)狀工件，檢驗軸向缺陷。線圈法工件上繞線圈并給線圈通電，形成縱向磁場，適合檢驗棒材、管材和軸類零件，主要檢驗與軸線垂直的缺陷。觸頭法用支桿觸頭接觸工件表面，電流由支桿導入工件，適合于焊縫或大型部件的局部檢驗磁軛法電磁軛或永久磁鐵將工件表面兩極之間的區(qū)域磁化，常用于檢驗對接焊縫和角焊縫。二、磁粉檢測機1.磁粉檢測機的構成磁粉檢測機是為磁粉檢測提供所需要的磁化電流或磁通量的檢測設備，一般包括磁化電源、工件夾持裝置、控制裝置、磁粉或磁懸液噴灑裝置、退磁裝置和照明裝置等。磁化電源是磁粉檢測機的核心，其作用是產(chǎn)生磁化電流以磁化工件。磁化電流可以直接通過工件，也可以通過線圈或穿入工件內孔的中心導體對工件進行磁化。2.磁粉檢測機的種類及特點常用的磁粉檢測機有便攜式、移動式和固定式三種。（1）便攜式磁粉檢測機便攜式磁粉檢測機體積小、重量輕，攜帶和移動方便，適合于高空、野外等現(xiàn)場的磁粉檢測及鍋爐、壓力容器焊縫的局部檢測。便攜式磁粉檢測機有磁軛式和磁錐式兩種，其中磁軛式磁粉檢測機又包括永久磁軛和電磁軛兩種。圖4-8便攜式磁粉檢測機（2）移動式磁粉檢測機移動式磁粉檢測機一般裝有滾輪或置于小車上，移動方便適用于小型工件或不易搬動的大型工件如天然氣罐、高壓容器的檢測。移動式磁粉檢測機的主體是磁化電源，可提供3000～6000A的交流或單相半波整流的磁化電流。該磁粉檢測機需要配合支桿觸頭、夾鉗觸頭、電磁軛和軟電纜使用，同時該檢測機還具有退磁功能。（3）固定式磁粉檢測機固定式磁粉檢測機是一種大型磁粉檢測設備，一般安裝在固定場合，適用于中小型工件及需要較大磁化電流且可移動的工件。該檢測機一般帶有照明裝置、退磁裝置、磁懸液攪拌和噴灑裝置，可輸出2000～12000A的磁化電流。檢測時，將工件水平或豎直夾持在磁化夾頭之間，磁化電流可在零至最大值之間進行調節(jié)。圖4-9固定式磁粉檢測機（2）移動式磁粉檢測機移動式磁粉檢測機一般都裝在小車上，移動比較方便。適合小型工件和不易搬動的大型工件的檢測。（3）固定式磁粉檢測機固定式磁粉檢測機是一種大型的磁粉檢測設備，一般安裝在固定場合。它適合場地相對固定，中小型工件及需要較大磁化電流的可移動的工件的檢驗。三、磁化方法的選擇選擇磁化方法時，應遵循以下原則：1）磁化方向應盡可能與預計缺陷方向垂直。2）磁化方向應盡可能與檢測面方向平行。3）對于熱敏感材料，應盡量避免直接對工件通電。4）近表面缺陷宜采用直流電源、表面缺陷宜采用交流電源。對于焊縫來說，一般規(guī)定在每個區(qū)域內都要進行兩次磁化方向垂直的單獨檢驗，既能檢驗縱向缺陷，又可以檢驗橫向缺陷。在實際檢測中，最適合的磁化方法是觸頭法和磁軛法。圖4-10觸頭法檢驗焊縫的支桿布置（1）觸頭法圖4-11磁軛法檢驗焊縫缺陷（2）磁軛法a）縱向磁化b）橫向磁化四、磁化規(guī)范的選擇1．周向磁化規(guī)范用直接通電法磁化圓棒、圓筒及類似工件時，磁化電流可根據(jù)下式選擇：I=(8～15）D式中I—磁化電流（A）；D—工件直徑（mm）。用穿棒法檢驗管狀工件時，也可以采用式(5—1)選擇磁化電流，式中的D應是工件的外徑，且由于穿棒與工件內孔之間一般都有間隙，為彌補間隙對磁場的影響，所選的磁化電流應略高于計算值。2．縱向磁場磁化規(guī)范產(chǎn)生縱向磁場一般是使用線圈使工件磁化。磁場強度的大小不僅取決于磁化電流，還取決于線圈的匝數(shù)。所以工件磁化規(guī)范用線圈匝數(shù)和通電電流的乘積，即安匝數(shù)來表示。第三節(jié)磁粉及磁懸液磁粉是磁粉檢測的顯示介質，按其顯示方法不同，可分為粉顯示法和濕粉顯示法兩種。干粉顯示法（簡稱干粉法）是把干燥的磁粉粉末直接噴灑在干燥的工件表面來顯示缺陷的方法。干粉法勞動條件差，污染環(huán)境，操作不當易噴灑不均產(chǎn)生漏檢。濕粉顯示法（簡稱濕粉法）是先把磁粉配成一定濃度的磁懸液，然后噴灑于工件表面來顯示缺陷的方法。濕粉法沒有干粉法的弊端，同時磁粉具有很好的流動性，能比較全面地顯示缺陷。選擇何種顯示方法，應根據(jù)檢測的具體條件而定。一般說來干粉法顯示不受外界環(huán)境溫度限制，價格便宜，適合于大型工件檢測，但粉法顯示效率低；對于批量較大的小型工件，用濕粉法更加合理。一、磁粉1.磁粉的種類磁粉是用物理或化學方法制成的細小的金屬顆粒，在外加磁場的作用下能形成磁痕，顯示缺陷。磁粉分為非熒光磁粉和熒光磁粉兩大類。非熒光磁粉是由純鐵粉和磁性氧化鐵為主要原料制成的，按顏色不同又分為黑磁粉、紅磁粉和白磁粉。黑磁粉是一種棕黑色粉末，其成分主要是四氧化三鐵（Fe3O4），主要用于檢驗淺色工件，在磁粉探傷中應用較為普遍。紅磁粉是一種紅褐色粉末，有較高的磁導率，其主要成分是氧化鐵（Fe2O3），常用于檢驗黑色工件。白磁粉是一種銀白色粉末，由黑磁粉與氧化鋁（Al2O3）或氧化鎂（Mg）合成，主要用于檢測黑色工件。熒光磁粉是以非熒光磁粉為原料加上熒光劑和黏結劑混合而成，在暗室中紫外線的照射下能產(chǎn)生黃綠色熒光，色彩鮮明，適合于各種工件的檢驗，尤其是非熒光磁粉難以勝任的工件，如表面被氧化的鑄件或鍛件。2.磁粉的性能在探傷過程中，磁粉的性能好壞是影響檢驗結果的一個重要因素，故對其提出了一定的指標要求。磁粉的性能包括磁性、粒度、密度、形狀、活動性、對比性等。其主要性能和指標要求如下。（1）磁性磁粉應是高磁導率和低剩磁物質，且不相互吸引。高的導磁率能保證磁粉對缺陷形成的漏磁場快速響應；低剩磁是便于檢驗之后清理磁粉；磁粉之間還不能相互吸引而聚集在一起，否則可能會被誤認為是缺陷產(chǎn)生的磁痕堆集。（2）粒度磁粉的粒度應不小于0.07mm。粒度為0.07mm的磁粉，是指單個顆粒直徑約為0.07mm。較小的顆粒有利于磁粉的移動千粉法的磁粉粒度比濕粉法大一些。（3）密度千粉法的磁粉密度為8g/cm3，濕粉法的磁粉密度為4.5g/cm3。（4）形狀足夠的球狀顆粒與一定的條狀顆粒。磁粉性能對探傷效果影響較大，當磁粉受到磁場作用時，便出現(xiàn)沿磁力線排列成行的趨勢。條狀磁粉容易被磁化而顯示缺陷，但價格較高，球狀磁粉活動性比較好，能在工件表面流動。綜合兩者優(yōu)點，應把它們按一定比例混合在一起。（5）對比性顏色與工件對比鮮明。根據(jù)工件的顏色，選用反差強烈的磁粉。二、磁懸液把磁粉和液體按一定比例混合而成的溶液稱為磁懸液。液體通常是油劑或含有添加劑的水。磁懸液有三種：油懸液、水懸液和熒光磁懸液。表4-3列出了三種磁懸液的特點、應用及配方舉例。磁懸液要求黏度適中。黏度過大，磁懸液中磁粉的活動性下降，不利于磁粉的吸附，使磁痕不清晰；黏度過小，磁粉容易沉淀，也會影響檢測效果。類型特點應用配方舉例

水懸液成本低、流動性好、使用安全，但懸浮性較差檢測無油污或有防火要求的工件水1L亞硝酸鈉5g

磁粉10～15g

油懸液

懸浮性好，對工件無防銹要求，但成本較高

檢測有油污的工件變壓器油500ml煤油500ml磁粉15～30g

熒光磁懸液

對比鮮明，易觀察分辨檢驗要求靈敏度高的工件水1L亞硝酸鈉5g熒光磁粉1～2g表4-3磁懸液特點、應用及配方舉例磁懸液要求濃度適中。既要有一定的濃度以保證漏磁場處吸附足夠的磁粉來顯示缺陷，又不能使其他部位磁粉濃度過高而干擾觀察結果。在配制和使用磁懸液時，要保證濃度在合適范圍，需經(jīng)常測定，尤其是循環(huán)使用的磁懸液，應定期測定其濃度。其程序如下：連續(xù)充分攪拌磁懸液不少于5min→取樣100mL放入沉淀瓶→瓶中沉淀30min→讀取沉淀體積數(shù)→計算磁懸液濃度。磁懸液在使用過程中還要注意保持清潔，不能被雜物污染。當磁懸液被污染或濃度達不到要求時，應重新配制。第四節(jié)磁粉檢測過程

一、焊縫磁粉檢測的一般工藝過程焊縫磁粉檢測的一般工藝過程包括預處理、磁化、施加磁粉、磁痕顯示觀察、磁痕分析、退磁、后處理等。1.預處理預處理就是檢測前要用機械或化學方法清理工件表面。目的是使磁粉容易流動，以利于漏磁場的吸附。預處理一般要做以下工作。1）清理焊接接頭表面的油污、鐵銹、氧化皮、飛濺、殘留焊劑及焊渣。2）使用干粉時要干燥磁粉與工件表面。3）用化學清理法后，若清理液與磁懸液酸堿性不同，應干燥工件表面。2.磁化在本章第二節(jié)中已詳細論述了工件的磁化方法及磁化規(guī)范的選擇3.施加磁粉施加磁粉是把磁粉或磁懸液噴灑于工件表面的過程。根據(jù)施加磁粉的時期不同，可分為連續(xù)法和剩磁法。連續(xù)法是施加磁粉或磁懸液與工件磁化同時進行的方法，即預處理→工件磁化與施加磁粉→后序工藝過程。連續(xù)法磁化時間長，磁化效果好，一般焊縫和大、中型工件均采用此法。剩磁法是工件在磁化之后再施加磁粉或磁懸液的方法，即預處理→工件磁化→施加磁此法→后序工藝過程。因為剩磁場強度一般小于磁化磁場強度，所以剩磁法的靈敏度低于連續(xù)法，只適合于檢查表面缺陷，但剩磁法生產(chǎn)率高，特別適合于批量生產(chǎn)的小型工件。施加磁粉或懸浮液時要注意：1）盡可能均勻施加。2）用干粉法時，要使磁粉自由落在工件表面，并用柔和的氣流輕輕吹動磁粉，使其向寫缺陷處流動。3）用濕粉法時，應不斷攪拌磁懸液以保證濃度符合要求。4.磁痕觀察磁痕觀察是指對工件上形成的磁痕進行觀察與記錄的過程。磁痕觀察應在磁痕形成后立低即進行。當采用非熒光磁粉時，可在一般照明光源下直接觀察；采用熒光磁粉時，必須在暗室紫外線燈下進行觀察。觀察時可以借助低倍放大鏡。確定缺陷后，繪制磁痕草圖或照相做記錄，為返修做準備。5.磁痕分析磁痕分析是辨識磁痕的過程。一般把磁痕顯示分為三大類：表面缺陷磁痕、近表面缺陷磁痕、假磁痕。表面缺陷磁痕十分清晰，磁粉附著密集，線條明顯，缺陷重復性好。近表面缺陷磁痕比較模糊，線條較粗，寬而不尖，隨著缺陷埋藏深度的增加而變得更加模糊。要想顯示近表面缺陷，應適當提高磁化電流。對于焊縫來說，磁粉檢測顯示的缺陷主要是裂紋、夾雜物和氣孔。6.退磁退磁是將工件經(jīng)磁粉檢測后殘留的磁場減小為零的過程。工件在探傷后，或多或少地保留一定的剩余磁場，若它不影響工件后序的加工、使用和檢測時，則可不必退磁。退磁方法有以下幾種：（1）交流退磁法（2）直流退磁法7.后處理后處理就是清除工件殘留的磁粉或磁懸液，以及干燥工件的過程。一般工件可不必進行后處理，只有在對工件表面質量要求高或磁粉對后續(xù)加工過程與使用有影響時才進行。一般焊縫磁粉檢測是按照檢測工藝卡進行操作的，檢測工藝卡要求由有經(jīng)驗和資質的專業(yè)人員來編寫。二、磁粉檢測報告及驗收標準1.檢測報告檢測報告是記錄磁粉檢測操作過程和規(guī)范的正式文件，根據(jù)NB/T47013.4—2015《承壓設備無損檢測第4部分：磁粉檢測》的規(guī)定，檢測報告至少應包括以下內容：1）委托單位。2）被檢工件名稱、編號、規(guī)格、材質、坡口形式、焊接方法和熱處理狀況。3）檢測設備名稱、型號。4