磁粉检测物理基础(111页)

漏磁场的宽度要比缺陷的实际宽度大数倍至数十倍， 所以磁痕对缺陷宽度具有放大作用，能将目视不可见的缺 陷变成目视可见的磁痕使之容易观察出来。
磁粉受漏磁场吸引
2.5.4 影响漏磁场的因素 （1）外加磁场强度的影响 缺陷的漏磁场大小与工件磁化程度有关。一般说 来，外加磁场强度一定要大于产生最大磁导率μm 对应的磁场强度Hμm，使磁导率减小，磁阻增 大，漏磁场增大。 当铁磁性材料的磁感应强度达到饱和值的80% 左右时，漏磁场便会迅速增大。
磁粉检测程序 承压设备磁粉检测的七个程序是： (1)预处理； (2)磁化； (3)施加磁粉或磁悬液；(4)磁痕的观察与记录； (5)缺陷评级； (6)退磁； (7)后处理。
局限性：
MT不能检测奥氏体不锈钢材料和用奥氏体不锈钢焊 条焊接的焊缝，也不能检测铜、铝、镁、钛等非磁性材 料。对于表面浅的划伤、埋藏较深的孔洞和与工件表面 夹角小于20°的分层和折叠难以发现。
2.1.2 磁场和磁力线 磁场：具有磁性作用的空间
磁场的特征、显示和磁力线 磁场的特征：是对运动的电荷（或电流）具有作用力，在磁场变化 的同时也产生电场。 磁场的显示：磁场的大小、方向和分布情况，可以利用磁力线来表 示。
磁力线
（b）具有机加工槽的条形磁铁产生的漏磁场
（c）纵向磁化裂纹产生的漏磁场
条形磁铁的磁力线分布
磁粉检测在压力容器定期检验中的重要性
2 磁粉探伤的物理基础
2.1 磁粉探伤中的相关物理量 2.1.1 磁的基本现象
磁性、磁体、磁极、磁化 磁性：磁铁能够吸引铁磁性材料的性质叫磁性。 磁体：凡能够吸引其他铁磁性材料的物体叫磁体。 磁极：靠近磁铁两端磁性特别强吸附磁粉特别多的区域称为磁极。 每一小块磁体总有两个磁极。 磁化：使原来没有磁性的物体得到磁性的过程叫磁化。

无限长螺管线圈L>>D
内部磁场分布均匀，并且磁场 只存在于线圈内部，磁力线方向 与线圈的中心轴线平行。
3钢管通电法磁化 用交流和直流电磁化同一钢管时，钢管内部H=0，B=0， 钢管内部没有磁场存在，磁场是从钢管内壁到表面逐渐 上升到最大值。 设管内外半径分别为R1和R2，通直流电磁化，由安培环 路定律得
3）工件表面覆盖层的影响
4）工件材料及状态的影响 晶粒大小的影响 含碳量的影响 合金元素的影响 冷加工的影响
热处理的影响
5退磁场
(1 )退磁场定义
把铁磁性材料磁化时，由材料中磁极所产生的磁场称为退磁 场，它对外加磁场有削弱作用，用符号ΔH表示。 退磁场与材料的磁化强度成正比。 H N M
1 N (
Ho
o 1)
如果工件的截面为非圆形，设截面面积为S，则有效直径为：
D2 S
工件正常组织结构或 外形的任何间断
1.2磁粉检测基本原理和特点
(1)磁粉检测基本原理
其基本原理是，铁磁性材料工件被
磁化后，由于不连续的存在，使 工件表面和近表面的磁力线发生 局部畸变而产生漏磁场，吸附施 加在工件表面的磁粉，在合适的 光照下形成目视可见的磁痕，从 而显示出不连续的位置、大小、 形状和严重程度。
ΔH―退磁场 (2) 有效磁场
M―磁化强度 N―退磁因子
铁磁性材料磁化时，只要在工件上产生磁极，就会产生退磁场， 它削弱了外加磁场，所以工件上的有效磁场用H表示，等于外加 磁场减去退磁场。其数学表达式为：
H H o H
H―有效磁场（A/m）Ho―外加磁场（A/m） ΔH―退磁场（A/m）
局限性：
1）只能适用于检测铁磁性金属材料。 2）只能用于检测工件表面和近表面缺陷，不能检 出埋藏较深的内部缺陷。 3）难于定量缺陷的深度。 4）通常都用目视法检查缺陷，磁痕的判断和解释 需要有技术经验和素质。

1.4 磁粉探伤方法与其他表面探伤方法的比较 P.5 表 1-1
1.5 磁粉探伤中使用的单位、SI单位与CGS制的换算关系
磁场强度H 磁通量 Φ 磁感应强度 B
A/m
Oe1Oe
1
4
103 A/ m 80A / m
Wb M1Wx b 108 Mx
T
G1Ts 104 Gs
2 磁粉探伤的物理基础
当磁感应线由钢铁进入空气，或者由空气进入钢铁，在空气中 磁
感应线实际上是垂直的。
磁感应强度的边界条件:
B1n B2n
（方向分量连续）
H1t H 2t
2.7 漏磁场 2.7.1 漏磁场的形成
所谓漏磁场，就是铁 磁性材料磁化后，在不 连续性处或磁路的截面 变化处，磁感应线离开 和进入表面时形成的磁 场。如右图
2.3 铁磁性材料
为磁畴，其体积约为10-3mm3 ，在这个小区域内，含有大约
1012～1015个原子，各原子的磁化方向一致，对外呈现磁性。 2.3.2 磁化过程 用磁畴理论来解释
当把铁磁性材料放到外加磁场中去时，磁畴就会受到外加磁场的 作用，一是使磁畴磁矩转动，二是使畴壁发生位移，最后全部磁畴 的磁矩方向转向与外加磁场方向一致，铁磁性材料被磁化，显示出 很强的磁性。
高温情况下，磁体中分子热运动会破坏磁畴的有规则排列，使 磁 体的磁性削弱。超过居里点后，磁性全部消失，变为顺磁质。
2.3.3 磁化曲线
磁化曲线是表征铁磁性材料磁特性的曲线，用以表示外加磁场强度 H与磁感应强度B的变化关系。
B～H曲线的测绘方法: 采用如图所示的装置
曲线特征：
2.3.4 磁滞回线 饱和磁场强度 Bm 矫顽力 Hc
典型磁化材料 （30CrMnSiA） 磁化曲线的 认识与应用

B1 图1－24 磁场的合成
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
磁路和磁路定理 铁磁性材料磁化后不仅产生附加磁场，而且能把大部分磁 通(磁感应线)约束在一定的闭合路径上，路径周围空间由于磁 导率太小而磁通很少。这种磁感应线通过的闭合路径叫磁路。 如图1－25所示。在磁粉检测中，使工件在适当的磁路中得到 必要的磁化，是磁粉检测工作的一个主要内容。
磁场。 如果在材料中出现了
不连续，将引起磁场的畸 变，形成磁感应线的折射 形成磁极，产生漏磁场， 如图1－31所示，这也是 磁粉检测的基础。
漏磁场 图1－31 缺陷形成的漏磁场
第一章 磁粉检测的物理基础 2020年11月1日
星期日
在实际检测中，材料不连续 处的漏磁场形成的磁痕显示的宽 度要比缺陷的实际宽度大数倍至 数十倍，也就是说磁痕对缺陷有 放大作用，从而将目视不可见的 缺陷变成可见的磁痕显示。
是与试件轴向一致（或平行）的磁场
条形磁铁、U形磁铁的磁场以及螺管线圈的磁场都是纵向磁 场。磁场方向遵循螺管线圈右手法则，沿试件轴线通过。
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星期日
试件被周向磁场磁化叫周向磁化；被纵向磁场磁化叫纵
向磁化。周向磁化一般无磁极产生，即没有退磁场，而纵向
磁化一般都有磁极产生。
这种折射现象与光或声波的传播现 象相似，遵从折射定律：
tan 1 1 tan 2 2
μ1、μ2分别为两种介质的磁导率。
β1 μ1 μ2
β2
图1－30 磁感应线的折射
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星期日
漏磁场 在磁路中，如果出现两种以上磁导率差异很大的介质时，

这温40K（769℃），硅钢为963K，钴为
1393K， 镍为 631K
要使得铁磁质的剩磁去掉,，还有两个办法 1、利用退磁原理 2、外界的冲击和振动
在磁场中， 铁磁体的磁 感应强度与 磁场强度的 关系可用曲 线来表示， 曲线的斜率 是材料的
永久磁铁中的磁畴，在一个方向上占优势，因而形成N和 S极，能显示出很强的磁性。
磁化机理
(1)未加外加磁场时，磁畴磁矩杂乱无章，对外不显示宏观磁性，如图 (a) (2)在较小的磁场作用下，磁矩方向与外加磁场方向一致或接近的磁畴体积
增大，而磁矩方向与外加磁场方向相反的磁畴体积减小，畴壁发生位移， 如图 (b)。 (3)增大外加磁场时，磁矩转动畴壁继续位移， 最后只剩下与外加磁场方向 比较 接近的磁畴，如图 (c)。 (4)继续增大外加磁场，磁矩方向转动，与外加磁场方向接近，如图 (d)。 (5)当外加磁场增大到一定值时，所有磁畴的磁矩都沿外加磁场方向有序排 列， 达到磁化饱和，相当于一个微小磁铁或磁偶极子，产生N极和S极，宏观上 呈现 磁性，如图 (e)。
设管内外半径分别为R1和R2，通直流电 磁化，由安培环路定律得
H 0
rR
H I(r2 R12)
2r(R22 R12)
R1 rR2
钢管中心导体法磁化
钢管中心导体法磁化时，在通电中 心导体内、外磁场分布与实心棒 相同，由于中心导体为铜棒， 其 r 1 ，所以只存在H。在钢 管上由于 r 1，所以能感应 产生较大的磁感应强度。并且钢 管内壁的磁场强度和磁感应强度 都比外壁大。
二、磁感应强度和磁通量 1、磁感应强度
铁磁性材料置于磁场中，能够被强烈地磁 化，除了外加磁场外还产生很强的附加磁 场，这两个磁场叠加起来的总磁场就是工 件得到的真正的磁场，这个磁场称为磁感 应强度。

7
磁力线
（b）具有机加工槽的条形磁铁产生的漏磁场
（c）纵向磁化裂纹产生的漏磁场
条形磁铁的磁力线分布
2020/10/28
（a）马蹄形磁铁被校直成条形磁铁后N极和S极的位置 8
磁力线在每点的切线方向代表磁场的方向，磁力线 的疏密程度反映磁场的大小。
磁力线具有以下特性： • 磁力线是具有方向性的闭合曲线。在磁体内，磁力线是由S极
磁粉检测在压力容器定期检验中的重要性
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2 磁粉探伤的物理基础
2.1 磁粉探伤中的相关物理量
2.1.1 磁的基本现象
磁性、磁体、磁极、磁化
磁性：磁铁能够吸引铁磁性材料的性质叫磁性。
磁体：凡能够吸引其他铁磁性材料的物体叫磁体。
磁极：靠近磁铁两端磁性特别强吸附磁粉特别多的区域称为磁极。
和利用检测元件探测漏磁场。其区别在于，磁粉探伤是利用铁磁性
粉末－磁粉，作为磁场的传感器，即利用漏磁场吸附施加在不连续
性处的磁粉聚集形成磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大
小。利用检测元件探测漏磁场的磁场传感器有磁带、霍尔元件、磁
敏二极管和感应线圈等。
利用检测元件检测漏磁场：录磁探伤法、感应线圈探伤法、霍
马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢具有磁性，可进行MT。 MT可发现裂纹、夹杂、发纹、白点、折叠、冷隔和疏松等缺陷。
磁粉检测程序
磁粉检测的七个程序是：
(1)预处理；
(2)磁化；
(3)施加磁粉或磁悬液；(4)磁痕的观察与记录；
(5)缺陷评级；
(6)退磁；
(7)后处理。
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局限性：
MT不能检测奥氏体不锈钢材料和用奥氏体不锈钢焊条 焊接的焊缝，也不能检测铜、铝、镁、钛等非磁性材料。 对于表面浅的划伤、埋藏较深的孔洞和与工件表面夹角 小于20°的分层和折中国工业检验检测网

I2
L1
B d l 0 I 2 I 3
南昌航空大学
B d l 0 I1 I 2
L2
12
磁粉检测
三、磁介质的磁场
1、 磁介质的分类
磁介质——能与磁场产生相互作用的物质 磁化——磁介质在磁场作用下所发生的变化 B B B 附加磁场
15
磁粉检测
3、磁化强度
v 材料处于磁场中，分子内部电流取向发生变化， 影响磁场分布，称为磁化，用磁化强度 M 描述， M 与磁场强度关系为：
M m H
m
—— 磁化率
H
B
0
M
B 0 ( H M ) (1 m )0 H r 0 H H
S V
磁感应强度的散度 磁场是无源场。
divB B divB 0 或 B 0
高斯定理的微分形式
南昌航空大学
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磁粉检测
3、毕奥---萨伐定律应用
① 载流直导线的磁场
0 ( I1dl1 r 0 ) dB 2 4 r Y
0 Idl sin dB 2 4 r 0 Idl sin B dB 2 4 r
0 IR 0 IR 0 IR 2 dl 2R 3 3 4r 4r 2( R 2 x 2 )3 2
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南昌航空大学
磁粉检测
③ 螺线管磁场
B
0 IR 2
2( R 2 x 2 )3 2
μ
L
l R cot
S
. . .. . . . . .. . . . . ..
② 圆型电流轴线上的磁场
0 Idl dB 2 4 r

2.按显示材料分类 (1)荧光法 荧光法是以荧光磁粉为显示材料的磁粉检测，如图3-8 所示。 (2)非荧光法 非荧光法是以普通磁粉为显示材料的磁粉检测，如 图3-9所示。
2.2 磁粉检测方法分类
图3-8 荧光法
2.2 磁粉检测方法分类
按介质种类分类
图3-9 非荧光法
2.2 磁粉检测方法分类
(1)干法 干法采用特制的干燥磁粉，利用空气作分散介质，将磁 粉施加在已被磁化的工件表面，工件上的缺陷漏磁场将吸附磁粉 形成缺陷的磁粉显示图像，如图3-10所示。 (2)湿法 湿法检测过程中将磁悬液分布在工件表面上，利用载液 流动和漏磁场对磁粉的吸引，显示出缺陷形状和大小，如图3-11所 示。
图3-17 磁粉检测工艺流程图
3 磁粉检测装置
1 磁粉检测设备的分类 2 磁粉检测设备的主要组成 3 磁粉 4 磁悬液 5 标准试块 6 测量设备与器材
1 磁粉检测设备的分类
1.固定式磁粉检测机
图3-18 固定式磁粉检测机
1 磁粉检测设备的分类
2.移动式磁粉检测机 便携式磁粉检测机
图3-19 移动式磁粉检测机
2 磁粉检测方法
2.1 磁化电流的选择 2.2 磁粉检测方法分类 2.3 磁化方法 2.4 磁粉检测的工艺流程
2.1 磁化电流的选择
表3-1 磁化电流峰值与磁化电流表指示换算关系
1.交流电检测特点 2.整流电检测特点
2.2 磁粉检测方法分类
1.按施加磁粉的时机分类 (1)剩磁法 剰磁法是在停止磁化后将磁悬液施加到工件上，利用 工件中的剩磁进行检测的方法。
图3-10 干法
2.2 磁粉检测方法分类
图3-11 湿法
2.3 磁化方法
1.周向磁化
图3-12 周向磁化法

相 矢量、都有方向和大小，可用磁力线来表示；
同 点
描述磁场的物理量
不 H由导体中的电流或永磁体产生，与磁化物质无关；
同 点
B不仅与H有关，还与被磁化的物质有关；
&2.1 磁现象和磁场
七、磁导率
绝对磁导率 —— 磁感应强度B与磁场强度H的比值
B H
亨利/米 H/m
表示材料被磁化的难易程度 反映材料的导磁能力
H1 Ir 2 R2 50000.05 2 3.14 0.12 4000 A m
H2 I 2 R 5000 2 3.14 0.1 8000 A m H3 I 2 r 5000 2 3.14 0.4 2000 A m H4 I 2 r 5000 2 3.141 800 A m
&2.4 电流的磁场
H 20000 A m
N 50
IH
L2 D2 N
I H L2 D2 20000 0.52 0.32 232 A
N
50
&2.4 电流的磁场
三、通电线圈的磁场
Eg：一有限长交流磁化线圈10匝，其线圈长度为400mm，线圈轴线与 对角线夹角为37度（cos370=0.8）,当磁化电流为1000A时，求空载线 圈中心和线圈端面中心处的磁场强度。
1、实心通电圆柱导体的磁场
eg：一圆柱导体，长 1000mm，直径为100mm，进行磁粉检测，要求导体表面的 磁场强度达到 2400A/m，求需要的磁化电流。
解：已知导体半径 R D 2 100mm 2 50mm 0.05m
I 2 RH 23.140.052400 753.6A
1、实心通电圆柱导体的磁场
三、通电线圈的磁场
按通电线圈的长度L 和直径D之比

✓ 把磁粉探伤后的零件从一个通交流电的螺线管中慢慢抽出，由 于螺线管的磁极方向不断改变，所以工件也就退磁了。此法对 用交流电磁化还是对直流电磁化的工件均适用。
影响漏磁场大小因素 ➢ 外加磁场强度的影响； ➢ 缺陷位置和形状的影响；(深度、方向、深宽比） ➢ 工件表面覆盖层的影响； ➢ 工件材料及状态的影响。(晶粒、含碳量、热处理、合金元素、冷加工等）
第1节 磁粉检测的基础知识
磁滞回线
磁滞回线：
铁磁性工件在交变磁 场的作用下，由于在 ห้องสมุดไป่ตู้件上磁感应强度变 化滞后于磁化场的变 化，形成一个叶子形 成闭合回线，称为磁 滞回线。
退磁
退磁原因:由于铁磁性材料的顽磁性使经探伤的零件内有
剩磁,剩磁会使回转零件吸附铁屑而加剧磨损和使仪表工作 不正常。经磁粉探伤的零件必须退磁.
退磁
退磁操作:
✓ 零件磁粉探伤后还要经700℃以上热处理，可不进行退磁。
✓ 一般用交流电磁化的工件，用交流电退磁，退磁时电流强度应 大于磁化电流强度，只要把磁化电流强度逐步减少到零工件就 退磁了；而用直流电磁化的工件就用直流电退磁，退磁电流也 要强过磁化电流，只要将退磁电流的方向不断来回改变，强度 逐级减少到零，工件也就退磁了。
第1节 晶体结构
2．晶体结构的基本知识
（1）晶格 假定晶体中的物质质点都是固定的刚球， 由这些刚球堆垛而成晶体，如图所示，即原子堆垛 模型。
为了研究方便，假设通过这些质点的中心画出许多空间直线 形成空间格架，这种假想的格架在晶体学上就称为晶格。晶格 中的每个点叫做晶格结点。
（2）晶胞 从晶格中选取一个能够完全反映晶格 特征的最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规 律，这个最小的几何单元称为晶胞。
（3）晶格常数 在三维空间中，晶胞的几何特征即大小和形 状常以晶胞的棱边长度a、b、c及棱边夹角α、β、γ来描述， 其中晶胞的棱边长度a、b、c一般称为晶格常数。