7磁痕分析与质量分级

根据裂纹产生的位置分为三类： ①焊缝裂纹。产生在焊缝金属中，按其形态 与取向主要有三种，即纵向裂纹、横向裂纹 和树枝状或放射状裂纹。 ②热影响区裂纹。产生在母材的热影响区内， 这类裂纹多数向母材方向发展，而止于熔合 线，个别情况也有穿过焊缝的。 ③熔合线裂纹。产生在焊缝与母材的交界处 即熔合线上。
Ø 锻件拔长过度，入型槽终锻时，两端金属 向中间对挤形成横向折叠，多分布在金属 流动较差的部位，磁痕呈圆弧形。
Ø 锻造折叠缺陷磁痕一般不浓密，但在对表 面打磨后，磁痕往往更加清晰。
（3）白点 Ø 白点是钢材的内部撕裂，是对钢材危害极
大的内部缺陷。在热轧和锻压的合金钢中， 特别是含Ni、Cr、Pb、Mn的钢中常见。 它大多数分布于钢材近中心处，在纵断面 上呈椭圆形的银白色斑点，故叫白点。 Ø 在钢材的横断面上则表现为短小断续的辐 射状不规则分布的小裂纹。白点裂纹多为 穿晶断裂，也有沿晶粒边界分布，其裂纹 边缘呈锯齿形，多以成群出现。
7 磁痕分析与质量分级
天津市特种设备监督检验技术研究院 刘怿欢
本章主要内容 1、磁痕分析的意义 2、伪显示 3、非相关显示 4、相关显示； 5、NB/T47013.4-2015标准的质量分级
7.1磁痕分析的意义 n 正确的磁痕分析可以避免误判 n 由于磁痕显示能反映出不连续性和缺陷的
位置、形状和大小，并可大致确定缺陷的 性质，所以磁痕分析可为产品设计和工艺 改进提供较可靠的信息 n 在工件使用后进行磁粉检测，用于发现疲 劳裂纹，并可间断检测和监视疲劳裂纹的 扩展，可以做到及早预防，避免设备和人 身事故发生
磁场吸附磁粉产生的
n其产生原因很复杂，一般与工件本身的材料、外 形结构、磁化规范和工件的制造工艺等因素有关 n 有非相关显示的工件，其强度和使用性能并不
受影响，对工件不构成危害，但是它与相关显 示容易混淆，也不像伪显示那样容易识别 n 非相关显示的产生原因、磁痕特征和鉴别方法 如下：
Ø 磁极和磁极附近产生的非相关显示 • 磁轭法时，磁极与工件接触处，磁力线离开工
Ø 磁化电流过大产生磁痕 • 磁化电流过大会使磁力线逸出工件表面，
产生漏磁场吸附磁粉形成磁痕，在截面突 变处更为严重 • 其磁痕松散，沿金属流线分布，形成过度 背景 • 退磁后用合适规范磁化，磁痕不再出现
7.4 相关显示 n 相关显示是由缺陷产生的漏磁场吸附磁粉
形成的磁痕显示，相关显示影响工件的使 用性能 n 按照缺陷形成时期，分为原材料缺陷、热 加工、冷加工和使用后产生的缺陷以及电 镀产生的缺陷 n 应该从材料种类、加工方法、使用情况等 进行分析，由可能产生缺陷及其特性来正 确判别磁痕显示
Ø 铸造冷裂纹约在200~400℃低温下产生。 低温时由于铸钢的塑性变坏，在巨大的热 应力和组织应力的共同作用下产生冷裂纹， 一般分布在铸钢件截面尺寸突变的部位， 如夹角、圆角、沟槽、凹角、缺口、孔的 周围等部位。
Ø 这种裂纹一般穿晶扩展，有一定深度，一 般为断续或连续的线条。两端有尖角，磁 痕浓密清晰
Ø 磁痕特征是，在横断面上，白点磁痕呈锯 齿状，中部粗，两头尖呈辐射状分布。在 纵向剖面上，磁痕沿轴向分布，呈弯曲状 或分叉，磁痕浓密清晰
n 轧制件缺陷磁痕显示 （1）发纹 产生原因：钢锭中存在的非金属夹杂物和气 孔，在轧制和拉拔过程中随着金属的变形伸 长而形成发纹。绝大多数发纹都是非金属夹 杂物（硫化物和氧化物）产生的，并沿金属 纤维方向分布。在钢棒上是与轴线平行的连 续或断续的直线状，在钢管上的发纹与钢管 轴线有一小夹角，在锻件上发纹随着纤维走 向微弯曲。发纹有的很短，有的很长。甚至 可达100mm，可分布在工件不同深度处，一 般很浅很细。
7.2 伪显示 n伪显示不是由漏磁场吸附磁粉产生的磁痕 显示，故也称为假显示。其产生原因、磁痕 特征和鉴别方法分别是：
n 工件表面粗糙（如焊缝两侧的凹陷，粗糙的工 件表面）滞留磁粉形成磁痕显示，其磁痕堆集 松散，磁痕轮廓不清晰，在载液中漂洗磁痕可 漂洗掉
n 工件表面有油污或不清洁，粘附磁粉形成磁痕 显示，尤其在干法中最常见，磁粉堆集松散， 清洗并干燥工件后重新检验，该显示不再出现
（3）冷隔 是由于两股金属熔液相遇却未熔合在铸钢件 表面产生的缺陷。一般产生在铸钢件上较大 的水平面和转角处，呈有圆角的缝隙或凹陷， 其磁痕较淡而不清晰。
（4）夹杂 铸造时由于合金中熔渣未彻底清除干净，浇 注工艺或操作不当等原因，在铸件上出现微 小的熔渣或非金属夹杂物。夹杂在铸件上的 位置不定，易出现在浇注位置上方，磁痕呈 分散的点状或弯曲的短线状。
(1)焊接裂纹。磁粉检测的主要目的是检查焊 缝及热影响区的裂纹。焊接裂纹可能在焊接 过程中产生，也可能在焊后或放置一段时间 后产生，因此对有延迟裂纹倾向的焊接件， 其无损检测应在焊后24h后进行。 Ø按照裂纹的产生温度可分为焊接热裂纹和 焊接冷裂纹。
• 热裂纹一般产生在1100~1300℃高温范围内 的焊缝熔化金属内，有纵向裂纹和横向裂 纹，露出工件表面的热裂纹断口有氧化色
n 磁悬液浓度过大，或施加不当会形成过度背景， 磁粉松散，磁痕轮廓不清晰，漂洗后磁痕不评定的磁 痕背景。过度背景是由于工件表面太粗糙， 工件表面污染，过高的磁场强度或过高的 磁悬液浓度产生的，磁粉堆多而松散，易 掩盖相关显示。
伪显示-示例（沟槽磁粉聚集）
7.3 非相关显示 n非相关显示不是来源于缺陷，但却是由漏
（3）拉痕 Ø 由于模具表面光洁度不高、残留有氧化皮
或润滑条件不良等原因，在钢材通过轧制 设备时，便会产生拉痕，也叫划痕 Ø 拉痕呈直线状，肉眼可见到沟底，分布于 钢材的局部或全长，宽而浅的拉痕探伤时 不吸附磁粉，较深者会吸附磁粉 Ø 鉴别时应转动工件观察磁痕，若沟底明亮 不吸附磁粉，即为拉痕
n 铸钢件缺陷磁痕显示 （1）铸造裂纹。金属液在铸型内凝固收缩过 程中，表面和内部冷却速度不同产生很大的 铸造应力，当应力超过金属强度极限时，铸 件便产生破裂。根据破裂时的温度高低分为 热裂纹和冷裂纹。 热裂纹约在1200~1400℃高温下产生，并在最 后凝固区或应力集中区出现，一般是沿晶扩 展，呈很浅的网状裂纹，亦称龟裂，其磁痕 细密清晰，稍加打磨裂纹即可排除。
发生变化，产生磁痕显示 • 磁痕显示宽而松散，呈带状 • 将工件退火后重新进行磁粉检测，磁痕不
再出现，或根据磁痕特征进行分析。
Ø 金相组织不均匀产生磁痕显示 • 工件淬火后冷却不均匀造成组织差异；马
氏体不锈钢的金相组织为铁素体和马氏体， 二者磁导率差异大；高碳钢和高碳合金钢 钢锭凝固时，产生树枝状偏析，使钢组织 不均匀，在其间隙中形成碳化物，轧制中 沿压延方向被拉成带状，其组织不均匀， 磁导率差异大 • 其磁痕呈带状，单个磁痕类似发纹，磁痕 松散不浓密 • 可根据磁痕分布和特征及材料进行分析
线泻出工件形成漏磁场，吸附磁粉形成磁痕显 示 • 该磁痕松散，有一定的宽度 • 有规律的出现在同类工件的同一部位，根据工 件的几何形状，易于辩认
Ø 磁写 • 两个磁化的工件互相接触或一钢件在已磁
化的工件上划一下，在接触部位便产生磁 性变化，产生磁痕显示 • 其磁痕松散，线条不清晰，像乱画的样子 • 将工件退磁后，重新进行磁化和检验，磁 痕显示不再出现，但应保证退彻底
n 湿法检验中，磁悬液中的纤维物线头，粘附磁粉 留在工件表面，容易误认为磁痕显示，仔细观察 即可辩认
n 工件表面的氧化皮，油漆斑点的边缘上滞留磁粉 形成的磁痕显示，通过仔细观察或漂洗工件即可 鉴别
n 工件上形成排液沟的外形滞留磁粉形成的磁痕显 示，尤其沟槽底部磁痕显示有的类似缺陷显示， 但漂洗后磁痕不再出现。
（2）疏松 是由于金属液在凝固收缩过程中得不到充分 补缩，因而出现极细微的、不规则的分散或 密集的孔穴，称为疏松。一般产生在铸钢件 最后凝固的部位，加工后的铸钢件表面，更 容易发现疏松。疏松缺陷磁痕一般涉及范围 较大，呈点状或线状分布，两端不出现尖角， 有一定深度，磁粉堆集比裂纹稀松。改变磁 化方向时，磁痕显示方向也明显改变。
• 冷裂纹一般产生在100~300℃低温范围内的 热影响区（基体金属和熔合线上），冷裂 纹可能在焊完后马上产生，也可能在焊后 数日或数月才开裂。大多数冷裂纹是纵向 的，深浅不一，长短不等。露出工件表面 的冷裂纹断口未氧化，发亮。
焊接裂纹形成的原因有： ①母材金属的碳含量或硫、磷含量过高时， 其焊接性变差，容易产生裂纹。 ②焊条、焊剂等焊接材料中的合金元素和硫、 磷含量越高时，产生裂纹的倾向也就越大。 ③低温或有风的情况下焊接，致使焊缝冷却 速度过快也容易产生裂纹。 ④焊接厚板因其结构的刚性大也容易产生裂 纹。
Ø磁痕特征：发纹磁痕均匀清晰而不浓密， 两头钝（呈圆角） Ø鉴别方法： 一是根据发纹分布和磁痕特征进行判定 二是擦掉磁痕，用5倍放大镜观察缺陷处， 发纹目视不可见 三是用刀刃在垂直磁痕的表面上来回刮，一 般不阻挡刀刃的磁痕是发纹
（2）分层 Ø 产生原因：属板材中常见缺陷，钢锭中存
在缩孔、疏松或密集的气泡，在轧制时没 有熔合在一起，所以钢板在纵向或横向剪 切时，从侧面可发现金属分为两层，亦称 夹层。钢锭内有非金属夹杂物，轧制时被 压碎，也能产生分层。 Ø 磁痕特征：分层是一种内部缺陷，特点是 平行于轧制面，磁痕呈条状或断续分布。 Ø 鉴别方法：根据磁痕分布和特征鉴别。
Ø原材料缺陷（裂纹、分层、夹杂、白点） Ø热加工（铸造、锻造、焊接） Ø冷加工（车、磨、铣、刨） Ø使用过程中（疲劳、应力腐蚀、超载）
7.4.1 原材料缺陷磁痕显示 n 原材料缺陷指的是钢材冶炼在铸锭结晶时
产生的缩管、气孔、金属和非金属夹杂物 及钢锭上的裂纹等 n 在热加工或冷加工时，以及在使用后，这 些原材料缺陷被扩展成为疲劳源，并产生 新的缺陷。例如夹杂物被轧制拉长成为发 纹，在钢板中被轧制成为分层等 n 这些缺陷存在于工件内部，在机械加工后 才暴露在工件表面或近表面，才能被磁粉 检测发现。
7.4.2 热加工产生的缺陷磁痕显示 n 锻钢件缺陷磁痕显示 （1）锻造裂纹。产生原因包括加热不当、 操作不正确、终锻温度太低、冷却速度太快 等。磁痕浓密清晰，呈直线或弯曲线状 （2）锻造折叠。原因和特征： Ø模具设计不合理，金属流动受阻，被挤压 后形成折叠，多发生在倒角部位，磁痕呈纵 向直线状 Ø预锻时打击过猛，在滚光过程中嵌入金属， 磁痕呈纵向弧形状
n磁痕的分类 能够形成磁痕显示的原因很多，综合各种原因将 磁痕分为三类：相关显示、非相关显示和伪显示。 Ø 相关显示：由缺陷产生的漏磁场形成的磁痕显
示称为相关显示 Ø 非相关显示：由工件截面突变和材料磁导率差
异等产生的漏磁场形成的磁痕显示称为非相关 显示 Ø 伪显示：由非漏磁场形成的磁痕显示称为伪显 示。
（5）气孔 是当熔化金属冷却凝固过程中气体未及时 排出形成空穴。其磁痕呈圆形或椭圆形， 显示不太清晰，磁痕的浓度与气孔深度有 关，皮下气孔一般使用直流电检测。
n 焊接件缺陷磁痕显示 Ø气割裂纹。火焰切割过程中，气割工艺不 当或环境温度过低，冷却速度过快时，对于 强度较高的钢就容易产生气割裂纹。其方向 是不定的，其深度一般在百分之几到十分之 几毫米 Ø电弧气刨裂纹。采用电弧气刨清根时，碳 要向钢材表面过渡，造成气刨面增碳，如果 冷却速度过快就会在电弧气刨面产生裂纹。 这种裂纹方向是任意的，深度一般在百分之 几到十分之几毫米不等。
Ø 两种材料交界处产生的磁痕 • 两种材料（钢种类不同）焊接处因材料磁
导率相差较大或母材与焊条的磁导率相差 很大，而产生磁痕显示 • 该磁痕显示有的松散，有的浓密清晰，类 似裂纹磁痕显示，在整条焊缝都出现同样 的磁痕显示 • 结合焊接工艺、母材与焊条材料进行分析
Ø 局部冷作硬化产生的磁痕 • 工件冷加工硬化使金属局部变硬，磁导率
件表面和进入工件表面均产生漏磁场，且磁极 附近磁通密度大，触头法时，电极附近电流密 度大，磁通密度大，因此在磁极和电极附近的 工件表面上会产生磁痕显示。 • 该磁痕多而松散，与相关显示不同 • 退磁后改变磁极和电极位置，重新进行检验， 此处磁痕显示不再出现，若出现可能是相关显 示。
Ø 工件截面突变处产生磁痕显示 • 工件内键槽等部位，由于截面缩小，迫使磁力