影响磁粉检测缺陷检出度的因素

文章来源:领翼无损检测学校
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导读

                           


磁粉检测是利用缺陷处漏磁场与磁粉相互作用的原理,检测铁磁性材料表面及近表面缺陷的一种无损检测方法。


它的基本原理是:当工件被磁化时,若工件表面及近表面存在不连续,则在不连续的表面和近表面的磁力线就发生了变化,由于不连续内的空气磁导率远比零件的磁导率低,所以磁力线“被迫”从不连续的下部通过,但单位面积内通过的磁力线条数是有限的,这就使该部分磁力线穿过不连续,部分磁力线被挤出零件再进入零件表面。


这些“穿过”和“挤出”的磁力线就在不连续的两边形成漏磁场,并构成了N级和S级。


当把磁粉施在它上面时,此处的漏磁场将吸引聚集探伤过程中施加的磁粉,磁粉便在此处显示缺陷的位置和尺寸及形状等情况,从而判断该处缺陷的性质和大小。


磁粉检测在船舶制造业中有着广泛的应用,船体焊缝、柴油机零部件、钢锻件都有大量的磁粉检测。


它具有设备简单,操作容易,检验迅速,缺陷显示直观,对缺陷的性质、大小和分布易于判定,检测费用省,污染轻。


磁粉探伤法可探测露出表面用肉眼或借助于放大镜也不能直接观察到的微小缺陷,也可探测未露出表面,而且埋藏在表面以下几毫米近表面的缺陷,可检测因淬火、轧制、锻造、焊接、电镀、磨削、疲劳等引起的裂纹,它是一种最有效的表面及近表面检测方法,也是无损检测中常规检测方法之一。


为了保证磁粉检测结果的准确性,在检测工作中就应当认真考虑磁粉检测中对缺陷检出度影响的因素。


1.材料的磁特性的影响


材料的磁特性随着材料成分、结晶状态以及热处理的不同而不同。


不同材料磁化后,所产生的磁饱和感应强度也不同,即使在同一条件下进行磁化,也不能说漏磁都是相同的。


在探伤中,磁化强度一般大致控制在铁磁性材料饱和磁感应强度的80%-90%时为最佳。又因为磁感应强度B=μH,故试件的磁导率μ越大的材料,缺陷就越容易检出。


为了得到良好的磁痕显示,对试件进行磁化时,选择足够的磁化电流值,根据被检试件的磁特性,使表面有效场的磁通密度达到饱和磁通密度的80%-90%,此时缺陷处产生的漏磁场最强,缺陷的检出度也最佳。


2.有效磁场强度与缺陷方向间的影响


当工件磁化时,工件的磁化强度对缺陷的检出度有很大影响。


并不是仅仅使工件强烈磁化即可。这是由于磁化到接近饱和点时就容易产生假磁痕,使得缺陷指征难以区别。


因此为了检出缺陷,需要磁化到适当程度,磁化的最佳情况是达到饱和磁通的80%-90%时或磁导率μ为最大的时候。


此外,被磁化的磁场还有方向性,因此要使从缺陷部分产生漏磁,就必须使缺陷切割磁场,也就是说磁化方向与缺陷方向垂直时,漏磁最大,因而,确定要检测和去除沿某一方向延伸的缺陷以后,就应尽可能把与缺陷垂直的方向作为磁化方向。


当缺陷走向与磁场方向垂直时,探伤的缺陷检出度最高。灵敏度正比于缺陷的磁场交角的正弦值。


当交角小于45°时,探伤灵敏度将显著降低,因而,要完全地检出任何取向的表面及近表面缺陷,每次探伤时必须使磁感应线相互垂直地通过被检表面的两个方向。


3.磁粉的性能的影响


磁粉的主要作用是提供显示,它准确地显示出不连续的位置和尺寸及形状。


磁粉的粒度、比重、形状、磁性、活动性都可以影响磁粉检测缺陷的检出度。磁粉的粒度对磁粉性能影响很大。由于缺陷形成的漏磁场可能很小,如果磁粉粒度过大,过重漏磁场的强度难以克服流经试件表面的磁粉冲力。磁粉的活动性能就差。


若磁粉过细,会在磁悬液中结成团而不显悬浮状,磁粉就不容易被漏磁场所吸附。磁粉的形状对磁粉性能和效率的影响也很大。当磁粉置于磁场的影响下时,便出现延磁场方向排列成行趋势。如果磁粉南北极纵向磁化,这种趋势便大大增强。


因此,条状磁粉易于极化,而球状磁粉则不易极化。若缺陷较宽,相互作用的磁粉联成带状――磁链。


磁链就会跨过缺陷的开口,若是近表面缺陷,所形成的这种磁链便有助于缺陷产生的表面漏磁的良好显示。若磁粉或磁悬液只有条状颗粒组成,这不仅费用大。而且由于严重结块使灵敏度降低,还会导致磁粉活动性不良。


为了确保良好的活动性,理想的磁粉应由足够的球状颗粒与高比例的条状颗粒组成。磁粉还应具有高的磁导率和低剩磁、低矫顽力,以易于探伤后快速去除磁粉。磁悬液的浓度对不连续的显示也非常重要。浓度太低,显示就非常微弱,浓度过高,就会增强背景使不连续难以分辨。


4.缺陷的形状和埋藏深度的影响


表面缺陷越深(即缺陷自身高度越高),漏磁感应越大,缺陷的检出度也越好。


缺陷愈宽,漏磁感应强度愈大,缺陷的检出度也愈高。


缺陷埋藏深度,对缺陷检出度也有很大影响,在铁磁性的近表层如有缺陷存在时,则试件的表面上有漏磁场,漏磁场的分布以缺陷的上端为中心呈近似的半圆形,缺陷的埋藏深度愈深,则这个圆心离表面也愈远,因此靠近试件表面的缺陷其漏磁场的形状尖锐,随着缺陷埋藏深度的增加。


漏磁场的形状逐渐弱小且平坦,磁痕显示逐渐模糊,若缺陷位于距表面很深的地方,就不会出现磁痕显不。


5.试件的表面状态的影响


被检工件的表面应当清洁,干燥,工件表面有油脂、涂料、锈斑,沙、氧化皮、棉纤维、焊接飞溅物及其他异物附着时,不但会妨碍缺陷对磁粉的吸附,而且在使用磁悬液时,这些异物会污染检查液,从而影响检验效果。


对于装配件,应分解为单个零件进行探伤。


因为装配件的形状一般较复杂,难以进行恰当的磁化,退磁也很困难。


分解后的零件,探伤操作方便,而且能观察到所有的探伤面。


检查前。对油孔及其他孔穴等应用软木塞或其他对检验无害物质封堵,防止进入磁粉。被检工件表面的颜色,相对于磁粉颜色,应有最好的比对度,如用黑色磁粉检验暗色表面工件对比度很差时,可在表面喷涂一层很薄的白色反差增强剂。磁粉是吸附在缺陷处显示缺陷磁痕堆积现象。假如工件表面质量不好,有凹凸部分,则该部分也出现漏磁,并显示出磁痕,这样,往往不能与内部缺陷加以区别。


不平滑阻碍了磁粉的移动,并使磁粉还附着在试件的健全部位,形成假缺陷。因此应尽可能将工件表面加工平滑。


6.磁化规范的影响


工件磁化时,磁化电流或磁场强度选择所遵循的规律称之为磁化规范。


一旦探伤方法(剩磁法和连续法)确定之后,就可根据材料特性和热处理状态,工件的尺寸、形状和表面粗糙度,以及缺陷特性,选择合适的磁化方式和磁化电流。


周向磁化又称环向磁化或横向磁化,是指磁化后的试件获得与轴向垂直的磁感应线,能发现试件的纵向缺陷,但试件的横向缺陷不能检出。


纵向磁化是指磁化后的试件获得与轴向平行的磁感应线,能发现试件的横向(周向)缺陷,但试件的纵向缺陷不能检出。


不同的磁化方法,对各种不同缺陷的检出度也不同。


至于选用交流电磁化设备还是直流电磁化设备,取决于所要发现的缺陷的深浅程度。


用交流电磁化时,交流电有一定的集肤作用,其产生的磁化场较强的部分集中在试件表面,对发现表面缺陷,检出度比较高。


但交流电的磁化场在试件内部的值较小,因此不易检出试件表面下较深的缺陷。


若用直流电磁化。刚好能填补交流电磁化这一不足之处。


结论


铁磁性材料经外磁场磁化后,在缺陷处的磁通分配具有三种形式:


1.大部分磁通从缺陷下部铁磁性母材磁导率。值较高部位通过。


2.磁通直接穿透缺陷。


3.受缺陷截面阻碍,因值的突变而产生泄露在空气中的磁场,即磁粉探伤中吸附磁粉的漏磁场。缺陷漏磁场的大小取决于试件施加的有效磁化场。要获得显示缺陷有效磁化场数值的条件,首先,应该掌握待测材料的磁性参数H=[Bm・Br・Hc・’(B・H)]根据磁化设备特点,电流性质和工件的形状因子(L/D)的关系,应用状态等因素,合理地选择磁化规范和检测方法,确认物理量并使其数值满足检测灵敏度要求。另外磁粉检测灵敏度取决于试件的磁特性。有效磁化场强度与缺陷之间的关系。磁粉的磁性、试件的表面状态、磁化规范、磁粉探伤工艺等。


从上述影响缺陷检出度的几种因素来看,在磁粉检测中,这些影响因素对缺陷磁痕显示起着至关重要的作用。


在一般磁粉检测过程中,要充分发挥这些影响因素的有利一面,想方设法抑制和克服不利的一面,做到了这一切,想得到缺陷的良好显示,是不难做到的。


磁粉探伤的特点是利用试件上建立强的磁感应强度,并在缺陷附近产生足以吸附铁磁粉堆积――可见的磁痕。


想得到缺陷的清晰磁痕显示,就应当认真地分析,掌握对缺陷的检出度影响的各种因素。把握好这些因素,在探伤试验中,根据工件的特性、形状和表面粗糙度,根据磁粉探伤机的综合性能,磁化场大小。


磁悬液的浓度,根据缺陷的特性,全面地、综合地进行分析,选择合适的磁化方式和磁化电流,充分合理地掌握好磁化规范和探伤工艺,使磁场强度控制在合理的范围内,才能有效地确定磁化合适等级,就能获得最清晰的缺陷磁痕显示。就能获得最佳的缺陷检出度,就能获得最好的产品质量。


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