浅谈磁粉检测技术
磁粉检测技术
作者:徐满节
摘要:本文主要介绍了磁粉检测技术的特点、工作原理、检测方法以及磁粉检测在生产方面的应用,最后阐述了磁粉检测技术的发展趋势和前景。
关键词:磁粉检测技术 工作原理 检测方法 发展趋势
磁粉检测是利用导磁金属在磁场中被磁化,并通过显示介质来检测缺陷特性的一种方法。磁粉探测被广泛应用于探测铁磁材料的表面和近表面缺陷。当磁铁材料被强烈磁场磁化以后,如在材料表面或近表面存在于磁化方向垂直的缺陷,即会造成部分磁力线外溢,形成漏磁场。若在漏磁场施加磁粉或磁悬液,则漏磁场对磁粉产生吸引吸引力从而显示缺陷的痕迹。
作者单位:安徽建筑大学 土木工程学院 安全工程1班
1 磁粉检测技术的特点
磁粉检测对工件中表面或近表面的缺陷检测灵敏度最高,对裂纹、折叠、夹层和未焊透等缺陷较为灵敏,能直观地显示出缺陷的大小、位置、形状和严重程度,并可大致确定缺陷性质,检测结果的重复性好。一般来说,采用交流电磁化可以检测表面下2mm以内的缺陷,采用直流电磁化可以检测表面下6mm以内的缺陷。随着缺陷的埋藏深度的增加,其检测灵敏度迅速降低。因此,它被广泛用于磁性材料表面和近表面的缺陷。
对于非磁性材料,如有色金属、奥氏体不锈钢、非金属材料等不能采用磁粉检测方法。但当铁磁性材料上的非磁性图层厚度不超过50µm时对此分检测的灵敏度影响很小。虽然磁粉检测技术只适用于检测铁磁性材料及其合金,但由于钢是铁碳合金,它的磁性来自铁元素,加之钢和铁是工业的主要原料,因此磁粉检测适用范围还是比较广泛的。
2 磁粉检测的基本原理
磁粉检测是用于检测铁磁性材料(包括铁、镍、钻等)表面上或近表面的裂纹以及其它缺陷。磁粉检测对表面缺陷最灵敏,但对表面以下的缺陷随埋藏深度的增加检测灵敏度迅速下降。磁粉检测的原理是,当工件被磁化后,如果表面或近表面存在裂纹、冷隔等缺陷,便会在该处形成一漏磁场。施加磁粉后,漏磁场将吸引磁粉,而形成缺陷显示。磁粉检测首先是对工件加外磁场进行磁化,外加磁场的获得一般有两种方法,一种是直接给被检工件通电流产生磁场,另一种是把工件放在螺旋管线圈磁场中,或是放在电磁铁产生的磁场中使工件磁化。工件被磁化后,在工件表面上均匀喷洒微颗粒的磁粉(磁粉平均粒度为5~10μm),一般用四氧化三铁或三氧化二铁作为磁粉。 若工件没有缺陷则磁粉在表面均匀分布。如果存在缺陷,由于缺陷(如裂纹、气孔、非金属夹杂物等)内含有空气或非金属,其磁导率远小于工件,导致磁阻变化,工件表面或近表面缺陷处产生漏磁场。
磁粉将被小磁极所吸引,缺陷处由于堆积较多的磁粉而被显示出来,形成肉眼可以看到的缺陷图象。为了使磁粉图象便于观察,可以采用与被检工件表面有较大反衬颜色的磁粉。常用的磁粉有黑色、红色和白色。为提高检测灵敏度,可以采用荧光磁粉,在紫外线照射下更容易观察到工件中缺陷的存在。磁粉检测中能否发现缺陷,首先决定于工件缺陷处漏磁场强度是否足够大。要提高磁粉检测灵敏度,就必须提高漏磁场的强度。缺陷处漏磁场强度主要与被检工件中的磁感
应强度B有关,工件中磁感应强度越大,则缺陷处的漏磁场强度越大。一般情况下,工件中磁盛应强度达到0.8T(特)左右即可保证缺陷处的漏磁场能够吸附磁粉。磁导率μ是磁通量密度B与磁场强度H的比值,不同材料工件由于磁导率不同,在同样外磁场强度时的磁感应强度也不同。铁磁性物质的磁导率比非铁磁性物质要大几个数量级,容易获得足够大的磁感应强度。而非磁性物质则不能获得足够大的磁感应强度,因而不能采用磁粉检测方法采检测。不同铁磁性材料的磁导率也有差异,为了达到足够大的磁感应强度,应选用不同强度的外磁场进行磁化。这就是在对不同磁性材料工件进行检测时选用不同磁化规范的原因。当然,缺陷处漏磁场的大小还取决于缺陷本身的状况 (例如缺陷的宽窄、深度与宽度之比、缺陷埋藏深度以及顿角方向等)。因此,对于具有相同磁感应强度的被检工件,在不同缺陷处的漏磁场强度也有差异。由于空气的磁导率远比工件的磁导率低,因而缺陷处不容易使磁力线通过,就会产生对原来均匀分布的磁力线的干扰。一部分磁力线被挤到裂纹尖端的下面,一部分穿过裂纹气隙;另一部分被挤出工件表面后再进入工件,如图a所示,在工件表面形成漏磁场。有些靠近表面的缺陷虽没暴露到工件表面,但当工件被磁化时,缺陷处靠近工件表面的受干扰的磁力线有可能被挤出表面,如图b所示,这样在工件表面上也会有漏磁场产生。但当缺陷离工件表面较深时,受干扰的磁力线没有被挤出工件表面就不会产生漏磁场,即离工件表面比较深的缺陷用磁粉检测检查不出来。对于夹杂物,如果磁导率与工件材料的磁导率相差不大时,缺陷就不易被显示。此时在检测某些合金钢时有可能会遇到。工件表面缺陷处的漏磁场密度与缺陷深度几手成正比关系。缺陷深度愈长,愈容易显示。缺陷深度与宽度之比很重要,缺陷的深度与宽度之比愈小,则引起的漏磁愈少,不容易引起磁痕。工件表面的磁场强度应能使工件上的表面缺陷充分显示,另一方面,这种表面磁场强度最好是该工件材料的磁饱和强度的80%,这样既可避免因磁化不足造成的漏检,又可防止因过强磁化而带来的杂乱显示。根据工件材料的磁化曲线,找出工件磁感应强度为80%磁饱和强度时对应的磁场强度。如采用连续磁化法,则当工件表面磁场强度在2400~4800(A/m)范围时,大部分铁磁性材料能满足上述要求。当采用剩磁法检测时,耍达到与连续法相同的检测要求,就必须使工件表面的磁场强度达到8000~14400(A/m)。
3 磁粉检测技术的应用
3.1磁粉检测技术在压力容器探伤中的应用
目前磁粉检测技术已经成功地应用于压力容器的探伤中。例如对液化气储罐的焊缝进行检测,对丁字口部分作射线检测,对其余焊缝作100%磁粉检测。从检测的结果来看,应用X射线检测没有发现缺陷,用磁粉检测却发现了表面裂纹。而裂纹等开口缺陷是一种危害性最大的缺陷,它除降低焊接接头的强度外,还因裂纹的末端呈尖锐的缺口,在焊接承载后,引起应力集中,成为结构断裂的起源。另外,某化工公司采取荧光磁粉检测,成功地检测出钢制乙烯球罐上的裂缝。这说明,磁粉检测技术在压力容器无损检测中效果非常显著。
3.2磁粉检测技术在锻件探伤中的应用
锻造是当金属加热到极热或软化状态时,用锻锤或锻压机把它加工成为所要求形状的过程。锻造缺陷主要有两类即锻造折叠和断裂。
电站用的大型转子,由于锻造时没有镦粗工艺,只有拔长,所以缺陷大都是沿轴向分布的纵向缺陷。磁粉探伤时用产生磁场的清洗干净的脱皮电缆线直接穿入孔内,用直流电进行磁化,磁悬液通过油泵注入铁管,从铁管的铜喷头向上喷
出,转子放置时一端稍放低一点,以便多余的磁悬液流出。在逐次连续磁化过程中,把磁悬液喷头从转子一端移至另一端,使整个内孔上半部均匀地喷上磁悬液。取出电缆线后用潜望镜观看。内孔上半部检查后,再将转子旋转180°,重复上述过程再探一次,这样整个内孔全部检查完了。磁化电流的选择原则上保持试件内表面磁化强度近8000A/m。实际采用的电流时:当中心孔直径为100mm时,磁化直流电流为2200A;当中心孔直径为150mm时,磁化直流电流为2400~2800A。检查完毕后,必须退磁,并且把剩磁推净。退磁用交流电,电流为2000~3000A,通电后把电流慢慢调到零。
湿式连续法的磁化时间为7s,继续通电,喷头慢慢从一端移至另一端。120ml磁膏溶于10L石油内。验收标准是,原则上不允许有任何缺陷。只是当其他方法发现问题时,转子外圆磁粉探伤才作为验证的手段。采用触头刺入局部磁化法,电流为200A。当采用交流电磁化时,两极间距为200mm;当采用直流电磁化时,两极间距为250~300mm,磁粉探伤用湿法或干法均可。
3.3磁粉检测技术在疲劳缺陷探伤中的应用
在运转中的试件上的疲劳裂纹,一般是出现在于试件运动方向。轴承加工技术的进步和轴承产品精度的提高,促进了轴承检测仪器及实验技术的发展。由于在应用技术领域和国外存在的差距,目前国内的轴承检测仪器设备仍然与国外的轴承检测设备存在着较大的差距。铁道部戚墅堰机车车辆工艺研究所的常安全,陈金芳,许赤峰团队就铁道车辆轴承滚子探伤研制了型号为CJW/QMC-600的磁粉探伤机并投入使用,该机对滚子进行一次磁化即可检验滚子表面任意方向的缺陷,检验灵敏度可使15/50Al型试片清晰显示。
4 磁粉检测技术的发展趋势
传统的磁粉探伤采用人工观察,检测人员长期在暗室里处于紫外线光照射下,不仅工作环境差,还极易造成漏检。因而在1995年日本的水野正志提出了工业电视摄像和图像增强技术在探伤中的运用,美国PARKER公司和瑞典LABNO公司也研制了相应的测试设备我国也与20世纪90年代开始进行自动化磁粉测试技术的探索。通过计算机和高分辨率摄像机图像显示软件处理系统,对零件实现图像显示。北京内燃机总厂、航空部、河海大学也曾立项研制,但由于性能和效率等方面达不到实际生产需求,因而没有投入实际应用。现今对磁粉探伤技术的研究主要在于采用光学扫描和图像处理技术,将磁痕图像转化为数字图像进行实时智能识别。磁粉检测作为一种常用的无损ROSH检测仪技术,随着现代工业的发展,具有如下几个主要发展趋势:
(1)继续拓宽应用范围,如水下设施、海底管道、高层建筑和检测难度大的各领域;
(2)各种专用复合磁化检测设备将扩大适用范围,用以解决一些形状复杂、批量大求高的工件的检测,提高劳动效率;
(3)与计算机技术、光电扫描、激光扫描等技术结合,半自动、自动化磁粉检测装置相继问世,检测设备的智能化是当今时代的一个重耍趋势。
由此可见,现如今我们对磁粉探伤的研究在于探伤系统的图像处理方面和智能化自动方面,以免人的主观判断对工件检测的影响。我国近年来磁粉检测设备发展也很快,已实现了系列化,三项全波直流探伤超低频退磁设备的性能已打到国外同类设备的水平。交流探伤就机用于剩磁法检验时加装断电相位控制器保证剩磁稳定。是我国的特色。断电相位控制器利用可控硅技术,可以代替自藕变
压器无级调节磁化电流,还未我国磁粉检测设备的电子化和小型化奠基了基础。智能化设备已生产应用。光电扫描图像识别的磁粉探伤机已研制成功。用电脑处理磁痕现实的试验研究有很大的进展,自动化和半自动化设备有不少应用。
5 结论
现在,我国对磁粉检测的基础理论研究比较重视,已取得较大的进展,断裂力学在无损检测领域的应用。为制定更合理的产品磁粉检测验收标准提供了依据。磁粉检测方法日臻完善。对无损检测的人员的培训和之歌鉴定空前重视,人员素质大大提高。我们相信,磁粉检测将得到更加广泛的应用。为控制产品质量,防患于未然作出应有的贡献。
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