無損檢測(NDT)之：磁力檢測
關于鋼管，無縫鋼管，焊接鋼管，精密鋼管 等鋼材的無損檢測(NDT)，本站之前發(fā)表過：渦流探傷原理 鋼材焊縫無損探傷四種方法比較 無損檢測新標準羅列 鍋爐鋼管等壓力容器的無損探傷介紹 無損檢測（NDT）之VT和UT的對比 今天我們再來一起學習學習 鋼材的磁力檢測方面的相關知識。
磁力檢測屬于無損檢測范疇里的表面及近表面檢測技術。表面及近表面檢測方法有磁力檢測、滲透檢測和渦流檢測等方法。本期講述磁力檢測。磁力檢測是通過對鐵磁性材料進行磁化，在缺陷部位所產生的漏磁場來發(fā)現(xiàn)表面或近表面缺陷的無損檢測方法。包括磁粉檢測、漏磁檢測（磁敏探頭法）和錄磁檢測等方法。
一、磁力檢測原理與磁化方法
工件在磁場中被磁化后，缺陷部位產生漏磁磁場；在被檢物上撒上磁粉，缺陷部位磁粉附著痕跡與非缺陷部位明顯不同，從而顯示出缺陷。
磁粉檢測只適用于鐵磁材料（鐵、鎳、鈷及其合金等）；鐵磁材料上非磁性涂層厚度小于 50μm 時，對磁粉檢測靈敏度影響很小。
缺陷長度方向與磁場方向的垂直度，是磁粉檢測的重要條件。
磁場強度H（A/M）與材料中產生的磁感應強度（磁通密度）B 的關系為：
B=μH
式中
μ——磁導率（H/m）
電流與磁場強度的關系為：
H=0.16I/R , 通電圓柱形導體表面
H=0.16I·r/R2 ，通電圓柱形導體內部
H=0.32πNIcosα/L ， 螺管線圈中心
式中
I ——電流（A）
R——導體外表面距導體中心距離（m）
r ——導體內部距導體中心距離
L——線圈長度（m）
α——線圈對角線與軸線之間夾角
被檢物周向與縱向磁化方法列于表1 中。原理如圖 1所示。
▼表1 周向與縱向磁化方法
▲圖1 周向和縱向磁化方法
a）軸向通電法 b）中心導體法 c）電極觸電法
d）線圈法 e）電磁鐵法 f）磁軛法
復合磁化能取得相互垂直的磁場；示例如圖2 所示。它至少需要一個交流磁場
▲圖2 復合磁化法示例
（至少有一個交流磁場）
▲圖3 旋轉（磁場）磁化法
按電源分類有交流電磁化，直流線或整流電磁化。采用交流電可以實現(xiàn)復合磁化和電流法磁化。
▲安裝在生產現(xiàn)場暗室里的熒光磁粉探傷機
二、磁粉檢測過程與技術
在被檢物充磁狀態(tài)下敷粉檢測，稱為連續(xù)法，
在被檢物充磁后敷粉檢測，稱為剩磁法。
2.1 檢測靈敏度與靈敏度試片
磁粉檢測靈敏度是指可檢出缺陷的最小尺寸，即絕對靈敏度。
磁粉檢測靈敏度取決于磁化方法與規(guī)范、磁粉或磁懸浮液的性質、被檢物材料特性及缺陷的位置等。一些磁化方法可達到的靈敏度見表2 。
▼表2 磁粉檢測靈敏度
有關檢測標準都對被檢物檢測靈敏度提出了明確要求，實際檢測中采用靈敏度標準試片或試塊校準，或驗證被檢物檢測靈敏度，靈敏度試片(塊)還用于大致確定磁化電流值，用于考察被檢物各處磁場分布規(guī)律等。
A型標準試片為20mmX20mm薄片,上面刻有10mm的圓,圓內刻有十字缺陷槽。A型試片規(guī)格與分類見表3 。
▼表3 A型試片規(guī)格與分類
▲直流標準環(huán)形試塊實物圖片
▲圖5 磁場指示器
▲磁場指示器實物圖片
2.2 檢測方法與磁化方法選擇
連續(xù)充磁時間長，磁化效果好。軟磁材料（軟鐵、低碳鋼、鐵鎳合金等）應采用連續(xù)法檢測。剩磁大的被檢物，（如高碳鋼、潔凈表面硬化的結構鋼等）可以采用剩磁法檢測。
剩磁法檢測靈敏度比連續(xù)法低，只適用于檢測表面缺陷，對近表面缺陷很不敏感。但剩磁檢測法效率高，適用于大批量的小件檢測。
被檢物形狀和預計的缺陷方向與磁場方向（H）垂直時，檢測靈敏度最高。與磁場方向（H）平行時可能檢測不到缺陷。周向磁化法或縱向磁化法的選擇可參照表1。對長度和重量超過探傷機技術指標的被檢物，用分段繞電纜的方法進行縱向檢測。換裝薄型被檢物用感應電流法測其環(huán)狀缺陷。
若缺陷方向難以預計則應對被檢物分別進行縱向和橫向磁化，以免漏檢。對于大批量被檢物，生產中采用復合磁化或旋轉磁化，只需一次磁化工序即可實現(xiàn)全方位缺陷檢測。旋轉磁化主要用于焊縫和大型鑄鋼件檢測。
采用交流電磁化，檢測表面缺陷能力強而檢測出近表面缺陷的能力差。交流電用于剩磁法檢測時有剩磁不穩(wěn)定和偏小的情況，應適當加大磁化電流和采用斷電相位器穩(wěn)定剩磁，以免漏檢。
直流電磁化可檢出近表面缺陷，直流磁化電流已被單相半波和三相全波整流所替代。單相半波整流磁化具有直流電的滲透性（可檢測較深的近表面缺陷）和交流的脈動性（攪動干磁粉，有利于磁粉流動，從而提高檢測靈敏度的特點）。三相全波整流電具有直流電磁化滲透深與脈動性小的特點，并可提供高強度磁化電流，故適用于大型鍛件、鑄件毛坯以及焊接構件的檢測，有利于發(fā)現(xiàn)表層下氣孔與夾雜物等。三相全波整流與直流電類似，具有退磁困難的特點。
2.3 預處理
被測工件磁性檢測前要去除表面的油脂、涂料及鐵銹等贓物，以免影響檢測效果。用于干粉檢測時被測工件表面干燥。
2.4 磁化規(guī)范
2.4.1 磁化電流
為保證被檢物表面及近表面缺陷漏磁場聚集磁粉，不論采用何種磁化方式，被檢物磁化后最終都應保證：
連續(xù)法，B＞0.6~0.8T；
剩磁法，Br＞T、Hi ＞800A/M
按被檢物磁化曲線，選擇相應的 H 值，即可通過公式
H=0.16I/R , 通電圓柱形導體表面
H=0.16I·r/R2 ，通電圓柱形導體內部
H=0.32πNIcosα/L ，螺管線圈中心
對每一種具體被檢物測定磁化曲線，在生產中難以實現(xiàn)，故實際檢測中常用材料一般經驗公式確定磁化電流。
1)軸向通電法的周向磁化
周向磁化是指在工件中建立一個環(huán)繞工件的閉合磁場。通電形式如圖6所示。
磁化電流有：
I=（5~10）D 連續(xù)法
I=（20~30）D 剩磁法
式中 D 是被檢物的直徑。
中心導體法（芯桿法）被檢物內-芯桿通電，以芯桿直徑估算。
中心導體法（電纜法）周向磁化電流：
I=（8~10）D/N 連續(xù)法
I=（20~30）D/N 剩磁法
式中 N 是穿過被檢物內孔的線纜線圈匝數(shù)。
2）電極觸點法（支桿法）周向磁化電流：
I=4L
式中 L 是兩支桿間距（mm）
3）線圈法縱向磁化，通電方法見圖7 。
▲圖7 縱向磁化示意圖
a）繞電纜法 b）磁軛法
c）空心零件的磁化
d）長軸零件的磁軛法
連續(xù)法檢測，磁動勢（安培 匝數(shù)）為：
被檢物為高填充系數(shù)；
低填充系數(shù)，被檢物偏置于線圈內壁；
式中 L 為被檢物長度，D為被檢物直徑。
以上三式適用于3≤L/D≤15。
2.4.2 磁化通電時間
剩磁法，通電時間一般為0.2~1s，采用沖擊電流時，在1/100s以上反復通電。連續(xù)法應在施加磁粉后再切斷電流，一般在磁懸液停止流動后再統(tǒng)計次電，每次0.5~2s 。
2.5 磁粉與磁懸液
2.5.1磁粉種類和特點
磁粉分類見圖8 。
▲圖8 磁粉分類
磁粉檢測按顯示方式分為干法與濕法。干法用干磁粉。濕法則將磁粉按規(guī)定濃度懸浮在載液（水或油）中，均勻噴灑在被檢物表面。濕法檢測靈敏度高可實現(xiàn)自動檢測，常用于大批量小件檢測。干法成本低，多用于大型構件或大型局部區(qū)域檢測。
干法用磁粉一般是相對密度約為 8 的鐵粉，而濕法用的磁粉是相對密度約為4.5的鐵磁性氧化物。標準干磁粉為粒度5~150μm均勻混合物，磁懸液的磁粉粒度一般為2~5μm。熒光磁粉粒度較大一般為5~25μm，但因其顯示缺陷清晰在此外光下色澤鮮明，多用于配置磁懸液。
▲熒光磁粉缺陷顯示影像實例
2.5.2 磁懸液
磁懸液的種類、特點及技術要求如表4 所示。
▼表4 磁懸液種類、特點及技術要求
2.6 退磁
檢測過程中，若有前次磁化的殘留剩磁可能會影響磁痕痕跡。因此，在兩次連續(xù)操作之間應對被檢工件做退磁處理。檢測后不允許有剩磁的被檢物也必須退磁處理。退磁法方法列于表5。
▼表5 退磁方法
▲框式退磁器
▲履帶傳送式退磁機
2.7 磁痕分析
表6 為各種缺陷磁痕一般特征。
表7 所列為偽磁痕（非缺陷磁痕）的鑒別要點。
▼表6 缺陷磁痕的一般特征
▼表7 偽磁痕一般特征
三、磁粉檢測裝備
3.1 磁粉檢測機的分類
磁粉探傷機按磁化裝置不同可以分為以下幾類：
3.1.1 固定式磁粉檢測機
結構特點：尺寸大、重量大，安裝于固定場合。
應用對象：中小型工件，需要較大磁化電流的可移動件。
檢測方法：濕法，交流、直流。
3.1.2 移動式磁粉檢測機
結構特點：置于小車上，便于移動
應用對象：小型工件，不易移動的大型工件。
檢測方法：干法、濕法、交流、直流。
▲移動式磁粉檢測機
3.1.3 便攜式磁粉檢測機
結構特點：體積小，重量輕、易于搬動。
應用對象：適用于高空、野外等現(xiàn)場及鍋爐、壓力容器焊縫的局部檢測。
檢測方法：干法、濕法、交流、直流。
▲便攜式磁粉檢測機
3.2 磁粉檢測設備的組成及作用
磁粉檢測設備的組成及作用詳見表8 。
▼表8 磁粉檢測設備的組成及作用
四、漏磁檢測與錄磁檢測
漏磁檢測、錄磁檢測與磁粉檢測原理相同，均為利用被檢物本身與缺陷的變化來檢測缺陷。磁粉檢測、漏磁檢測及錄磁檢測各自的特點見表9 。
▼表9 三種磁力檢測方法比較
4.1 漏磁檢測
漏磁檢測也就是磁敏探頭法檢測。有縱向缺陷和橫向缺陷兩種檢測方法。
4.11 縱向缺陷檢測方法
圖9 是檢測縱向缺陷的例子。
探頭裝在U形磁軛的兩腳間，被測工件旋轉而檢測系統(tǒng)不動，可檢測管子表面所有缺陷。
為了檢測直縫焊管的縱向缺陷，在固定的磁軛內以垂直于焊縫軸線的方向對焊管進行磁化，并使磁敏探頭以垂直于焊縫軸線方向來回移動。
4.1.2 橫向缺陷檢測方法
如圖10 所示，在自動探測橫向缺陷的設備中，常采用兩只串聯(lián)的線圈進行磁化，磁敏探頭放在兩線圈之間。檢測時探頭沿管子軸線方向擺動管子沿螺旋方向行走。
錄磁法檢測分連續(xù)式和不連續(xù)式兩種。所謂不連續(xù)式是先將被檢工件用磁帶圍住后再通電磁化，而后再通過一個查詢裝置，把磁帶上所存的漏磁信息信號查找出來，并用某種記錄手段加以記錄。在如圖10 所示的連續(xù)測試中，使用了一種環(huán)形磁帶設備。
▲圖10 錄磁法檢測示意圖
1-電動機 2-無接觸變壓器 3-放大器
4-環(huán)形磁帶 5-消磁振蕩器 6-被檢工件
7-磁帶啟動電機 8-同步脈沖信號
9-缺陷噴涂單元 10-熒光屏
環(huán)形磁帶由一點擊驅動，被檢焊縫在磁帶下面勻速前進。旋轉的探頭以垂直磁帶的方向掃查，探頭的測量信號經過鑒別單元傳向打標記單元，噴槍在工件表面有缺陷的地方噴上標記。與此同時熒光屏上顯示缺陷信號，掃查后的磁帶記錄隨即又被消磁器抹掉，磁帶可重復使用。
被檢測工件可以用交流電也可以用交流電磁化。但應注意：直流磁化時，漏磁場的信息是輸入到一個未經磁化（或原有磁化信息已被抹掉）的磁帶上；而交流磁化時，漏磁場的信息是被輸入到預先已被磁化到飽和程度上的磁帶上。也就是說，前者記錄的是使磁帶磁化的信息，而后者則記錄的是使磁帶退磁的信息。
▲熒光磁粉探傷現(xiàn)場圖
