关于钢管，无缝钢管，焊接钢管，精密钢管 等钢材的无损检测(NDT)，本站之前发表过：一网打尽：五大常规无损检测技术 钢管的水压试验和涡流探伤试验比较 精密钢管拉伸试验测试简介 涡流探伤原理 钢材焊缝无损探伤四种方法比较 无损检测新标准罗列 锅炉钢管等压力容器的无损探伤介绍 无损检测（NDT）之VT和UT的对比 等文章, 今天我们再来一起学习学习 钢材的磁力检测方面的相关知识。

磁力检测属于无损检测范畴里的表面及近表面检测技术。表面及近表面检测方法有磁力检测、渗透检测和涡流检测等方法。本期讲述磁力检测。磁力检测是通过对铁磁性材料进行磁化，在缺陷部位所产生的漏磁场来发现表面或近表面缺陷的无损检测方法。包括磁粉检测、漏磁检测（磁敏探头法）和录磁检测等方法。

一、磁力检测原理与磁化方法

工件在磁场中被磁化后，缺陷部位产生漏磁磁场；在被检物上撒上磁粉，缺陷部位磁粉附着痕迹与非缺陷部位明显不同，从而显示出缺陷。

磁粉检测只适用于铁磁材料（铁、镍、钴及其合金等）；铁磁材料上非磁性涂层厚度小于 50μm 时，对磁粉检测灵敏度影响很小。

缺陷长度方向与磁场方向的垂直度，是磁粉检测的重要条件。

磁场强度H（A/M）与材料中产生的磁感应强度（磁通密度）B 的关系为：

B=μH

式中

μ——磁导率（H/m）

电流与磁场强度的关系为：

H=0.16I/R , 通电圆柱形导体表面

H=0.16I·r/R ，通电圆柱形导体内部

H=0.32πNIcosα/L ， 螺管线圈中心

式中

I ——电流（A）

R——导体外表面距导体中心距离（m）

r ——导体内部距导体中心距离

L——线圈长度（m）

α——线圈对角线与轴线之间夹角

被检物周向与纵向磁化方法列于表1 中。原理如图 1所示。

▼表1 周向与纵向磁化方法

a）轴向通电法 b）中心导体法 c）电极触电法

d）线圈法 e）电磁铁法 f）磁轭法

复合磁化能取得相互垂直的磁场；示例如图2 所示。它至少需要一个交流磁场

（至少有一个交流磁场）

旋转磁化法如图3 所示。两个相同参数的磁轭交叉放置，同一各种不想为电流，此时在四个磁极所在的被检物表面将产生随时间而不断变化的椭圆旋转磁场。

按电源分类有交流电磁化，直流线或整流电磁化。采用交流电可以实现复合磁化和电流法磁化。

▲安装在生产现场暗室里的荧光磁粉探伤机

二、磁粉检测过程与技术

在被检物充磁状态下敷粉检测，称为连续法，

在被检物充磁后敷粉检测，称为剩磁法。

2.1 检测灵敏度与灵敏度试片

磁粉检测灵敏度是指可检出缺陷的最小尺寸，即绝对灵敏度。

磁粉检测灵敏度取决于磁化方法与规范、磁粉或磁悬浮液的性质、被检物材料特性及缺陷的位置等。一些磁化方法可达到的灵敏度见表2 。

▼表2 磁粉检测灵敏度

有关检测标准都对被检物检测灵敏度提出了明确要求，实际检测中采用灵敏度标准试片或试块校准，或验证被检物检测灵敏度，灵敏度试片(块)还用于大致确定磁化电流值，用于考察被检物各处磁场分布规律等。

A型标准试片为20mmX20mm薄片,上面刻有10mm的圆,圆内刻有十字缺陷槽。A型试片规格与分类见表3 。

▼表3 A型试片规格与分类

A型试片使用时，用连续法敷粉，不允许用剩磁法。根据显示的磁痕确定磁场方向；根据显示磁痕的试片种类(试片厚度、槽深)估计磁场强度。

对于常用碳钢、工具钢、低合金钢件,如只需检测其表面工艺性质缺陷和露出表面的材料缺陷，则可采用中等灵敏度试片；如其在高应力、高负荷等特殊条件下工作；则考虑采用高灵敏度试片调试灵敏度，磁性偏低材料检测时尽量使用高灵敏度度试片，以便被检物表面能获得较大磁场。

直流标准环形试块即B型试块，如图4所示。

使用时用铜棒为中心导体通电使试块周向磁化；用连续法检测，观察试样外缘显示的磁痕数(显示的近表面孔数)是否达到有关标准规定值[如未达到，则应对检测系统(设备、方法、磁粉等)加以调整。该试块仅适用于直流电或整流电磁化法。

磁场指示器如图5所示。其用途与A型试片基本相同，但不适于用作磁场强度及其分布的一种定量指标 。

2.2 检测方法与磁化方法选择

连续充磁时间长，磁化效果好。软磁材料（软铁、低碳钢、铁镍合金等）应采用连续法检测。剩磁大的被检物，（如高碳钢、洁净表面硬化的结构钢等）可以采用剩磁法检测。

剩磁法检测灵敏度比连续法低，只适用于检测表面缺陷，对近表面缺陷很不敏感。但剩磁检测法效率高，适用于大批量的小件检测。

被检物形状和预计的缺陷方向与磁场方向（H）垂直时，检测灵敏度最高。与磁场方向（H）平行时可能检测不到缺陷。周向磁化法或纵向磁化法的选择可参照表1。对长度和重量超过探伤机技术指标的被检物，用分段绕电缆的方法进行纵向检测。换装薄型被检物用感应电流法测其环状缺陷。

若缺陷方向难以预计则应对被检物分别进行纵向和横向磁化，以免漏检。对于大批量被检物，生产中采用复合磁化或旋转磁化，只需一次磁化工序即可实现全方位缺陷检测。旋转磁化主要用于焊缝和大型铸钢件检测。

采用交流电磁化，检测表面缺陷能力强而检测出近表面缺陷的能力差。交流电用于剩磁法检测时有剩磁不稳定和偏小的情况，应适当加大磁化电流和采用断电相位器稳定剩磁，以免漏检。

直流电磁化可检出近表面缺陷，直流磁化电流已被单相半波和三相全波整流所替代。单相半波整流磁化具有直流电的渗透性（可检测较深的近表面缺陷）和交流的脉动性（搅动干磁粉，有利于磁粉流动，从而提高检测灵敏度的特点）。三相全波整流电具有直流电磁化渗透深与脉动性小的特点，并可提供高强度磁化电流，故适用于大型锻件、铸件毛坯以及焊接构件的检测，有利于发现表层下气孔与夹杂物等。三相全波整流与直流电类似，具有退磁困难的特点。

2.3 预处理

被测工件磁性检测前要去除表面的油脂、涂料及铁锈等赃物，以免影响检测效果。用于干粉检测时被测工件表面干燥。

2.4 磁化规范

2.4.1 磁化电流

为保证被检物表面及近表面缺陷漏磁场聚集磁粉，不论采用何种磁化方式，被检物磁化后最终都应保证：

连续法，B＞0.6~0.8T；

剩磁法，Br＞T、Hi ＞800A/M

按被检物磁化曲线，选择相应的 H 值，即可通过公式

H=0.16I/R , 通电圆柱形导体表面

H=0.16I·r/R ，通电圆柱形导体内部

H=0.32πNIcosα/L ，螺管线圈中心

对每一种具体被检物测定磁化曲线，在生产中难以实现，故实际检测中常用材料一般经验公式确定磁化电流。

1)轴向通电法的周向磁化

周向磁化是指在工件中建立一个环绕工件的闭合磁场。通电形式如图6所示。

▲图6 周向磁化示意图

a）两端接触法 b）中心导体感应磁化法

c）触头法 d）夹具通电法

磁化电流有：

I=（5~10）D 连续法

I=（20~30）D 剩磁法

式中 D 是被检物的直径。

中心导体法（芯杆法）被检物内-芯杆通电，以芯杆直径估算。

中心导体法（电缆法）周向磁化电流：

I=（8~10）D/N 连续法

I=（20~30）D/N 剩磁法

式中 N 是穿过被检物内孔的线缆线圈匝数。

2）电极触点法（支杆法）周向磁化电流：

I=4L

式中 L 是两支杆间距（mm）

3）线圈法纵向磁化，通电方法见图7 。

a）绕电缆法 b）磁轭法

c）空心零件的磁化

d）长轴零件的磁轭法

连续法检测，磁动势（安培 匝数）为：

35000

DI=—————— ，

（L/D）+2

被检物为高填充系数；

45000

NI=—————— ，

L/D

低填充系数，被检物偏置于线圈内壁；

43000R

NI=—————— ，

（6L/D）-5

式中 L 为被检物长度，D为被检物直径。

以上三式适用于3≤L/D≤15。

2.4.2 磁化通电时间

剩磁法，通电时间一般为0.2~1s，采用冲击电流时，在1/100s以上反复通电。连续法应在施加磁粉后再切断电流，一般在磁悬液停止流动后再统计次电，每次0.5~2s 。

2.5 磁粉与磁悬液

2.5.1磁粉种类和特点

磁粉分类见图8 。

磁粉检测按显示方式分为干法与湿法。干法用干磁粉。湿法则将磁粉按规定浓度悬浮在载液（水或油）中，均匀喷洒在被检物表面。湿法检测灵敏度高可实现自动检测，常用于大批量小件检测。干法成本低，多用于大型构件或大型局部区域检测。

干法用磁粉一般是相对密度约为 8 的铁粉，而湿法用的磁粉是相对密度约为4.5的铁磁性氧化物。标准干磁粉为粒度5~150μm均匀混合物，磁悬液的磁粉粒度一般为2~5μm。荧光磁粉粒度较大一般为5~25μm，但因其显示缺陷清晰在此外光下色泽鲜明，多用于配置磁悬液。

2.5.2 磁悬液

磁悬液的种类、特点及技术要求如表4 所示。

▼表4 磁悬液种类、特点及技术要求

2.6 退磁

检测过程中，若有前次磁化的残留剩磁可能会影响磁痕痕迹。因此，在两次连续操作之间应对被检工件做退磁处理。检测后不允许有剩磁的被检物也必须退磁处理。退磁法方法列于表5。

▼表5 退磁方法

2.7 磁痕分析

表6 为各种缺陷磁痕一般特征。

表7 所列为伪磁痕（非缺陷磁痕）的鉴别要点。

▼表6 缺陷磁痕的一般特征

▼表7 伪磁痕一般特征

三、磁粉检测装备

3.1 磁粉检测机的分类

磁粉探伤机按磁化装置不同可以分为以下几类：

3.1.1 固定式磁粉检测机

结构特点：尺寸大、重量大，安装于固定场合。

应用对象：中小型工件，需要较大磁化电流的可移动件。

检测方法：湿法，交流、直流。

3.1.2 移动式磁粉检测机

结构特点：置于小车上，便于移动

应用对象：小型工件，不易移动的大型工件。

检测方法：干法、湿法、交流、直流。

3.1.3 便携式磁粉检测机

结构特点：体积小，重量轻、易于搬动。

应用对象：适用于高空、野外等现场及锅炉、压力容器焊缝的局部检测。

检测方法：干法、湿法、交流、直流。

3.2 磁粉检测设备的组成及作用

磁粉检测设备的组成及作用详见表8 。

▼表8 磁粉检测设备的组成及作用

四、漏磁检测与录磁检测

漏磁检测、录磁检测与磁粉检测原理相同，均为利用被检物本身与缺陷的变化来检测缺陷。磁粉检测、漏磁检测及录磁检测各自的特点见表9 。

▼表9 三种磁力检测方法比较

4.1 漏磁检测

漏磁检测也就是磁敏探头法检测。有纵向缺陷和横向缺陷两种检测方法。

4.11 纵向缺陷检测方法

图9 是检测纵向缺陷的例子。

▲图9 磁敏探头法检测焊管纵向缺陷

1-磁轭 2-励磁线圈 3-可替换磁触头

4-管材 5-磁敏探头

探头装在U形磁轭的两脚间，被测工件旋转而检测系统不动，可检测管子表面所有缺陷。

为了检测直缝焊管的纵向缺陷，在固定的磁轭内以垂直于焊缝轴线的方向对焊管进行磁化，并使磁敏探头以垂直于焊缝轴线方向来回移动。

4.1.2 横向缺陷检测方法

如图10 所示，在自动探测横向缺陷的设备中，常采用两只串联的线圈进行磁化，磁敏探头放在两线圈之间。检测时探头沿管子轴线方向摆动管子沿螺旋方向行走。

▲图9 磁敏探头法检测焊管纵向缺陷

1-差动探头 2-磁化线圈 3-工件 4-漏磁场

4.2 录磁检测

录磁法检测分连续式和不连续式两种。所谓不连续式是先将被检工件用磁带围住后再通电磁化，而后再通过一个查询装置，把磁带上所存的漏磁信息信号查找出来，并用某种记录手段加以记录。在如图10 所示的连续测试中，使用了一种环形磁带设备。

1-电动机 2-无接触变压器 3-放大器

4-环形磁带 5-消磁振荡器 6-被检工件

7-磁带启动电机 8-同步脉冲信号

9-缺陷喷涂单元 10-荧光屏

环形磁带由一点击驱动，被检焊缝在磁带下面匀速前进。旋转的探头以垂直磁带的方向扫查，探头的测量信号经过鉴别单元传向打标记单元，喷枪在工件表面有缺陷的地方喷上标记。与此同时荧光屏上显示缺陷信号，扫查后的磁带记录随即又被消磁器抹掉，磁带可重复使用。

被检测工件可以用交流电也可以用交流电磁化。但应注意：直流磁化时，漏磁场的信息是输入到一个未经磁化（或原有磁化信息已被抹掉）的磁带上；而交流磁化时，漏磁场的信息是被输入到预先已被磁化到饱和程度上的磁带上。也就是说，前者记录的是使磁带磁化的信息，而后者则记录的是使磁带退磁的信息。