影响表面缺陷磁粉检测质量的研究

影响表面缺陷磁粉检测质量的研究

李宁 蔡新刚 李根 段化超

（ 德州宏宇无损检测有限公司 山东德州 253000 ）

摘要：磁粉检测被认为是表面裂纹检测最灵敏的方法之一，尤其是在表面不平或表面不规则性与所需检测的裂纹相比大得多的情况下，磁粉检测通常被考虑为表面裂纹检测最好的方法。磁粉检测主要用于检测铁磁性材料和工件表面或近表面裂纹以及其他一些缺陷。经磁粉检测机磁化后的铁磁性工件内部存在磁场，而在工件表面缺陷处形成漏磁场，将会吸附磁粉检测机中磁悬浮液的磁粉，形成磁痕，从而显示出工件的表面缺陷,其中漏磁场的宽度比表面缺陷处的实际宽度大数倍甚至数十倍，磁痕实际将工件表面的裂纹放大了，便于进行检测和观测。

本文介绍表面缺陷磁粉检测原理，对磁粉检测的磁痕特性。磁痕形成受到磁粉性能、磁化规范、磁悬液的浓度和黏度、零件表面状况、裂纹形状等因素的影响进行分析。为提高磁粉检测检测质量，操作中需要综合考虑这些因素，以便于使工件的表面缺陷经磁化形成的磁痕能清晰地显示出来而且能被准确地予以判断，提高表面缺陷检测准确性。

影响漏磁场形成的因素有很多，但磁粉检测的原理决定它只对表面缺陷最灵敏，对内部的缺陷将随埋藏深度的增加而迅速下降。本文主要分析了磁痕特征、影响磁痕形成的因素，以便提高产品表面缺陷磁粉检测检测质量。

关键字：磁粉检测 磁痕 检测质量

一、磁痕分析

根据磁粉检测原理，尽管裂纹能够形成磁痕，但是磁痕也可以由其它很多原因形成。对于磁痕由工件表面的漏磁场吸引磁粉形成的，则将表面缺陷形成的磁痕称为缺陷磁痕，因工件截面变化、材料性质差异等形成较大的漏磁场，从而吸引磁粉形成的磁痕称为非缺陷磁痕；对于磁痕不是由工件表面的漏磁场形成的，称为伪磁痕。检测过程中对于缺陷磁痕、非缺陷磁痕、伪磁痕的识别具有困难。根据经验一般缺陷磁痕成明显的线状，并且磁痕较细、清晰、长短不一，成不规则分布。非缺陷磁痕一般成直线状，且位置固定，而伪磁痕不是因漏磁场形成的，伪磁痕主要由工件表面的氧化皮、锈蚀以及油漆斑点的边缘、工件表面不清洁如存在油渍或纤维等赃物、磁悬液浓度过大容易粘附磁粉而形成磁痕，一般非缺陷磁痕和伪磁痕称为假磁痕。在检测的过程中，应能将真假磁痕识别出来。如识别不慎，就可能出现种误判，将假裂纹识别为真裂纹，从而使合格的工件报废造成不必要的经济损失，将真裂纹识别为假裂纹，则会对最终的产品形成安全隐患。这些情况在检测过程中应尽可能地避免。

二、影响磁痕形成的因素

1 磁粉性能

1.1 磁粉形状

磁粉的形状对磁粉的性能和检测的效率影响很大。当磁粉在磁场的作用下便出现沿磁力线排列成行的趋势，条状颗粒的磁粉最容易被磁化，它有助于表面缺陷的磁痕形成。但生产实践中采用的磁粉不可能完全由条状颗粒的磁粉组成，因为全部由条状颗粒组成的磁粉不但成本昂贵，而且容易形成严重的结块使得灵敏度有所降低，并且还会导致磁粉活性不良。而球状的磁粉具有良好的流动性，为保证磁粉具有良好的活性，生产实践中理想的磁粉应由足够的球状颗粒和高比例的条状颗粒组成。对荧光磁粉检测由于荧光磁粉分辨率高，而且颗粒一般也比较大，对荧光磁粉的形状与非荧光磁粉的形状相比颗粒形状显得不是很重要，但在未粘结荧光物质前，磁粉仍应含有较高比例的条状颗粒。

1.2 磁粉粒度

粗磁粉在工件的表面移动时很难被微弱的漏磁场所吸引，而过细的磁粉则会被吸附在没有表面缺陷的工件上，造成大量的亮区和模糊本底。一般的湿法磁粉粒度比干法磁粉粒度要细。磁悬液中使用的磁粉粒度约为2μm，对于粒度大于60μm的磁粉不能用于磁悬液，。而采用荧光磁粉检测时的磁粉粒度一般在5～25μm之间，但平均值一般不超过8～10μm。

1.3 磁粉磁性

材料的磁性——磁导率、剩磁和矫顽力，通常都以其饱和值来加以引用的，但是在磁粉检测时，它们是达不到饱和状态的，一般仅仅是起始磁响应，因此磁粉应该有很高的磁导率以便促进磁粉快速响应，使其比较容易地被表面缺陷附近的微弱漏磁场所磁化。通常要求材料具有较低的剩磁和较低的矫顽力，以免形成不良的衬底，同时使检测后快速去除工件上的磁粉。对于磁导率高的磁粉不一定总能达到高的检测灵敏度，因此不能孤立地在磁导率和灵敏度之间得到一个简单的相互关系。对于剩磁和矫顽力也不是越低越好．完全没有剩磁和矫顽力则会妨碍磁粉的纵向磁化，而纵向磁化对确保表面缺陷磁痕的质量具有重要作用。

1.4 磁粉识别力

对于荧光磁粉需要在比较暗的操作空间，且在紫外灯照射下进行识别。荧光物质受激发出的光越强，越有利于得到清晰的轮廓。

1.5 磁粉相对密度

湿法和干法用的磁粉材料的选择应有严格的限制。一般干法所用的磁粉相对密度为8的磁粉、湿法所用的磁粉相对密度为4．5的铁磁性氧化物。磁粉相对密度与磁性之间的内在关系使得相对密度大的磁粉吸附所需磁场强度大，所以在相同磁场强度下，磁粉相对密度越大，则对于细小的表面缺陷的灵敏度一般也越小。

2 磁化规范

在检测时，对工件的磁化规范是否合理，直接影响到表面缺陷检测的灵敏度。如果磁化不充分，零件表面的细小缺陷则不能清晰地显示出来；磁化过强，则可能出现大面积的亮区和假象。在检测时，将零件磁化到饱和或者近饱和状态，使零件达到充分磁化，可以得到较高的灵敏度。在一些标准中，根据铁磁性物质的磁特性，求出确保缺陷显现的磁感应强度B与其所对应的磁化电流I之间的关系，不同的磁化方法分别参考磁化电流I与工件直径D或者长度，直径(L／D)的经验公式，在使用经验公式时还应适当考虑工件的材料、磁特性、形状、尺寸、热处理状态和检测方式等因素。磁化电流的种类能影响检查到的缺陷深度。由于交流电的趋肤效应，所产生的磁场被限制在工件的表面；直流电产生的磁场能够透人到工件的内部深处，因而采用直流电可探测埋藏相对较深的缺陷。

缺陷的方向与磁力线的夹角对检测灵敏度有着非常重大影响。当裂纹的方向与磁力线相互垂直时可获得最大的检测灵敏度，而当裂纹的方向与磁力线互相平行时，缺陷可能完全不被显现出来。因此，在实际的操作过程中，要求工件依据互相垂直的两个方向分别进行磁化也即同时进行周向磁化和纵向磁化，或者采用复合磁化法、旋转磁场法磁化。

3 磁悬液的浓度和黏度

磁悬液应保持一定的磁粉量，即磁悬液的浓度需要适中，这样能保证具有足够的磁粉流过工件的表面缺陷部位，同时也能保证清晰的衬底。磁悬液的浓度过低，则流过工件的表面缺陷部位磁粉量偏少，磁痕显示不清晰；磁悬液的浓度过高，则工件的表面缺陷部位的衬底过浓，磁痕显示也不明显。在检测设备、磁悬液的使用方式、工件及所检测缺陷的类型等已给定的情况下，最佳的磁悬液浓度可通过生产实践经验积累获得。对于荧光磁粉检测的磁悬液同时需要保持适宜的黏度，黏度过大，磁悬液中的磁粉就会受阻，不容易被缺陷处的漏磁场吸附，得到的磁粉痕迹不清晰；黏度过小，磁悬液流动过快而影响缺陷处漏磁场对磁粉的吸附，而且黏度过小的磁悬液由于磁粉容易沉淀则易造成磁悬液的浓度不均，得到的磁粉痕迹也不清晰。

4 零件表面状况

零件的表面粗糙、凹凸不平、或者有油污、锈斑等赃物，均会影响磁粉的移动、降低缺陷漏磁场对磁粉颗粒的吸附、同时也可能会造成假磁痕太多，影响检测灵敏度。

5 裂纹形状

实验表明：当其它条件不变时，如果裂纹的高度h与宽度n的比值h/a越大，则磁粉堆积越多，磁痕也就越清晰；反之，如若h/a越小，则难以形成清晰的磁痕。

三、结论

通过对磁痕特性进行分析，存在真磁痕和假磁痕，而假磁痕中有非缺陷磁痕和伪磁痕，对假磁痕的识别进行了说明；对影响磁痕的磁粉性能、磁化规范、磁悬液的浓度和黏度、零件表面状况、裂纹形状等因素进行充分的分析，在实际操作中需要综合考虑上述因素，同时需要操作者对磁粉检测具有一定的基础并且具有一定的实践经验，以便于能使工件的表面缺陷清晰地显示出来，而且能被准确地判断，保证检测的准确性。