2013届毕业设计（论文）
第一章概述
1.1磁粉检测的发展简史和现状 1.1.1磁粉检测的发展简史
目前国外国内都非常重视磁粉检测设备的开发，因为只有检测设备的进步，才能给磁粉检测带来成功的应用。磁粉检测设备从固定式、移动式到携带式，从半自动到专用设备，从单向磁化到多向磁化，设备已实现了系列化和商品化。如今我国对磁粉检测的基础理论研究比较重视，已取得较大进步。断裂和塑性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。我们相信，磁粉检测在特种设备行业将得到更加广泛的应用和重视，为控制产品质量，防患于未然做出应用的贡献。
磁粉检测是将钢铁等铁磁性材料制作的工件予以磁化，利用其缺陷部位能吸附磁粉的特征，依磁粉分布显示被探测物体表面缺陷和近表面缺陷的探伤方法，缩写为MT。
磁粉检测是利用磁现象来检测材料和工件中缺陷的方法。春秋战国时期，中国劳动人发现了磁石吸铁现象。
17世纪发国物理学家对磁力作了定量研究。
19世纪初期，丹麦物理学家奥斯特发现了电流周围也存在着磁场。后来英国的法拉第首创了磁力线的概念。
1918年，美国人Hoke的发现被认为是钢块被纵向磁化而引起的，它促使了磁粉检测法的发明。
1928年，de Forest为解决油井钻杆的断裂失效，研制出周向磁化法。
1930年，de Forest和Doane将研制出的干磁粉成功应用于焊缝及各种工件的探伤。 1935年，油磁悬液在美国开始使用。
1936年，法国有人申请了在水磁悬液中添加润湿剂和防锈剂的专利。 1938年，《无损检测论文集》在德国出版，该书对磁粉检测的基本原理和装置进行了描述。
1940年，《此份检验的原理》教科书在美国出版。 1941年，荧光磁粉投入使用，磁粉检测从理论到实践，已经初步形成一种无损检测方法。 1949年以前，我国仅有几台美国进口的蓄电池式直流探伤机，用于航空工件的维修检查。 近几十年来，在广大磁粉检测工作者和设备器材制造者的共同努力下，磁粉检测已发展成为一种成熟的无损检测方法。 1.1.2磁粉检测的现状
随着现代科学技术的发展，尤其是电子计算机的广泛应用研制出许多新的自动化与半自动化的探伤设备。新的探伤材料及新的探伤技术也不断涌现。国外很重视磁粉检测设备的开发，因为只有检测设备的进步，才能给磁粉检测带来成功的应用。现在国外磁粉探伤设备从固定式磁粉探伤机、移动式磁粉探伤机、到便携式磁粉探伤机，从半自动磁粉探伤机、全自动磁粉探伤机到专用磁粉探伤设备，从单向磁化到多向磁化，设备已系列化和商品化。由于晶闸管等电子元器件用于磁粉检测设备，使智能化设备大量涌现，这些设备可以预置磁化规范和合理的工艺参数。进行荧光磁粉检测和自动化操作，国外还成功第御用电视光电探测器荧光磁粉扫查和激光飞点扫描系统，实现了磁粉检测观察阶段的自动化，将检测到的信息在微机和其他电子装置中进行处理，鉴别可剔除的不连续性，并进行自动标记和分选，完全改
1
2013届毕业设计（论文）
变了传统磁粉检测“手脚并用眼睛看”的面貌。大大提高了检测的灵敏度和可靠性，代表了当代磁粉检测的新成就。
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，还为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。
磁粉检测的器材，国外开发的很多，如固定式磁粉探伤机合用的400W冷光源黑光灯都得到了应用。快速断电测量器的开发解决了直流磁化“快速断电效应”的测量问题。标准试片和试块，及测量剩磁的磁墙做载液。荧光磁粉一般推荐使用14A，国外还研制出白光下发荧光的荧光磁粉。荧光磁粉检测可靠性高、速度快，在国外已普遍使用。我国研制的器材，如LPW-3号磁粉检验载液（无臭味没有），性能已感伤国外同类产品，在国内很多行业普遍使用。磁粉检测用B型和E型百准试块，性能和指标均由于国外同类产品。已被批准为“国家标准样品”，并推广使用。ST80C照度计和UV-A紫外辐照计性能可满足要求。M1型多功能标准试片于国外KS234试片等效。我国研制的YC-2型荧光磁粉，灵敏度高，满足磁粉检测的要求，已大力推广使用。磁悬液喷灌使用方便，尤其在特种设备磁粉检测中普遍应用。
磁粉检测的质量控制，是建立在对影响磁粉检测灵敏度和检测可靠性的诸因素逐个地加以控制基础之上的。国外非常重视，不仅制定了具体控制项目、校验周期和技术要求，还设有质量监督检查机制，保证贯彻执行，同时通过实践对质量控制技术要求进行持续改进。如几年前美国标准要求工件表面白光照度不低于200英尺烛光（2100Lx），现修正为100英尺烛光（1000LX）；将磁化规程由直径每毫米30~48A电流修正降为12~32A等等。使磁粉检测标准的技术要求更加合理。
目前磁粉检测技术正在朝着专业化、半自动及自动化方向发展。所谓专业化，是指检测设备专业化，即改变了过去的一机多能但是检测效率不高的状态。根据产品检测的要求，突出了检测的专一方法，把一些不需要的功能废置，而在提高专一方法效率上下功夫。这也是在工业产业化进程中所必须的。在提高效率要求下，多采用计算机技术进行。如采用编程软件，实现检测过程的程序控制；采用CCD摄像技术及计算机图像处理技术，实现对磁痕显示的采集、处理和储存。
1.1.3设备、器材、配套检测仪器的发展
磁粉检测设备目前基本上仍由4种形式组成：1、便携式磁轭；2、大电流发生器(移动式磁化电源)；3、固定式磁化床式机(通用磁粉探伤机)；4、专用检测系统。
近年来磁粉检测设备主要有以下变化： 采用了大功率电子整流及晶闸管调压方式，改变了过去采用自耦变压器调压的诸多不便。电子调压的最大优点是无触点调节，调节控制方便，设备整体重量减轻。加上采用数字电路控制，容易实现过程自动化。但这一种方式也带来一些新的问题。其主要是电子调压与变压器调压的波形不同。变压器调压采用电磁感应技术，调压出来的波形与交流输入波形一样是正弦波，而电子调压是截取某一相位上的正弦波，是一个畸形波。而目前对磁化磁场的计算上多采用正弦波处理方式，畸形波产生的磁场与正弦波产生的磁场不完全一致。所以在新的
2
2013届毕业设计（论文）
国家标准GB/T 158222.3中规定，应由设备制造商提供“可供电流的波形”、“电流调节与影响波形的方法”以及“工作范围和增量调节步进量”。但目前供应商还未能提供这些相关数据。另外，由于采用调节电流相位方式调节电压，一般调节上不能作到均匀调节，是操作中值得注意的。
在检测器材上，荧光磁粉进一步得到广泛使用。并且，磁粉的性能也得到提高。如MR荧光磁粉在荧光系数和荧光稳定性上与14A荧光磁粉比较荧光系数有较大提高，更有利于缺陷的识别。
在与荧光磁粉配套的黑光灯上，国内不少厂家生产的黑光灯基本能满足国内使用要求。但相应品种、质量尚不尽如人意。目前国外产品相应较多，并大量在军工行业或要求较高地方使用。如美国磁通公司及欧洲瑞典Labino公司的产品从4W～400W共650个品种可供选择，适应于各种检测环境。大功率的黑光聚光灯辐照度甚至可达450W/m2，在高强度下，高荧光亮度可以补偿因为环境白光造成的对比度损失，可以满足在大范围下及普通光线下进行的检测。
另外，在与磁粉检测配套的仪器上也日臻完善。不同型号及使用范围的特斯拉计、磁强计、弱磁场测量仪、白光照度计、黑光辐照计、标准试块、标准试片、沉淀试管、标准筛、工业内窥镜等产品在市场上争奇斗艳，满足生产科研的产品越来越多，更进一步推动了磁粉检测技术的发展。
1.1.4压力容器磁粉检测应用现状及特点
由于压力容器的使用条件恶劣,原材料中存在的缺陷、制造过程中遗留的缺陷或使用中产生的新生缺陷，均会导致其安全可靠性大幅下降，甚至产生灾难性的后果。已有的统计数据表明,在原材料中存在的与制造过程中产生的缺陷有70 %以上是表面缺陷，而在使用中产生的缺陷有90 %以上是表面缺陷或由表面缺陷导致的缺陷。断裂力学分析表明,表面和近表面缺陷的当量尺寸比埋藏缺陷大一倍，故其对压力容器安全性的影响至关重要。磁粉检测对表面缺陷有很高的检测灵敏度、准确性和可靠性,是最常用、最直观、最经济方便的常规无损检测方法之一。这使得压力容器的磁粉检测具有十分重要的作用。
对压力容器行业而言，应用磁粉检测技术的目的通常是为了保证产品质量、保障使用安全、改进制造工艺和降低生产成本。其主要作用是在不损伤铁磁性工件的前提下,检出表面和近表面缺陷,以满足压力容器设计中强度等方面的需要。在以铁磁性材料为主的压力容器原材料验收、制造安装过程质量控制与产品质量验收以及使用中的定期检验与缺陷维修监测等几个阶段中，磁粉检测技术均得到了广泛应用。相关法规也明确要求铁磁性材料的压力容器表面检测应优先选用磁粉检测。为防止事故和保障安全，压力容器的磁粉检测通常按行业相关规程、标准规定和设计文件要求等进行。 1.2磁粉检测
磁粉检测（Magnetic Particle Testing，缩写符号为MT），又称磁粉检验或磁粉探伤，属于无损检测五大常规方法之一。 1.2.1磁粉检测原理
铁磁材料工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁感应线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在合适的光照下形成目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、大小、形状和严重程度。
3
2013届毕业设计（论文）
1.2.2磁粉检测使用范围
适用于检测铁磁性材料（如16MnR，20g,30CrMnSiA）工件表面和近表面尺寸很小、间隙极窄（如可检测出0.1mm、宽为微米级的裂纹）和目视难以看见的缺陷。马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料(如1Cr17Ni7)具有磁性，因而可以进行磁粉检测。不适用于非磁性材料，比如奥氏体不锈钢材料（如1Cr18Ni9,0Cr18Ni9Ti）和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝，也不适用于检测铜铝、镁、钛合金等非磁性材料。
适用于检测工件表面和近表面的裂纹，白点、发纹、折叠、冷隔、气孔和夹杂等缺陷，但不适用于检测工件表面浅而宽的划伤、针孔状缺陷、埋藏较深的内部缺陷和延伸方向与磁感应线方向夹角小于20°的缺陷
适用于检测未加工的原材料（如钢坯）和加工的半成品、成品件及使用过的工件及特种设备。
适用于检测管材、棒材、板材、型材和锻钢件、铸钢件及焊接件。 1.2.3磁粉检测程序 （1） 预处理； （2） 磁化；
（3） 施加磁粉或磁悬液； （4） 磁痕的观察与记录； （5） 缺陷评级； （6） 退磁； （7） 后处理。
1.2.4磁粉检测的优点及局限性
优点：
（1） 可检测出铁磁性材料表面和近表面（开口和不开口）的缺陷。 （2） 能直观地显示出缺陷的位置、形状、大小和严重程度。 （3） 具有很高的检测灵敏度，可检测微米级宽度的缺陷。 （4） 单个工件检测速度快，工件简单，成本低廉，污染少。
（5） 采用合适的磁化方法，几乎可以检测到工件表面的各个部位，基本上不受工件大小和
几何形状的限制。
（6） 缺陷检测重复性好。 （7） 可检测受腐蚀的表面。
局限性：
（1） 只适用于铁磁性材料，不能检测奥氏体不锈钢材料和奥氏体不锈钢焊缝及其他非铁磁
性材料。
（2） 只能检测表面和近表面缺陷。
（3） 检测时的灵敏度与磁化方向有很大关系，若缺陷放向与磁化方向近似平行或缺陷与工
件表面夹角小于20°，缺陷就难以发现。另外，表面浅而宽的划伤、锻造皱折也不易发现。 （4） 受几何形状影响，易产生非相关显示。
（5） 若工件表面有覆盖层，将对磁粉检测有不良影响。用通电法和触头法磁化时，易产生
电弧，烧伤工件。因此，电接触部位的非导电覆盖层必须打磨掉。
4
2013届毕业设计（论文）
（6） 部分磁化后具有较大的剩磁的工件需要进行退磁处理。
1.3表面无损检测方法的比较
磁粉检测、渗透检测和涡流检测都属于表面无损检测方法，但其原理和适用范围区别很大，并且有各自独特的优点和局限性。所以无损检测人员应掌握这三种检测方法，并能根据工件材料、状态、和检测要求，选择合理的方法进行检测。
表面无损检测方法的比较 方法 项目 方法原理 适用材质 能检测出的缺陷 应用对象 磁力作用 铁磁性材料 表面和近表面缺陷 铸钢件、锻钢件、压延件管材、棒材、型材、焊接件、机加工件及使用中的上述工件检测 主要检测缺陷 裂纹、发纹、白点、折叠、夹杂物、冷隔 显示缺陷的器材 缺陷表现形式 缺陷显示 缺陷性质判断 灵敏度 检测速度 污染
5
磁粉检测（MT） 渗透检测（PT） 毛细渗透作用 非多孔性材料 表面开口缺陷 任何非多孔性材料工件及使用中的上述工件检测 裂纹、白点、疏松针孔、夹杂物 渗透液和显像剂 渗透液的回渗 直观 能大致确定 较高 慢 较重 表1
涡流检测（ET） 电磁感应作用 导电材料 表面及表层缺陷 管材线材棒材等工件检测； 材料状态检验和分选； 厚度测量等 裂纹、材质变化厚度变化 记录仪示波器或电压表 线圈输出电压和相位的变化 不直观 难以判断 较低 很快（可自动化） 很轻 磁粉 漏磁场吸附磁粉形成磁痕 直观 能大致确定 高 较快 较轻