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磁粉检测工艺规程.docx
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磁粉检测工艺规程
磁粉检测工艺规程
摘要
磁粉检测,又称磁粉探伤或磁粉检验,是利用磁现象来检测材料和工件中的缺陷的方法。
磁粉检测技术早期被用于航空、航海、汽车和铁路等部门,用来检测发动机、车轮轴和其他高应力部件的疲劳裂纹。
本规程规定了磁粉检测人员资格、所用设备、器材、检测技术和质量分级等。
磁粉检测的原理:
铁磁性材料工件被磁化后,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。
本规程按JB/T4730-2005和SY/T4109-2005石油,天燃气钢质管道无损检测
的要求编写,适用于磁性材料的机加工件、焊缝、板材坡口等表面和近表面缺陷的检测,适用于铁磁性材料天然气长输、集输、站场的管道及常压钢制储罐的焊接接头表面、近表面缺陷的磁粉检测与验收,不适用于磁性材料与非磁性材料焊接部位、奥氏体不锈钢和其他非磁性材料的检测。
根据工件的几何形状、尺寸大小和欲发现缺陷的方向而在工件上建立的磁场方向,将磁化方法一般分为周向磁化、纵向磁化和多向磁化。
所谓周向与纵向,是相对被检工件上的磁场而言的。
磁粉检测器材有磁粉(荧光磁粉和非荧光磁粉)、载液(油基载液和水载液)磁悬液、反差增强剂、标准试片和标准试块等等。
磁粉检测设备的分类形式也不一样,常见的磁粉检测设备有携带式探伤机如电磁轭、交叉磁轭、带电极触头的小型磁粉探伤机或永久磁铁等。
磁粉检测工艺,是指包含磁粉检测的预处理、磁化(选择磁化方法和磁化规范)、施加磁粉或磁悬液、磁痕的观察与记录、缺陷评级、退磁和后处理七个程序的全过程。
磁粉检测的时机应根据不同的材料工件而定。
磁化、施加磁粉或磁悬液的方法有连续法、剩磁法、干法。
特种设备磁粉检测通用工艺规程至少应包括以下内容:
适用范围;引用标准法规;检测人员资格;检测设备、器材和材料;检测表面制备;检测时机;检测工艺和检测技术;检测结果的评定和质量等级的分类;检测记录、报告和资料存档;编制(级别)、审核(级别)和批准人;制定日期。
关键词磁粉检测原理检测对象检测器材通用工艺规程
第一章磁粉检测的概述
磁粉检测技术早期被用于航空、航海、汽车和铁路部门,用来检测发动机车轮轴和其它高应力部件的疲劳裂纹。
在20世纪30年代,固定式、移动式磁化设备和便携式磁轭相继研制成功,湿法技术也得到应用,退磁问题也得到了解决。
磁粉检测是利用磁现象来检测工件中缺陷的,它是漏磁场检测方法中常用的一种。
现在国外磁粉检测设备从固定式、移动式到便携式,从半自动、全自动到专用设备,从单向磁化到多向磁化,设备已系列化和商品化。
我国近年来磁粉检测设备发展也很快,磁粉检测设备已实现了专业化和系列化,三相全波直流检测超低频设备的性能与国外同类设备的水平相当。
1.1磁粉检测
1.1.1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。
1.1.2磁粉检测适用范围
(1)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。
(2)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
(3)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。
(4)适用于检测管材、棒材、板材、型材和锻钢件、铸钢件及焊接件。
1.1.3磁粉检测程序
特种设备磁粉检测的七个程序是:
(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。
1.1.4磁粉检测的优点及其局限性
(1)磁粉检测的优点:
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。
(2)磁粉检测的局限性
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。
6)部分磁化后具有较大的剩磁的工件需要进行退磁处理。
1.1.5表面无损检测方法的比较
表面无损检测方法的比较
方法
项目
磁粉检测(MT)
渗透检测(PT)
涡流检测(ET)
方法原理
磁力作用
毛细渗透作用
电磁感应作用
适用材质
铁磁性材料
非多孔性材料
导电材料
能检测出的缺陷
表面和近表面缺陷
表面开口缺陷
表面及表层缺陷
应用对象
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
任何非多孔性材料工件及使用中的上述工件检测
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
主要检测缺陷
裂纹、发纹、白点、折叠、夹杂物、冷隔
裂纹、白点、疏松针孔、夹杂物
裂纹、材质变化厚度变化
显示缺陷的器材
磁粉
渗透液和显像剂
记录仪示波器或电压表
缺陷表现形式
漏磁场吸附磁粉形成磁痕
渗透液的回渗
线圈输出电压和相位的变化
缺陷显示
直观
直观
不直观
缺陷性质判断
能大致确定
能大致确定
难以判断
灵敏度
高
较高
较低
检测速度
较快
慢
很快(可自动化)
污染
较轻
较重
很轻
其他
检测几乎不受工件几何和缺陷方向的限制;
检测时的灵敏度与磁化方向有很大关系
检验不受工件几何形状和缺陷方向的影响;
不用水电,特别适用于现场检验
对形状复杂的工件不适用,有边界效应影响;
非接触法检测
表1
第二章磁化设备、工具和材料
2.1磁化设备及校验
2.1.1磁化设备
制造厂
型号
结构形式
江苏射阳无线电厂
CDX-4型
组合式
江苏射阳探伤机厂
DCT
组合式
上海探伤机厂
CED-2000
组合式
表2
2.1.2辅助设备
1.磁场强度计;
2.A1型、C型试片、标准试块和磁场指示器;
3.磁悬液浓度沉淀管;
4.2倍~10倍放大镜;
5.白光照度计;
6.黑光灯;
7.黑光辐照计;
8.h)毫特斯拉计。
2.2灵敏度试片
2.2.1A型灵敏度试片用于检验磁粉探伤设备、磁粉和磁悬液的综合性能。
用于检测被检工件表面的磁场方向,有效磁化范围和大致的有效磁场强度。
2.2.2磁粉检测时一般应选用A1-30/100型标准试片。
当检测焊缝坡口等狭小部位,由于尺寸关系,A1型标准试片使用不便时,一般可选用C-15/50型标准试片。
2.2.3灵敏度试片的使用:
a)标准试片适用于连续磁化法,使用时,应将试片无人工缺陷的面朝外。
为使试片与被检面接触良好,可用透明胶带将其平整粘贴在被检面上,并注意胶带不能覆盖试片上的人工缺陷。
b)标准试片表面有锈蚀、褶折或磁特性发生改变时不得继续使用
表2标准试片的类型、规格和图形
类型
规格:
缺陷槽深/试片厚度,µm
图形和尺寸,mm
A1
型
A1-7/50
A1-15/50
A1-30/50
A1-15/100
A1-30/100
A1-60/100
C
型
C-8/50
C-15/50
D-15/50
注:
C型标准试片可剪成5个小试片分别使用。
表3
2.3磁粉及磁悬液
2.3.1磁粉:
磁粉应具有高磁导率、低矫顽力和低剩磁,并应与被检工件表面颜色有较高的对比度。
磁粉粒度和性能的其他要求应符合JB/T6063的规定。
2.3.2磁悬液:
磁粉和载液按一定比例混合而成的悬浮液体。
1.磁悬液的粘度应控制在5000Pa.s-20000Pa.s(25℃),
2.磁悬液可用磁膏配制,其浓度按磁膏使用说明书配制。
磁悬液的浓度应符合一下规定
非荧光磁粉:
配制浓度(g/L):
10-25沉淀浓度(mL/100mL):
1.2-2.4
荧光磁粉:
配制浓度(g/L):
0.5-3.0沉淀浓度(mL/100mL):
0.1-0.4
2.3.3施加磁悬液:
使用喷液器或其他有效方法进行。
2.4课题中使用的设备、器材
2.4.1探伤设备:
CEW-2000;CYD-3000或CEW-6000,CEW-10000
2.4.2标准试块:
A1-30/100;①齿C-8/50,D—7/50,A1—7/50
②轴面A1—7/50
2.4.3磁粉、载液及磁悬液沉淀浓度:
YC2型荧光磁粉+LPW-3号油基载液0.1-0.4Ml/100mL
或黑磁粉(BW-1型黑磁膏)+水1.2-2.4ML/100mL
2.4.4磁悬液施加方法:
喷、浇磁悬液均可
第三章磁化技术
3.1磁化方法
3.1.1纵向磁化
1.磁轭法:
1).提升力应大于45N,并用15/100或30/100的A型试片进行综合性能试验。
磁轭磁化的间距应控制在75~200mm范围内,检测的有效区域为两极中心连线两侧各50mm的范围内,磁化区域每次应有15mm重叠。
2).磁轭法的优缺点
①磁轭法的优点
a.非电接触。
b.改变磁轭方位,可发现任何方向的缺陷。
c.便携式磁轭可带到现场检测,灵活,方便。
d.可用于检测带漆层的工件(当漆层厚度允许时)。
e.检测灵敏度高。
②磁轭法的缺点
a.几何形状复杂的工件检验较困难。
b.磁轭必须放到有利于缺陷检出的方向。
c.用便携式磁轭一次磁化只能检验较小的区域,大面积检验时,要求分块累积,效率很低。
d.磁轭磁化时应与工件接触好,尽量减小间隙的影响。
3)磁轭法的适用范围
磁轭法适用于特种设备平板对接焊接、T形焊缝、管板焊缝、角焊缝以及大型铸件、锻件和板材的局部磁粉检测。
整体磁化适用于零件横截面的纵长零件的磁粉检测。
2.线圈法:
线圈法的有效磁化区是从线圈端部向外延伸到150mm的范围内。
超过150mm以外区域,磁化强度应采用标准试片确定。
(1).低充填因数线圈法
当线圈的横截面积大于或等于被检工件横截面积的10倍时,使用下述公式:
偏心放置时,线圈的磁化电流按式
(1)计算(误差为10%):
\
………………………………………
(1)
正中放置时,线圈的磁化电流按式
(2)计算(误差为10%):
……………………………………
(2)
以上各式中:
I——施加在线圈上的磁化电流,A;
N——线圈匝数;
L——工件长度,mm;
D——工件直径或横截面上最大尺寸,mm;
R——线圈半径,mm。
(2).高充填因数线圈法。
用固定线圈或电缆缠绕进行检测,若此时线圈的截面积小于或等于2倍工件截面积(包括中空部分),磁化时,可按式(3)计算磁化电流(误差10%):
…………………………………(3)
式中各符号意义同式
(1)。
(3).中充填因数线圈法。
当线圈大于2倍而小于10倍被检工件截面积时,
……………………(4)
式中:
(NI)h——式(3)高充填因数线圈计算的NI值。
(NI)l——式
(1)或式
(2)低充填因数线圈计算的NI值。
Y——线圈的横截面积与工件横截面积之比。
(4).上述公式不适用于长径比(L/D)小于2的工件。
对于长径比(L/D)小于2的工件,若要使用线圈法时,可利用磁极加长块来提高长径比的有效值或采用标准试片实测来决定电流值。
对于长径比(L/D)大于等于15的工件,公式中(L/D)取15。
(5).当被检工件太长时,应进行分段磁化,且应有一定的重叠区。
重叠区应不小于分段检测长度的10%。
检测时,磁化电流应根据标准试片实测结果来确定。
(6).当被检工件太长时,应进行分段磁化,且应有一定的重叠区。
重叠区应不小于分段检测长度的10%。
检测时,磁化电流应根据标准试片实测结果来确定。
(7).计算空心工件时,此时工件直径D应由有效直径Deff代替。
对于圆筒形工件:
Deff=[(Do)2-(Di)2]1/2………………………………(5)
式中:
Do——圆筒外直径,mm;
Di——圆筒内直径,mm。
对于非圆筒形工件:
Deff=2
………………………………(6)
式中:
At——零件总的横截面积,mm2;
Ah——零件中空部分的横截面积,mm2。
3.2周向磁化:
3.2.1轴向通电法:
磁化电流按表4计算:
轴向通电法适用于特种设备实心和空心工件的焊缝、机加工件、轴类、管子、铸钢件和锻钢件的磁粉检测。
3.2.2触头法:
用触头法局部磁化大工件时,磁化电流见表5:
3.2.3采用触头法时,电极间距应控制在75mm~200mm之间。
磁场的有效宽度为触头中心线两侧1/4极距,通电时间不应太长,电极与工件之间应保持良好的接触,以免烧伤工件。
两次磁化区域间应有不小于10%的磁化重叠区。
检测时磁化电流应根据标准试片实测结果来校正。
3.2.4轴向通电法和触头法产生打火烧伤的原因是:
1.工件与两磁化夹头接触部位有铁锈、氧化皮及赃物。
2.磁化电流过大。
3.夹持压力不足。
4.在磁化夹头通电时夹持或松开工件。
3.3旋转磁场磁化(交叉磁轭法):
提升力应大于118N,并用15/100或30/100的A型试片进行综合性能试验。
磁轭磁化的间距应控制在50~200mm范围内,检测的有效区域为两极中心连线两侧各50mm的范围内,磁化区域每次应有15mm重叠。
磁化电流:
可选用交流。
表4轴向通电法和中心导体法磁化规范
检测方法
磁化电流计算公式
交流电
直流电、整流电
连续法
I=(8~15)D
I=(12~32)D
剩磁法
I=(25~45)D
I=(25~45)D
注:
D为工件横截面上最大尺寸,mm。
表5触头法磁化电流值
工件厚度T,mm
电流值I,A
T<19
(3.5~4.5)倍触头间距
T≥19
(4~5)倍触头间距
3.4偏置芯棒法
当使用中心导体法时,如电流不能满足检测要求时应采用偏置芯棒法进行检测,芯棒应靠近内壁放置,导体与内壁接触时应采取绝缘措施。
每次有效检测区长度约为4倍芯棒直径(见图1),且应有一定的重叠区,重叠区长度应不小于有效检测区的10%(0.4d)。
磁化电流仍按表1中公式计算,式中D的数值取芯棒直径加两倍工件壁厚。
H—磁场;F—缺陷
图1偏置芯棒法检测有效区
偏置芯棒法检测适用于局部检验空心工件内、外表面与电流方向平行的缺陷和端面的径向缺陷。
3.5课题中使用的磁化方法
1.线圈法
2.1)轴向通电法(I1)
2)线圈法(I2)
3.6焊缝的典型磁化方法
磁轭法和触头法的典型磁化方法见表B.1,绕电缆法和交叉磁轭法的典型磁化方法见表B.2。
第四章检测方法
4.1检测方法分类
根据不同的分类条件,磁粉检测方法的分类如表6所示。
表6磁粉检测方法分类
分类条件
磁粉检测方法
施加磁粉的载体
干法(荧光、非荧光)、湿法(荧光、非荧光)
施加磁粉的时机
连续法、剩磁法
磁化方法
轴向通电法、触头法、线圈法、磁轭法、中心导体法、交叉磁轭法
表6
4.2干法
干法,又叫干粉法,通常用于交流和半波整流的磁化电流或磁轭进行连续法检测的情况,采用干法时,应确认检测面和磁粉已完全干燥,然后再施加磁粉。
4.3湿法
湿法,又叫磁悬液法,主要用于连续法和剩磁法检测。
采用湿法时,应确认整个检测面被磁悬液湿润后,再施加磁悬液。
由于施加磁悬液的时间不同,湿法又有连续法和剩磁法磁化之分。
4.3.1应用范围
1.适用于特种设备上的焊缝、宇航工件及灵敏度要求较高的工件的检测
2.适用于大批量工件的检测,常与固定式设备配合使用,磁悬液可回收。
3.适用于检测表面微小缺陷,如疲劳裂纹、磨削裂纹、焊接裂纹和发纹等
4.3.2操作要点
1.磁悬液施加可采用浇法、喷法和浸法,但不能采用刷涂法。
2.连续法宜用浇法和喷法,液流要微弱,以免冲刷掉缺陷上已形成的磁痕显示。
3.剩磁法宜用浇法、喷法和浸法。
浇法和喷法灵敏度低于浸法;浸法的浸放时间一般控制在10~20s,时间过长会产生过度背景。
表B.1磁轭法和触头法的典型磁化方法
磁轭法的典型磁化方法
触头法的典型磁化方法
L≥75mm
b≤L/2
β≈90°
L≥75mm
b≤L/2
β≈90°
L≥75mm
b≤L/2
L≥75mm
b≤L/2
L1≥75mm
b1≤L1/2
b2≤L2-50
L2≥75mm
L≥75mm
b≤L/2
L1≥75mm
L2>75mm
b1≤L1/2
b2≤L2-50
L≥75mm
b≤L/2
L1≥75mm
L2≥75mm
b1≤L1/2
b2≤L2-50
L≥75mm
b≤L/2
4.4连续法
采用连续法时,被检工件的磁化、施加磁粉的工艺以及观察磁痕显示都应在磁化通电时间内完成,通电时间为1s~3s,停施磁悬液至少1s后方可停止磁化。
为保证磁化效果应至少反复磁化两次。
表B.2绕电缆法和交叉磁轭法的典型磁化方法
绕电缆法的典型磁化方法
交叉磁轭法的典型磁化方法
20≤a≤50
垂直焊缝检测
平行于焊缝的缺陷检测
20≤a≤50
平行于焊缝的缺陷检测
20≤a≤50
水平焊缝检测
注:
1N——匝数;I——磁化电流(有效值);a——焊缝与电缆之间的距离。
2检测球罐环向焊缝时,磁悬液应喷洒在行走方向的前上方。
3检测球罐纵向焊缝时,磁悬液应喷洒在行走方向。
4.5剩磁法
4.5.1剩磁法主要用在矫顽力在1kA/m以上,并能保持足够的剩磁场(剩磁在0.8T以上)的被检工件上。
4.5.2采用剩磁法时,磁粉应在通电结束后再施加,一般通电时间为0.25s~ls。
施加磁粉或磁悬液之前,任何强磁性物体不得接触被检工件表面。
4.5.3采用交流磁化法时,应配备断电相位控制器以确保工件的磁化效果。
4.5.4连续法和剩磁法检测的比较
表7连续法和剩磁法检测比较
磁化方法
优点
缺点
连续法
1.适用于任何铁磁材料
2.具有最高的检测灵敏度
3.能用于复合磁化
1.检验效率较剩磁法低
2.易出现干扰缺陷磁痕的杂乱显示
剩磁法
1.检验效率高
2.杂乱显示少,判断磁痕方便
3.目视检查可达性好
4.有足够的探伤灵敏度
1.剩磁低的材料不适用
2.不能用于多向磁化
3.不能采用干法探伤
4.交流磁化时要加相位断电器
4.6交叉磁轭法
使用交叉磁轭可在工件表面产生旋转磁场,国内外大量实践证明,这种多向磁化技术可以检测出非常小的缺陷,因为在磁化循环的每个周期都使磁场方向与缺陷延伸、方向相互垂直,所以一次磁化可检测出工件表面任何方向的缺陷,检测效率高。
4.6.1交叉磁轭的正确使用方法是:
1.交叉磁轭磁化检验、只适用于连续法。
必须采用连续移动的方式进行工件磁化,且边移动交叉磁轭进行磁化,边施加磁悬液。
最好不采用步进式的方法移动交叉磁轭。
2.
4.8检测时机
4.8.1应安排在容易产生缺陷的各道工序(如焊接、热处理、机加工、磨削、锻造、铸造、矫正和加载试验)之后进行,在喷漆、发蓝、磷化、氧化、阳极化电镀或其他表面处理工序前进行。
4.8.2表面处理后还需进行局部机加工的,对局部机加工的表面需再次进行磁粉检测。
4.8.3工件要求腐蚀检测时,磁粉检测应在腐蚀工序后进行。
4.8.4焊接接头的磁粉检测应安排在焊接工序完成之后进行。
对于有延迟裂纹倾向的材料,磁粉检测应根据要求至少在焊接完成24小时后进行。
有再热裂纹倾向的材料应在热处理后再增加一次磁粉检测。
除另有要求,对于紧固件和锻件的磁粉检测应安排在最终热处理之后进行。
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