磁粉檢測(cè)2物理基礎(chǔ)

1、第二章第二章 物理基礎(chǔ)物理基礎(chǔ)1第二章 物理基礎(chǔ)1 1、磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)、磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)1.11.1磁的基本現(xiàn)象磁的基本現(xiàn)象中國(guó)是世界上最先發(fā)現(xiàn)物質(zhì)磁性現(xiàn)象和應(yīng)用磁性材料的國(guó)家。早在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就有關(guān)于天然磁性材料（如磁鐵礦）的記載。11世紀(jì)就發(fā)明了制造人工永磁材料的方法。1086年夢(mèng)溪筆談?dòng)涊d了指南針的制作和使用。10991102年有指南針用于航海的記述，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了地磁偏角的現(xiàn)象。注意地磁場(chǎng)的南極（S極）、北極（N極）與地球地理位置的關(guān)系。2第二章 物理基礎(chǔ)1.1.11.1.1磁的基本概念磁的基本概念（1）磁鐵能夠吸引磁性材料的性質(zhì)叫磁性。凡能夠吸引其它鐵磁性材料的物體叫磁體，磁體兩端磁性特別強(qiáng)的區(qū)

2、域稱為磁極。（2）將條形磁鐵懸掛起來，水平方向指向地球北的一端為北極，用N表示，指南的一端為南極，用S表示。磁體同性相斥，異性相吸。每個(gè)磁體都有N極和S極。（圓環(huán)磁體除外）3第二章 物理基礎(chǔ)1.1.21.1.2磁力磁力磁極間相互排斥和相互吸引的力稱為磁力。磁力的大小和方向是可以測(cè)定的，同一個(gè)磁體兩個(gè)磁極的磁力大小相等，但方向相反。磁性定律-兩個(gè)磁極間的磁力與兩個(gè)磁極強(qiáng)度的乘積成正比，而與它們之間距離的平方成反比。4第二章 物理基礎(chǔ)1.21.2磁場(chǎng)磁場(chǎng)與磁感應(yīng)線與磁感應(yīng)線磁場(chǎng):具有磁力作用的空間.存在于被磁化物體或通電導(dǎo)體的內(nèi)部和周圍,是由運(yùn)動(dòng)電荷形成的。磁場(chǎng)的特征:是對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷(或電流)具有作

3、用力,在磁場(chǎng)變化的同時(shí)也產(chǎn)生電場(chǎng)。 磁場(chǎng)的顯示:磁場(chǎng)的大小、方向和分布情況,可以利用磁感應(yīng)線來表示。5第二章 物理基礎(chǔ)磁力線的用途（假想的磁感應(yīng)線）磁力線的用途（假想的磁感應(yīng)線）假想的，用于形象地描述磁場(chǎng)的大小、方向和分布情況。磁磁感應(yīng)感應(yīng)線的疏密程度反映磁場(chǎng)的大小。線的疏密程度反映磁場(chǎng)的大小。在磁力線密的地方磁場(chǎng)大，在磁力線稀的地方磁場(chǎng)小，磁磁感應(yīng)感應(yīng)線在每點(diǎn)的切線方向代表磁場(chǎng)的方向線在每點(diǎn)的切線方向代表磁場(chǎng)的方向, ,磁力線上每點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向一致。6第二章 物理基礎(chǔ)磁磁感應(yīng)感應(yīng)線線的的特性特性: :（1）磁感應(yīng)線是連續(xù)的具有方向性的閉合曲線。在磁體內(nèi)是由S極到N極；在磁體外,

4、磁感應(yīng)線是由N極出發(fā)，穿過空氣進(jìn)入S極的閉合曲線（2）磁感應(yīng)線互不相交； （3）磁感應(yīng)線可描述磁場(chǎng)的大小和方向； （4）磁感應(yīng)線沿磁阻最小的路徑經(jīng)過； 同性磁極相斥同性磁極相斥, ,因同性磁極間間磁力線有互相排擠的傾向因同性磁極間間磁力線有互相排擠的傾向；異性磁極相吸異性磁極相吸, ,因異性磁極間磁因異性磁極間磁感應(yīng)感應(yīng)線有縮短長(zhǎng)度的傾向線有縮短長(zhǎng)度的傾向7第二章 物理基礎(chǔ)磁力線圖像：磁力線圖像：8磁力線形貌異性相吸同性相斥第二章 物理基礎(chǔ)1.2.11.2.1圓圓周磁場(chǎng)周磁場(chǎng)馬蹄形磁鐵具有N極和S極。磁鐵外部,磁感應(yīng)線從N極出發(fā)穿過空氣進(jìn)入S極;磁鐵內(nèi)部,磁感應(yīng)線從S極到N極閉合,它的兩極能吸

5、引鐵磁性材料。漏磁場(chǎng)的形成磁極間距變小形成的漏磁場(chǎng):將磁鐵彎曲,使兩磁極靠得很近,如圖2-2b所示, 磁感應(yīng)線離開N極,穿過空氣重新進(jìn)入S極,產(chǎn)生漏磁場(chǎng)。9第二章 物理基礎(chǔ)裂紋兩側(cè)形成裂紋兩側(cè)形成的的漏磁場(chǎng)漏磁場(chǎng): :將磁鐵兩端再?gòu)澢?使兩極熔合成圓環(huán),如圖2-2c所示, 此時(shí)磁鐵內(nèi)既無磁極又不產(chǎn)生漏磁場(chǎng),因而不能吸引鐵磁性材料,但在磁鐵內(nèi)包容了一個(gè)圓周磁場(chǎng)或已被周向磁化。如果已周向磁化的零件存在與磁感應(yīng)線垂直的裂紋,則在裂紋兩側(cè)立即產(chǎn)生N極和S極,形成漏磁場(chǎng), 漏磁場(chǎng)能強(qiáng)烈地吸附磁粉形成磁痕,顯示出裂紋缺陷。有裂紋處漏磁場(chǎng)分布及磁痕顯示如圖2-1d所示10第二章 物理基礎(chǔ)1.2.21.2.2

6、縱向磁化縱向磁化將馬蹄形磁鐵校直為條形磁鐵,則其兩端是N極和S極。條形磁鐵的兩極能強(qiáng)烈地吸附磁粉,說明該條形磁鐵已被縱向磁化,如圖2-3a所示。磁粉檢測(cè)的基礎(chǔ)磁粉檢測(cè)的基礎(chǔ) 如果磁感應(yīng)線被不連續(xù)性或裂紋阻斷而在其兩側(cè)形成N極和S極,則會(huì)產(chǎn)生漏磁場(chǎng),如圖2-3b和圖2-3c所示,吸附磁粉形成磁痕,從而顯示出不連續(xù)性或裂紋；11第二章 物理基礎(chǔ)圖 2-3 用條形磁鐵描述縱向磁化 a) 馬蹄形磁鐵被校直成條形磁鐵b) 帶機(jī)加工槽c) 帶縱向裂紋12第二章 物理基礎(chǔ)1.31.3真空中的恒定磁場(chǎng)真空中的恒定磁場(chǎng)1.3.11.3.1磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B B電流(運(yùn)動(dòng)電荷)的周圍存在磁場(chǎng),人們利用磁感應(yīng)強(qiáng)

7、度B來定量的描述磁場(chǎng)的特性。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義：將原來不具有磁性的鐵磁性材料放入外加磁場(chǎng)內(nèi),便得到磁化,它除了原來的外加磁場(chǎng)外,在磁化狀態(tài)下鐵磁性材料本身還產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)磁場(chǎng),這兩個(gè)磁場(chǎng)疊加起來的總磁場(chǎng),稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度B。13第二章 物理基礎(chǔ) 說明：說明： 由于歷史的原因，與電場(chǎng)強(qiáng)度由于歷史的原因，與電場(chǎng)強(qiáng)度E E對(duì)應(yīng)的描述磁對(duì)應(yīng)的描述磁場(chǎng)的基本物理量被稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度場(chǎng)的基本物理量被稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度B B，而另一輔助，而另一輔助量卻被稱為磁場(chǎng)強(qiáng)度量卻被稱為磁場(chǎng)強(qiáng)度H H，名實(shí)不符，容易混淆。通，名實(shí)不符，容易混淆。通常所謂磁場(chǎng)，均指的是常所謂磁場(chǎng)，均指的是B B。14第二章 物理基礎(chǔ)（1）磁感應(yīng)強(qiáng)

8、度B為矢量,其方向?yàn)樵擖c(diǎn)處小磁針N極的方向,可以用右手螺旋法則來確定。（2）單位：Ns/(Cm),即N/(Am)(SI),稱為特斯拉T；另一個(gè)單位是高斯,用Gs表示, 換算關(guān)系為lT=104Gs（3）B在數(shù)值上等于垂直于磁場(chǎng)方向長(zhǎng)1 m，電流為1 A的導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力的大小 （4）磁場(chǎng)方向即磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，磁場(chǎng)方向即磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，判定方法是放入檢驗(yàn)小磁針北極所受磁場(chǎng)力的方向，也是小磁針穩(wěn)定平衡時(shí)的方向。15第二章 物理基礎(chǔ)（5）可以用磁感應(yīng)線來描繪磁場(chǎng)的分布可以用磁感應(yīng)線來描繪磁場(chǎng)的分布 在任何磁場(chǎng)中,每一條磁感應(yīng)線都是無頭無尾的閉合線,磁場(chǎng)較強(qiáng)的地方,磁感應(yīng)線較密;反之,磁感應(yīng)線就較疏,

9、而且磁感應(yīng)線的環(huán)繞方向和電流方向形成右手螺旋的關(guān)系 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小等于穿過與磁感應(yīng)線垂直的單位面積上的磁通量,所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱為磁通密度。 （6）磁感應(yīng)強(qiáng)度不僅有外加磁場(chǎng)有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度不僅有外加磁場(chǎng)有關(guān), ,還與被磁化的鐵還與被磁化的鐵磁性材料的性質(zhì)磁性材料的性質(zhì)有有關(guān)關(guān) B=HB=H。16第二章 物理基礎(chǔ)1.3.21.3.2磁通量磁通量 （1 1）定義：）定義：在磁場(chǎng)中，通過一給定曲面的總磁感應(yīng)線，稱為通過該曲面的磁通量。簡(jiǎn)稱磁通,磁通量簡(jiǎn)稱磁通，磁通量簡(jiǎn)稱磁通，是指垂直穿過某一截面的磁力線條數(shù)。是指垂直穿過某一截面的磁力線條數(shù)。符號(hào)：符號(hào)：?jiǎn)挝唬簡(jiǎn)挝唬喉f伯韋伯(Wb)(Wb), , 麥

10、克斯韋麥克斯韋 (Mx) (Mx) 1Wb = 101Wb = 108 8 Mx Mx磁通量的單位為磁通量的單位為TmTm2 2，叫做韋伯（，叫做韋伯（WbWb）。因此，磁感應(yīng)）。因此，磁感應(yīng)強(qiáng)度也稱為磁通密度。強(qiáng)度也稱為磁通密度。17第二章 物理基礎(chǔ) （2 2）意義：意義：磁通量的意義可以用磁感線形象地加以說明我們知道在同一磁場(chǎng)的圖示中，磁感線越密的地方，也就是穿過單位面積的磁感線條數(shù)越多的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大。因此，B越大，S越大，穿過這個(gè)面的磁感線條數(shù)就越多，磁通量就越大。過一個(gè)平面若有方向相反的兩個(gè)磁通量，這時(shí)的合磁通為相反方向磁通量的代數(shù)和 磁通密度是通過垂直于磁場(chǎng)方向的單位面積的

11、磁通量，它等于該處磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B。磁通密度精確地描述了磁力線的疏密。 18第二章 物理基礎(chǔ)（3 3）磁場(chǎng)的高斯定理磁場(chǎng)的高斯定理: :對(duì)閉合曲面來說，穿入閉合曲面的磁感應(yīng)線數(shù)必然等于穿出閉合曲面的磁感應(yīng)線數(shù),所以通過任一閉合曲面通過任一閉合曲面的總磁通量必然為零的總磁通量必然為零. .通過任一閉合曲面的總磁通量必然為零.是電磁場(chǎng)理論的基本方程之一。該定理說明該定理說明, ,磁場(chǎng)是渦旋場(chǎng)磁場(chǎng)是渦旋場(chǎng), ,其磁感應(yīng)其磁感應(yīng)線無頭無尾線無頭無尾, ,恒為閉合。恒為閉合。 191.3.31.3.3安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理 磁感強(qiáng)度沿任意閉合環(huán)路的積分，等于穿過該閉合環(huán)路內(nèi)所有電流的代數(shù)和乘以0

12、 ,與環(huán)路外與環(huán)路外電流無關(guān)。電流無關(guān)。 安培環(huán)路定理的應(yīng)用：理論實(shí)驗(yàn) 與靜電場(chǎng)中利用高斯定理可以求解某些對(duì)稱分布的電場(chǎng)一樣。對(duì)于某些具有對(duì)稱分布的磁場(chǎng)，也可以應(yīng)用安培環(huán)路定理來求解。 表達(dá)電流與它所激發(fā)磁場(chǎng)之間的普遍規(guī)律。表達(dá)電流與它所激發(fā)磁場(chǎng)之間的普遍規(guī)律。LI0dl lB B2022-6-520第二章 物理基礎(chǔ)根據(jù)畢奧-薩伐爾定律：一個(gè)載流導(dǎo)體在空間任一點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度：B=L dB =0I/2r真空中的安培環(huán)路定律：真空中的安培環(huán)路定律：對(duì)任意幾何形狀的通電導(dǎo)體的磁場(chǎng)，其電流與它所激發(fā)的磁場(chǎng)之間普遍存在以下規(guī)律： LBdL= 0I已知長(zhǎng)直載流導(dǎo)體周圍的磁感應(yīng)線是一組以導(dǎo)體為中心的同心

13、圓，在垂直于導(dǎo)線的平面內(nèi)任意作一包圍電流的閉合曲線,曲線上任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B=0I/2r 式中：0 = 410-7H/m -真空磁導(dǎo)率 I-導(dǎo)線中的電流 r-該點(diǎn)離開導(dǎo)線的距離通電導(dǎo)體磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算公式的基礎(chǔ)。21第二章 物理基礎(chǔ)1.41.4磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)1.4.11.4.1磁介質(zhì)磁介質(zhì) 能影響磁場(chǎng)的物質(zhì)叫磁介質(zhì)。磁介質(zhì)在磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，影響固有的磁場(chǎng)。此現(xiàn)象稱為磁介質(zhì)的磁化。依據(jù)磁介質(zhì)不同的磁化特性，我們把它分為順磁性、抗磁性、鐵磁性三種。 在工程上，習(xí)慣將鐵磁性材料稱為磁性物質(zhì)，抗磁與順磁均為非磁性物質(zhì)。22第二章 物理基礎(chǔ)順磁性材料順磁性材料磁化后，磁介質(zhì)中的磁感

14、應(yīng)強(qiáng)度B稍大于B0，即BB0，如鋁、鉻、錳、鉑、氮等，能被磁體輕微吸引。 抗磁性材料抗磁性材料磁化后，磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B稍小于B0，即BB0，如鐵、鎳、鈷及其合金等，鐵磁質(zhì)能顯著地增強(qiáng)磁場(chǎng)，能被磁體強(qiáng)烈吸引。(工業(yè)純鐵的r5000左右) 磁粉探傷只適用于鐵磁性材料磁粉探傷只適用于鐵磁性材料, ,通常把順磁性材料和逆磁通常把順磁性材料和逆磁性材料都列入非磁性材料性材料都列入非磁性材料23第二章 物理基礎(chǔ)（1）磁性是物質(zhì)的一種基本屬性。磁性是物質(zhì)的一種基本屬性。物質(zhì)按照其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其在外磁場(chǎng)中的性狀可分為抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)。鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)為強(qiáng)磁性物質(zhì)，抗磁性和

15、順磁性物質(zhì)為弱磁性物質(zhì)。磁性材料按性質(zhì)分為金屬和非金屬兩類 我們把順磁性物質(zhì)和抗磁性物質(zhì)稱為弱磁性物質(zhì)，把鐵磁性物質(zhì)稱為強(qiáng)磁性物質(zhì)。通常所說的磁性材料是指強(qiáng)磁性物質(zhì)。磁性材料按磁化后去磁的難易可分為軟磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物質(zhì)叫軟磁性材料，不容易去碰的物質(zhì)叫硬磁性材料。一般來講軟磁性材料剩磁較小，硬磁性材料剩磁較大。24第二章 物理基礎(chǔ)（2 2）永磁材料）永磁材料 經(jīng)外磁場(chǎng)磁化以后，即使在相當(dāng)大的反向磁場(chǎng)作用下，仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。對(duì)這類材料的要求是剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br高，矯頑力BHC(即抗退磁能力)強(qiáng)，磁能積(BH)(即給空間提供的磁場(chǎng)能量)大。相對(duì)于軟磁材

16、料而言,它亦稱為硬磁材料。 永磁材料有合金、鐵氧體和金屬間化合物三類25第二章 物理基礎(chǔ)（2 2）軟磁材料）軟磁材料 主要功能是導(dǎo)磁、電磁能量的轉(zhuǎn)換與傳輸。因此，對(duì)這類材料要求有較高的磁導(dǎo)率和磁感應(yīng)強(qiáng)度，同時(shí)磁滯回線的面積或磁損耗要小。 軟磁材料的一種鐵粉芯軟磁材料大體上可分為四類。合金薄帶或薄片非晶態(tài)合金薄帶磁介質(zhì)（鐵粉芯）鐵氧體26第二章 物理基礎(chǔ) （3 3）矩磁材料和磁記錄材料）矩磁材料和磁記錄材料主要用作信息記錄、無接點(diǎn)開關(guān)、邏輯操作和信息放大。這種材料的特點(diǎn)是磁滯回線呈矩形。（4 4）旋磁材料）旋磁材料 具有獨(dú)特的微波磁性（5 5）壓磁材料）壓磁材料特點(diǎn)是在外加磁場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生機(jī)械形

17、變，故又稱磁致伸縮材料，它的功能是作磁聲或磁力能量的轉(zhuǎn)換。常用于超聲波發(fā)生器。27第二章 物理基礎(chǔ)1.4.21.4.2磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度 將原先無磁性的物體放入磁場(chǎng)內(nèi)得到磁性的過程稱為磁化。描述磁介質(zhì)磁化狀態(tài)的物理量，通常用符號(hào)M表示 對(duì)于順磁與抗磁介質(zhì)，無外加磁場(chǎng)時(shí)，對(duì)于順磁與抗磁介質(zhì)，無外加磁場(chǎng)時(shí)，MM恒為零恒為零; ; 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度MM不僅和磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，也和磁介質(zhì)所在處的磁場(chǎng)有關(guān)，在外磁場(chǎng)作用下，磁介質(zhì)磁化后出現(xiàn)的磁化電流要產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，它與外磁場(chǎng)之和為總磁場(chǎng)B。對(duì)于線性各向同性的磁介質(zhì)，M與B、H成正比，順磁質(zhì)的M與B、H同方向，抗磁質(zhì)的M與B、H反方向。 在國(guó)際單位制（在國(guó)際

18、單位制（SISI）中，磁化強(qiáng)度）中，磁化強(qiáng)度MM的單位是安培的單位是安培/ /米（米（A/mA/m）。）。 28第二章 物理基礎(chǔ)1.4.31.4.3磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度: : 在電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)中有磁介質(zhì)存在時(shí),空間任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于導(dǎo)線中的電流(稱為傳導(dǎo)電流)所激發(fā)的磁場(chǎng)與磁介質(zhì)磁化后束縛電流所激發(fā)的附加磁場(chǎng)的矢量和。這時(shí)安培環(huán)路定理應(yīng)為 將磁化強(qiáng)度式代入得： 該式稱為有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理,它表明H H矢矢量的環(huán)流量的環(huán)流( (沿任何閉合曲線的線積分沿任何閉合曲線的線積分) )只和傳導(dǎo)電流只和傳導(dǎo)電流I I有關(guān)有關(guān), ,與磁介質(zhì)的磁性與磁介質(zhì)的磁性無無關(guān)。關(guān)。 29第二章 物理基礎(chǔ)（1）

19、磁場(chǎng)具有大小和方向,磁場(chǎng)大小和方向的總稱為磁場(chǎng)強(qiáng)度,通常也把單位正磁極所受的力稱為磁場(chǎng)強(qiáng)度。 單位為A/m(SI)和Oe(CGS)。 為了形象地表示出磁場(chǎng)中H矢量的分布,引入H線(磁感應(yīng)線)來描述磁場(chǎng),規(guī)定如下:磁感應(yīng)線上任一點(diǎn)的切線方向和該點(diǎn)H矢量的方向相同,磁感應(yīng)線的疏密程度代表H矢量的大小,磁感應(yīng)線越密,表示H越大,磁感應(yīng)線越疏,表示H越小。30第二章 物理基礎(chǔ)1.4.41.4.4磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁化強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁化強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度（H H、MM和和B B）的關(guān)系）的關(guān)系（1）磁場(chǎng)強(qiáng)度也就是外加磁場(chǎng)強(qiáng)度，只和傳導(dǎo)電只和傳導(dǎo)電流流I I有關(guān)有關(guān), ,與磁介質(zhì)的磁性與磁介質(zhì)的磁性無

20、無關(guān)關(guān)。（2）磁化強(qiáng)度是物質(zhì)被磁化后自身產(chǎn)生的附加磁場(chǎng),在磁性物質(zhì)中,磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度MM不僅和磁介質(zhì)的性質(zhì)不僅和磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)有關(guān), ,也和磁介質(zhì)所處的磁場(chǎng)有關(guān)。也和磁介質(zhì)所處的磁場(chǎng)有關(guān)。磁化強(qiáng)度M和磁場(chǎng)強(qiáng)度H成正比,即M=M=mH H31第二章 物理基礎(chǔ)（3）磁感應(yīng)強(qiáng)度：將原先無磁性的物體放入磁場(chǎng)內(nèi)得到磁化，原有的磁場(chǎng)加上附加磁場(chǎng)（物質(zhì)磁化后自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)）后的總磁場(chǎng)，我們叫磁感應(yīng)強(qiáng)度。B=H+B=H+M=M=HHH.B.三者之間有這樣的關(guān)系式H=B/，在真空中H=B/?；駼=。*H32第二章 物理基礎(chǔ)1.4.5磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 物質(zhì)的磁化是由外磁場(chǎng)引起的,在磁性物質(zhì)中,磁化強(qiáng)度M不僅和磁介

21、質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),也和磁介質(zhì)所處的磁場(chǎng)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明,對(duì)于各向同性的磁介質(zhì),在磁介質(zhì)中任一點(diǎn)磁化強(qiáng)度M和磁場(chǎng)強(qiáng)度H成正比,即M=M=mH H式中,m為物質(zhì)的磁化率。 不同物質(zhì)的磁化率是不同的不同物質(zhì)的磁化率是不同的, ,抗磁質(zhì)的磁化率是負(fù)抗磁質(zhì)的磁化率是負(fù)值值, ,順磁質(zhì)的磁化率是正值順磁質(zhì)的磁化率是正值, ,但但都都很小很小, ,鐵磁質(zhì)的磁化率鐵磁質(zhì)的磁化率為正為正, ,而且很高而且很高. . 33第二章 物理基礎(chǔ) 實(shí)際上,物質(zhì)被磁化以后必然反過來使物質(zhì)所在部分的磁場(chǎng)發(fā)生變化。令磁化后引起的磁場(chǎng)變化為H,稱為附加磁場(chǎng),其大小H=M, 則有B=oH+oM, B=OH+B=OH+o omH=mH=o

22、 o(1+(1+m)m)H=H=o o r rH H= =HH 式中式中: :r-該磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率；其大小r=1+m； o-真空磁導(dǎo)率； -磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率,或絕對(duì)磁導(dǎo)率；=or。 34第二章 物理基礎(chǔ) （1 1）磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率( (絕對(duì)磁導(dǎo)率絕對(duì)磁導(dǎo)率): ):磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H的比值,用表示。磁導(dǎo)率表示材料被磁化的難易程度,它反映了材料的導(dǎo)磁能力。在SI單位制中單位是亨利每米(H/m)。 不是常數(shù)不是常數(shù), ,隨磁場(chǎng)大小不同而改變隨磁場(chǎng)大小不同而改變, ,有最大值和最小值。有最大值和最小值。 （2 2）真空磁導(dǎo)率真空磁導(dǎo)率 。：。：在真空中,磁導(dǎo)率是一個(gè)不變的恒定值,用。表示,稱為真

23、空磁導(dǎo)率,o=410-7H/m,單位是H/m（3 3）相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率rr：為了比較各種材料的導(dǎo)磁能力,把任一種材料的磁導(dǎo)率和真空磁導(dǎo)率的比值,r=/。叫做該材料的相對(duì)磁導(dǎo)率,用r表示,r為一純數(shù),無單位。35第二章 物理基礎(chǔ)（4 4）對(duì)于各向同性的磁介質(zhì)對(duì)于各向同性的磁介質(zhì),m,m和和rr都是無量綱的常數(shù)。都是無量綱的常數(shù)。所有順磁性材料、抗磁性材料的磁化率都很小,其相對(duì)磁導(dǎo)率幾乎等于1,這說明它們對(duì)原磁場(chǎng)只產(chǎn)生微弱的影響。對(duì)于鐵磁性材料,鐵磁質(zhì)中任一點(diǎn)的B,M,H三矢量之間的普遍關(guān)系仍采用式B=OH+B=OH+oMoM, ,但是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鐵磁質(zhì)中B與H以及M與H之間并沒有線性的正比關(guān)系,

24、甚至不存在單值關(guān)系,鐵磁質(zhì)的磁導(dǎo)率、相對(duì)磁導(dǎo)率和磁化率也都不是常數(shù)。鐵磁質(zhì)的磁導(dǎo)率、相對(duì)磁導(dǎo)率和磁化率也都不是常數(shù)。例如，如果空氣(非磁性材料)的磁導(dǎo)率是1，則鐵氧體的磁導(dǎo)率為10，000，即當(dāng)比較時(shí)，以通過磁性材料的磁通密度是10,000倍。36第二章 物理基礎(chǔ)（5）在眾多的材料中，如果自由空間（真空）的o=1，那么比1略大的材料稱為順磁性材料（如白金、空氣等）；比1略小的材料，稱為反磁性 材料（如銀、銅、水等）。（6）非磁性材料（如鋁、木材、玻璃、自由空間）B與H之比為一個(gè)常數(shù)，用。來表示非磁性材料的的磁導(dǎo)率，即。=1（在CGS單位制中）或 。=4X10o7（在RMKS單位制中）。 37第

25、二章 物理基礎(chǔ)（7）值得注意的是：磁導(dǎo)率與溫度有關(guān)系，另外飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度BR、矯頑力HS，以及磁心比損耗（單位重量損耗W/kg）等磁參數(shù)，也都與磁心的工作溫度有關(guān)。38第二章 物理基礎(chǔ)2 2、鐵磁性材料、鐵磁性材料2.1.2.1.磁疇磁疇 用量子理論從微觀上說明鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)理 概念：概念：在鐵磁性材料的內(nèi)部由于旋轉(zhuǎn)電子形成的具有相同磁矩方向的自發(fā)磁化小區(qū)域，稱為磁疇。磁疇存在于鐵磁性材料內(nèi)部，自發(fā)磁化。39第二章 物理基礎(chǔ) （1）無外加磁場(chǎng)時(shí)，磁疇方向各異，磁性相互抵消，對(duì)外不顯示磁性，見圖（a）, 當(dāng)把鐵磁性材料放到外加磁場(chǎng)中去時(shí)，磁疇就會(huì)受到外加磁場(chǎng)的作用，一是使磁疇

26、磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)，二是使疇壁發(fā)生位移，最后全部磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)向與外加磁場(chǎng)方向一致，鐵磁性材料被磁化，顯示出很強(qiáng)的磁性。會(huì)出現(xiàn)圖（b）的現(xiàn)象，它是磁化的本質(zhì)現(xiàn)象。去掉外加磁場(chǎng)后，保留一定的剩磁，見圖（c）。 永久磁鐵中的磁疇，在一個(gè)方向上占優(yōu)勢(shì)，因而形成永久磁鐵中的磁疇，在一個(gè)方向上占優(yōu)勢(shì)，因而形成N N和和S S 極，能顯示出很強(qiáng)的磁性。極，能顯示出很強(qiáng)的磁性。40第二章 物理基礎(chǔ)（2 2）磁疇與溫度的影響：）磁疇與溫度的影響： 從實(shí)驗(yàn)中得知，鐵磁質(zhì)的磁化和溫度有關(guān)。隨著溫度的升高，它的磁化能力逐漸減小，當(dāng)溫度升高到某一溫度時(shí)，鐵磁性就完全消失，鐵磁質(zhì)退化成順磁質(zhì)。這個(gè)溫度叫做居里溫度或叫居里點(diǎn)居里

27、溫度或叫居里點(diǎn)。 鐵磁性材料在此溫度以上不能再被外加磁場(chǎng)磁化，并將失去原有的磁性 從居里點(diǎn)以上的高溫冷卻下來時(shí)，只要沒有外磁場(chǎng)的影響，材料仍然處于退磁狀態(tài)。 鐵的居里點(diǎn)為769，鎳365，鈷1150。41第二章 物理基礎(chǔ)2.22.2磁化過程磁化過程 物質(zhì)放在磁場(chǎng)中，當(dāng)磁場(chǎng)從小變大，物質(zhì)的磁性也隨之改變的過程，稱為磁化過程。 物質(zhì)的磁性主要分為六大類：a.抗磁性；b.順磁性；c.鐵磁性；d.亞鐵磁性；e.反鐵磁性；f.超順磁性等。這六類物質(zhì)的磁化過程都不同。所以說磁化過程，前提要說明，是什么物質(zhì)的磁化過程。在日常生活中，人們大多使用鐵磁或亞鐵磁材料。因此大多討論這二種材料的磁化過程。42第二章

28、物理基礎(chǔ) 不同的物質(zhì)，它的磁化過程也不同。我們一般所說的磁化過程是指鐵磁和亞鐵磁物質(zhì) 在磁場(chǎng)中，當(dāng)磁場(chǎng)由零變大時(shí)，這些物質(zhì)磁化狀態(tài)的變化。鐵磁和亞鐵磁主要有二大類磁性材料：硬磁和軟磁。 軟磁材料從退磁狀態(tài)磁化到飽和，主要經(jīng)過疇壁位移和疇內(nèi)磁化向量轉(zhuǎn)動(dòng)二個(gè)過程。 硬磁材料大都由具有強(qiáng)磁各向異性材料作成，因此，其磁化和反磁化過程主要是其內(nèi)部單疇顆粒的磁化向量轉(zhuǎn)動(dòng)過程。 以下是軟磁性材料的磁化過程43 (1)未加外加磁場(chǎng)時(shí)，磁疇磁矩雜亂無章，對(duì)外不顯示宏觀磁性，如圖 (a) (2)在較小的磁場(chǎng)作用下，磁矩方向與外加磁場(chǎng)方向一致或接近的磁疇體積增大，而磁矩方向與外加磁場(chǎng)方向相反的磁疇體積減小，疇壁發(fā)生

29、位移，如圖 (b)。 (3)增大外加磁場(chǎng)時(shí)，磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)疇壁繼續(xù)位移， 最后只剩下與外加磁場(chǎng)方向比較接近的磁疇，如圖 (c)。 (4)繼續(xù)增大外加磁場(chǎng)，磁矩方向轉(zhuǎn)動(dòng)，與外加磁場(chǎng)方向接近，如圖 (d)。 (5)當(dāng)外加磁場(chǎng)增大到一定值時(shí)，所有磁疇的磁矩都沿外加磁場(chǎng)方向有序排列， 達(dá)到磁化飽和，相當(dāng)于一個(gè)微小磁鐵或磁偶極子，產(chǎn)生N極和S極，宏觀上呈現(xiàn)磁性，如圖 (e)。44第二章 物理基礎(chǔ)2.32.3磁化曲線磁化曲線用來表示鐵磁性材料磁特性的曲線，反映的是外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化關(guān)系。將鐵磁性環(huán)形樣品，繞線圈后通電，通過測(cè)量線圈中的I來計(jì)算材料內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度。用沖擊檢流計(jì)或磁通計(jì)測(cè)量磁通量，計(jì)

30、算出相應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而找出一組對(duì)應(yīng)的關(guān)系值，制作出磁化曲線。45第二章 物理基礎(chǔ)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H H與磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度B B之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。反映了磁化程度隨外加磁場(chǎng)變化的規(guī)律。反映了磁化程度隨外加磁場(chǎng)變化的規(guī)律。46第二章 物理基礎(chǔ)各種鐵磁性材料的磁化曲線大同小異。初始座標(biāo)原點(diǎn)：當(dāng)H=0時(shí)，材料未被磁化，B也=0，當(dāng)H增加，初始階段（oa段）B增加緩慢，進(jìn)入第二階段（ab）時(shí)，B增加很快，到第三階段（bm）段時(shí)，B的增加速度放慢了，過了m點(diǎn)，當(dāng)H增加，B基本不增加，此時(shí)稱為磁飽和現(xiàn)象。材料內(nèi)部的磁疇全部與外加磁場(chǎng)方向一致，即使再增加外加H，材料的附加磁場(chǎng)也不會(huì)

31、再繼續(xù)增加了。由此可見，鐵磁性材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是外加磁場(chǎng)強(qiáng)度和附加磁場(chǎng)強(qiáng)度之和，即材料內(nèi)合成磁場(chǎng)強(qiáng)度。47第二章 物理基礎(chǔ)2.42.4磁滯回線磁滯回線 當(dāng)鐵磁質(zhì)達(dá)到磁飽和狀態(tài)后，如果減小磁化場(chǎng)H，介質(zhì)的磁化強(qiáng)度M（或磁感應(yīng)強(qiáng)度B）并不沿著起始磁化曲線減小，M（或B）的變化滯后于H的變化。這種現(xiàn)象叫磁滯現(xiàn)象磁滯現(xiàn)象, ,它反映了磁化過程它反映了磁化過程的不可逆性。的不可逆性。 在磁場(chǎng)中，鐵磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系可用曲線來表示，當(dāng)磁化磁場(chǎng)作周期的變化時(shí)，鐵磁體中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系是一條閉合線，這條閉合線叫做磁滯回線磁滯回線 48第二章 物理基礎(chǔ)（1 1）剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度）剩余磁

32、感應(yīng)強(qiáng)度BrBr：外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H減小到零時(shí)，仍然保留在材料中的磁性。（2 2）矯頑力）矯頑力HcHc：為使剩磁減小到零所施加的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度。（3 3）飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度）飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BmBm：工件在飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度Hm的磁化下B達(dá)到飽和，不再隨H的增大而增大。n只有交流電才能產(chǎn)生磁滯回線。只有交流電才能產(chǎn)生磁滯回線。4950P+ HmHBBmQBrP Hc Hm Q 當(dāng)當(dāng)H H = 0= 0時(shí)時(shí), ,B B = =B Br r 叫剩磁叫剩磁當(dāng)當(dāng)H H反向反向 = =H Hc c時(shí)時(shí), , B B =0 =0H Hc c叫矯頑力叫矯頑力, ,表示鐵磁質(zhì)抵表示鐵磁質(zhì)抵抗去磁的能力抗去磁的能力. .BHB

33、H曲線形成一個(gè)閉合曲線曲線形成一個(gè)閉合曲線, ,稱為磁滯回線稱為磁滯回線. .注意注意: :磁滯效應(yīng)是能量損耗的過程磁滯效應(yīng)是能量損耗的過程. .2.4.12.4.1鐵磁性鐵磁性材料材料的的特性特性: :(1)(1)高導(dǎo)磁性高導(dǎo)磁性能在外加磁場(chǎng)中強(qiáng)烈地磁化,產(chǎn)生非常強(qiáng)的附加磁場(chǎng),它的磁導(dǎo)率很高,相對(duì)磁導(dǎo)率可達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千。(2)(2)磁飽和性磁飽和性鐵磁性材料由于磁化所產(chǎn)生的附加磁場(chǎng),不會(huì)隨外加磁場(chǎng)增加而無限地增加,當(dāng)外加磁場(chǎng)達(dá)到一定程度后,全部磁疇的方向都與外加磁場(chǎng)的方向一致,磁感應(yīng)強(qiáng)度B不再增加,呈現(xiàn)磁飽和。(3)(3)磁滯性磁滯性當(dāng)外加磁場(chǎng)的方向發(fā)生變化時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度

34、的變化。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度減小到零時(shí),鐵磁性材料在磁化時(shí)所獲得的磁性并不完全消失,而保留了剩磁。根據(jù)鐵磁性材料矯頑力Hc大小可分為軟磁材料和硬磁材料軟磁材料和硬磁材料兩大類。HcD為有限長(zhǎng)線圈時(shí)，線圈內(nèi)部不同部位的磁場(chǎng)強(qiáng)度是不一樣的。對(duì)通電線圈中心來說，磁場(chǎng)強(qiáng)度與線圈匝數(shù)N電流強(qiáng)度I成正比，與線圈長(zhǎng)度L成反比，且與線圈對(duì)角線和軸線的夾角有關(guān)。根據(jù)畢奧根據(jù)畢奧薩伐爾定律，薩伐爾定律，推導(dǎo)出空載通電線圈中心的推導(dǎo)出空載通電線圈中心的H H為：為：式中：N為線圈匝數(shù) L為線圈長(zhǎng)度（m） D為線圈直徑（m） 為線圈對(duì)角線與軸線夾角 H 為磁場(chǎng)強(qiáng)度（A/m） 70第二章 物理基礎(chǔ)3.3.33.3.3線圈分類線圈

35、分類（1 1）按通電線圈的結(jié)構(gòu)分為按通電線圈的結(jié)構(gòu)分為: :1) 1)用軟電纜纏繞在工件上的纏繞線圈。用軟電纜纏繞在工件上的纏繞線圈。2) 2)將絕緣導(dǎo)線繞在骨架內(nèi)的螺管線圈將絕緣導(dǎo)線繞在骨架內(nèi)的螺管線圈螺管線圈是具有螺旋繞組的圓筒形線圈,分單層和多層繞組兩種。單層螺管線圈是單根絕緣導(dǎo)線均勻而緊密排列的同軸線圈;多層螺管線圈相當(dāng)于若干個(gè)半徑不等的同軸螺管線圈。71第二章 物理基礎(chǔ)(2) (2) 按線圈橫截面積與被檢工件橫截面積的比值按線圈橫截面積與被檢工件橫截面積的比值- -充填因數(shù)充填因數(shù)( (也叫填充系數(shù)也叫填充系數(shù)) )分為分為: :1) 1)低充填因數(shù)線圈低充填因數(shù)線圈- -線圈橫截面

36、面積與被檢工件橫截面面積之比大于等于 10 時(shí)。2) 2)中充填因數(shù)線圈中充填因數(shù)線圈- -線圈橫截面面積與被檢工件橫截面面積之比大于 2且小于10時(shí)。3) 3)高充填因數(shù)線圈高充填因數(shù)線圈- -線圈橫截面面積與被檢工件橫截面面積之比小于等于2時(shí)。依據(jù)不是線圈的直徑、大小，是相對(duì)而言。依據(jù)不是線圈的直徑、大小，是相對(duì)而言。72第二章 物理基礎(chǔ)(3) (3) 按通電線圈的長(zhǎng)度按通電線圈的長(zhǎng)度L L和內(nèi)徑和內(nèi)徑D D的比分為的比分為: :1) 1)短螺管線圈短螺管線圈(LD)(LD)(LD) 中心軸線上磁場(chǎng)分布較均勻，線圈兩端處的磁場(chǎng)強(qiáng)度為中心的1/2；橫截面上線圈內(nèi)壁的磁場(chǎng)強(qiáng)度較線圈中心強(qiáng)。73

37、第二章 物理基礎(chǔ)3) 3)無限長(zhǎng)螺管線圈無限長(zhǎng)螺管線圈(L(LD) D) 部磁場(chǎng)分布均勻,并且磁場(chǎng)只存在于線圈內(nèi)部,磁感應(yīng)線方向與線圈的中心軸線平行。74第二章 物理基礎(chǔ)3.3.43.3.4應(yīng)用應(yīng)用（1 1）開路磁化開路磁化把需要磁化的工件放在線圈中進(jìn)行磁化或?qū)Υ笮凸ぜM(jìn)行繞電纜磁化,常稱為線圈法開路磁化。線圈法磁化的磁化力一般用安臣數(shù)(NI)表示。線圈法磁化工件時(shí),由于在工件兩端產(chǎn)生磁極,因而會(huì)產(chǎn)生退磁場(chǎng)。(2)(2)閉路磁化閉路磁化把線圈繞在鐵心上構(gòu)成電磁扼或交叉磁軛對(duì)工件進(jìn)行的磁化,常稱為磁軛法閉路磁化。磁軛法磁化時(shí),以提升力來衡量導(dǎo)人工件的磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁通。磁軛法磁化工件不產(chǎn)生磁極,因

38、而沒有退磁場(chǎng)的影響。753.43.4感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場(chǎng)感應(yīng)電流和感應(yīng)磁場(chǎng)（1 1）感應(yīng)電流的產(chǎn)生）感應(yīng)電流的產(chǎn)生 將鐵芯插入環(huán)行工件中，把工件當(dāng)作變壓器的次級(jí)線圈。當(dāng)線圈中通以交流電后，通過鐵芯的磁通也是交變的，由于電磁感應(yīng)的作用，在工件中產(chǎn)生周向的感應(yīng)電流。該感應(yīng)電流在工件中又產(chǎn)生磁場(chǎng)，稱為感應(yīng)磁場(chǎng)。 電磁感應(yīng)的作用電磁感應(yīng)的作用產(chǎn)生感應(yīng)電流產(chǎn)生感應(yīng)電流產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)。產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)。（2 2）應(yīng)用）應(yīng)用 主要應(yīng)用在環(huán)行工件的磁化中,用以發(fā)現(xiàn)周向缺陷。2022-6-576第二章 物理基礎(chǔ)4 4、磁場(chǎng)的合成磁場(chǎng)的合成 多個(gè)磁場(chǎng)同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行多方向磁化時(shí),對(duì)工件作用的磁場(chǎng)應(yīng)是各磁場(chǎng)的矢量和,即合成磁

39、場(chǎng)為各個(gè)磁場(chǎng)矢量的疊加合成磁場(chǎng)為各個(gè)磁場(chǎng)矢量的疊加。 下面介紹兩種常用的合成磁場(chǎng)。 4.14.1交叉磁交叉磁軛軛的磁場(chǎng)合成的磁場(chǎng)合成（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成交叉磁軛屬于復(fù)合磁化 (多向磁化)，利用兩相或多相磁場(chǎng)相互疊加而形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。77 交叉磁軛的四個(gè)磁極分別由具有一定相位差的正弦交變電流激磁, 當(dāng)條件合適時(shí),就能在四個(gè)磁極所在平面形成與激磁電流頻率相等的旋轉(zhuǎn)著的（合成）磁場(chǎng)。 能形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的基本條件是：兩相磁軛的幾何夾角能形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的基本條件是：兩相磁軛的幾何夾角 與兩與兩相激磁電流的相位差相激磁電流的相位差 均不等于均不等于0 0或或180180。 隨著時(shí)間的變化，合成磁場(chǎng)的方向在旋轉(zhuǎn)，

40、當(dāng)激磁電流相位角t由0逐漸變到2時(shí)，其合成磁場(chǎng)正好旋轉(zhuǎn)一周。 當(dāng)所用交流電為50Hz時(shí)，旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間為0.02s。2022-6-578第二章 物理基礎(chǔ)（2 2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分布特點(diǎn)）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分布特點(diǎn) 交叉磁軛的磁場(chǎng)無論在四個(gè)磁極的內(nèi)側(cè)還是外側(cè)，其分布都是極不均勻的。只在幾何中心點(diǎn)附近很小的范圍內(nèi)，磁場(chǎng)變化不大，而離開中心點(diǎn)較遠(yuǎn)的其它位置，磁場(chǎng)變化很大，甚至不能形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 四個(gè)磁極外側(cè)仍然有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)存在，只是有效磁化范圍較小四個(gè)磁極外側(cè)仍然有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)存在，只是有效磁化范圍較小。（3 3）交叉磁軛的提升力）交叉磁軛的提升力 交叉磁軛的提升力代表交叉磁軛導(dǎo)入被檢測(cè)工件有效磁通的多少，亦即工件被磁

41、化后其磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，提升力必須大于某一值后，才能保證被檢工件的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度，亦即保證檢測(cè)靈敏度交叉磁軛的提升力。 至少應(yīng)有至少應(yīng)有118N118N（約（約12.1Kg12.1Kg）的提升力）的提升力79第二章 物理基礎(chǔ)4.2 4.2 擺動(dòng)磁場(chǎng)的合成擺動(dòng)磁場(chǎng)的合成 直流電磁軛與交流通電法同時(shí)復(fù)合磁化工件，直流電磁軛產(chǎn)生的縱向磁場(chǎng)，大小保持不變，交流通電法產(chǎn)生的周向，大小隨時(shí)間而變化，其合成磁場(chǎng)是一個(gè)在45之間不斷擺動(dòng)的擺動(dòng)磁場(chǎng)，在工件上產(chǎn)生的螺旋形磁場(chǎng)。交流磁場(chǎng)值比直流磁場(chǎng)值愈大，則擺動(dòng)的范圍愈大。在某一瞬時(shí)間，工件上不同部位的磁場(chǎng)大小和方向并不相同。在某一瞬時(shí)間，工件上不同部位的磁場(chǎng)大小

42、和方向并不相同。805 5、退磁退磁場(chǎng)場(chǎng)5. 5.1 1退磁場(chǎng)定義退磁場(chǎng)定義： 退磁場(chǎng)退磁場(chǎng): :把鐵磁性材料磁化時(shí),由材料中磁極所產(chǎn)生的磁場(chǎng);它對(duì)外加磁場(chǎng)有削弱作用,用符號(hào)H表示。 退磁場(chǎng)與材料的磁化強(qiáng)度退磁場(chǎng)與材料的磁化強(qiáng)度MM成正比成正比。即： H=NM H-退磁場(chǎng) M-磁化強(qiáng)度 N-退磁因子 只有只有縱向磁化才有退磁縱向磁化才有退磁場(chǎng)。場(chǎng)。81第二章 物理基礎(chǔ)5. 5.2 2有效磁場(chǎng)有效磁場(chǎng)： 鐵磁性材料磁化時(shí),只要在工件上產(chǎn)生磁極,就會(huì)產(chǎn)生退磁場(chǎng),它削弱了外加磁場(chǎng),所以工件上的有效磁場(chǎng)用H表示,等于外加磁場(chǎng)H0減去退磁場(chǎng)H。 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： H=H0-H=H0/1+N(r-1) H

43、-有效磁場(chǎng)A/m; Ho-外加磁場(chǎng)A/m; H -退磁場(chǎng)A/m. r-相對(duì)磁導(dǎo)率。 825.35.3影響退磁場(chǎng)大小的因素影響退磁場(chǎng)大小的因素 退磁場(chǎng)使工件上的有效磁場(chǎng)減小，使磁感應(yīng)強(qiáng)度減小,直接影響工件的磁化效果。影響退磁場(chǎng)大小的因素：（1 1）退磁退磁場(chǎng)大小與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度大小有關(guān)。場(chǎng)大小與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度大小有關(guān)。 外加磁場(chǎng)強(qiáng)度越大,工件磁化得越好,產(chǎn)生的N極和S極磁場(chǎng)越強(qiáng), 退磁場(chǎng)越大。83（2 2）退磁退磁場(chǎng)大小與工件場(chǎng)大小與工件L/DL/D值有關(guān)。值有關(guān)。 工件L/D值越大,退磁場(chǎng)越小。L/D的計(jì)算：對(duì)于實(shí)心工件,若為圓柱形工件,D為圓柱形的外直徑。若為非圓柱形工件,D 為橫截面最大尺寸。

44、對(duì)于中空的非圓筒形工件,應(yīng)采用有效直徑Deff代替,即 At -工件總的橫截面積 ,mm2; Ah -工件中空部分橫截面積 ,mm2 。對(duì)于中空的圓筒形工件,設(shè)外直徑為Do,內(nèi)直徑為Di, 應(yīng)采用有效直徑Deff代替,即： ）DeffAh-At2D（2D-2D1o2DDeff84（3 3）退磁退磁因子因子N N與工件幾何形狀有關(guān)。與工件幾何形狀有關(guān)。 縱向磁化所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小與工件的幾何形狀及L/D值有關(guān)。退磁因子退磁因子：影響磁場(chǎng)強(qiáng)度的幾何形狀因素稱為退磁因子,用N表示，L/D的函數(shù)。完整閉合的環(huán)形試樣，N=0；球體，N=0.333；長(zhǎng)短軸比值等于2的橢圓體，N=0.14；圓鋼棒，N與鋼棒

45、的長(zhǎng)度和直徑比L/D的關(guān)系是，L/D越小，N越大。隨著隨著L/DL/D的減小的減小N N增大增大, ,退磁場(chǎng)也退磁場(chǎng)也增大增大。85（4 4）磁化磁化尺寸相同的鋼管和鋼棒尺寸相同的鋼管和鋼棒, ,鋼管比鋼棒產(chǎn)生的退鋼管比鋼棒產(chǎn)生的退磁場(chǎng)小磁場(chǎng)小。鋼管為空心, 應(yīng)采用有效直徑Deff。顯然DDeff,所以L/DeffL/D。直徑直徑相同的鋼管比鋼棒的退磁場(chǎng)小相同的鋼管比鋼棒的退磁場(chǎng)小。（5 5）磁化磁化同一工件時(shí)同一工件時(shí), ,交流電比直流電產(chǎn)生的退磁場(chǎng)小交流電比直流電產(chǎn)生的退磁場(chǎng)小。 交流電有集膚效應(yīng),比直流電滲入深度淺,故交流電在鋼棒端部形成的磁極磁性小，交流電產(chǎn)生的退磁場(chǎng)小。865.45.

46、4退磁場(chǎng)的計(jì)算退磁場(chǎng)的計(jì)算如果工件的截面為非圓形，設(shè)截面面積為S，則有效直徑為： 則 計(jì)算結(jié)果討論： 退磁場(chǎng)與工件的形狀(L/D)密切相關(guān)，退磁因子隨著L/D的增大下降，退磁場(chǎng)減小。當(dāng)L/D2時(shí)，退磁場(chǎng)影響很大，工件磁化需要很大的外加磁場(chǎng)強(qiáng)度。通電線圈無法滿足需要，通常采用延長(zhǎng)塊將工件接長(zhǎng)，以增大L/D值，減小退磁場(chǎng)的影響。2022-6-587AD 2ALDL2第二章 物理基礎(chǔ)6 6、磁路與磁感應(yīng)線的折射、磁路與磁感應(yīng)線的折射6.16.1磁路磁路 磁力線通過的閉合路徑叫磁路。鐵磁性材料磁化后，不僅能產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，而且還能夠把絕大部分磁感線約束在一定的閉合路徑上。 磁路可用電路來模擬。88第二章

47、 物理基礎(chǔ) （1）磁路一般由通電流以激勵(lì)磁場(chǎng)的線圈、由軟材料制成的鐵心，以及適當(dāng)大小的空氣隙構(gòu)成 磁路分析的主要目的是要確定勵(lì)磁磁通勢(shì)和它所產(chǎn)生的磁通的關(guān)系 （2 2）磁路中有關(guān)的物理量有磁通、磁通勢(shì)、磁）磁路中有關(guān)的物理量有磁通、磁通勢(shì)、磁位差、磁阻。位差、磁阻。 磁阻：表征磁路中磁位降與其中磁通關(guān)系的參數(shù)。它與電路中的電阻相似。它與磁路的長(zhǎng)度成反比，與截面、磁導(dǎo)率成正比。磁阻的倒數(shù)稱為磁導(dǎo)896.26.2磁感應(yīng)線的折射磁感應(yīng)線的折射 當(dāng)磁通量從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，它的量不變。 如果這兩種介質(zhì)的磁導(dǎo)率不同，磁感應(yīng)強(qiáng)度就會(huì)不同，方向也會(huì)改變，這稱為磁感應(yīng)線的折射，并遵循折射定律： 902

48、211tgtg第二章 物理基礎(chǔ)7 7、漏磁場(chǎng)、漏磁場(chǎng)7.1 7.1 漏磁場(chǎng)的形成漏磁場(chǎng)的形成 （1 1）漏磁場(chǎng)的定義）漏磁場(chǎng)的定義 鐵磁性材料磁化后，在不連續(xù)性處或磁路的截面變化處，磁感應(yīng)線離開和進(jìn)入表面時(shí)形成的磁場(chǎng)。 （2 2）漏磁場(chǎng)形成的原因）漏磁場(chǎng)形成的原因 由于空氣的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鐵磁性材料的磁導(dǎo)率，磁感應(yīng)線會(huì)優(yōu)先通過磁導(dǎo)率高的工件。磁化工件上存在的不連續(xù)性或裂紋，迫使一部分磁感應(yīng)線從缺陷下面繞過，形成磁感應(yīng)線的壓縮。工件可容納的磁感應(yīng)線數(shù)目有限，同性磁感應(yīng)線又相斥，這樣，一部分磁感應(yīng)線從不連續(xù)性中穿過，另一部分磁感應(yīng)線遵從折射定律從工件表面垂直地進(jìn)入空氣中，繞過缺陷又折回工件，形成漏

49、磁場(chǎng)。91第二章 物理基礎(chǔ)7.27.2缺陷的漏磁場(chǎng)分布缺陷的漏磁場(chǎng)分布 缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)在工件表面可以分解為水平分量Bx和垂直分量By，水平分量與工件表面平行，垂直分量與工件表面垂直。將兩個(gè)分量合成,則可得到如圖所示的漏磁場(chǎng)。 a)水平分量 b)垂直分量 c)合成的漏磁場(chǎng) 圖2-22缺陷的漏磁場(chǎng)分布92 圖2-23磁粉受漏磁場(chǎng)吸引 圖2-24磁粉的受力分析 F1 一漏磁場(chǎng)磁力 F2 一重力 F3 一液體介質(zhì)的懸浮力 F4 一磁力 F5 一靜電力 （1 1）缺陷缺陷處產(chǎn)生漏磁場(chǎng)是磁粉檢測(cè)的基礎(chǔ)處產(chǎn)生漏磁場(chǎng)是磁粉檢測(cè)的基礎(chǔ)。磁粉檢測(cè)。磁粉檢測(cè)是通過漏磁場(chǎng)引起磁粉聚集形成的磁痕顯示進(jìn)行檢測(cè)的是通過漏

50、磁場(chǎng)引起磁粉聚集形成的磁痕顯示進(jìn)行檢測(cè)的。 （2 2）漏漏磁場(chǎng)的寬度要比缺陷的實(shí)際寬度大數(shù)倍至數(shù)十倍磁場(chǎng)的寬度要比缺陷的實(shí)際寬度大數(shù)倍至數(shù)十倍, ,所以磁痕對(duì)缺陷寬度具有放大作用所以磁痕對(duì)缺陷寬度具有放大作用, ,能將目視不可見的缺陷變能將目視不可見的缺陷變成目視可見的磁痕使之容易觀察出來成目視可見的磁痕使之容易觀察出來。 （3 3）漏磁場(chǎng)引起磁粉聚集漏磁場(chǎng)引起磁粉聚集是是漏漏磁場(chǎng)的磁場(chǎng)的磁力磁力、重力重力、液體、液體介質(zhì)的懸浮力、摩擦力、磁粉微粒間的介質(zhì)的懸浮力、摩擦力、磁粉微粒間的靜電力靜電力共同作用的結(jié)共同作用的結(jié)果果。937.37.3影響漏磁場(chǎng)的因素影響漏磁場(chǎng)的因素漏磁場(chǎng)的大小,對(duì)檢測(cè)

51、缺陷的靈敏度至關(guān)重要。（1 1）外加外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的影晌磁場(chǎng)強(qiáng)度的影晌缺陷的漏磁場(chǎng)大小與工件磁化程度有關(guān)。當(dāng)鐵磁性材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到飽和值的80%左右時(shí)，漏磁場(chǎng)便會(huì)迅速增大。（2 2）缺陷缺陷位置及形狀的影晌位置及形狀的影晌1 1) )缺陷埋藏深度的影響缺陷埋藏深度的影響缺陷的埋藏深度，即缺陷上端距工件表面的距離，對(duì)漏磁場(chǎng)產(chǎn)生有很大的影響。同樣的缺陷，位于工件表面時(shí)，產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)大；若位于工件的近表面，產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)顯著減小；若位于距工件表面很深的位置，則工件表面幾乎沒有漏磁場(chǎng)存在。94圖2-25顯現(xiàn)缺陷方向的示意圖 -磁場(chǎng)方向-最佳靈敏度-靈敏度減小-靈敏度不足 -磁場(chǎng)和缺陷間夾角度min -

52、顯現(xiàn)最小角度i -實(shí)例2 2) )缺陷方向的影響缺陷方向的影響缺陷的可檢出性取決于缺陷延伸方向與磁場(chǎng)方向的夾角。當(dāng)缺陷垂直于磁場(chǎng)方向時(shí)，漏磁場(chǎng)最大，也最有利于缺陷的檢出,，靈敏度最高，隨著夾角由90減小，靈敏度下降;當(dāng)缺陷與磁場(chǎng)方向平行或夾角小于30時(shí)，則幾乎不產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，不能檢出缺陷。3 3) )缺陷深寬比的影響缺陷深寬比的影響在一定范圍內(nèi)，漏磁場(chǎng)的增加與缺陷深度的增加成線性關(guān)系，當(dāng)深度增大到一定值后，漏磁場(chǎng)增加變得緩慢。當(dāng)缺陷的寬度很小時(shí)，漏磁場(chǎng)隨著寬度的增加而增加，并在缺陷中心形成一條磁痕，當(dāng)缺陷的寬度很大時(shí)，漏磁場(chǎng)反而下降，表面劃傷又淺又寬，漏磁場(chǎng)很?。ㄔ谌毕輧蓚?cè)形成磁痕,而缺陷根部沒

53、有磁痕顯示）缺陷缺陷的深寬比越大的深寬比越大, ,漏磁場(chǎng)越大漏磁場(chǎng)越大, ,缺陷越容易檢出。缺陷越容易檢出。 95圖2-26 a、b、c表面覆蓋層對(duì)磁痕顯示的影響d、漆層厚度對(duì)漏磁場(chǎng)的影響（3 3）工件工件表面覆蓋層的影響表面覆蓋層的影響 工件表面的覆蓋層會(huì)影響磁痕顯示。無覆蓋層,磁痕顯示濃密清晰;覆蓋著較薄的一層,有磁痕顯示,但清晰;有較厚的表面覆蓋層，漏磁場(chǎng)不能泄漏到覆蓋層之上，無法吸附磁粉形成磁痕顯示，造成漏檢。96（4 4）工件工件材料及狀態(tài)的影晌材料及狀態(tài)的影晌碳素鋼和合金鋼。碳素鋼是鐵碳合金， 低碳鋼，中碳鋼,，高碳鋼。 碳素鋼的主要組織：鐵素體和馬氏體呈鐵磁性;滲碳體呈弱磁性;珠

54、光體是鐵素體與滲碳體的混合物,具有一定的磁性;奧氏體不呈現(xiàn)磁性。合金鋼是在碳素鋼里加入各種合金元素而成。1Cr18Ni9和lCr18Ni9Ti室溫下屬奧氏體不銹鋼無磁性，不能進(jìn)行磁粉檢測(cè)。高鉻不銹鋼如1Cr13和Cr17Ni2，室溫下的主要成分為鐵素體和馬氏體，具有一定的磁性，能夠進(jìn)行磁粉檢測(cè)；沉淀硬化不銹鋼也有磁性，能夠進(jìn)行磁粉檢測(cè)。鋼鐵材料的晶格結(jié)構(gòu)不同,磁特性便有所變化。面心立方晶格非磁性；體心立方晶格鐵磁性矯頑力與鋼的硬度有著相對(duì)應(yīng)的關(guān)系,即矯頑力隨著硬度的增大而增大,漏磁場(chǎng)也增大。97下面列舉工件材料和狀態(tài)對(duì)漏磁場(chǎng)的影響下面列舉工件材料和狀態(tài)對(duì)漏磁場(chǎng)的影響: :1 1) ) 晶粒大小

55、的影響晶粒大小的影響晶粒越大,磁導(dǎo)率越大,矯頑力越小,漏磁場(chǎng)就越小;相反,晶粒越小,磁導(dǎo)率越小,矯頑力越大,漏磁場(chǎng)也越大。2 2) )含碳量的影響含碳量的影響隨著含碳量的增加,矯頑力成線性增加,相對(duì)磁導(dǎo)率則隨著含碳量的增加而下降,漏磁場(chǎng)也增大。3 3) )熱處理的影響熱處理的影響淬火可提高鋼材的矯頑力和剩磁,使漏磁場(chǎng)增大。淬火后隨著回火溫度的升高,材料變軟,矯頑力降低,漏磁場(chǎng)也降低。如40鋼,在正火狀態(tài)下矯頑力為580A/m; 在860水淬,300回火,矯頑力為1520A/m，提高回火溫度到460時(shí),矯頑力則降為720A/m。4 4) ) 合金元素的影響合金元素的影響合金元素使材料硬度增加,矯

56、頑力也增加, 漏磁場(chǎng)也增加。如正火狀態(tài)的40鋼和40Cr鋼,矯頑力分別為584A/m和1256A/m。5 5) ) 冷加工的影響冷加工的影響冷加工使材料表面硬度增加、矯頑力增大。隨著壓縮變形率增加,矯頑力和剩磁均增加,漏磁場(chǎng)也會(huì)增大。988 8、磁粉檢測(cè)、磁粉檢測(cè)的光學(xué)基礎(chǔ)的光學(xué)基礎(chǔ)8.18.1光度量術(shù)語及單位光度量術(shù)語及單位光：光：能夠直接引起視覺的電磁輻射；光度學(xué)光度學(xué): :有關(guān)視覺效應(yīng)評(píng)價(jià)輻射量的學(xué)科； 磁粉檢測(cè)觀察和評(píng)定磁痕顯示，必須在可見光和黑光下進(jìn)行，磁粉檢測(cè)觀察和評(píng)定磁痕顯示，必須在可見光和黑光下進(jìn)行，其光源的發(fā)光強(qiáng)度、光通量、光照度、輻射照度、光亮度都其光源的發(fā)光強(qiáng)度、光通量、

57、光照度、輻射照度、光亮度都與檢測(cè)結(jié)果直接與檢測(cè)結(jié)果直接有關(guān)。有關(guān)。991 1）發(fā)光強(qiáng)度）發(fā)光強(qiáng)度 光源在給定方向上單位立體角內(nèi)傳輸?shù)墓馔俊Ｓ梅?hào)I表示，單位坎【德拉】（cd）2 2）光通量）光通量 能引起眼睛視覺強(qiáng)度的輻射通量。用符號(hào)表示, 單位是流明。流明是發(fā)光強(qiáng)度為1cd的均勻點(diǎn)光源在1球面度立體角內(nèi)發(fā)射的光通量。3 3）光照度）光照度 亦稱照度，是單位面積上接收的光通量。用符號(hào)E表示, 單位是勒【克斯】，1勒是11m的光通量均勻分布在1m2表面上產(chǎn)生的光照度。4 4）輻射照度）輻射照度輻照度。表面上一點(diǎn)的輻照度是入射在包含該點(diǎn)的面元上的輻射通量。5 5）光亮度）光亮度亮度，指在給定方向

58、單位立體角的垂直光照度，單位是砍德拉每平方米。1008.28.2發(fā)光發(fā)光1）發(fā)光的物體稱為光源，也稱為發(fā)光體2）非熒光磁粉檢測(cè)時(shí)，在波長(zhǎng)范圍為400-760nm的可見光下觀察磁痕?？梢姽馐悄恳暱梢姷墓猓窗t、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色的光。熒光磁粉檢測(cè)時(shí)，采用波長(zhǎng)范圍為320-400nm的紫外線（被稱為黑光）激發(fā)熒光磁粉的磁痕，產(chǎn)生波長(zhǎng)范圍為510-550nm的黃綠色熒光。3）光致發(fā)光：許多原來在可見白光下不發(fā)光的物質(zhì)，在紫外線的照射下卻能夠發(fā)光的現(xiàn)象； 4）磷光：光致發(fā)光的物質(zhì)，在外界光源移去后，經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間才停止發(fā)光，這種光稱為磷光；這種物質(zhì)稱為磷光物質(zhì)；5）熒光：在外界光源移去后

59、立即停止發(fā)光的光；這種物質(zhì)稱為熒光物質(zhì)，由于熒光磁粉表面包覆一層熒光染料當(dāng)黑光照射到熒光磁粉上時(shí)，熒光物質(zhì)便吸收黑光的能量。1018.38.3 紫外紫外線線紫外紫外線線是指波長(zhǎng)為100-400nm的不可見光,其電磁波譜圖位于可見光和X射線之間。不是所有的紫外線都可以用于熒光磁粉檢測(cè),只有波長(zhǎng)為320400nm的黑光(UV-A)才能用于熒光磁粉檢測(cè)(峰值波長(zhǎng)為365nm)。波長(zhǎng)320-400nm的紫外線稱為UV-A、黑光或長(zhǎng)波紫外線。UV-A長(zhǎng)波的紫外線適用于熒光磁粉檢測(cè)，他的峰值波長(zhǎng)約為365nm。波長(zhǎng)280-320nm的紫外線稱為UV-B或中波紫外線，又叫紅斑紫外線。UV-B具有使皮膚變紅的

60、作用，還可引起曬斑和雪盲，不能用于磁粉檢測(cè)。波長(zhǎng)100-280nm的紫外線稱為UV-C或短波紫外線。UV-C具有光化和殺菌的作用，能引起猛烈的燒傷，還傷害眼睛，也不能用于磁粉檢測(cè)，醫(yī)院使用UV-C紫外線還殺菌。1028.48.4人眼對(duì)光的響應(yīng)人眼對(duì)光的響應(yīng) 人的眼睛在強(qiáng)光下，對(duì)光強(qiáng)度的微小差別不敏感，而對(duì)顏色和對(duì)比度的差別的辨別能力很高。 當(dāng)人從光明處進(jìn)入暗區(qū)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)，眼睛看不見周圍的東西，必須過一段時(shí)間才能看見，這種現(xiàn)象稱為黑暗適應(yīng)。進(jìn)行熒光磁粉檢測(cè)室黑暗適應(yīng)時(shí)間需要3-5min。同樣，從暗區(qū)到明亮的地方，也需要足夠的恢復(fù)時(shí)間。 人的眼睛對(duì)各色光的敏感性是不同的，波長(zhǎng)為555nm的黃綠色