磁粉检测技术在钢结构探伤中的应用和发展趋势

摘要：对磁粉检测的应用和发展进行研究提出磁粉检测技术是一种基于铁磁材料磁性变化对钢构件探伤的漏磁检测技术，可通过放大的“磁痕”显示钢结构的损伤。通过分析可知，磁粉检测技术因具有操作简单、显示直观等优势，可被广泛应用于钢结构中进行探伤。

关键词：钢结构;探伤;无损检测;磁粉检测;铁磁材料;

为响应和落实国家“碳达峰”政策，加强工业、建筑、交通减排，可从钢结构探伤入手，预警结构破坏，从而减少钢材周转和损耗，达到降低生产碳排放的效果。

1 钢结构探伤的需求

钢结构在工业厂房、建筑、桥梁等方面都有广泛的应用。然而，钢结构在服役过程中，不可避免会产生一些损伤，随着损伤的累计，微小的外界作用都可能对结构产生致命的影响。因此，采用有效的检测方法，监测钢结构的损伤，从而防止其突然破坏，是非常有必要的[1]。

2 钢结构的常用检测方法

在钢结构检测中，常用的方法有超声波检测法[2]、渗透检测法[3]、涡流检测法[4]、射线检测法[5]和磁粉检测法。目前，还有一种新兴的无损检测技术———金属磁记忆检测技术，在国内外也备受关注，被称为是21世纪的绿色诊断技术。另外，还可以采用金相检验等破坏性手段分析铁磁材料的微观组织及其损伤。然而，磁粉检测技术因其具有缺陷显示直观、可重复性好、在线检测方便等优势，被广泛应用于铁磁材料的探伤中。

3 磁粉检测技术原理

当铁磁材料或构件在外加磁场中被磁化，磁感应线会通过构件构成磁路。构件的表面因存在缺陷而产生不连续，导致磁感应线发生突变，使得构件表面产生“漏磁场”，从而在构件缺陷部位形成磁极。磁粉检测技术可通过探测构件表面的“漏磁场”情况来确定其缺陷的位置及形状。图1所示为一个表面有裂纹的钢试件。该试件已被与其裂纹垂直的磁场磁化。裂纹处空气介质的磁导率与钢材相差很大，磁感应线在裂纹处发生折射分为三部分：一部分磁感应线会直接从试件中通过;另外一部分磁感应线从裂纹中通过;还有一部分磁感应线经过裂纹上方后再进入钢材中，产生漏磁场。磁感应线在裂纹两端产生新的磁极。

用磁粉检测试件损伤前，应先对试件施以外加磁场使其磁化。然后，在试件表面撒上一些磁粉，磁粉会被试件缺陷部位的“漏磁场”所吸引，附着在其表面。在一定亮度灯光照射下，洒在试件表面的磁粉会在磁力作用下沿磁场堆积，形成一定形状的“磁痕”，根据“磁痕”可判断试件表面的缺陷情况。“磁痕”可以放大缺陷显示。试件缺陷处和材料不连续处均会出现磁痕。

磁粉在试件缺陷处形成的漏磁场中，因磁极吸而受力，如下页图2所示。图中试件被平行于其表面的磁场磁化，缺陷处将产生漏磁场，其漏磁场的空间分布如图中虚线所示。磁粉是一个个活动的磁性体，它的两极会与漏磁场的两极相互作用，异性相吸产生力矩。同时，磁粉在力矩作用下，转向漏磁场最强的区域，沿磁感应线排列形成磁痕。漏磁场的方向可指明缺陷的位置。

4 磁粉检测技术的工程应用

检测时，采用交变电流对钢构件进行磁化。磁化时可以根据需要选择对试件的纵向或横向进行磁化。每个构件充磁的时间不宜太长，之后在试件表面喷洒适量磁粉，如图3所示。磁粉的主要成分是四氧化三铁和三氧化二铁的混合粉末，需利用水做分散剂，将其配置成磁悬液，磁悬液可采用如表1所示配方。

完成以上工作后，即可观察磁痕。检测时，如采用荧光磁粉观察磁痕迹，需借助暗室，通常施工现场很难具备该条件。若采用非荧光磁粉，则可使用白光照度计进行观测。通过观察磁痕，可发现试件表面的孔洞、晶粒滑移等缺陷，对钢结构的破坏起到预警作用，通过后期加固改造可避免或降低钢结构的突然破坏。磁粉检测技术在所有铁磁性材料中都适用，包括铁磁原材料、铁磁试件等。目前，在钢结构探伤中的应用也较广泛。

5 磁粉检测技术的发展趋势

磁粉检测能直观地显示裂纹、夹杂等缺陷的形状、大小和位置，检测灵敏度较高、适应性好，该检测方法几乎不受试件大小和几何形状的限制，检测设备较简单，操作方便、效率高、成本低。

然而，磁粉检测技术还存在一些缺陷：只能将试件表面处的缺陷检出，对较深的内部缺陷无能为力;不能实现定量检测;检测前需用较大电流对试件进行磁化，存在磁污染现象，检测完成后还需退磁;检测的准确度依赖于检测人员的技术经验，采用目视法观察磁痕容易对缺陷造成误判。

因此，磁粉检测技术目前只停留在对钢结构试件损伤的初步定性筛查方面。未来可通过改进仪器设备的方式，实现对钢结构损伤的定量分析，也可与其他无损检测手段结合来减少误判。

6 结论

磁粉检测技术作为一种无损检测技术，因具有操作简单、缺陷显示直观等优势被广泛应用于钢结构中进行早期探伤，减轻或避免了钢结构发生突然破坏，在工程中拥有广阔的应用前景和很大的发展空间。

参考文献

[1] 苏三庆，郭欢，王威，等.含缺陷承载门式刚架的金属磁记忆检测试验研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版)，2020,52(1):1-8.

[2] 国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材编审委员会.超声检测[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3] 中国机械工程学会.渗透检测[M].北京：机械工业出版社，1986.

[4] 任吉林，林俊明，徐可北.涡流检测[M].北京：机械工业出版社，2017.

[5] 张天鹏.射线检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.