磁粉檢測技術在鋼結構探傷中的應用和發展趨勢★

郭 歡， 張 艷， 肖青戰， 侯艷芳

（陜西工業職業技術學院土木工程學院， 陜西 咸陽 712000）

引言

為響應和落實國家“碳達峰”政策，加強工業、建筑、交通減排，可從鋼結構探傷入手，預警結構破壞，從而減少鋼材周轉和損耗，達到降低生產碳排放的效果。

1 鋼結構探傷的需求

鋼結構在工業廠房、建筑、橋梁等方面都有廣泛的應用。然而，鋼結構在服役過程中，不可避免會產生一些損傷，隨著損傷的累計，微小的外界作用都可能對結構產生致命的影響。因此，采用有效的檢測方法，監測鋼結構的損傷，從而防止其突然破壞，是非常有必要的[1]。

2 鋼結構的常用檢測方法

在鋼結構檢測中，常用的方法有超聲波檢測法[2]、滲透檢測法[3]、渦流檢測法[4]、射線檢測法[5]和磁粉檢測法。目前，還有一種新興的無損檢測技術——金屬磁記憶檢測技術，在國內外也備受關注，被稱為是21世紀的綠色診斷技術。另外，還可以采用金相檢驗等破壞性手段分析鐵磁材料的微觀組織及其損傷。然而，磁粉檢測技術因其具有缺陷顯示直觀、可重復性好、在線檢測方便等優勢，被廣泛應用于鐵磁材料的探傷中。

3 磁粉檢測技術原理

當鐵磁材料或構件在外加磁場中被磁化，磁感應線會通過構件構成磁路。構件的表面因存在缺陷而產生不連續，導致磁感應線發生突變，使得構件表面產生“漏磁場”，從而在構件缺陷部位形成磁極。磁粉檢測技術可通過探測構件表面的“漏磁場”情況來確定其缺陷的位置及形狀。圖1 所示為一個表面有裂紋的鋼試件。該試件已被與其裂紋垂直的磁場磁化。裂紋處空氣介質的磁導率與鋼材相差很大，磁感應線在裂紋處發生折射分為三部分：一部分磁感應線會直接從試件中通過；另外一部分磁感應線從裂紋中通過；還有一部分磁感應線經過裂紋上方后再進入鋼材中，產生漏磁場。磁感應線在裂紋兩端產生新的磁極。

用磁粉檢測試件損傷前，應先對試件施以外加磁場使其磁化。然后，在試件表面撒上一些磁粉，磁粉會被試件缺陷部位的“漏磁場”所吸引，附著在其表面。在一定亮度燈光照射下，灑在試件表面的磁粉會在磁力作用下沿磁場堆積，形成一定形狀的“磁痕”，根據“磁痕”可判斷試件表面的缺陷情況。“磁痕”可以放大缺陷顯示。試件缺陷處和材料不連續處均會出現磁痕。

磁粉在試件缺陷處形成的漏磁場中，因磁極吸而受力，如下頁圖2 所示。圖中試件被平行于其表面的磁場磁化，缺陷處將產生漏磁場，其漏磁場的空間分布如圖中虛線所示。磁粉是一個個活動的磁性體，它的兩極會與漏磁場的兩極相互作用，異性相吸產生力矩。同時，磁粉在力矩作用下，轉向漏磁場最強的區域，沿磁感應線排列形成磁痕。漏磁場的方向可指明缺陷的位置。

4 磁粉檢測技術的工程應用

檢測時，采用交變電流對鋼構件進行磁化。磁化時可以根據需要選擇對試件的縱向或橫向進行磁化。每個構件充磁的時間不宜太長，之后在試件表面噴灑適量磁粉，如圖3 所示。磁粉的主要成分是四氧化三鐵和三氧化二鐵的混合粉末，需利用水做分散劑，將其配置成磁懸液，磁懸液可采用如表1 所示配方。

表1 磁懸液配方

完成以上工作后，即可觀察磁痕。檢測時，如采用熒光磁粉觀察磁痕跡，需借助暗室，通常施工現場很難具備該條件。若采用非熒光磁粉，則可使用白光照度計進行觀測。通過觀察磁痕，可發現試件表面的孔洞、晶粒滑移等缺陷，對鋼結構的破壞起到預警作用，通過后期加固改造可避免或降低鋼結構的突然破壞。磁粉檢測技術在所有鐵磁性材料中都適用，包括鐵磁原材料、鐵磁試件等。目前，在鋼結構探傷中的應用也較廣泛。

5 磁粉檢測技術的發展趨勢

磁粉檢測能直觀地顯示裂紋、夾雜等缺陷的形狀、大小和位置，檢測靈敏度較高、適應性好，該檢測方法幾乎不受試件大小和幾何形狀的限制，檢測設備較簡單，操作方便、效率高、成本低。

然而，磁粉檢測技術還存在一些缺陷：只能將試件表面處的缺陷檢出，對較深的內部缺陷無能為力；不能實現定量檢測；檢測前需用較大電流對試件進行磁化，存在磁污染現象，檢測完成后還需退磁；檢測的準確度依賴于檢測人員的技術經驗，采用目視法觀察磁痕容易對缺陷造成誤判。

因此，磁粉檢測技術目前只停留在對鋼結構試件損傷的初步定性篩查方面。未來可通過改進儀器設備的方式，實現對鋼結構損傷的定量分析，也可與其他無損檢測手段結合來減少誤判。

6 結論

磁粉檢測技術作為一種無損檢測技術，因具有操作簡單、缺陷顯示直觀等優勢被廣泛應用于鋼結構中進行早期探傷，減輕或避免了鋼結構發生突然破壞，在工程中擁有廣闊的應用前景和很大的發展空間。