磁粉检测技术最新研究成果有哪些
2018-11-07
磁粉检测是五大类常规检测手段之一，也是历史最悠久，技术最成熟的无损检测技术之一，广泛应用于各行业铁磁性零部件的表面和近表面检测。磁粉检测的最新研究进展及产品主要集中在新型磁化技术、磁化方式、探伤耗材及仪器。其中LED紫外线灯发展尤为迅速。
1.1 脉冲磁化技术
德国的Peter HIRSCH提出了脉冲磁化和退磁技术。脉冲磁化和退磁技术采用大电流脉冲对工件进行磁化和退磁，磁化电流通过电容瞬间放电实现，磁化电流（峰值）最高可以达到30，000安培，每个磁化脉冲仅为几毫秒。该技术可以对异形件、大型件实现直接通电法、线圈法等方式磁化。
由于采用大电容瞬间放电，在达到相同磁化电流的情况下，比传统通过变压器进行电流调节的磁粉探伤设备额定功率减少90％以上，从而实现设备的轻量化和便携性。针对异形件、大型件等难以检测的工件的磁粉探伤，检测时间比磁轭等方式效率提高90％以上，因此在德国等欧洲国家主要应用于异形件和大型件的整体磁粉检测和退磁。
1.2 交叉、正交线圈磁化技术
德国的Rainer LINK ， Nathanael RIESS提出了大型零件交叉、正交线圈磁化技术，实现大型、异型零件的非接触式周向和纵向磁化，避免打火，同时减少产品吊装、翻转的时间，提高工作效率。
该技术采用4个磁化线圈，其中一对磁化线圈平行布置，由一套变压器供电；另外一对线圈交叉布置，各由一套变压器供电，且相位差为90°，由此可以提供各个方向的磁化场。
1.3 变频非接触式磁化技术
日本的Michitaka HORI ， Arihito KASAHARA提出了一种新型的变频非接触式磁化技术，实现零件的非接触式立体复合磁化。该技术采用三个正交的磁化线圈，可以实现x，y，z三个维度的磁化。
每个磁化回路采用逆变器调节电流，而非传统的可控硅和变压器调节电流，因此磁化回路之间的相位差、每个磁化回路的电流强度和频率都是可以单独调节的，从而可以在空间形成复杂的，方向和强度可控的磁化场，而非椭圆形旋转磁场。以两个正交磁化线圈为例，X轴采用300Hz，500A电流磁化，y轴采用230Hz，600A电流进行磁化。
同时采用标准试片，对传统复合磁化技术和变频非接触式磁化技术进行对比：传统复合磁化X轴采用50Hz，500A电流，y轴采用50Hz，600A电流进行磁化；变频非接触式磁化X轴采用300Hz，500A电流，y轴采用230Hz，600A电流进行磁化。采用变频非接触式磁化技术，标准试片缺陷显示全面，均匀。
磁粉检测新产品及应用主要集中在新型的仪器及耗材领域。伴随着半导体技术和材料技术的飞速发展，过去几年磁粉探伤领域出现了大量新产品和耗材，用于满足磁粉检测的更为特殊和苛刻的需求。
2.1 新型磁粉检测耗材
美国Circle System推出可以在200℃以上的环境进行磁粉检测的高温磁粉，不用等待工件冷却即可进行磁粉检测，在欧洲冶金行业已经获得应用，减少因回火产生的额外能源消耗，降低产品生产成本。
美国Circle System， 德国Karl Deutsch等公司推出多光谱兼容磁粉，在白光，365nm紫外线和450nm蓝光下都可以使用。该类型磁粉本身带有染色剂，可以在白光下使用；同时该产品对365nm紫外线和450nm蓝光具有荧光反应，当使用450nm蓝光作为激励光源时，操作人员必须佩带黄色滤色镜滤去可见光。
美国Sherwin推出了速干型可去除反差剂，反差剂喷到工件后，迅速干燥，并且形成塑料质薄膜，在检测后可以从工件表面撕去，避免繁琐的反差剂清洗过程。
此外，还有海底进行磁粉检测的浓缩型磁粉，可以在海水中进行磁粉探伤。
2.2 新型磁粉检测仪器
(1) 数字式智能高斯计
英国Johnson ＆ Allen和上海磁海CHiNDT推出数字式智能高斯计。数字式智能高斯计基于霍尔传感器和单片机的技术结合，可以测量剩磁场、动态磁场的强度、波形、变化率及持续时间，可同时测量快速断电特性。
英国Johnson ＆ Allen的数字式智能高斯计为便携式，如图7。磁海数字式智能高斯计为便携、固定两用，不但可以单独作为高斯计使用，而且可以嵌入磁粉探伤设备，与PLC进行通信，实现磁场的实时在线监控，确保每一次磁化的有效性。
(2) LED黑光灯
LED黑光灯是近几年表面无损检测相关仪器发展最快的产品。凭借寿命长、能耗低、发热量小，迅速在各行业得到普及，并且相关标准已经陆续推出。美标ASTM E3022为目前LED黑光灯的主流标准。此外，罗罗公司也已推出本集团的LED黑光灯规范RRES 90061，空客在规范手册里也有相关要求。
WCNDT2016上瑞典Labino，美国Spectroline，中国磁海CHiNDT等公司的LED黑光灯在展会上获得较多关注，尤其是磁海智能可拍照黑光灯PX－45C系列，受到世界各国业内人士的关注和好评。
(3) 紫外线内窥镜
法国EFER推出的紫外线内窥镜，在航空业已经得到大量应用。EFER紫外线内窥镜，装有内窥镜计算机观察界面，用于进行工件内部的荧光磁粉缺陷观察。
(4)万向轮永磁体磁化器
乌克兰焊接协会推出万向轮永磁体磁化器，两块永磁体做成轮子，每个轮子采用万向轮，并通过导磁体固定在一起，从而实现磁化器在工件表面方便的移动，并对工件表面进行磁化。同时，该磁化器上可以固定白光的或紫外线灯。
(5)机器视觉辅助检测
意大利CGM公司设备采用高清晰视觉辅助检测系统，检测时，人员不需要进入暗室，通过高清摄像头进行全表面扫视、展开和记录。图片在计算机上可以进行放大，因此具有较高的缺陷检出能力，并提高工作效率。
(6)桌面磁粉探伤机
英国Baugh ＆ Weedon公司推出桌面磁粉探伤机，只有普通标准磁粉探伤机体积 的十分之一，可以放置在桌面上使用，被用于实验室或教学使用。
(7) 磁化仿真软件
对于复杂零件的磁化，可以采用通过计算机对所建立的模型进行磁化工艺仿真，得到工件各部分的磁场分布及磁场方向，辅助探伤工艺的制定和设备的设计、生产。目前常用的磁化仿真软件包括：Ansys， Comsol， Maxwell等软件。
(1)总体而言，目前国内缺少具有世界影响力的磁粉探伤设备厂家。在全球具有竞争力的磁粉探伤设备厂家为：第一阶梯包括意大利CGM、德国Karl Deutsch、美国Magnaflux（本次WCNDT会议没有参加）等公司；这些公司在全球享有盛誉，并在世界各国具有很多应用案例。
第二阶梯为法国Srem、英国Johnson ＆ Allen、德国Helling等，这些公司在全球也有较高的知名度。中国磁海CHiNDT公司凭借智能化检测产品，捷克PTS Josef Solnar凭借过硬的技术和在欧洲较高的性价比，在国外知名度上升较快。
尤其需要提及的是意大利CGM公司，研发团队包括四名博士，20多名经验丰富的技术人员，提出的技术解决方案常常用于世界顶级公司的新产品检测，环保性能也是其产品最大的亮点之一。但由于价格较高，CGM磁粉检测设备在中国并未广泛普及。
(2)美国磁粉设备以标准设备为主，各类调节以手动方式为主，设备简单可靠。欧洲制造商具有众多定制化设备磁粉设备，各类调节以电动为主，设备功能强大，做工和设计精细。中国生产的磁粉探伤设备灵敏度已经较好，但是设备的可靠性还有待改进。
(3)探伤耗材中国缺少世界知名品牌。目前，国际磁粉探伤耗材主要领导品牌为：美国Circle System、美国Magnaflux、德国Chemetall、德国Pfinder，法国Srem，德国Karl Deutsch，德国MR Chemie、日本Marktec等。
(4)针对固定式磁粉探伤设备，国外操作员普遍习惯采用浓缩型磁悬液进行配置。而国内普遍采用粉状磁粉进行磁悬液配置。该使用习惯差异与中国本土磁粉制造工艺有较大关系，磁粉长时间浸泡后，磁粉表面的染料会剥离，导致磁粉无效。
(5)磁粉检测相关技术和标准依然是欧美发达国家首先提出并采用，国内逐步接受和模仿。目前国内磁粉探伤相关制造企业研发投入较少，原创性与开发性的成果较少，同质化竞争加剧。
(6)国外磁粉探伤设备制造厂家普遍具有提供设备制造、生产、售后，仪器计量等一站式服务的能力，公司一般会有计量实验室，并为用户提供仪器计量服务。目前国内尚未有厂家具备提供设备制造和仪器计量一站式服务的能力。
1.1 脉冲磁化技术
德国的Peter HIRSCH提出了脉冲磁化和退磁技术。脉冲磁化和退磁技术采用大电流脉冲对工件进行磁化和退磁，磁化电流通过电容瞬间放电实现，磁化电流（峰值）最高可以达到30，000安培，每个磁化脉冲仅为几毫秒。该技术可以对异形件、大型件实现直接通电法、线圈法等方式磁化。
由于采用大电容瞬间放电，在达到相同磁化电流的情况下，比传统通过变压器进行电流调节的磁粉探伤设备额定功率减少90％以上，从而实现设备的轻量化和便携性。针对异形件、大型件等难以检测的工件的磁粉探伤，检测时间比磁轭等方式效率提高90％以上，因此在德国等欧洲国家主要应用于异形件和大型件的整体磁粉检测和退磁。
1.2 交叉、正交线圈磁化技术
德国的Rainer LINK ， Nathanael RIESS提出了大型零件交叉、正交线圈磁化技术，实现大型、异型零件的非接触式周向和纵向磁化，避免打火，同时减少产品吊装、翻转的时间，提高工作效率。
该技术采用4个磁化线圈，其中一对磁化线圈平行布置，由一套变压器供电；另外一对线圈交叉布置，各由一套变压器供电，且相位差为90°，由此可以提供各个方向的磁化场。
1.3 变频非接触式磁化技术
日本的Michitaka HORI ， Arihito KASAHARA提出了一种新型的变频非接触式磁化技术，实现零件的非接触式立体复合磁化。该技术采用三个正交的磁化线圈，可以实现x，y，z三个维度的磁化。
每个磁化回路采用逆变器调节电流，而非传统的可控硅和变压器调节电流，因此磁化回路之间的相位差、每个磁化回路的电流强度和频率都是可以单独调节的，从而可以在空间形成复杂的，方向和强度可控的磁化场，而非椭圆形旋转磁场。以两个正交磁化线圈为例，X轴采用300Hz，500A电流磁化，y轴采用230Hz，600A电流进行磁化。
同时采用标准试片，对传统复合磁化技术和变频非接触式磁化技术进行对比：传统复合磁化X轴采用50Hz，500A电流，y轴采用50Hz，600A电流进行磁化；变频非接触式磁化X轴采用300Hz，500A电流，y轴采用230Hz，600A电流进行磁化。采用变频非接触式磁化技术，标准试片缺陷显示全面，均匀。
磁粉检测新产品及应用主要集中在新型的仪器及耗材领域。伴随着半导体技术和材料技术的飞速发展，过去几年磁粉探伤领域出现了大量新产品和耗材，用于满足磁粉检测的更为特殊和苛刻的需求。
2.1 新型磁粉检测耗材
美国Circle System推出可以在200℃以上的环境进行磁粉检测的高温磁粉，不用等待工件冷却即可进行磁粉检测，在欧洲冶金行业已经获得应用，减少因回火产生的额外能源消耗，降低产品生产成本。
美国Circle System， 德国Karl Deutsch等公司推出多光谱兼容磁粉，在白光，365nm紫外线和450nm蓝光下都可以使用。该类型磁粉本身带有染色剂，可以在白光下使用；同时该产品对365nm紫外线和450nm蓝光具有荧光反应，当使用450nm蓝光作为激励光源时，操作人员必须佩带黄色滤色镜滤去可见光。
美国Sherwin推出了速干型可去除反差剂，反差剂喷到工件后，迅速干燥，并且形成塑料质薄膜，在检测后可以从工件表面撕去，避免繁琐的反差剂清洗过程。
此外，还有海底进行磁粉检测的浓缩型磁粉，可以在海水中进行磁粉探伤。
2.2 新型磁粉检测仪器
(1) 数字式智能高斯计
英国Johnson ＆ Allen和上海磁海CHiNDT推出数字式智能高斯计。数字式智能高斯计基于霍尔传感器和单片机的技术结合，可以测量剩磁场、动态磁场的强度、波形、变化率及持续时间，可同时测量快速断电特性。
英国Johnson ＆ Allen的数字式智能高斯计为便携式，如图7。磁海数字式智能高斯计为便携、固定两用，不但可以单独作为高斯计使用，而且可以嵌入磁粉探伤设备，与PLC进行通信，实现磁场的实时在线监控，确保每一次磁化的有效性。
(2) LED黑光灯
LED黑光灯是近几年表面无损检测相关仪器发展最快的产品。凭借寿命长、能耗低、发热量小，迅速在各行业得到普及，并且相关标准已经陆续推出。美标ASTM E3022为目前LED黑光灯的主流标准。此外，罗罗公司也已推出本集团的LED黑光灯规范RRES 90061，空客在规范手册里也有相关要求。
WCNDT2016上瑞典Labino，美国Spectroline，中国磁海CHiNDT等公司的LED黑光灯在展会上获得较多关注，尤其是磁海智能可拍照黑光灯PX－45C系列，受到世界各国业内人士的关注和好评。
(3) 紫外线内窥镜
法国EFER推出的紫外线内窥镜，在航空业已经得到大量应用。EFER紫外线内窥镜，装有内窥镜计算机观察界面，用于进行工件内部的荧光磁粉缺陷观察。
(4)万向轮永磁体磁化器
乌克兰焊接协会推出万向轮永磁体磁化器，两块永磁体做成轮子，每个轮子采用万向轮，并通过导磁体固定在一起，从而实现磁化器在工件表面方便的移动，并对工件表面进行磁化。同时，该磁化器上可以固定白光的或紫外线灯。
(5)机器视觉辅助检测
意大利CGM公司设备采用高清晰视觉辅助检测系统，检测时，人员不需要进入暗室，通过高清摄像头进行全表面扫视、展开和记录。图片在计算机上可以进行放大，因此具有较高的缺陷检出能力，并提高工作效率。
(6)桌面磁粉探伤机
英国Baugh ＆ Weedon公司推出桌面磁粉探伤机，只有普通标准磁粉探伤机体积 的十分之一，可以放置在桌面上使用，被用于实验室或教学使用。
(7) 磁化仿真软件
对于复杂零件的磁化，可以采用通过计算机对所建立的模型进行磁化工艺仿真，得到工件各部分的磁场分布及磁场方向，辅助探伤工艺的制定和设备的设计、生产。目前常用的磁化仿真软件包括：Ansys， Comsol， Maxwell等软件。
(1)总体而言，目前国内缺少具有世界影响力的磁粉探伤设备厂家。在全球具有竞争力的磁粉探伤设备厂家为：第一阶梯包括意大利CGM、德国Karl Deutsch、美国Magnaflux（本次WCNDT会议没有参加）等公司；这些公司在全球享有盛誉，并在世界各国具有很多应用案例。
第二阶梯为法国Srem、英国Johnson ＆ Allen、德国Helling等，这些公司在全球也有较高的知名度。中国磁海CHiNDT公司凭借智能化检测产品，捷克PTS Josef Solnar凭借过硬的技术和在欧洲较高的性价比，在国外知名度上升较快。
尤其需要提及的是意大利CGM公司，研发团队包括四名博士，20多名经验丰富的技术人员，提出的技术解决方案常常用于世界顶级公司的新产品检测，环保性能也是其产品最大的亮点之一。但由于价格较高，CGM磁粉检测设备在中国并未广泛普及。
(2)美国磁粉设备以标准设备为主，各类调节以手动方式为主，设备简单可靠。欧洲制造商具有众多定制化设备磁粉设备，各类调节以电动为主，设备功能强大，做工和设计精细。中国生产的磁粉探伤设备灵敏度已经较好，但是设备的可靠性还有待改进。
(3)探伤耗材中国缺少世界知名品牌。目前，国际磁粉探伤耗材主要领导品牌为：美国Circle System、美国Magnaflux、德国Chemetall、德国Pfinder，法国Srem，德国Karl Deutsch，德国MR Chemie、日本Marktec等。
(4)针对固定式磁粉探伤设备，国外操作员普遍习惯采用浓缩型磁悬液进行配置。而国内普遍采用粉状磁粉进行磁悬液配置。该使用习惯差异与中国本土磁粉制造工艺有较大关系，磁粉长时间浸泡后，磁粉表面的染料会剥离，导致磁粉无效。
(5)磁粉检测相关技术和标准依然是欧美发达国家首先提出并采用，国内逐步接受和模仿。目前国内磁粉探伤相关制造企业研发投入较少，原创性与开发性的成果较少，同质化竞争加剧。
(6)国外磁粉探伤设备制造厂家普遍具有提供设备制造、生产、售后，仪器计量等一站式服务的能力，公司一般会有计量实验室，并为用户提供仪器计量服务。目前国内尚未有厂家具备提供设备制造和仪器计量一站式服务的能力。