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一、表面粗糙度对磁粉探伤的影响机理

磁粉探伤的能力与外加磁场的大小和方向以及裂纹扩展的方向有关。 当工件的磁化方向垂直于裂纹扩展方向时，裂纹处的漏磁场最大，检测灵敏度最高。 因此，当工件表面形貌与裂纹特征相似时，即工件表面加工形成的织构延伸方向与裂纹延伸方向一致，工件表面粗糙度Ra接近裂纹深度，工件表面纹理处产生的漏磁场可能相当于裂纹漏磁场，在判断磁粉检测结果时容易造成漏检和误检。

为了更好地研究表面粗糙度对磁粉检测的影响，华中科技大学机械科学与工程学院研究团队对表面形貌进行了二维建模与仿真。 在不同程度的情况下，裂纹漏磁场幅值与同深度表面形貌漏磁场幅值的比值Bb/BGPS。 这里，漏磁场是通过取其切向分量来计算的。

结果表明，当表面纹理的延伸方向与裂纹的延伸方向一致时，随着工件表面粗糙度的增加，Bb/BGPS降低，裂纹的检测能力下降。

另一方面，随着工件表面粗糙度的增加，磁悬浮的液相表面张力增大，液体在表面的润湿滞后现象越明显，磁悬浮在表面的停留越多，越容易它以水滴的形式停留在表面，在荧光灯的照射下，会形成强烈的背景光和斑点状的假磁痕，也会造成误判或掩盖裂磁痕，增加裂磁痕的难度鉴别。

综上所述，表面粗糙度对磁粉探伤的影响与粗糙度的大小和表面形貌有关。

2.实验研究

(1) 试件

表面粗糙度是一个具有随机性的统计概念。 为更好地观察其对磁粉探伤的影响，课题组选取加工纹理规则的试样，进行表面形貌对裂纹检测的影响研究。

选择加工精度相对较低的卧铣和立铣工件，表面粗糙度Ra=18、12.5、3.2μm。 试件共3个，加工精度较高（Ra=0.025μm）的平磨试件（标准面）1个。 试件表面如图1所示。

图1 不同加工方法试样的表面形貌

每个试件对应位置有3条宽度相同、深度不同的人工裂纹。 人工裂缝示意图如图2所示，人工裂缝深度由浅到深分别记录为A型、B型、C型，裂缝深度分别为5、20、50 μm。

图2 试件表面人工裂纹位置示意图

直流线圈用于对试件进行磁化。 试验装置示意图如图3所示，励磁电流为10A，励磁线圈匝数设置为2000匝。

图3 测试装置示意图

(2) 测试结果

在黑光照射下，荧光磁粉能发出最灵敏的黄绿色荧光（波长范围510~550nm），对比度高，易于观察，灵敏度高。 人工裂痕的影响。

对上述试件进行预处理、磁化，并涂上用荧光磁粉制备的磁悬浮液，在荧光灯下观察和记录试验现象，分析表面粗糙度对磁粉检测的影响。 取试件磁化最均匀的区域进行观察，得到如图4所示的测试结果。

图4 试件磁粉探伤测试结果

根据上述试验结果，对裂纹的可识别程度进行分析，得到表1。

表1 磁粉探伤结果

缺点

平磨试件

圆盘刀铣削Ra=3.2μm

圆盘刀铣削Ra=12.5μm

圆盘刀铣削Ra=18μm

立铣

Ra=3.2μm

立铣

Ra=7.5μm

立铣

Ra=12.5μm

A型裂纹

面目全非

面目全非

面目全非

面目全非

面目全非

面目全非

面目全非

B型裂纹

清晰明了

更清晰

几乎认不出来

面目全非

面目全非

几乎认不出来

面目全非

C型裂纹

清晰明了

更清晰

更清晰

更清晰

几乎认不出来

几乎认不出来

面目全非

根据以上结果可以看出：

对于圆盘刀铣削试样，加工形成的表面纹理的延伸方向与人工划痕相似。 随着粗糙度的增加，加工痕迹在荧光灯下逐渐可见，磁痕特征与裂纹相似。 ，裂纹识别的难度逐渐增加。 在Ra=18 μm的圆盘刀铣削试样表面，相当一部分磁悬浮物以水滴的形式残留在工件表面，严重影响裂纹的识别，B型缺陷20 μm的裂纹深度无法识别，说明圆盘铣刀在铣削试样表面时，当裂纹深度接近粗糙度值时，很难从表面纹理区分裂纹。

对于立刀铣削试样粗糙度测量，其表面形貌与圆盘刀铣削试样有很大不同。 不仅有刀具加工形成的多条圆形轨迹，而且每两刀之间还形成直线轨迹。 试验结果表明，随着立刀铣试件粗糙度的增加，裂纹识别的难度总体上逐渐增加，Ra=3.2 μm试件上B型裂纹的识别优于Ra=7.5 μm 试样上的 C 型裂纹。 识别难度较大，主要是受加工条件的限制，两个试件所用的端刀和铣刀的半径不同，表面形成的加工痕迹也不同。

与对应的三种圆盘刀铣试件相比，虽然立刀铣试件的粗糙度值相对较低，但裂纹相对较难区分，主要是立刀铣试件上刀具加工痕迹过多，形成于表面。 每两次刀具走刀之间形成的多条圆形痕迹和条状痕迹，不仅会产生类似裂纹特征的痕迹，刀具加工痕迹对磁悬浮流动的影响也会造成磁粉堆积，使裂纹难以分辨。

综上所述，在磁粉探伤中，当被测工件表面粗糙度较高时，如拉环杆、发动机短轴、货车齿轮轴等，会出现以下问题：微裂纹漏检不容忽视，严重时会造成断裂，造成重大生命财产损失；

当被检工件表面有规则纹理时，如容器旋转锁轴端部及各种螺栓粗糙度测量，其表面纹理类似于铸造缺陷或淬火形成的弧形裂纹和环状裂纹，效果应考虑纹理对裂纹磁痕显示的影响，包括深度小于或接近粗糙度Ra值的裂纹漏检问题和纹理误检问题；

工件焊缝两侧凹陷、工件表面氧化皮、漆斑边缘、粗糙工件表面出现的一些斑点，可能是由于工件表面粗糙对磁悬浮流动的影响，在磁迹分析中应考虑到这一点。 .

3.结论

(1) 表面光滑的平磨试件表面磁粉堆积较少，没有类似裂纹特征的加工痕迹，对裂纹磁痕的识别几乎没有影响；

(2)当表面形貌特征与裂纹特征相似时，在荧光灯照射下，表面粗糙度越大，与裂纹磁痕特征越相似，对磁痕判断影响越大。 而在此条件下，当表面粗糙度Ra值与裂纹深度相近时，磁粉探伤无法检测出裂纹；

(3)表面粗糙度Ra值越高，粗糙表面对磁悬浮的润湿滞后效应越明显，磁悬浮在表面停留越多，越容易形成假磁痕或掩盖裂磁痕，这对磁粉检测的可靠性非常重要。 更大的性影响；

(4) 不同加工工艺形成的工件对裂纹和磁痕的显示和识别有不同的影响，在分析磁粉探伤的可靠性时应综合考虑。

摘自《无损检测》2016年第3期第38卷