3. Методы и средства намагничивания объектов контроля

3.1. Постановка задачи

Магнитная дефектоскопия (МД) – частный случай магнитного НК, осуществляющий обнаружение дефектов в виде нару­шений сплошности в ОК из ферромагнитных материалов пу­тем регистрации магнитных полей рассеяния вблизи дефектов. Низкий порог чувствительности этого способа тре­бует соблюдения определенных условий контроля:

• для реали­зации потенциальных возможностей способа,

• для правиль­ной трактовки результатов.

Порог чувстви­тельности магнитной дефектоскопии самый низкий среди всех ви­дов НК, поэтому этот вид контроля применяют в самых ответственных случаях. Порог чувствительности – минимальный размер дефек­та заданной формы, при котором отношение сигнал/помеха равно двум или дефект уверенно обнаруживается оператором.

Для правильной реализации МД необходимо выполнение трех условий:

• подготовка поверхности ОК;

• выбор направления и способа на­магничивания;

• выбор первичных преобразователей для регистра­ции полей рассеяния.

В частно­сти, при магнитопорошковой де­фектоскопии эти условия сводятся к вы­бору способа нанесения магнит­ного порошка (суспензии) на поверхность ОК и осмотру его поверхности. По окончании конт­роля ОК размагничивают.

Принцип МД (рис. 35) основан на том, что для бездефектного ферромагнитного ОК, не имеющего резких изменений сечения и помещенного в однородное магнитное поле, магнитный поток практически полностью про­ходит через ОК, не выходя за его пределы. Не­большая часть магнитного потока может проходить в воздухе, но магнитная индукция в воздухе в раз меньше индук­ции в ферромагнетике (рис. 35-а). При этом отсутствуют ка­кие-либо локальные изменения индукции вблизи поверхности ОК.

Рис. 35. Принцип магнитной дефек­тоскопии

При нарушении сплошности (трещина) в ОК, рис. 35-б, магнитный поток перераспределяется. Если трещи­на ортогональна направлению магнитной индукции, на пути маг­нитного потока в ферромагнетике возникает препятствие в виде воздушного промежутка шириной . Магнитное сопротивление трещины даже при малом раскрыве (1…10 мкм) намного больше, чем на участке такой же длины в ферромагнетике, т.к. его величина обратно пропор­циональна . Поэтому магнитный поток через трещину уменьшится. При этом возник­нет поток , выходящий из ОК в воздух над трещиной, и поток , оги­бающий трещину снизу.

Электрическая схема замещения дефектного участка магнитной цепи показана на рис. 36. Соотношения между магнитными сопротивлениями оп­ределяются длиной пути для магнитного потока и магнитной проницаемостью среды. В материалах с очень большой магнитное сопротивление участка, огибающего тещину снизу , очень мало. Поэтому весь магнитный поток пойдет под трещиной, а выходящего из ОК потока в зоне трещины прак­тически не будет, что указывает на низкую чувствительность магнитного метода при НК ферромагнетиков с очень боль­шой магнитной проницаемостью.

Рис. 36. Электрическая схема замещения участ­ка магнитной цепи объ­екта с трещиной	Рис. 37. Изменение магнитного состояния объекта в области дефекта

Рассмотрим динамику магнитного состояния ОК в области дефекта при его намагничивании. Если ОК однородно намагничен, то его маг­нитному состоянию вдали от дефекта соответствует точка А на кривой намагничивания (рис. 37). Появление трещин сопровождается перераспреде­лением магнитного потока, в результате значения и под трещиной возрастают, изменив магнитное состояние ОК (переход по кривой намагничивания в точку С). Магнитная индукция увеличивается на .

С уменьшением дифференциальной магнитной проницаемости снижается доля магнитного потока под дефектом и возрастает его величина над дефектом. Малую магнитную проницаемость можно обеспечить работой в слабых полях, но при этом мала индукция. Вместе с тем для большо­го магнитного потока над дефектом необходимо обеспечить в мате­риале ОК достаточно высокую индукцию. Оптимизация режима намагничива­ния при магнитной дефектоскопии является сложной задачей. Ее решению посвящено много исследований, т.к. оптимальное намагничивание усиливает поле рассеяния, что важно для его регистрации.

Для регистрации магнитных полей рассеяния дефектов ис­пользуют разные типы первичных измерительных преобразо­вателей, но наибольшее применение здесь нашли маг­нитные порошки, обеспечивающие наивысшую среди всех видов НК чувствительность. Поэтому вначале остановимся на магнитопорошковой дефектоскопии (МПД).

Магнитопорошковая дефектоскопия включает сле­дующие основные этапы:

1. подготовка поверхностей деталей;

2. намагничивание деталей;

3. обработка сухим порошком или суспензией;

4. осмотр деталей и разбраковка.

Дополнительным этапом считают размагничивание, который обеспечивает приведение ОК в состояние, пригодное для дальнейшего ис­пользования.

Перед осмотром ОК должен быть очищен от окалины, грязи, смазки. Назначение первого этапа: если хотим обнаружить дефекты малого размера, то размеры неровности по­верхности не должны превышать ожидаемых размеров дефекта. Наивысшая чувствительность МПД достигается при чистоте обработки поверхности по 6...7-му классам. Рост шерохова­тости снижает чувствительность, по­скольку магнитный порошок оседает на неровностях поверхности, см. рис. 38. Выявление дефектов шириной 2...3 мкм оказывается невозможным уже при 5-м классе обработки.

Рис. 38. Фон магнитного порошка на неровностях поверхности

Неоправданный рост класса обработки вступает в противоречие с другим фактором. Шли­фованные поверхности (начиная с 9-го класса шероховатости) трудно осматривать из-за бликов. Поэтому детали со шлифован­ной поверхностью рекомендуется осматривать в рассеянном свете или покрывать очень тонким слоем краски.