10.2. Магнитопорошковый метод

Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД) в системе неразрушающих методов контроля занимает одно из ведущих мест. Это связано с ее высокой чувствительностью к поверхностным и подповерхностным дефектам, простотой, универсальностью и наглядностью представления результатов контроля. Магнитопорошковый метод применяют для контроля изделий, деталей, сварных соединений конструкций из ферромагнитных материалов с относительной магнитной проницаемостью не менее 40 с целью выявления невидимых невооруженным глазом поверхностных и подповерхностных нарушений сплошности типа трещин, непроваров.

Магнитопорошковый метод основан на регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектами в детали при ее намагничивании, с помощью ферромагнитных частиц (магнитного порошка), который находится во взвешенном состоянии в дисперсионной среде или воздухе. На магнитную частицу в неоднородном магнитном поле дефекта действует сила стремящаяся затянуть ее в места наибольшей концентрации силовых линий и приблизить к месту дефекта.

Под действием силы происходит перемещение частицы и образование валика порошка над дефектом. Таким образом, эффективность выявления дефекта находится в тесной связи с интенсивностью поля рассеяния и его градиентом, а также зависит от магнитных свойств и размеров используемых частиц.

Чувствительность контроля.Чувствительность магнитопорошкового метода зависит от ряда факторов: размера частиц порошка и способа его нанесения, напряженности приложенного намагничивающего поля, рода приложенного тока (переменный или постоянный), формы и глубины залегания дефектов, а также от их ориентации относительно поверхности изделия и направления намагничивания, состояния и формы поверхности, способа намагничивания.

Частицы порошка должны иметь размер 5 – 10 мкм. Для выявления глубоко залегающих дефектов применяют более крупный магнитный порошок. Для магнитных суспензий («мокрый» метод) применяют порошок с мелкими частицами.

Намагничивание постоянным или переменным током, а также «сухой» или «мокрый» метод нанесения порошка существенно не влияют на обнаружение поверхностных дефектов (рис.10.3). Однако род тока намагничивания, а также метод нанесения порошка сильно сказывается на обнаружении подповерхностных дефектов. В этом случае редко выявляется преимущество постоянного тока перед переменным, что объясняется созданием при постоянном токе магнитного поля, глубоко проникающего в металл. Однако детали с толщиной стенки 20 мм не следует намагничивать постоянным током, так как такие детали невозможно размагнитить после контроля. По этой причине при намагничивании переменным током лучше выявляются только поверхностные дефекты.

«Сухой» метод контроля имеет преимущество перед «мокрым» при обнаружении подповерхностных дефектов (см. рис.10.3). Это объясняется тем, что суспензия обладает определенной вязкостью и для перемещения ферромагнитной частицы в этой вязкой среде требуется большая сила воздействия магнитного потока, чем для перемещения той же частицы в воздухе.

С увеличением напряженности приложенного поля (до достижения индукции насыщения) возрастает чувствительность метода.

Рис. 10.3. Зависимость чувствительности магнитопорошкового метода

от вида тока и способа нанесения порошка:

1 – переменный ток, «мокрый» метод; 2 – переменный ток, «сухой» метод;

3 – постоянный ток, «мокрый» метод; 4 – постоянный ток, «сухой» метод.

При контроле магнитными методами наиболее уверенно выявляются плоскостные дефекты: трещины, непровары и несплавления, наибольший размер которых ориентирован под прямым или близким к нему углом относительно направления магнитного потока. Дефекты округлой формы (поры, шлаковые включения, раковины) не могут создавать достаточного потока рассеяния и, как правило, при контроле обнаруживаются плохо. Практикой установлено, что магнитопорошковым методом выявляются поверхностные и подповерхностные (на глубине залегания не более 2 мм) трещины с раскрытием от 0,001 мм, глубиной (высотой дефекта) от 0,05 мм и длиной 0,5 мм и более.

Могут быть выявлены также относительно крупные дефекты (непровары, поры, шлаковые включения и др.) сечением более 2-3 мм2, лежащие на глубине 5-6 мм под поверхностью. Плоские дефекты могут быть выявлены в случае, если они ориентированы к поверхности детали под углом более 20° (максимум чувствительности под углом 90°). С увеличением глубины залегания дефектов уменьшается скорость скопления магнитного порошка, что затрудняет выявление дефектов и определение их характера.

В значительной мере чувствительность контроля зависит от качества поверхности, на которую наносят суспензию или порошок. Оптимальная шероховатость поверхности деталей, подвергаемых магнитопорошковому контролю, соответствует по параметру Ra=1,62,5 ÷ 1,25 мкм.

Методика контроля. Методика магнитопорошкового способа включает следующие операции (ГОСТ 21105-87):

1. Подготовку поверхностей перед контролем и очистку их от загрязнений, окалины, следов шлака после сварки.

2. Подготовку суспензии, заключающуюся в интенсивном перемешивании магнитного порошка с транспортирующей жидкостью.

3. Намагничивание контролируемого изделия.

4. Нанесение суспензии или порошка на поверхность контролируемого изделия.

5. Осмотр поверхности изделия и выявление мест, покрытых отложениями порошка.

6. Размагничивание.

Поверхности изделий, сварных соединений и околошовных зон основного металла шириной, равной ширине шва, но не менее 20 мм с обеих сторон, очищают от грязи, масла, шлаков, окалины и других покрытий, мешающих проведению контроля. Не допускаются резкие западания поверхности, наплывы, натеки, незаполненные кратеры и другие дефекты. Видимые дефекты должны быть устранены до проведения контроля. Шероховатость контролируемой поверхности должна быть не грубее Ra= 6,3 мкм.

Аппаратура.

К основным средствам, используемым при магнитопорошковой дефектоскопии, относят намагничивающие устройства и индикаторные материалы. Контроль осуществляют с помощью универсальных или специализированных дефектоскопов, позволяющих получать необходимые поля и создавать оптимальные условия контроля.

Широкое распространение получили переносные и передвижные (менее мощные) дефектоскопы. Как правило, они представляют собой источники переменного, постоянного (однополупериодвыпрямленного) и реже – импульсного тока. Иногда один дефектоскоп позволяет работать с двумя видами тока.

Передвижные и переносные универсальные дефектоскопы предназначены для намагничивания и контроля деталей в условиях, когда невозможно применять стационарные дефектоскопы, например, намагничивании крупногабаритных деталей по частям, в случае работы в полевых условиях и т.п. Как правило, такие дефектоскопы снабжают комплектом деталей для контроля (сухие порошки и устройства для их напыления, сосуды с суспензией и т.п.).

Переносные и передвижные универсальные дефектоскопы позволяют производить циркулярное намагничивание с помощью токовых контактов, помещаемых на участке детали, продольное намагничивание с помощью кабеля, навиваемого на деталь, или иногда с помощью электромагнита.