7. Контроль скрытых дефектов деталей (специальные методы дефектоскопии: магнитный, ультразвуковой)м агнитный метод

п рименяют для обнаружения дефек­тов в деталях, изготовленных из ферромагнитных матери­алов. Так выявляют поверхностные трещины или подпо­верхностные включения с иной, чем у основного материа­ла, магнитной проницаемостью. Метод получил широкое распространение благодаря высокой чувствительности, простоте технологических операций и надежности. Он ос­нован на явлении возникновения магнитного поля рассеи­вания в месте расположения дефекта.

Магнитный поток, встречая на своем пути дефект с низкой магнитной проницаемостью по сравнению с ферро­магнитным материалом детали, огибает его. Часть магнит­ных силовых линий выходит за пределы детали образуя поле рассеивания.

Наличие последнего, а следова­тельно, и дефекта обнаруживают различными способами (магнитопорошковый, магнитографический и феррозондовый).

При магнитопорошковом способе для обнаружения магнитного потока рассеивания используют магнитные порошки (сухой способ) или их суспензии (мокрый способ). Проявляющийся материал наносят на поверхность изделия. Под действием магнитного поля рассеивания ча­стицы порошка концентрируются около дефекта. Форма его скоплений соответствует очертанию дефекта.

Сущность магнитографического метода заключается в намагничивании изделия при одновременной записи маг­нитного поля на магнитную ленту, которой покрывают деталь, и последующей расшифровке полученной инфор­мации.

Для обнаружения дефектов феррозондовым способом применяют феррозондовые преобразователи.

При дефектации деталей, поступающих в ремонт, наи­более распространен магнитопорошковый способ. Техно­логия определения дефекта состоит из следующих опера­ций: очистки детали от загрязнений; подготовки суспен­зии (мокрым способом); намагничивания контролируемой детали; осмотра поверхности детали с целью выявления мест, покрытых отложениями порошка; размагничивания детали.

Намагниченность деталей должна быть достаточной для создания около дефекта магнитного поля рассеивания, спо­собного притягивать и удерживать частицы порошка. Че­рез детали пропускают электрический ток или помещают их в магнитное поле соленоида.

Способы намагничивания деталей

Различают три способа на­магничивания: полюсное, циркулярное и комбинированное.

Полюсным намагничиванием создают продольное маг­нитное поле (вдоль детали). Деталь помещают между по­люсами электромагнита (постоянного магнита) или в маг­нитное поле соленоида. Это намагничивание применяют для выявления дефектов, расположенных перпендикулярно к продольной оси детали или под углом к ней не менее 20-25°.

Циркулярным намагничиванием создают магнитное поле, магнитные силовые линии которого расположены в виде замкнутых концентрических окружностей. Через де­таль пропускают электрический ток. При необходимости обнаружения дефекта на внутренней цилиндрической по­верхности ток пропускают через стержень или кабель из немагнитного материала (медь, латунь, алюминий), поме­щенный в отверстие детали. Это намагничивание служит для нахождения дефектов, расположенных вдоль продоль­ной оси детали или под небольшим углом к ней.

Комбинированное намагничивание заключается в од­новременном воздействии на деталь двух взаимно перпен­дикулярных магнитных полей. В результате их сложения образуется результирующее магнитное поле, величина и направление которого зависят от вектора магнитной на­пряженности каждого из слагаемых. Для получения ком­бинированного магнитного поля обычно через деталь про­пускают электрический ток, создавая в ней циркулярное магнитное поле, и одновременно помещают в соленоид (или электромагнит), создавая продольное магнитное поле.

Магнитные силовые линии результирующего поля на­правлены по винтовым линиям к поверхности изделия, что позволяет обнаруживать дефекты разной направлен­ности.

В магнитном поле или в поле остаточной намагничен­ности выявляют дефекты с помощью магнитного порошка или суспензии. В магнитном поле определяют дефекты деталей, изготовленных из магнитомягких материалов (ст. 3, сталь 10, сталь 20 и др.), обладающих небольшой коэр­цитивной силой (напряженностью магнитного поля, необ­ходимого для полного размагничивания материала).

При контроле в поле остаточной намагниченности де­таль предварительно намагничивают и после снятия на­магничивающего поля определяют дефект. Этот способ применяют для деталей, изготовленных из магнитожестких материалов— легированных и высокоуглеродистых сталей, подвергнутых термообработке. Его преимущество заключается в простоте и универсальности визуального контроля и отсутствии прижогов на деталях в местах кон­такта с электродами дефектоскопа.

Комбинированное намагничивание проводят только в приложенном магнитном поле, а циркулярное и полюс­ное — в приложенном поле и в поле остаточной намагни­ченности.

Для намагничивания деталей может быть использован как переменный, так и постоянный ток. Переменный ток служит для нахождения поверхностных дефектов и раз­магничивания деталей. Действие магнитного поля пере­менного тока ограничивается поверхностными слоями из­делия.

Постоянный ток применяют для выявления подповерх­ностных дефектов. Создаваемое им магнитное поле одно­родно и проникает достаточно глубоко в деталь.

Для определения дефекта большое значение имеет пра­вильный выбор напряженности магнитного поля. Чрезмер­но большая напряженность приводит к осаждению маг­нитного порошка по всей поверхности изделия и появле­нию «ложных» дефектов, а недостаточная— к снижению чувствительности метода.

Для индификации дефектов применяют ферромагнитные порошки с большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой. Порошок магнетита (Ге₃0₄) черного или темно-коричневого цвета используют для контроля деталей со светлой поверхностью, а порошок оксида желе­за (Ре₂0₃) буро-красного цвета — с темной поверхностью. Зернистость порошка существенно влияет на обнаружение дефектов и должна быть 5-10 мкм.

Магнитную суспензию приготавливают, используя ке­росин, трансформаторное масло, смесь минерального мас­ла с керосином и водные растворы некоторых веществ. На 1 л жидкости добавляют 30-50 г магнитного порошка.

После контроля все детали, кроме бракованных, раз­магничивают. Восстановление неразмагниченных деталей механической обработкой может привести к повреждению рабочих поверхностей из-за притягивания стружки. Не следует размагничивать детали, подвергающиеся при вос­становлении нагреву сварочно-наплавочными и другими способами до температуры 600-700 °С.

Детали размагничивают, воздействуя на них перемен­ным магнитным полем, изменяющимся от максимального значения напряженности до нуля.

Крупногабаритные детали (коленчатые и распредели­тельные валы и др.) размагничивают, пропуская через них ток, постепенно уменьшая его значение до нуля. Детали с отношением длины к ширине, равным более пяти, размаг­ничивают перемещением их через открытый соленоид.

Короткие изделия с большим поперечным сечением размагничиваются плохо. Поэтому их предварительно со­единяют в пакет и располагают вдоль оси соленоида.

Степень размагниченности контролируют, осыпая де­тали стальным порошком. У хорошо размагниченных де­талей порошок не должен удерживаться на поверхности. Для этих же целей применяют приборы ПКР-1, снабжен­ные феррозондовыми полюсоискателями.

Ультразвуковой метод — разновидность акустических методов контроля дефектов. Метод основан на свойстве ультразвуковых колебаний (волн) прямолинейно распрос­траняться в однородном твердом теле и отражаться от гра­ниц раздела сред с различными акустическими сопротив­лениями, в том числе нарушенной сплошности материала (трещин, раковин, расслоений и др.).

Ультразвуковой метод контроля использует законы распространения, преломления и отражения упругих волн частотой 0,524 МГц. При наличии дефектов в металле поле упругой волны изменяет в окрестностях дефекта свою структуру. Этот метод контроля позволя­ет выявить мелкие дефекты до 1 мм.

С уществуют несколько методов ультразвуковой дефектоскопии. Наибольшее распространение по­лучили теневой и импульсный методы. Для возбуждения упругих ко­лебаний в различных материалах наибольшее распространение полу­чили пьезоэлектрические преобразователи, которые представляют собой пластину из монокристалла кварца или из пьезокерамических материалов, на поверхность которых наносят тонкие слои серебра.

Рис. 31. Схема импульсного ультразвукового дефектоскопа:

1 — контролируемая деталь; 2 — пьезоэлектрический преобразователь (щуп); 3 — генератор ультразвуковых колебаний с синхронизаторами и блоком обработки сигналов; 4 — генератор ждущей развёртки; 5 — блок - усилитель; 6 — видеоусилитель; 7 — элетронно – лучевая трубка.

Схема импульсного ультразвукового дефектоскопа мо­жет быть представлена в виде, показанном на рис. 31.

Теневой метод основан на сквозном прозвучивании. При теневом методе ультразвуковые колебания (УЗ К) вводятся в деталь с одной стороны, а принимаются с другой От генератора 6 электрические импульсы ультразвуковой частоты по­ступают к пьезоэлектрическому излучателю 5, преобразующему их в ультразвуковые колебания. Импульсы проходят через деталь 4. Ес­ли деталь не имеет дефекта, то УЗК достигнут пьезоприемника 3. УЗК преобразовываются в электрические импульсы и усиливаются в усилителе 2, после чего они попадают в индикатор 1, стрелка которого отклонится (рис. 6.9,)

Рис. 6.9. Схема ультразвукового контроля деталей теневым методом: а — без дефекта; б — с дефектом; 1 — индикатор; 2 — усилитель; 3 — пьезоприемник; 4 — деталь; 5 — излучатель; 6 — генератор; 7 — дефект

При отсутствии в детали дефектов колебания, прошед­шие через нее, будут восприняты и преобразованы в элек­трический сигнал пьезоприемником, усилены усилителем 2 и поданы на индикатор (электронно-лучевую трубку ос­циллографа) почти без изменений амплитуды. Ели на пути пучка УЗК встречается дефект, то амплитуда на экране прибора будет меньше исходного значения. Мощность вос­принятого сигнала зависит от площади сечения пучка ко­лебаний, площади сечения дефекта и глубины его залега­ния. В случае, если дефект полностью перекроет пучок, показания прибора будут равны нулю.

Недостаток этого метода заключается в необходимости доступа к изделию с двух сторон, что не всегда возможно, а также в необходимости синхронного перемещения пьезоизлучателя и пьезоприемника по поверхности детали.

Если на пути УЗК встретится дефект 7 (рис. 6.9, б), то послан­ные излучателем УЗК отразятся от дефекта и не попадут на при­емник, поскольку он находится в звуковой тени. Стрелка индикатора 1 не будет отклоняться от нулевого положения. Этот метод используют при контроле деталей небольшой толщины. Недоста­ток метода — это необходимость двухстороннего доступа к конт­ролируемой детали.

Импульсный метод контроля основан на явлении отражения УЗКот границы раздела веществ. Высокочастотный генератор им­пульсного дефектоскопа (рис. 6.10) вырабатывает импульсы опре­деленной длины, которые направляются преобразователем в кон­тролируемую деталь. После отражения импульс возвращается к преобразователю, который в это время переключается на прием, оттуда отраженный импульс через усилитель поступает на экран электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

Рис. 6.10. Структурная схема импульсного ультрозвукового дефектоскопа: 1— контролируемая деталь; 2 — дефект; 3 — преобразователь; 4 — усилитель; 5 — генератор; 6 — синхронизатор; 7 — блок развертки; / — III — импульсы соответственно зондирующий, от дефекта, донный; В — относительный размер дефекта; к — толщина детали; а — глубина расположения дефекта

Работой высокочастотного генератора управляет синхронизатор, который формирует частоту следования импульсов. Кроме того, син­хронизатор запускает блок развертки. Частота следования высоко­частотных импульсов устанавливается с таким расчетом, чтобы в за­висимости от размеров детали отраженный импульс приходил к пре­образователю раньше посылки следующего импульса. Длительность импульса должна составлять не менее одного периода колебаний.

При отсутствии дефекта в детали на экране ЭЛТ будет два им­пульса (зондирующий и донный), расстояние между которыми соответствует толщине детали. Если внутри детали имеется дефект, то между зондирующим и донным импульсами появится импульс, отраженный от дефекта (см. рис. 6.10). Расстояние между зондиру­ющим импульсом и отраженным от дефекта определяет глубину расположения дефекта. Чем больше дефект, тем больше акусти­ческой энергии от него отразится, тем больше будет амплитуда импульса, отраженного от дефекта. По этой амплитуде можно опре­делить относительный размер дефекта.

Достоинства метода: односторонний доступ к детали; возмож­ность определения размеров и расположения дефекта по глубине; высокая чувствительность. Недостаток метода — это наличие «мертвой» зоны, которая представляет собой неконтролируемый по­верхностный слой, из-за которого на экране ЭЛТ отраженный от дефекта импульс совпадает с зондирующим импульсом.

Для ультразвукового контроля используют дефектоскопы УДМ-3, УДЦ-100, УДЦ-105М, ДУК-66, УЗД-НИИМ-5, УЗД-7Н, УД-10П, УД-11ПУ и др.