При контроле плоских поверхностей полюс магнита перемещают на расстояния, превышающие контролируемый участок в обе стороны на 20–30 мм.
Для выявления различно ориентированных дефектов одной операцией намагничивания рекомендуется применять комбинированное намагничивание.
5.3. Способы регистрации дефектов при МНК
При магнитном контроле применяются различные способы регистрации дефектов [7, 8]. Их выбор обусловлен следующими факторами:
1)геометрией контролируемого изделия;
2)необходимой чувствительностью контроля;
3)заданной разрешающей способностью контроля;
4)производительностью контроля.
По способу получения первичной информации различают следующие методы магнитного контроля [5]:
•магнитопорошковый (МП), основанный на регистрации магнитных полей рассеяния над дефектами с использованием в качестве индикатора ферромагнитного порошка или магнитной суспензии;
•магнитографический (МГ), основанный на регистрации магнитных полей рассеяния с использованием в качестве индикатора ферромагнитной пленки;
•феррозондовый (ФЗ), основанный на измерении напряженности магнитного поля феррозондами;
•эффект Холла (ЭХ), основанный на регистрации магнитных полей датчиками Холла;
•индукционный (И), основанный на регистрации магнитных полей рассеяния по величине или фазе индуктируемой ЭДС;
•пондеромоторный (ПМ), основанный на регистрации силы отрыва (притяжения) постоянного магнита или сердечника электромагнита от контролируемого объекта;
•магниторезисторный (MP), основанный на регистрации магнитных полей рассеяния магниторезисторами;
•магнитооптический (МП), основанный на визуализации доменной структуры материала с помощью феррит-гранатовой пленки с зеркальной подложкой.
71
С помощью перечисленных методов можно осуществить контроль сплошности (МП, МГ, ФЗ, ЭХ, И, MP, МО), размеров (ФЗ, ЭХ, И, ПМ), структуры и физико-механических свойств (ФЗ, ЭХ, И, МО).
Ниже рассматриваются физическая сущность магнитного контроля и некоторые из методов, наиболее часто применяемые в практике технического диагностирования объектов нефтегазовой промышленности.
5.4. Магнитопорошковый метод неразрушающего контроля
Этот метод применяют для выявления поверхностных и подповерхностных (на глубине не более нескольких миллиметров) трещин, волосовин, флокенов и других дефектов в намагниченных деталях и заготовках. Высокая чувствительность метода позволяет надежно обнаруживать весьма малые дефекты с шириной раскрытия около 1 мкм и более при глубине более 10 мкм и протяженностью более 0,5 мм [2, 3].
Порошковый способ регистрации дефектов состоит в нанесении порошка ферромагнитного материала на намагниченное контролируемое изделие и в регистрации скоплений этого порошка вблизи дефектов. Над дефектом образуются локальные магнитные поля рассеяния, трещина в намагниченной детали становится локальным магнитом, а ее края – полюсами. Эти полюса притягивают к себе порошинки, и дефект становится видимым. Притягиваясь друг к другу, частицы образуют цепочечные структуры, ориентированные по магнитным силовым линиям поля дефекта. В результате происходит накопление частиц осевшего порошка в виде полосок (валиков, жилок, шнуров) над дефектом. Ширина полоски из осевшего порошка значительно больше ширины трещины, волосовины, поэтому магнитопорошковым способом могут быть выявлены мельчайшие трещины и другие поверхностные дефекты, невидимые при визуальном осмотре.
В качестве ферромагнитного материала наиболее часто используются черные порошки окислов магнетита Fe304, представляющего смесь закиси железа FeO и окиси железа Fe203. Для изготовления светлых порошков используются специально приготовленные смеси железного и никелевого порошков и алюминиевой пудры [3].
Применяются два способа нанесения ферромагнитного порошка на контролируемое изделие.
72
"Сухой" способ состоит в нанесении на изделие высокодисперсного порошка с размерами частиц 0,1–10 мкм в воздушной взвеси, получаемой распылением порошка в специальных установках. Этот способ применяют для обнаружения подповерхностных дефектов, а также дефектов под слоем немагнитного покрытия толщиной до
200 мкм.
Другой способ нанесения сухого порошка на изделие применяется для грубодисперсионных порошков с размером частиц от 0,05 до 2 мм. В этом случае порошок наносится с помощью пульверизатора, резиновой груши или качающегося сита. Этот способ применяется для обнаружения относительно крупных поверхностных и подповерхностных дефектов, а также для контроля деталей с грубо обработанной поверхностью.
"Мокрый" способ нанесения магнитного порошка на поверхность намагниченного контролируемого изделия осуществляют путем полива изделия суспензией магнитного порошка или путем погружения изделия в ванну, наполненную суспензией. Магнитная суспензия должна стечь с поверхности, т.е. изделие располагают с наклоном. Возможен контроль без извлечения деталей из суспензии для осмотра. Такой способ рекомендуется, например, для обнаружения шлифовочных трещин под слоем хрома толщиной до 0,2 мм.
Контроль осуществляют с помощью универсальных или специализированных дефектоскопов, позволяющих получать необходимые поля и создавать оптимальные условия контроля. В комплект дефектоскопа входят намагничивающие устройства, устройства для перемещения деталей на позиции контроля, приспособления для обработки деталей индикаторными составами, осветительные и измерительные устройства. Современные дефектоскопы комплектуются также устройствами для размагничивания суспензий и изделий.
Магнитопорошковый метод применяют для контроля деталей, прошедших окончательную механическую и термическую обработку. Выявляются дефекты, выходящие на поверхность, а также дефекты на глубине до 2 мм под поверхностью. Достоинством метода является его высокая чувствительность, относительная простота аппаратуры, возможность контролировать сложные по форме поверхности.
Недостаток метода в том, что он применим только к ферромагнитным материалам, нечувствителен к глубоко залегающим дефектам, трудно поддается автоматизации.
73
Для магнитопорошкового контроля в основном применяют дефектоскопы трех видов:
•стационарные универсальные;
•передвижные и переносные универсальные;
•специализированные (стационарные, передвижные, переносные). Для решения задач технической диагностики нефтегазового обо-
рудования применяют в основном переносные магнитопорошковые дефектоскопы. Например, переносный магнитопорошковый дефектоскоп ПМД-70, выпускаемый отечественной промышленностью. В полевых условиях эффективным средством для контроля локальных участков зарекомендовали себя портативные устройства для полюсного намагничивания в виде электромагнитного ярма (различной мощности) и намагничивающие устройства на постоянных магнитах.
5.5. Магнитографический метод контроля
Магнитографический способ регистрации дефектов заключается в записи магнитных полей рассеяния над дефектом на магнитную ленту путем намагничивания контролируемого участка изделия вместе с прижатой к его поверхности магнитной лентой и в последующем воспроизведении и расшифровке полученной магнитной записи. При магнитографическом контроле изделия намагничивают с помощью электромагнитов, реже применяют циркулярное намагничивание. Для обнаружения внутренних дефектов намагничивание производят постоянным током, а для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов – переменным током.
На рис. 5.10 представлена принципиальная схема магнитографического дефектоскопа [8].
Трубная заготовка 1 в процессе перемещения относительно дефектоскопа подвергается локальному намагничиванию с помощью электромагнитов 2. В местах нарушения сплошности металла магнитное поле рассеяния выходит за пределы заготовки в виде пиков силовых линий и записывается на магнитную ленту 3. При этом магнитная лента скользит по поверхности заготовки при помощи электродвигателя 5 и роликов 4, 6, 7. В результате осуществляется запись магнитного поля на скользящем носителе, записанное на ленту магнитное поле при помощи воспроизводящей головки 8 преобразуется в сигнал определенной мощности, который поступает в электронный блок 9 для анализа. При появлении сигнала от дефекта загораются индикаторы 10 и с помощью дефектоотметчика производится маркировка де-
74
фектного участка светлой краской. При дальнейшем перемещении ленты специальной головкой 11 стирается записанная информация, и вся вышеописанная процедура повторяется.
Для примера на рис. 5.11 показана схема регистрации дефектов сварных швов магнитографическим методом: сварной шов 1 с дефектом 2 находится в детали 3; поле рассеяния от дефекта 2 фиксируется магнитной лентой 4, наложенной на сварной шов 1 и прижатой к нему резиновым поясом (на рисунке не показан).
Рис. 5.10. Схема магнитографического дефектоскопа для контроля трубной заготовки:
1– трубная заготовка; 2 – электромагнит; 3 – магнитная лента; 4, 6, 7 – ролик; 5 – электродвигатель; 8 – воспроизводящая головка;
9 – электронный блок; 10 – индикатор; 11 – специальная головка
Намагничивающее поле создается постоянным электромагнитом 6 с роликами 5. Последние служат для облегчения перемещения электромагнита вдоль сварного шва [5, 6].
Магнитная лента, применяемая для регистрации полей рассеяния, аналогична применяемой в звукозаписи и, как правило, состоит из слоя магнитного порошка оксида железа, взвешенного в лаке, и немагнитной основы из ацетилцеллюлозы, полиэфиров или лавсана. Разработаны также специально для магнитографического контроля металлические ленты.
75