книги из ГПНТБ / Контроль качества продукции машиностроения учебное пособие

кой. Если количество коротких изделий невелико, то к их кон­ цам можно приложить стальные удлинители. Отдельно корот­ кое изделие продольно трудно намагнитить, так как будет сильно сказываться размагничивающий фактор. Дело в том, что две рядом расположенные намагниченные детали частично размагничивают друг друга, так как их магнитные поля на­ правлены навстречу друг другу. Если деталей будет больше, то, естественно, их взаимное размагничивание увеличится, в результате чего намагниченность каждой детали уменьшится. Продольно намагниченную деталь с большим поперечным се­ чением можно представить себе состоящей из большого числа элементов малого сечения, которые размагничивают друг дру­ га. Следовательно, при одной и той же длине, чем больше площадь поперечного сечения детали, тем до меньшей остаточ­ ной намагниченности она будет намагничена.

а

Рис. 63. Продольное намагничивание де­ тали

Намагничивание с помощью гибкого кабеля широко приме­ няется для контроля крупногабаритных деталей, не помещаю­ щихся в стационарном соленоиде.

Ц и р к у л я р н о е н а м а г н и ч и в а н и е осуществляется путем пропускания тока непосредственно через изделие (внут­

261

ренним полем) или через стержень или гибкий кабель из не­ магнитного материала с высокой электропроводностью (медь, латунь, алюминий), вставленный в полость изделия (внешним полем). Электрический ток, проходящий через прямой провод­ ник, создает циркулярное магнитное поле вокруг этого провод­ ника. Деталь, намагниченная таким образом, имеет циркуляр­ ное поле.

Циркулярное намагничивание применяется для выявления продольных дефектов (трещин, волосовин и др.) и радиальных трещин на торцовых поверхностях.

Циркулярное поле можно создать также на отдельных уча­ стках изделия. Для этого контакты располагают так, чтобы ток проходил через контролируемый участок в требуемом на­ правлении. Причем для равномерного распределения тока в из­ делии и во избежание прижогов должен быть создан хороший контакт. При контроле деталей с острыми кромками необходи­ мо использовать приспособления, увеличивающие контактную поверхность (свинцовые прокладки, медные сетки, оправки по форме торцов детали и т. п.).

Внутренние поверхности изделий с углублением и полых изделий следует намагничивать внешним полем при использо­ вании переменного тока. При намагничивании внутренним по­ лем на внутренней поверхности образуется магнитное поле не­ достаточной напряженности.

Во избежание прижогов изделия при циркулярном намаг­ ничивании ток можно включать только после того, как контак­ ты надежно прижаты к поверхности изделия, а выключать до отсоединения контактов.

Недостатком циркулярного намагничивания внутренним полем является разогревание детали во время намагничивания, что приводит к ее отпуску. Поэтому ток надо пропускать в воз­ можно короткое время ( — 0,1 с), т. е. использовать остаточную намагниченность.

Циркулярно полое изделие можно намагнитить обмоткой изделия кабелем в виде тора (тороидное намагничивание). При таком намагничивании будут выявляться поперечные де­ фекты.

К о м б и н и р о в а н н о е н а м а г н и ч и в а н и е осуществ­ ляется одновременным воздействием на изделие двух взаимно перпендикулярных магнитных полей. В этом случае возникает результирующее магнитное поле, величина и направление ко­ торого будут определяться двумя наложенными полями. Резуль­ тирующее поле будет меняться как по величине, так и по на­ правлению, если одна или обе составляющие являются пере­ менными.

262

Преимуществом контроля с использованием магнитного поля такого рода является то, что магнитные силовые линии в этом случае в определенные моменты времени будут пересе­ кать дефекты любого направления под углами 90° или близки­ ми к ним.

Рис. 64. Схема комбинированного намагничивания:

Комбинированное намагничивание можно осуществить на­ магничиванием изделия одновременно продольным Я п и цир­ кулярным Я ц полями (рис. 64). Магнитные поля могут быть: одно — переменным, а другое — постоянным, либо оба перемен­ ными, но сдвинутыми по фазе на 90°. Величина и направление результирующего магнитного поля Я р будут меняться, так как они определяются двумя наложенными полями (Яп и Я ц). Ре­ зультирующий вектор будет перемещаться в пределах угла а. Это и позволяет за один прием намагничивания выявлять прак­ тически дефекты любого направления.

Контроль при комбинированном намагничивании обяза­ тельно проводить в приложенном поле. Если проводить кон­ троль, используя явление остаточной намагниченности, то в де­ тали будут силовые магнитные линии одного направления (в момент снятия магнитного поля будет зафиксировано одно из направлений результирующего магнитного поля) и дефекты, параллельные направлению магнитного поля и расположенные под небольшими углами (20—30°) к нему, выявлены не будут.

263

Режим комбинированного намагничивания можно подби­ рать следующим образом: сначала подбирают режим только для продольного намагничивания постоянным током (мини­ мально необходимое поле для полного выявления поперечных дефектов). Затем, сохраняя неизменным продольное поле и по­ стоянно повышая циркулярное, добиваются хорошего выявле­ ния на эталоне не только поперечных, но и продольных де­ фектов.

Для намагничивания изделий может использоваться пере­ менный, постоянный, выпрямленный однополупериодный, двух-

ограничивается поверхностным']! слоями изделия в силу скинэффекта. Переменный ток необходим и для размагничивания деталей.

Для выявления подповерхностных дефектов постоянный ток предпочтительнее, так как создаваемое им магнитное поле про­ никает глубоко в изделие и более равномерно распределяется по всему сечению детали.

Однополупериодный выпрямленный ток эффективен для выявления подповерхностных и поверхностных дефектов в слу­ чае «сухого» способа контроля.

Выпрямленный двухполупериодный и трехфазный токи по характеру создаваемых ими магнитных полей близки к посто­ янному.

Импульсный ток (т = 10-3-М0-в с) применяется для цирку­ лярного намагничивания и для намагничивания с помощью кабелей. Кратковременность действия тока вызывает необхо­ димость проводить контроль изделий на остаточной намагни­ ченности. Для его получения используются простые устройст­ ва: конденсаторы или трансформаторы тока с быстродействую­ щими прерывателями. Установки, рассчитанные на большую силу тока, получаются малогабаритными.

Большое значение для выявления дефектов имеет правиль­ ный выбор величины напряженности магнитного поля, которая зависит от формы, расположения предполагаемого дефекта и магнитных характеристик материала контролируемого из­ делия. Излишне большая величина напряженности магнитного поля может вызвать осаждение ферромагнитного порошка по всей поверхности изделия и появление «ложных» дефектов. Не­ достаточная приводит к уменьшению возможности выявления подповерхностных дефектов и снижению чувствительности при выявлении мелких поверхностных дефектов.

При контроле в приложенном поле изделий из конструкци­ онных сталей для выявления поверхностных дефектов напря­

264

женность магнитного поля на поверхности контролируемого изделия должна быть 20—50 э, а на остаточной намагничен­ ности — 100—200 э.

При циркулярном намагничивании следует иметь в виду, что при пропускании тока через пустотелую деталь внешняя поверхность намагничивается интенсивнее, чем внутренняя. Если ток пропускать через стержень, расположенный внутри пустотелой детали, намагничиваются обе поверхности, но внут­ ренняя намагничивается интенсивнее. При циркулярном на­ магничивании изделий цилиндрической формы может быть до­ стигнута большая остаточная намагниченность, чем при про­ дольном, так как силовые линии замкнуты внутри детали и от­ сутствуют полюса, а следовательно, и размагничивающий фактор.

Величину силы тока при циркулярном намагничивании вы­ бирают, исходя из необходимой напряженности магнитного поля на поверхности изделия и габаритов изделия.

При циркулярном намагничивании сила тока может быть определена по следующим формулам:

для цилиндрических изделий

/ = 0,25HD,

где / — сила тока, А; Н — напряженность магнитного поля на поверхности изде­

лия, э;

D — диаметр изделия, мм;

для изделий кольцевой или цилиндрической формы (тороидное намагничивание)

где D — средний диаметр кольца, мм; п — число витков обмотки;

для изделий, имеющих форму дисков, или тонких пластин

/ = — = 0,16НЬ,

2тс

где b — диаметр диска или ширина пластины, мм.

Последнюю формулу можно использовать для приближен­ ного расчета силы тока при циркулярном намагничивании для контроля деталей таврового, двутаврового, швеллерного и уголкового профилей. В этом случае за ширину b принимается сумма линейных размеров, например, для таврового сечения это будет сумма ширины полки и высоты стенки.

При намагничивании с помощью соленоида следует иметь в виду, что напряженность магнитного поля в середине соле­

265

ноида (по длине) приблизительно в два раза больше чем по краям.

Для того чтобы в середине соленоида (по длине) иметь напряженность магнитного поля, равную Н, через обмотку не­ обходимо пропустить ток, сила которого рассчитывается по формуле

где D — средний диаметр соленоида, см; / — длина соленоида, см; п — число витков соленоида.

При намагничивании деталей при помощи обмотки гибким кабелем для выбора числа ампервитков можно ориентировоч­ но воспользоваться формулой

г50000

/• п = -----.

4d

Необходимо иметь в виду, что при использовании постоян­ ного тока напряженность магнитного поля будет тем больше, чем больше витков, а при использовании переменного тока количество витков следует ограничивать из-за действия индук­ тивности (число витков должно быть не более трех — пяти).

использовании флуоресцирующего магнитного порошка (маг­ нито-люминесцентный метод). В этом случае минимальная ши­ рина у поверхности выявляемого дефекта составляет 0,0005 мм, а протяженность в глубь изделия — 0,005 мм.

Магнитопорошковый метод применяется для выявления относительно больших подповерхностных дефектов, находя­ щихся на глубине до 1,5—2,0 мм (рис. 65). От глубины залега­ ния дефекта зависит ширина наслоения над ним ферромагнит­ ного порошка: чем глубже расположен дефект, тем шире поло­ са наслоения порошка. При глубине залегания дефекта более 3—4 мм выявить его практически невозможно (если дефект не очень велик), так как полоса наслоения порошка становится размытой и неясной.

При контроле изделий с помощью магнитопорошкового ме­ тода магнитные поля рассеяния, возникающие на поверхности

266

контролируемых изделий в местах нарушения сплошности, вы­ являют с помощью ферромагнитного порошка. Так как магнит­ ное поле рассеяния над местом нарушения сплошности мате­ риала изделия неоднородно, то на ферромагнитные частицы, попавшие в это поле, действует сила, стремящаяся переместить их в место наибольшей напряженности поля, т. е. в то место поверхности изделия, под которым находится нарушение сплошности материала. Над местом нарушения сплошности материала изделия происходит накопление ферромагнитных частиц. Площадь осевшего порошка будет значительно больше площади дефекта, поэтому магнитопорошковым методом могут быть выявлены очень незначительные по размеру дефекты.

I

=3

5:

счь

03

=3

а

-о

сэ

сз

Рис. 65. Зависимость глубины залегания де­ фекта от его ширины

Эффективность метода зависит от способности магнитных частиц перемещаться под воздействием магнитных полей рас­ сеяния. В процессе нанесения на деталь ферромагнитные ча­ стицы находятся во взвешенном состоянии в воздухе («сухой» метод) или в жидкостях — минеральное масло, керосин или вода, т. е. в виде суспензии («мокрый» метод).

«Сухой» метод дает лучшие результаты при выявлении под­ поверхностных дефектов. Он предпочтительнее также при конт­ роле изделий с большой шероховатостью поверхности, так как сухой порошок меньше задерживается поверхностными неров­ ностями.

267:

Для придания частицам сухого порошка большей подвиж­ ности его можно распылять в виде облака, при этом изделие иногда встряхивают.

Магнитопорошковый метод обладает следующими преиму­ ществами:

а б 8

Рис. 66. Выявляемость трещин методом магнитной суспензии:

а — открытой; б — скрытой под слоем хрома толщиной 0,02 мм; в — скрытой под слоем хрома толщиной 0,1 мм

применяется для контроля любого изделия, изготовленного из ферромагнитного материала;

выявляются с достаточной степенью надежности все нару­ шения сплошности материала изделия, расположенные на по­ верхности или поблизости от нее;

высокой чувствительностью; простотой методики контроля и высокой производитель­

ностью; возможностью контролировать детали, находящиеся в кон­

струкции; применим почти повсеместно при использовании порта­

тивного оборудования.

Магнитопорошковый метод допускает контроль деталей после оксидирования, окраски или нанесения гальванического покрытия (цинка, кадмия, хрома и др.) при условии, что тол­ щина немагнитного покрытия не превышает 50—80 мкм. Это объясняется тем, что при более толстых покрытиях над дефек­ том создается очень слабое поле рассеяния (рис. 66). При этом могут быть выявлены только грубые дефекты. Для выявления тонких дефектов под более толстыми немагнитными покрытия­ ми применяются специальные способы контроля, о которых бу­ дет сказано ниже.

Контроль деталей, подвергаемых фосфатированию и шоопированию, производится до нанесения на них покрытий. При этом методе контроля дефекты типа трещин выявляются более эффективно, чем относительно большие дефекты типа рисок.

268

Магнитопорошковым методом не рекомендуется контроли­ ровать сварные швы на ферромагнитных изделиях при исполь­ зовании электродов из аустенитной стали, так как ферромаг­ нитный порошок может осаждаться на границе аустенитного шва (мнимые дефекты).

К недостаткам магнитопорошкового метода можно отнести: применимость метода только к изделиям из ферромагнит­

ного материала; необходимость наличия специального оборудования;

невозможность выявления дефектов, расположенных на глубине более 1,5—2,0 мм от поверхности;

на вероятность обнаружения дефекта оказывает влияние значительное число факторов, в том числе очертания дефекта, его направление, ориентация и глубина залегания;

невозможность выявления дефектов под немагнитными по­ крытиями толщиной более 50—80 мкм при использовании маг­ нитной суспензии.

Эффективность применения магнитопорошкового метода контроля зависит от различных факторов, связанных с техни­ ческими данными используемого дефектоскопа, формой и раз­ мерами контролируемого изделия, составом магнитной суспен­ зии и т. д.

Технология магнитопорошкового метода. Магнитопорошко­ вый метод состоит из следующих основных технологических операций:

подготовка изделия к контролю; намагничивание изделия;

нанесение на поверхность изделия ферромагнитного порош­ ка (сухого или в виде суспензии);

исследование поверхности изделия и расшифровка резуль­ татов контроля;

размагничивание.

На чувствительность и надежность магнитопорошкового метода контроля влияет состояние поверхности контролируемо­ го изделия. Поверхность должна быть чистой и сухой.

Пыль, жир, масло, продукты коррозии, окалина должны быть удалены, иначе трудно, а иногда и невозможно, выявить дефекты. Помимо этого грязь, жир, масло, находящиеся на поверхности детали, загрязняют суспензию, а продукты корро­ зии и окалина препятствуют также получению хорошего элек­ трического контакта, если деталь намагничивается пропуска­ нием через нее тока, так как эти продукты являются изолято­ рами.

При применении е о д н о й суспензии необходимо особенно тщательное обезжиривание, а при использовании керосиновой или масляной суспензии — удаление влаги.

269

Лакокрасочное покрытие толщиной более 0,05—0,08 мм не­ обходимо удалить, так как уменьшается чувствительность ме­ тода.

Загрязнения, продукты коррозии и т. д. с поверхности кон­ тролируемой детали удаляют растворителями. При этом ис­ пользуются щетки и скребки (деревянные или пластмассовые). Нежелательно использовать металлические предметы; так как на поверхности детали могут остаться царапины, которые за ­ трудняют расшифровку результатов контроля. Допускается очистку поверхности производить с помощью пескоструйного аппарата. Иногда загрязнения удаляют ветошью (бельевой).

Те же требования к подготовке поверхности контролируе­ мого изделия предъявляются и при использовании сухого фер­ ромагнитного порошка.

Способы контроля изделий. При магнитопорошковом мето­ де контроля в зависимости от магнитных свойств материала контролируемого изделия применяется два способа контроля: контроль на остаточной намагниченности и контроль в прило­ женном магнитном поле.

затем, вне намагничивающего поля, наносят ферромагнитный порошок. В этом случае притяжение, ориентация и удержание ферромагнитных частиц обусловлены только остаточным маг­ нетизмом.

Контроль деталей с использованием явления остаточной намагниченности можно применять только для изделий, мате­ риал которых обладает большими значениями остаточной маг­ нитной индукции (более 6000—8000 гс) и коэрцитивной силы (более 10— 12 э). Такие материалы называются магнито-жест­ кими (магнито-твердыми). К ним относится большинство тер­ мически обработанных конструкционных и инструментальных сталей (закаленных и отпущенных, цементированных, азотиро­ ванных и др.).

К о н т р о л ь изделий в п р и л о ж е н н о м м а г н и т н о м п о л е заключается в том, что ферромагнитный порошок нано­ сят на поверхность изделия во внешнем намагничивающем по­ ле (или во время протекания намагничивающего тока через де­ таль). Намагничивающее поле снимается после прекращения нанесения ферромагнитного порошка (сухого или в виде су­ спензии) на изделие и его осмотра. В некоторых случаях воз­ можен предварительный полив суспензий (например, при полу­ автоматическом контроле).

Контроль в приложенном магнитном поле используется для изделий, изготовленных из материалов, обладающих малой

270