XI оценка качествамагнитопорошковых индикаторов, эффективность мокрого и сухого способов контроля

Общие положения

На рис. 132 показаны вспомогательные принадлежности для магнитопорошкового контроля, включающие

раскидные намагничивающие катушки;

размагничивающие катушки;

магнитоскоп для определения степени размагничивания

различного рода средств нанесения индикатора;

сосуд по стандарту ASTM для контроля индикаторных жидкостей. Имеется большое количество различных тест-образцов, применяемых для отработки технологии контроля.

Магнитные индикаторы на проверяемые детали в соответствии с рис. 133 наносят:

взвешенными в жидкости (воде, керосине, минеральном масле), образующими суспензии — «мокрым способом»;

«сухим способом» — нанесением сухого порошка с помощью пульверизатора, качающегося сита, резиновых груш, сеток и других устройств;

способом «воздушной взвеси» — распылением высокодисперсного порошка в камерах с помощью специальных установок.

Намагниченные детали поливают магнитной суспензией или погружают их в ванну с суспензией на 5...8 с.

Если позволяют условия, то проводят осмотр под тонким слоем жидкости, не извлекая деталь из суспензии.

Полимеризующиеся смеси наносят с помощью шпателя, поливом, заливкой смеси в проверяемые полости. Осмотр отпечатка проводят после его снятия с детали.

Размеры частиц оценивают их наибольшим размером а. Для сферических частиц — это диаметр, для частиц формы куба с закругленными гранями — ребро куба, для удлиненных частиц — наибольший их размер. Удельная поверхность — это общая поверхность всех частиц, приходящаяся на единицу объема порошка.

Порошок, частицы которого имеют приблизительно одинаковые размеры, называется монодисперсным. Порошок, частицы которого имеют разные размеры, называется полидисперсиым. Каждый тип частиц требует своих технологических приемов.

Рис. 132. Вспомогательные принадлежности для магнитопорошкового контроля: а - раскидные и замкнутые намагничивающие катушки диаметром 200, 350 и 500 мм; б - ручка с электродом типа «Контафлюкс», магнитные электроды; в — размагничивающая катушка ЕТТ: размеры пропускного отверстия 150-550 мм; г - ручные распрыскиватели, передвижной насос для индикаторных жидкостей; д - эталон для определения степени обнаруживаемости дефектов; магнитоскоп для определения степени размагничивания; е - сосуд по стандарту ASTM со штативом для контроля индикаторных жидкостей.

Промышленные магнитопорошковые индикаторы

Интенсивность образования конгломератов характеризует потерю агрегативной устойчивости суспензии. При интенсивном слипании частиц с образованием более крупных частиц происходит снижение, а иногда полная потеря чувствительности магнитной суспензии.

Для предотвращения соединения мелких частиц в более крупные в суспензию вводят поверхностно-активные вещества, молекулы которых имеют дииольное строение. Поэтому в результате адсорбции таких молекул на частицах порошка все частицы оказываются заряженными электростатическими зарядами одного знака. Возникающие при этом электростатические силы отталкивания не позволяют частицам сблизиться на расстояния, на которых возникают значительные силы притяжения. Суспензия в этом случае приобретает агрегативную устойчивость. Это обеспечивает ее высокую чувствительность.

Для обнаружения мелких трещин, волосовин наиболее эффективно применение порошков в органических средах при поперечнике частиц 0,5...10 мкм. При этом обеспечивается выявление трещин как в начальной стадии их возникновения (шириной раскрытия 0,5...1 мкм), так и при образовании относительно крупных трещин, шириной раскрытия более 0,1 мм.

Порошок магнитный черный (ТУ 6-36-05800165-1009-93) представляет собой измельченную закись-окись железа (Fe₃0₄). Он получается фильтрацией шламовой жидкости с последующей сушкой при температуре 400...500°С и размолом. Размер основной массы частиц не более 30 мкм. Выявляемость (чувствительность), определенная на приборе типа ПВ-1 — 100 %. Порошок используется в органических и водных суспензиях, при контроле «способом воздушной взвеси».

Рис. 133- Индикация дефектов.

Буро-красный порошок (ИРЕА-6) представляет собой смесь окислов железа, в основном γ-Fe₂O₃. Основная масса частиц 0,5...10 мкм с небольшим содержанием крупных частиц. Может применяться в органических и водных суспензиях.

Паста магнитная черная РОСАВА-1100 имеет размер частиц 1...3 мкм. Чувствительность, определенная на приборе ПВ-1, для этого индикатора 90... 100 %.

Паста магнитная КМ-К (ГОСТ 23694-79), для приготовления керосиновой, масляной и керосино-масляной суспензии. Предназначается для контроля деталей с темной поверхностью. Паста представляет собой густотертую смесь красного цвета, состоящую из топкодисперсной окиси железа, вазелина и поверхностно-активного вещества. В состав пасты входит 46...50 % окиси железа, 50 % вазелина и 2 % поверхностно-активного вещества. Не взрывоопасна, не пожароопасна.

Перед употреблением пасту разводят в дисперсионной среде в концентрации 40+10 г/л. В случаях, предусмотренных в техдокументации (например, при контроле резьбы, лопаток турбин и т. п.) допускается снижение концентрации магнитной пасты до 10 г/л.

В качестве дисперсионной среды применяют осветительный керосин (ГОСТ 4753-68), топливо для реактивных двигателей (ГОСТ 10227-62) или трансформаторное масло (ГОСТ 10121-76). Для этих целей выпускаются различные пасты [5].

Магнитная черная паста ЧВ-1 (ТУ 6-09-1823-80). для приготовления стандартной суспензии на 1 кг воды берут 60 г пасты. Чувствительность суспензии определяется по прибору ПВ-1.

Магнитная красная паста КВ-1 (ТУ 6-09-1823-80) для приготовления стандартной суспензии берут 80 г пасты на 1 л воды.

Люминесцентная паста МЛ-1 (ТУ 6-14-1550-76) для приготовления водной суспензии берут 42 г пасты на 1 л воды.

Таблица 18. Концентрация магнитного порошка (ТУ 6-36-05800165-93) в суспензии

Магнитно-люминесцентный порошок Люмаглор-5 (ТУ 6-09-5296-86) для органических и водных суспензий. Для приготовления суспензии берут 5 г порошка на 1 л жидкости.

Органическая суспензия (на основе керосина, масла или их смеси) с черным порошком (ТУ 6-36-05800165-93), стабилизированная присадкой Акор-1 (ГОСТ 15171... 70). Для ее приготовления в порошок вносят присадку Акор-1 (0,5-5 % от массы порошка) и керосин или масло МК-8 (ГОСТ 6457-66) или трансформаторное масло (ГОСТ 10121-62) в количестве, необходимом для получения пастообразной массы. Эту массу тщательно размешивают, вливают в жидкость (керосин, масло или их смесь). Для удаления крупных и слипшихся частиц полученную суспензию фильтруют.

Водная магнитная суспензия. Для приготовления 1 л суспензии в небольшом количестве воды при температуре 30...40°С растворяют 2 г сульфонола, 15 г нитрит натрия и засыпают 25 г магнитного порошка. Полученную смесь тщательно размешивают, а затем вливают в емкость с 1 л воды.

Концентрацию суспензии изменяют в зависимости от способа контроля, напряженности поля, формы поверяемой поверхности и других факторов. По данным работы [5] в табл. 18 приведены рекомендации для магнитного контроля деталей летательных аппаратов как в условиях эксплуатации, так и при ремонте. Из этой таблицы следует, что в зависимости от конструкции, концентрация порошка изменяется в широком диапазоне от 3 до 25 г/л.

Определение чувствительности индикаторов

Для оценки чувствительности магнитопорошкового метода применяют специально отобранные приборы, контрольные образцы с искусственными дефектами, детали с эксплуатационными дефектами, тест-образцы.

Так, прибор У-2498 предназначен для количественной оценки чувствительности магнитных индикаторов без использования эталонных магнитных порошков.

Принцип работы прибора основан на создании плавно убывающего поля рассеяния над искусственным дефектом. Прибор У-2498 состоит из контрольного образца, регулятора тока, амперметра, трансформатора, смонтированных в корпусе прибора, и приспособлений для нанесения суспензии и осмотра.

Контрольный образец (рис. 134) состоит из двух призм 1 и 2, пришлифованных друг к другу. В плоскости соприкосновения призм просверлено отверстие 7 так, что его продольная ось направлена под углом а к плоскости 3.

Рис. 134. Схема прибора У-2498.

Стык между призмами 1 и 2 на плоскости 3 имитирует трещину. В отверстие 7 продет кабель 6, при протекания тока в котором создается магнитное поле над искусственным дефектом — стыком призм 1 и 2. Кабель 6 подсоединен ко вторичной обмотке трансформатора Тр. Ток в кабеле регулируют потенциометром 8 и измеряют амперметром А.

Исследуемый магнитный порошок или суспензию наносят на поверхность 3. При этом над искусственным дефектом накапливается порошок в виде валика 5, длину которого измеряют откидной линейкой 4.

Чувствительность оценивают по валику 5.

Прибор МФ-10СП предназначен для оценки чувствительности магнитных порошков, суспензий.

В основу принципа действия прибора положено использование модели магнитного поля рассеяния, равномерно убывающего по длине искусственного дефекта в контрольном образце (рис. 135). Образец содержит две ферромагнитные пластины 1 и 2, пришлифованные друг к другу, на стыке которых образуется искусственный прямолинейный дефект 3. Снизу образца на ферромагнитных сердечниках 4 расположены обмотки 5 (на рис. 135 показана лишь одна обмотка). Изменением токов в обмотках 5'-8' резисторами R1-R4 добиваются таких их значений, при которых изменение поля рассеяния по длине искусственного дефекта становится линейным.

Рис. 135. Устройство образца (а) и электрическая схема (б) прибора МФ-10СП. Принципиальная электрическая схема прибора МФ-10СП показана на рис. 135. Схема содержит трансформатор Тр, амперметр А, резисторы R1-R4, обмотки 5...8, потенциометры грубой R5 и точной R6 установки тока.

При нанесении суспензии над дефектом накапливается порошок, образуя валик 8, по длине которого определяют чувствительность суспензии или порошка.

Длина валика над искусственным дефектом не должна быть менее 40 мм для суспензий, предназначенных для контроля деталей авиационной техники [5].

Эталоны, тест-образцы, дефектограммы

Тест-образец ТО-1 предназначен для подбора режима намагничивания и качества магнитного индикатора крупногабаритных деталей.

Принцип работы образца основан на выявлении на нем серии искусственных дефектов.

Образец состоит из корпуса 1 и ручки 2 (рис. 136). Корпус имеет вид диска диаметром 21 мм, толщиной 2,5 мм и закреплен в цапфах ручки, в которых может поворачиваться.

На каждой плоскости образца имеются по две группы искусственных дефектов. Направление групп дефектов взаимно перпендикулярно. В каждой группе содержится по 5 параллельных дефектов, образующих миру (на плоскости 1 дефекты А и Б, а на плоскости 2 — дефекты В и Г).

Рис. 136. Тест-образец ТО-1: а — схема устройства; б — схема расположения искусственных дефектов: на плоскости 1 — дефекты А и Б; на плоскости 2 — дефекты В и Г; в — вид диска сбоку. Дефекты видны только после нанесения суспензии в магнитном поле и накоплении над ними магнитного порошка (в случае хорошей суспензии и правильном намагничивании).

Над плоскостью 1 создаются поля рассеяния дефектов, для обнаружения которых требуется стандартная чувствительность контроля.

Для выявления дефектов на плоскости 2 требуется режим намагничивания и состав суспензии, соответствующий более высокой чувствительности контроля, так как дефекты на стороне 2 закрыты более толстой пластиной.

Работа с образцом ТО-1 состоит в следующем. Образец устанавливают на контролируемый участок детали плоскостью 1 или 2 кверху соответственно выбранной чувствительности, создают намагничивающее поле, наносят магнитную суспензию на образец и осматривают на нем индикаторный рисунок, образуемый частицами магнитного порошка.

Если на поверхности образца образовались линии одной группы дефектов, то это означает:

намагничивающее поле и суспензия выбраны правильно;

будут выявляться дефекты на проверяемой детали, ориентированные по направлению искусственных дефектов или под углом к ним до 45°.

Если на образце образуется значительный фон из осевшего порошка, то это признак высокой концентрации порошка или недостаточной вязкости дисперсной среды суспензии, или неправильно выбранного режима намагничивания.

Изменяя намагничивающее поле и состав суспензии, необходимо добиться четкого выявления искусственных дефектов на образце. При этом на детали будут выявляться дефекты, ориентированные по направлению искусственных дефектов.

Эталонный образец с постоянным магнитом (рис. 137) предназначен для определения качества магнитных суспензий. Образец содержит две призмы 1 и 2, пришлифованные друг к другу. Стык 3 между призмами на рабочей поверхности представляет собой искусственный дефект. Под действием поля магнита 5 призмы намагничиваются, а над искусственном дефектом накапливаются частицы порошка, образуя индикаторную линию 4, по длине l которой оценивают качество магнитной суспензии или сухого порошка. Образец портативный.

Рис. 137. Схема устройства эталонного образца: 1,2 — пластины; 3 — стык между пластинами; 4 — искусственный дефект; 5 — постоянный магнит.

Тест-образец (образец Бертхолъда) предназначен для определения правильности выбранного режима намагничивания и качества магнитной суспензии (рис. 138). Основной частью образца является диск, состоящий из 4-х секторов 3, каждый из которых имеет центральный угол 90°. Секторы выполнены из магнито-мягкого материала. Стыки между секторами на рабочей поверхности представляют собой два искусственных взаимно перпендикулярных дефекта. Поверхность секторов закрыта крышкой 2 немагнитного материала, расстояние А до которой от поверхности секторов можно изменять. Большее расстояние А соответствует большей чувствительности контроля.

Рис. 138. Схема устройства образцов: а — образца Бертхольда; б — кольцевого образца (ASME); 1 — валик из порошка; 2 — крышка; 3 — ферромагнитные секторы; 4 — проверяемая деталь; 5 — центральный проводник; 6 — осаждение порошка; 7 — отверстия; Ф — магнитный поток; Н — вектор напряженности поля.

Для проверки качества суспензии и режима намагничивания образец устанавливают на проверяемую деталь и создают магнитное поле. При этом над искусственным дефектом образуется поле рассеяния, и при нанесении суспензии индикаторная линия из магнитного порошка 1 образуется над тем стыком, направление которого с вектором поля составляет угол не менее 30°.

Режим, соответствующий четкой индикаторной линии, принимают за оптимальный.

По выявлению искусственного дефекта можно сделать заключение о том, что поле к направлению дефекта направлено под углом 30...90°. Более точно определить направление поля с помощью такого типа прибора нельзя. Образец может быть эффективно использован только при контроле способом приложенного поля.

Образец кольцевой (ASME) (рис. 138, б) предназначен для определения работоспособности дефектоскопа и качества суспензии. Образец представляет собой диск толщиной 7/8" (22,2 мм). Он имеет внешний диаметр 5" (127 мм), внутренний — 1 1/4" (31,75 мм). Перпендикулярно плоскости диска на различном расстоянии от внешней цилиндрической поверхности просверлены 12 отверстий, каждое диаметром 1,78 мм.

При пропускании тока I по центральному проводнику 5 образуются поля рассеяния, убывающие по мере увеличения расстояния отверстия до цилиндрической поверхности. При нанесении на диск магнитной суспензии над отверстиями на цилиндрической поверхности происходит накопление магнитного порошка 4, образуя индикаторные линии 6. По числу индикаторных линий оценивают качество магнитной суспензии.

Для оценки качества суспензии применяют специализированный сосуд ASME, в котором наблюдают процесс оседания и уровень осевшего порошка, а также различные образцы с искусственными дефектами.

Для проверки качества индикатора применяют также комплекты образцов с шлифовочными трещинами. Точная проверка качества индикатора производится перед началом работы, после заполнения ванны дефектоскопа вновь приготовленной суспензией, а также во всех случаях, когда возникает подозрение в снижении качества магнитной суспензии.

Образцы имеют обычно цилиндрическую форму, диаметр образца 20...30 мм, длина с ручкой составляет 150...250 мм, на поверхностях их находятся шлифовочные трещины глубиной 0,01...0,1 мм. Наиболее характерные трещины выделены и подлежат обязательному выявлению. Такой индикатор считается качественным.

Кроме того, распространены тест-образцы, которые используются для выявления дефектов, характерных для изделий данного предприятия.

Опишем предложенный в патенте [35] способ изготовления таких образцов (рис. 139). По этой технологии образец выполняется любой формы в виде литого тела, внутри которого размещают тугоплавкие вставки, предварительно закрепленные в литейной форме, которая заполняется расплавленным металлом менее тугоплавким, чем материал вставок. Вставка-имитатор дефекта изготавливается из пеферромагиитного и более тугоплавкого материала. Например, для стали Ст3 используются танталовая, ниобиевая, вольфрамовая, кварцевая, графитовая, композитная вставки.

На рис. 139, а, б представлены эталонные образцы, изготовленные предложенным способом. Образец (рис. 139, а) выполнен в виде литого цилиндра 1, переходящего в конус 2, с цилиндрическим отверстием по оси 3.

Рис. 139. Эталонные образцы цилиндрической детали (а) и сварных соединений (б).

Тугоплавкие вставки 4-8 имитируют различные несплошности. Образец намагничивают пропусканием переменного или постоянного тока по проводнику 9.

На рис. 139, б изображены аналогичные образцы сварных соединений, изготовленные этим же способом. Это образец со стыковым сварным швом 1 с имитатором 2 поверхностного дефекта с меняющейся шириной раскрытия; образец стыкового сварного шва 3, вдоль оси которого расположен ряд цилиндрических пор 4, выходящих на поверхность; образец стыкового сварного шва 5 со снятым валиком усиления. Имитатором 6 является трещина, залегающая на меняющейся глубине и выходящая на поверхность. Последний образец выполнен из прутков, состыкованных контактным швом 7 и снятым валиком усиления. Имитатором здесь являются вставки заданных формы и размеров.

Рис. 140. Основные типы дефектов, определяемых с помощью магнитопорошкового метода: 1 — холодные трещины; 2 — горячие трещины; 3 — мелкие заколочные трещины; 4 — глубокие трещины; 5 — поры разного размера; 6 — скопление пор; 7 — пористая структура; 8 — глубокие поры; 9 — стресс-коррозионное растрескивание.

Обнаружение имитаторов позволяет нормировано контролировать параметры (чувствительность, выявляемость, разрешающую способность) различных средств неразрушающего контроля.

Индикаторный рисунок (рис. 140) сравнивают с рисунками, зафиксированными на дефектограмме.

Если на образце мелкие трещины не выявились, а на дефектограмме имеются, то принимают меры по восстановлению чувствительности суспензии, устраняют другие возможные причины.