7.4. Магнитная дефектоскопия, магнитопорошковый метод

Магнитная дефектоскопия — это частный случай магнитного неразрушающего контроля, предусматривающий способ обнаружения дефектов в виде нарушения сплошности в объектах из ферромагнит­ных материалов. Сущность способа — регистрация магнитных полей рассеяния вблизи этих дефектов.

При помещении в однородное магнитное поле объекта контроля, не имеющего дефектов и резкого изменения формы, магнитный поток Ф_м будет проходить по пути наименьшего сопротивления через материал, практически не выходя за пределы объекта (рис. 7.4, а).

Рис. 7.4. Принцип магнитной дефектоскопии

Некоторая незначительная часть магнитного потока Ф_о может проходить по воздуху. Это связано с тем, что магнитное сопротивле­ние материала (металла) много меньше (в раз) сопротивления воз­духа, поскольку оно обратно пропорционально магнитной прони­цаемости.

При наличии трещины, перпендикулярной направлению магнит­ного потока, возникает препятствие в виде воздушного промежутка, резко увеличивающего магнитное сопротивление на этом участке. Поэтому поток Ф_н будет в основном огибать трещину снизу. Вместе с тем часть потока будет замыкаться в воздух над трещиной, т.е. по­является поток рассеяния над дефектом Ф_Д (рис. 7.4, б).

В материале с очень большой магнитной проницаемостью и ма­лым магнитным сопротивлением весь магнитный поток пойдет под трещиной и потока Ф_Д практически не будет. Это означает весьма низкую чувствительность магнитной дефектоскопии при контроле таких материалов.

Величина зависит не только от вида ферромагнетика, но и от напряженности намагничивающего поля (см. рис. 7.1). Поэтому пра­вильный выбор оптимальных режимов намагничивания усиливает поток рассеяния Ф_Д над дефектом и повышает чувствительность метода.

Дефекты оптимально обнаруживаются в случае, когда направле­ние намагничивания контролируемой детали перпендикулярно на­правлению дефекта. Для создания оптимальных условий контроля применяют три вида намагничивания:

• циркулярное;

• продольное (полюсное);

• комбинированное.

Циркулярное намагничивание предназначено для деталей, имею­щих форму тел вращения (при этом что-то вращается: деталь или магнитный поток). Продольное (полюсное) намагничивание осуще­ствляется с помощью электромагнитов, постоянных магнитов или соленоидов. При этом деталь намагничивается обычно вдоль своего наибольшего размера. На ее краях образуются полюсы, создающие поле обратного направления. Комбинированное намагничивание осуществляется при одновременном намагничивании детали двумя или несколькими изменяющимися магнитными полями.

Виды, способы и схемы намагничивания деталей при магнитном неразрушающем контроле приведены в табл. 7.1 [2].

Различают магнитомягкие и магнитожесткие материалы. Магни-томягкие размагничиваются при убирании поля (стали СтЗ, Ст10). Магнитожесткие остаются намагниченными при удалении поля (за­каленная сталь).

Намагниченные детали из магнитожестких материалов после проведения контроля должны быть размагничены во избежание на­липания на них металлических стружек и опилок, которые в после­дующем могут попасть в подшипники, направляющие, зубчатые пе­редачи и другие узлы и вывести их из строя. Качество размагничива­ния можно проверить с помощью магнитометра, магнитной стрелки или с помощью бритвенного лезвия, подвешенного на нитке.

Существует три способа размагничивания:

• статический;

• динамический;

• термический.

Статическое размагничивание осуществляется при помощи внешнего магнитного поля, которое приводит намагниченность маг­нитного материала к такому значению, что при удалении поля она становится равной нулю. Для динамического размагничивания де­таль помещают в переменное магнитное поле с амплитудой, равно­мерно уменьшающейся от некоторого максимального значения до нуля. При этом происходит постепенное перемагничивание в соот­ветствии со схемой, приведенной на рис. 7.5. В ряде случаев может быть использован более эффективный способ размагничивания — нагрев изделия до температуры точки Кюри, при которой магнитные свойства материала пропадают. Этот способ имеет весьма ограни­ченное применение, так как при нагреве могут изменяться механи­ческие свойства материала.

Магнитные дефектоскопы состоят из следующих основных уз­лов: источника тока, устройства для подвода тока к детали и ее по люсного намагничивания, магнитного преобразователя для индика­ции магнитного поля, осветительного устройства, измерителя тока или напряженности магнитного поля, полюсного намагничивания, магнитного преобразователя для индика­ции магнитного поля, осветительного устройства, измерителя тока или напряженности магнитного поля.

Рис 7.5. Схема динамического размагничивания

В зависимости от назначения в дефектоскопах могут быть не все из перечисленных узлов, но могут быть и дополнительные узлы (на­пример, узлы для автоматического перемещения детали и механиче­ской разбраковки, дефектоотметчики и т.п.).

Для регистрации магнитных полей рассеяния от дефектов наи­большее применение нашли магнитные порошки, обеспечивающие наивысшую чувствительность. При магнитопорошковой дефектоско­пии контроль включает следующие основные этапы:

• подготовка поверхности деталей;

• намагничивание деталей;

• обработка сухим порошком или суспензией;

• осмотр деталей, оценка имеющихся дефектов и, при необходи­мости, размагничивание.

Магнитопорошковым методом определяют поверхностные де­фекты и дефекты, располагающиеся на небольшой глубине. Чувст­вительность контроля определяется многими факторами: магнитны­ми характеристиками материала, свойствами применяемого порошка и т.п. Увеличение шероховатости приводит к снижению чувствитель­ности, поскольку магнитный порошок оседает на неровностях по­верхности, т. е. поверхность нужно готовить: очистить от окалины, грязи, смазки. Наклеп поверхности часто принимают за дефект. Контроль сварных швов возможен только после их механической за­шлифовки. Допускается проведение контроля по немагнитным по­крытиям. Наличие таких покрытий при толщине до 20 мкм практи­чески не влияет на чувствительность метода.

Чувствительность магнитопорошкового метода дефектоскопии определяется на контрольных образцах с естественными или искус­ственными дефектами. Конструктивно образцы с поверхностными искусственными дефектами аналогичны соответствующим образцам, используемым в капиллярном контроле (см. 4.4).

Рис. 7.6. Комплект оборудования для магнитолюминесцентнои дефектоскопии:

а — намагничивающее устройство «МАГУС-М»; б — комплект стандартных образцов; в — ультрафиолетовый осветитель «УФО-9-ЭВ»

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 обо­рудования применяют в основном переносные магнитол орошко вые дефектоскопы. Например, переносный магнитопорошковый дефек­тоскоп ПМД-70, выпускаемый отечественной промышленностью [17, т. 4 с. 419]. 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. Так, на рис. 7.6 приведен выпускаемый пред­приятием «Энерговест» (г. Екатеринбург) комплект оборудования для магнитолюминесцентнои дефектоскопии на базе намагничиваю­щего устройства «МАГУС-М», состоящего из двух постоянных маг­нитов. Магниты изготовлены из сплава редкоземельных элементов и соединены друг с другом жестким магнитопроводом. Отличительной особенностью устройства «МАГУС-М» является наличие механизма отключения магнитного потока.

Помимо намагничивающего устройства комплект включает стандартные образцы для контроля чувствительности и портативный ультрафиолетовый облучатель «УФО9-ЭВ». В качестве расходных материалов применяют соответствующие магнитные порошки, по­ставляемые обычно в аэрозольных упаковках. Особенностью данно­го комплекта является возможность его применения во взрывопожароопасных помещениях, где использование сетевого электрообору­дования запрещено правилами безопасности.