Магнитно-порошковый контроль

Суть магнитопорошкового метода неразрушающего контроля

Использование МПД предполагает нанесение на поверхность заготовки индикаторного порошка или мелкодисперсной черной или цветной люминесцентной суспензии (взвесь магнитных частиц в жидкости). В детали создается постоянное, переменное или комбинированное магнитное поле, под воздействием которого намагниченные частицы образуют на поверхности узор. На участках, где нет дефектов, частицы повторяют рисунок силовых линий. При наличии трещин, посторонних включений, пор, частицы скапливаются вокруг дефекта. Следы обозначаются маркерами, а после дешифровки узора, которая выполняется визуально или с использованием светильников ультрафиолетового свечения, изделие размагничивается. Методика магнитопорошковой дефектоскопии позволяет обнаружить поверхностные и подповерхностные (на глубине до 2 миллиметров) несплошности. Его проведение оптимально для дефектоскопии:

• сварных швов трубопроводов;
• заготовок, полученных методом литья;
• деталей грузоподъемных механизмов – шестерни, узлы лебедок, крюки, цепи и др.;
• деталей подвижного железнодорожного состава – боковые рамы, оси колесных пар, надрессорные балки и др.;
• стыков несущих конструкций на заклепках и болтах;
• труб для бурения грунтов;
• зубчатых шестерен, корпусов емкостей, деталей насосов и др.

Компания «Литас» из Казани – один из ведущих отечественных производителей оборудования для неразрушающего контроля материалов и заготовок предлагает испытательным лабораториям и производственным предприятиям расходные материалы для магнитных методов проверки качества:

• порошки и суспензии;
• фоновые краски;
• технические очистители;
• проявители.

Эта методика применяется во многих отраслях промышленного производства для обнаружения усталостных трещин в элементах машин, исчерпавших свой ресурс.

Достоинства и недостатки магнитопорошковой дефектоскопии

Востребованность МПД объясняется ее многочисленными достоинствами и весьма ограниченным количеством недостатков. К ее достоинствам можно отнести:

• возможности способа, который в ходе проведения способен выявить поверхностные и подповерхностные дефекты, в частности усталостные трещины и несплошности, возникшие в ходе шлифовки, штамповки, ковки, закалки, травления, надрывы, расслоения, флокены и др. При проведении проверки сварных швов выявляются подрезы, непровары, неметаллические включения;
• высокая чувствительность, позволяющая обнаруживать малозаметные поверхностные несплошности шириной раскрытия от 0,001 миллиметра, глубиной от 0,01 миллиметра и длиной от 0,5 миллиметров;
• способность находить несплошности на деталях с защитным немагнитным покрытием (лакокрасочным, цинковым, медным, кадмированным и др.) толщиной до 50 мкм;
• отсутствием вредных воздействий на лабораторный персонал и окружающую среду, нет необходимости в вытяжной вентиляции.

Однако наряду с преимуществами, способы МПД обладают и определенными недостатками, в частности:

• сферой применения, ограниченной проверкой деталей из ферромагнитных сплавов с относительной магнитной проницаемостью μ≥ 40 и сварных швов, выполненных с использованием только магнитных электродов;
• малой универсальностью, поскольку большинство моделей дефектосокопов для МПД специализируются только на одном виде деталей: валах, трубах, шестернях и для проведения проверки необходимо рассчитать определенные параметры – силу тока, напряженность магнитного поля, метод и схему намагничивания и размагничивания, концентрацию и способ нанесения индикаторных составов;
• необходимостью обеспечения свободного доступа к детали со всех сторон;
• зависимостью степени выявления дефектов от показателей несплошностей, например, в заготовках, где плоскость ориентации дефектов составляет угол менее 30° с поверхностью, подлежащей исследованию или направлением магнитного поля. Чувствительность минимальна также на шероховатых участках деталей или с защитным покрытием толщиной более 40 мкм. То же можно сказать и о поверхностях плохо очищенных от нагара, ржавчины и шлака. В этих случаях более эффективны ультразвуковой и рентгеноскопический виды контроля;
• трудностью проверки коротких деталей, у которых резко изменяется площадь поперечного сечения. При отношении длины детали к квадратному корню из его ширины на измерения значительное влияние оказывает размагничивающий фактор. В такой ситуации из деталей устраивается цепочка;
• значительным напряжением зрения, поскольку для выполнения магнитопорошковой дефектоскопии необходимая освещенность составляет более 1000 лк, а при использовании ультрафиолетовых источников, облученность может достичь величины 2000 мкВт/см², что негативно влияет на зрение оператора;
• сложностью дешифровки, поскольку эта методика дает возможность увидеть несплошности, а не измерять их. Этот способ не предназначен для замеров ширины раскрытия трещины, ее глубины и длины, проблематично даже определение типа несплошности.

Несмотря на недостатки, выполнение МПД позволяет за минимальный отрезок времени обнаружить трещины и другие несплошности, выходящие на поверхность.

Разновидности магнитопорошкового метода дефектоскопии

Существуют две распространенных разновидности МПД, обладающих одинаково высокой чувствительностью:

• способ остаточной намагниченности (СОН), проведение которого эффективно при проверке объектов из твердых ферромагнитных материалов у которых величина напряженности внешнего магнитного поля, обеспечивающего полное размагничивание изделия (коэрцетивная сила) составляет величину более 0,1 А/м. Технология СОН предполагает на первом этапе намагничивание объекта и после часовой паузы нанесение индикаторных составов. Когда индикаторный рисунок полностью сформировался, объект подвергается тщательному осмотру и выполнению дефектограммы. Ток при этом пропускается импульсами минимальной продолжительности (от 0,0015 до 2,0 сек), что позволяет избежать перегрева металла. Суспензия наносится либо поливом, либо погружением в ванну. СОН позволяет расположить намагниченный объект в удобное для осмотра положение;
• способ приложенного поля (СПП), когда индикаторный состав наносятся на объект во время намагничивания, в результате чего и образуется индикаторный след. СПП эффективен для магнитомягких материалов с коэрцетивной силой менее 0,12 А/м, обеспечивающих намагничивание и размагничивание в слабом поле. Однако проведение этого метода может использоваться и для проверки объектов из магнитотвердых металлов, в частности при необходимости обнаружения несплошностей на глубине от 0,01 миллиметра до 2 миллиметров, либо при наличии постоянного защитного немагнитного покрытия толщиной более 50 мкм. Применяется СПП при магнитопорошковой дефектоскопии крупноразмерных объектов в случае, если мощности дефектоскопа недостаточно для создания магнитного поля величиной, потребной для использования СОН.

При определении оптимального способа учитываются также конфигурация и размеры объекта, текстуру наружной сферы, толщину защитного покрытия, степень размагничивания, кривая равной удельной магнитной энергии и др.

Способы МПД классифицируются также по состоянию индикаторного состава. Бывают:

• сухой способ, проведение которого целесообразно, когда порошок из тщательно измельченной и сеяной железной окалины, магнетита, никеля и др. наносится на деталь в первозданном виде, без всяких добавок и растворов. Они могут быть белыми, красными или желтыми. Метод пригоден для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов. Для намагничивания используются П-образные электромагниты с питанием от сети переменного или постоянного тока силой от 300 до 600А. Составы наносятся на объект резиновыми грушами, пульверизаторами и другими приспособлениями;
• мокрый способ, когда сухой состав разбавляется водой, маслом, керосином или специальной жидкости с поверхностно-активными веществами. Полученная суспензия наносится кистью, поливом, валиком и т.д. Этот метод используется для обнаружения поверхностных несплошностей.

Способы МПД востребованы производственной сферой благодаря их простоте и высокой чувствительности.

Основные этапы метода магнитопорошковой дефектоскопии

Методика использования МПД, а также характеристики недопустимых несплошностей определяются действующими стандартами, регламентирующими эту технологию:

• ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011 «Часть 1. Основные требования»;
• ГОСТ Р ИСО 9934-2-2011 «Часть 2. Дефектоскопические материалы»;
• ГОСТ Р ИСО 9934-3-2002 «Часть 3. Оборудование»;
• ГОСТ Р 56512-2015 «Типовые технологические процессы».

Стандартная методика предусматривает следующие этапы проведения магнитопорошковой дефектоскопии:

1. подготовительный этап, в ходе которого:

• изучается технологическая карта проведения контроля, производится выбор оптимальных видов индикаторных материалов, приборов и оборудования, проверяется наличие необходимого метрологического обеспечения;
• выбирается наиболее эффективная схема и способ намагничивания, определяется тип и сила тока;
• проверяется степень зачистки поверхности контролируемого участка, измеряется ее шероховатость;
• перед контролем поверхность протирается ветошью, а при использовании суспензии – высушивается;
• при помощи аттестованных контрольных образцов производится проверка работоспособности устройства для намагничивания и индикаторного состава;
• на поверхность, подлежащую проверке, наносится белая фоновая краска толщиной до 20 мкм для получения индикаторного рисунка высокой контрастности;

2. этап намагничивания, которое может производиться в следующих режимах:

• циркулярном, когда созданное магнитное поле не создает на концах объекта полюсов, а замыкается на нем;
• продольном (полюсном), при котором образованное магнитное поле образует полюса на концах объекта и направлено вдоль него. Используется для контроля поперечно-ориентированных дефектов;
• комбинированном, когда на объект воздействуют два и более магнитных поля различной направленности. Пригоден для контроля разно-ориентированных объектов.

Намагничивание изделий с целью выявления поверхностных несплошностей происходит в результате воздействия переменного или импульсного тока.Постоянный и выпрямленный ток позволяет выявлять поверхностные и подповерхностные (на глубине до 2 миллиметров) несплошности. Во избежание локального перегрева и образования прожогов, в ходе СПП намагничивание производится, чередуя воздействие тока – 5-6 циклов продолжительностью от 0,1 до 3 сек и паузы, длительностью от 1 до 5 сек. Максимальный эффект дает поочередное намагничивание в двух перпендикулярных друг к другу направлениях с межполюсным расстоянием от 70 до 250 мм;

1. этап нанесения индикаторов, которые должны укладываться на всю проверяемую поверхность, включая всевозможные труднодоступные места. В случае использования аэрозолей, необходимо обеспечивать расстояние от сопла до поверхности в пределах 200 – 300 миллиметров;
2. этап осмотра, который выполняется после удаления излишков индикатора. Выявленные несплошности визуально анализируются с использованием оптических приборов, а в стационарных установках используются автоматизированные системы дешифровки индикаторных рисунков. Для измерения и описания несплошностей при ручной проверке используются немагнитные линейки, угольники, кронциркули. Тип несплошности определяется по индикаторному следу:

• о плоскостных дефектах сигнализируют тонкие и удлиненные линии;
• объемные поры и раковины оставляют округлые рисунки;
• признаком подповерхностных несплошностей является отсутствие четких контуров осаждения индикаторного состава.

Освещение рабочей зоны выбирается в соответствии с требованиями к чувствительности. Чаще всего используется комбинированное освещение с возможностью регулирования интенсивности из разрядных и галогенных светильников с рассеивателями и отражателями для исключения образования бликов. Если для поиска несплошностей использовались люминесцентные индикаторные составы, то при освещении применяются источники ультрафиолетового излучения от 2000 мкВт/см² с длиной волны от 315 до 400 нм;

1. этап регистрации полученных результатов, в ходе которого заполняются протоколы и журнал. Записи и схематические изображения могут дополняться дефектограммами – фотоснимками или отпечатками индикаторного рисунка на клейкой ленте, файлы могут переноситься на компьютер;
2. этап размагничивания. Этот процесс необходим поскольку остаточная намагниченность негативно влияет на работоспособность электроаппаратуры и на возможности обработки изделия. Кроме этого она будет способствовать накоплению металлических стружек, опилок и других продуктов износа.

Содержание и методика выполнения работ этих этапов детально раскрывается в нормативно-технологической документации, разработанной на магнитопорошковую дефектоскопию конкретного вида изделий.

Приборы и расходные материалы для магнитопорошковой дефектоскопии

Методика магнитопорошковой дефектоскопии предполагают использование оборудования следующих видов:

• дефектоскопов стационарного, мобильного, универсального или специализированного типа, предназначенных для намагничивания деталей с целью обнаружения поверхностных или подповерхностных дефектов и с последующим размагничиванием. Дефектоскопы работают с индикаторами, а при использовании люминесцентных материалов и с ультрафиолетовыми светильниками. Устройства состоят из:

• электронных блоков, где смонтированы системы питания, управления, формирования магнитного поля, замера его напряженности, выбор режимов намагничивания и размагничивания и др. Для этого прибор оборудован панелью управления с кнопками, переключателями, монитором и разъемами;
• устройств намагничивания и размагничивания, создающие магнитные поля рассеяния, которые воздействуя на порошки или суспензии заставляют их скапливаться вокруг дефекта, тем самым обозначая его. Размагничивание изделия делает возможным его окраску, сварку и эксплуатацию;
• сетевых и намагничивающих кабелей.

Классификация магнитопорошковых дефектоскопов производится по следующим критериям:

• по способу намагничивания. В зависимости от конфигурации электромагнитов используются дефектоскопы для циркулярного, продольного или комбинированного намагничивания;
• по способу размагничивания существует несколько методов позволяющих уменьшить ток, воздействовать на деталь разнонаправленными или разнополярными полями, посредством увеличения расстояния до магнита и др.;
• по конструктивному исполнению могут быть стационарными для работы в заводских лабораториях и мобильными для работы в полевых условиях;
• по типу намагничивающего устройства – в виде ручных электромагнитных клещей или в виде соленоида. Выбор устройства зависит от методики контроля, конфигурации и размеров изделия.

Требования к магнитопорошковым дефектоскопам собраны в действующем регламенте - ГОСТ Р 53700-2009;

• намагничивающие устройства стационарные и мобильные, которые могут использоваться, как совместно с дефектоскопами, так и самостоятельно. Они классифицируются по следующим показателям:

• по форме: электромагниты-клещи, подковообразной формы с ферромагнитным сердечником и обмотками, предназначенные для МПД габаритных объектов и изделий с односторонним доступом или соленоиды – полая катушка индуктивности, подходящая для дефектоскопии деталей с длиной значительно большей поперечного размера;
• по способу намагничивания – циркулярного, продольного, индукционного или комбинированного;
• по принципу действия – на постоянных или электрических магнитах. Постоянные магниты не требуют электроэнергии, но не поддаются регулировке и слабеют с течением времени. Электромагниты лишены этих недостатков;
• по методу размагничивания – убывающими импульсами тока, убывающим низкочастотным полем, постоянным снижением амплитуды поля;
• по расстоянию между полюсами. Этот параметр варьируется от 40 миллиметров до 250 миллиметров и от него зависит зона выявляемости несплошностей и усилие отрыва, которое находится в пределах от 4,5 до 35 кг;
• с встроенной подсветкой и без нее.

• приборы для измерения полей напряженности и индукции
• ультрафиолетовые светильники и приборы для замеров уровня освещенности;
• приспособления для поиска несплошностей по индикаторным следам – лупы, микроскопы, зеркала и др.;
• расходные индикаторные материалы.

Комплектацией оборудования и расходных материалов занимаются представители заводов и изготовители такой продукции.

Магнитные порошки: состав, использование, выбор

Методики МПД требуют расходных материалов, среди которых наиболее востребованными являются порошки. Они могут быть различных цветов – черными, красно-коричневыми, серыми, желтыми, зелеными, люминесцентными, с зернами со слоем люминофора, светящимися в ультрафиолетовых лучах.

Сырьем для изготовления порошков служат магнетит или оксид железа Fe2O3. Размер их зерен составляет 2 мкм при использовании воздушной взвеси и до 200 мкм для сухого метода. При подготовке к дефектоскопии индикатор смешивают с порошками:

• алюминиевыми, если для исследовательских работ требуется светлый порошок;
• люминесцентными, если исследования производятся в ультрафиолетовых лучах;
• керосином, минеральным маслом или водой, если по методике необходима суспензия. В состав суспензии включаются антикоагулянты, предупреждающие слипание зерен порошка и антикоррозийные добавки, противодействующие коррозии металлических зерен.

Порошки и смеси с их использованием предлагаются поставщиками в виде пасты, а до рабочей консистенции они доводятся незадолго до применения.

Свойства порошков позволяют визуализировать магнитные поля рассеяния, а соответственно и сделать видимыми поверхностные и подповерхностные дефекты, незамеченные по результатам визуального и измерительного контроля. Методы МПД применяются для проверки литых и кованых заготовок, изделий, обработанных механическими и термическим методами, а также при проверке качества сварных швов. Однако магнитопорошковые методы применимы только для ферромагнитных металлов и сплавов с магнитной проницаемостью μ≥40. Порошки дают возможность выявить:

• усталостных, закалочных, травильных, деформационных трещин;
• волосовин, надрывов, расслоений, флокенов в основном металле изделия;
• непроваров и подрезов, флюсовых и шлаковых включений в металле сварного шва.

Методики МПД используются на объектах, подведомственных Ростехнадзору, они являются основными при проверке качества деталей подвижного состава российских железных дорог.

Выбор вида порошка зависит от объекта проверки, типа дефектов и других показателей, к которым относятся:

• фракция: для приготовления суспензии частицы порошка должны иметь размер от 1,5 до 40 мкм, а для сухого метода достаточно 30 – 40 мкм;
• цвет, выбираемый контрастно цвету проверяемой поверхности, или использовать контрастную краску;
• термостойкость – способность выдерживать температуру контролируемого изделия на протяжении не менее 5 минут, сохраняя при этом свои первоначальные характеристики;
• коэффициент флуоресценции и его постоянство, что крайне важно для флуоресцентных индикаторов, светящихся в ультрафиолетовом свете;
• степень пенообразования, поскольку пенная суспензия препятствует нормальной работе с изделием;
• вязкость суспензии, значение которой должно быть около 5 мПа×сек;
• коррозионная стойкость: состав индикаторов должен исключить коррозионное и эрозионное воздействие на поверхность проверяемого изделия;
• стойкость – индикаторы должны допускаться к проверке после проведения долгосрочных испытаний на усталость;
• экологичность – отсутствие в составе индикатора серы, галогенов, углеводородов и др.

Индикаторы, соответствующие требованиям стандартов по всем параметрам, допускаются к проведению исследований.

Расходные материалы для магнитопорошковой дефектоскопии от компании Литас»

Возможность обнаружения в заготовке или готовом изделии несплошностей с применением методики МПД во многом зависит от качества и правильности использования порошков и суспензий, применяемых в ходе этих исследований. Казанская компания «Литас», занимающая одно из лидирующих мест на отечественном рынке оборудования для неразрушающего контроля предлагает производственным предприятиям и исследовательским организациям, использующим методики МПД:

• черный порошок в пластиковых банках;
• концентраты и готовые к употреблению черные, флуоресцентные и люминесцентные суспензии;
• флуоресцентный проявитель;
• аэрозоли – очистители, необходимые для очистки контролируемой поверхности от контрастной краски и для ее обезжиривания;
• грунтовки и краски для устройства контрастного поля при исследовании рисунка силовых линий магнитного поля, полученного в результате использования цветных частиц.

Специалисты компании «Литас» окажут техническую помощь в выборе подходящего для конкретного вида МПД, методике его использования, а также в приобретении индикатора, максимально соответствующего конкретному виду изделий и материалов, из которых они изготовлены. Кроме этого ООО «Литас» предлагает широкий выбор разнообразных приборов, предназначенных для неразрушающего контроля материалов, конструкций, заготовок, деталей.