Магнитно порошковый способ контроля

Магнитопорошковый метод контроля (МПД)

Определение и применение магнитопорошкового метода контроля (МПД)

Магнитопорошковый метод — один из самых распространенных методов неразрушающего контроля стальных деталей. Он нашел широкое применение в авиации, железнодорожном транспорте, химическом машиностроении, при контроле крупногабаритных конструкций, магистральных трубопроводов, объектов под водой, судостроении, автомобильной и во многих других отраслях промышленности.

Масштабность применения магнитопорошкового метода объясняется его высокой производительностью, наглядностью результатов контроля и высокой чувствительностью. При правильной технологии контроля деталей этим методом обнаруживаются трещины, усталости и другие дефекты в начальной стадии их появления, когда обнаружить их без специальных средств трудно или невозможно.

Магнитопорошковый метод предназначен для выявления поверхностных и под поверхностных (на глубине до 1,5 . 2 мм) дефектов типа нарушения сплошности материала изделия: трещины, волосовины, расслоения, не проварка стыковых сварных соединений, закатов и т.д.

Суть магнитопорошкового контроля

Магнитный поток в бездефектной части изделия не меняет своего направления; если же на пути его встречаются участки с пониженной магнитной проницаемостью, например дефекты в виде разрыва сплошности металла (трещины, неметаллические включения и т.д.), то часть силовых линий магнитного поля выходит из детали наружу и входит в нее обратно, при этом возникают местные магнитные полюсы (N и S) и, как следствие, магнитное поле над дефектом.

Так как магнитное поле над дефектом неоднородно, то на магнитные частицы, попавшие в это поле, действует сила, стремящаяся затянуть частицы в место наибольшей концентрации магнитных силовых линий, то есть к дефекту. Частицы в области поля дефекта намагничиваются и притягиваются друг к другу как магнитные диполи под действием силы так, что образуют цепочные структуры, ориентированные по магнитным силовым линиям поля.

Наибольшая вероятность выявления дефектов достигается в случае, когда плоскость дефекта составляет угол 90грд. с направлением намагничивающего поля (магнитного потока). С уменьшением этого угла чувствительность снижается и при углах, существенно меньших 90грд. дефекты могут быть не обнаружены.

Способы нанесения индикатора

«Cухой» и «мокрый» способы нанесения индикатора на контролируемый объект. В первом случае для обнаружения дефектов используют сухой ферромагнитный порошок. При использовании «мокрого» метода контроль осуществляется с помощью магнитной суспензии, т.е. взвеси ферромагнитных частиц в жидких средах: трансформаторном масле, смеси трансформаторного масла с керосином, смеси обыкновенной воды с антикоррозионными веществами.

Виды намагничивания

При магнитопорошковом методе контроля применяют четыре вида намагничивания:

• циркулярный;
• продольный (полюсной);
• комбинированный;
• во вращающемся магнитном поле.

Наиболее распространены в практике контроля три первых вида намагничивания. Применительно к простейшим деталям – сплошному цилиндрическому стержню или полому цилиндру – формулировка видов намагничивания может быть следующая.

Циркулярный – это такой вид намагничивания, при котором магнитное поле замыкается внутри детали, а на ее концах не возникают магнитные полюса.

Продольный (полюсной) – это такой вид намагничивания, при котором магнитное поле направлено вдоль детали, образуя на ее концах магнитные полюса.

Комбинированный – это такой вид намагничивания, при котором деталь находится под воздействием двух или более магнитных полей с неодинаковым направлением.

Этапы магнитопорошкового контроля

1. Подготовка детали к контролю.
Подготовка детали к контролю заключается в очистке поверхности детали от отслаивающейся ржавчины, грязи, а также от смазочных материалов и масел, если контроль проводится с помощью водной суспензии или сухого порошка. Если поверхность детали темная и черный магнитный порошок на ней плохо виден, то деталь иногда покрывают тонким просвечивающим слоем белой контрастной краски.

2. Намагничивание детали.
Намагничивание детали является одной из основных операций контроля. От правильного выбора способа, направления и вида намагничивания, а также рода тока во многом зависит чувствительность и возможность обнаружения дефектов.

3. Нанесение на поверхность детали магнитного индикатора (порошка или суспензии).
Оптимальный способ нанесения суспензии заключается в окунании детали в бак, в котором суспензия хорошо перемешана, и в медленном удалении из него. Однако этот способ не всегда технологичен. Чаще суспензию наносят с помощью шланга или душа. Напор струи должен быть достаточно слабым, чтобы не смывался магнитный порошок с дефектных мест. При сухом методе контроля эти требования относятся к давлению воздушной струи, с помощью которой магнитный порошок наносят на деталь. Время стекания с детали дисперсной среды, имеющей большую вязкость относительно велико, поэтому производительность труда контролера уменьшается.

4. Осмотр детали. Расшифровка индикаторного рисунка и разбраковка.
Контролер должен осмотреть деталь после стекания с нее основной массы суспензии, когда картина отложений порошка становится неизменной.
Детали проверяют визуально, но в сомнительных случаях и для расшифровки характера дефектов применяют оптические приборы, тип и увеличение которых устанавливают по нормативным документам.

5. Размагничивание и контроль размагниченности. Удаление с детали остатков магнитного индикатора.
Применяют два основных способа размагничивания:

• Первый и наиболее эффективный из них — нагрев изделия до температуры точки Кюри, при которой магнитные свойства материала пропадают. Этот способ применяют крайне редко, так как при таком нагреве могут изменяться механические свойства материала детали, что в большинстве случаев недопустимо.
• Второй способ заключается в размагничивании детали переменным магнитным полем с амплитудой, равномерно уменьшающейся от некоторого максимального значения до нуля.

Источник

Магнитопорошковый контроль – простой и наглядный вид НК ферромагнитных материалов

Из всех направлений магнитной дефектоскопии самым популярным по праву считается магнитопорошковый контроль (сокращённо – МПД). Вкратце: на изделие наносят сухой порошок либо суспензию, затем объект намагничивают. В местах несплошности силовые линии магнитного поля выходят на поверхность, образуя полюса на краях дефекта и тем самым притягивая ферромагнитные частицы. В зоне имеющихся несплошностей скапливаются валики магнитных частиц. Так образуется индикаторный рисунок, по которому можно обнаруживать (но не измерять!) поверхностных и подповерхностных (на глубине до 2 мм) дефектов. Магнитопорошковый метод неразрушающего контроля позволяет выявлять трещины, поры, расслоения и инородные включения, недоступные для визуального и измерительного контроля и зачастую закладывается в руководящих НТД в качестве альтернативы цветной дефектоскопии. По сравнению с ней МПД привлекательны меньшими требованиями к шероховатости поверхности (Ra 6,3 мкм, Rz 40 мкм). Для сравнения: перед проведением ПВК необходимо зачистить поверхность до шероховатости Ra 3,2 мкм (20 мкм).

Магнитопорошковый контроль распространён в самых разных отраслях. Вот лишь краткий перечень изделий (конструкций, механизмов, заготовок), которые проверяют при помощи данного вида НК:

• стальные трубы и трубопроводы (в первую очередь – сварные соединения, но встречается также МПД основного металла);
• литые изделия;
• комплектующие грузоподъёмных машин (подвесные крюки, шестерни, узлы лебёдок, талей, цепи и прочее);
• боковые рамы, оси колёсных пар, надрессорных балок и иных деталей грузовых и пассажирских вагонов и локомотивов. Магнитопорошковый метод – один из основных в железнодорожной отрасли;
• клепаные и болтовые соединения несущих металлоконструкций (к примеру, пролётов эстакад);
• бурильные трубы;
• муфты, зубчатые колёса, корпуса сосудов, насосных агрегатов и т.д.

Метод успешно используется на самых ответственных объектах «Газпрома», «Транснефти», «Роснефти», «РЖД», «Росатома» и других крупных предприятий.

Сильные и слабые стороны магнитопорошкового контроля

Способы магнитопорошкового контроля

Другая классификация методов магнитопорошкового контроля основана на таком параметре, как физическое состояние магнитного порошка. По данному критерию также выделяют два способа проведения контроля:

• сухой. Порошок из металлических частиц (например, закиси-окиси железа) наносится, «как есть», без добавления каких-либо растворов и пр. Порошки изготавливают из тщательно просеянной и измельчённой железной окалины, магнетита, никеля, карбонильного железа и пр. Для лучшей заметности материалы могут иметь белый, красный или жёлтый цвет. Сухой метод магнитопорошкового контроля подходит для дефектов поверхностного и подповерхностного типа. Намагничивание выполняется постоянным либо переменным током 300–600А при помощи П-образных электромагнитов. Чтобы нанести индикаторы, удобно использовать резиновые груши, пульверизаторы, подвижные сита и прочие приспособления;
• мокрый. Частицы порошка находятся во взвешенном состоянии – в воде, масле, керосине или специальном концентрате с поверхностно-активными добавками. Наносить можно кистью, погружением, поливом и пр. Мокрый способ эффективен для поиска поверхностных несплошностей.

Виды намагничивания

Главные процедуры магнитопорошкового контроля

МПД проводится в строгом соответствии с технологической инструкцией (картой) и руководящей документацией, актуальной для отрасли и предприятия. К таковой нормативно-технической документации относятся, например, ГОСТ Р 56512-2015, ГОСТ Р ИСО 10893-5-2016 и пр. Помимо самой методики, в НТД содержатся подробные указания о типах и характеристиках недопустимых дефектов.

В традиционном виде магнитопорошковый метод предполагает следующие этапы контроля.

1. Подготовка. Нужно изучить технологическую карту, выбрать индикаторные материалы, аппаратуру, убедиться в надлежащем метрологическом обеспечении. Определиться со схемой и способом намагничивания, типом и величиной тока. Проследить за тем, что зона контроля (по 20 мм околошовной стороны с каждой стороны сварного шва) зачищена. Проверить шероховатость при помощи аттестованных образцов или профилографов (профилометров). При необходимости разделить периметр на участки на 300-500 мм или обозначить начало отсчёта и закрепить мерительный пояс. Непосредственно перед контролем протереть поверхность чистой сухой ветошью и убедиться, что на ОК нет остатков ворса и иных препятствий для магнитного порошка. Если будет использоваться суспензия на водной основе, ОК предварительно нужно просушить. Работоспособность намагничивающего устройства и магнитного порошка проверяется по аттестованным контрольным образцам. Для получения более контрастного индикаторного рисунка на поверхность можно нанести белую фоновую краску (толщина слоя — до 20 мкм).
2. Намагничивание. Для выявления поверхностных дефектов требуется переменный либо импульсный ток. Постоянный и выпрямленный ток эффективен как для поверхностных, так и для подповерхностных слоёв (на глубине в пределах 2 мм). Чтобы не допустить локального нагревания и возникновения прожогов при СПП, намагничивание рекомендовано проводить в прерывистом режиме «ток-пауза» (5-6 циклов длительностью 0,1-3 с, продолжительность пауз — от 1 до 5 с). Намагничивание производят поочерёдно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, регулируя межполюсное расстояние в диапазоне 70-250 мм. Чтобы обеспечить 100% контроль всей зоны, важно не забыть про зону невыявляемости — до 20 мм вблизи полюсов.
3. Нанесение индикатора. Он должен покрывать всю исследуемую зону, включая труднодоступные ниши, глухие отверстия, пазы и пр. При использовании аэрозольных баллонов нужно следить за тем, чтобы расстояние между соплом и поверхностью составляло 200–300 мм. Перед проведением осмотра нужно дать излишкам суспензии стечь с ОК.
4. Осмотр. Этот этап магнитопорошкового контроля выполняется после стекания излишков индикатора. Выявленные несплошности тщательно осматривают при помощи оптических инструментов и приборов. В стационарных установках применяются автоматизированные системы расшифровки индикаторных рисунков. При ручном проведении дефектоскопии протяжённость и координаты несплошностей замеряют линейками, угольниками и кронциркулями из немагнитных материалов. По характеру индикаторного следа можно определить тип дефекта. Тонкие удлинённые линии указывают на плоскостные дефекты, округлые рисунки – на объёмные поры, включения и раковины. Если осаждение порошка не имеет чётких контуров, это служит косвенным признаком подповерхностных несплошностей. В зависимости от требований к чувствительности подбирается комбинированное освещение рабочей зоны с использованием разрядных и галогенных ламп. Для защиты от бликов предпочтительны светильники с рассеивателями и отражателями. Обязательна возможность регулировки интенсивности освещения. При работе с люминесцентными индикаторами задействуются источники ультрафиолетового излучения 2000 мкВт/кв. см и выше с длиной волны 315–400 нм.
5. Регистрация результатов магнитопорошкового контроля. Прежде всего, вносят соответствующие записи в протокол (заключение или акт) и журнал. К описанию и схематическому изображению могут прилагаться дефектограммы – фотографию или слепок (отпечаток на клейкой ленте) индикаторного рисунка. Места выявленных дефектов могут также отображаться на эскизе ОК. Файлы могут быть переданы на ПК и продублированы на USB-носителе. Если того требует инструкция, на годные участки и выявленные дефекты наносят маркировку – непосредственно по поверхности объекта.
6. Размагничивание. Остаточную намагниченность нужно убирать, так как она может спровоцировать скопление продуктов износа, мешает корректной работе электроаппаратуры и негативно влияет на последующую обработку изделия.

Оборудование и расходники для магнитопорошкового метода контроля

Прежде всего, не обойтись без индикаторных материалов – порошков, суспензий, готовых аэрозолей, магнитогуммированных паст и пр. Последние представляют собой затвердевающую консистентную смесь из ферромагнитного порошка, пластификаторов и вспомогательных добавок. Изготавливаются на основе хлоркаучука и полимеров. Предназначаются для труднодоступных участков.

Для магнитопорошкового метода контроля используются порошки естественного (чёрного либо красно-коричневого) цвета, а также окрашенные в более контрастные тона – жёлтый, красный, белый и пр. Отдельная категория – люминесцирующие материалы для получения более чётких и ярких индикаторных рисунков.

Порошок не должен неприятно пахнуть, а химический состав не должен быть токсичным. Выявляющую способность периодически проверяют при помощи профильных СИ и контрольных образцов с искусственными или естественными дефектами (трещинами, пропилами, отверстиями).

Что касается аппаратуры, то для магнитопорошкового контроля предусмотрены следующие виды оборудования:

• дефектоскопы. Бывают стационарные и переносные, универсальные и специализированные (к примеру, галтелей малого радиуса). В отдельную группу можно выделить автоматизированные системы МПД на производствах, где собственно дефектоскоп – лишь один из модулей, а поиск и распознавание дефектов осуществляет специальная система;
• намагничивающие устройства (соленоиды, электромагниты, «ярмо»), постоянные магниты и размагничивающие устройства;
• средства измерения магнитных полей напряжённости и индукции (магнитометры, ферритометры и гауссметры);
• ультрафиолетовые светильники и приборы для проверки уровня освещённости;
• контрольные образцы – для оценки качества порошков, концентратов, паст и суспензий, калибровки и настройки дефектоскопов (в первую очередь, МО-4);
• магнитные индикаторные полоски;
• ASTM-колбы для оценки концентрации взвешенных магнитных частиц в жидких растворах;
• приспособления для осмотра индикаторных следов – лупы, микроскопы, зеркала и т.д.

Требования к дефектоскопам для магнитопорошкового контроля содержатся в ГОСТ Р 53700-2009. При выборе модели учитывают поддержку способов СОН и/или СПП, напряжение питания, минимальное и предельную величину намагничивающего тока, его вид, плавность регулировки и т.д.

В качестве альтернативы дефектоскопам используются более компактные портативные электромагниты и соленоиды. Дополнительно к ним рекомендовано применять блок регулирования тока.

Обучение и аттестация специалистов магнитопорошкового контроля

Программы подготовки включают в себя теоретические и практические занятия по металловедению, видам и способам намагничивания, технологическим процедурам МПД, изучению материалов и средств проведения дефектоскопии. Для дефектоскопии на объектах, подведомственных Ростехнадзору, требуется аттестация персонала на I, II и III уровня в соответствии с СДАНК-02-2021 или СНК ОПО РОНКТД-02-2021 (в зависимости от того, в какой Системе НК нужно подтвердить компетенцию, чтобы зайти на объект заказчика).

Источник