Магнитные способы контроля сварных соединений

Магнитный контроль сварки

Магнитные методы контроля. Магнитные методы контроля основаны на принципе использования магнитного рассеяния, возникающего над дефектом при намагничивании контролируемого изделия. Если сварной шов не имеет дефектов, то магнитные силовые линии по сечению шва распределяются равномерно. При наличии дефекта в шве вследствие меньшей магнитной проницаемости дефекта магнитный силовой поток будет огибать дефект, создавая магнитные потоки рассеяния.

В зависимости от способа фиксирования потоков рассеяния существуют метод магнитного порошка и индукционный метод. В первом случае неравномерность поля определяют по местам скопления ферромагнитного порошка, нанесенного на поверхность изделия. Во втором случае потоки рассеяния улавливают индукционной катушкой. Изделие намагничивают электромагнитом, соленоидом или, пропусканием тока непосредственно через сварное соединение.

При выборе метода намагничивания нужно учитывать, что выявление дефектов магнитным методом возможно только в случае, когда они расположены перпендикулярно к направлению магнитного потока.

Существуют два способа контроля магнитным порошком — сухой и мокрый. При сухом способе порошок закиси—окиси железа равномерно наносят на поверхность изделия, применяя ручное сито или пульверизатор. Во многих случаях в качестве порошка используют железную окалину, которую предварительно измельчают в шаровой мельнице и просеивают через тонкое сито. В момент пропускания электрического тока изделие слегка обстукивают, что обеспечивает подвижность частиц порошка, распределяющихся в наведенном магнитном поле. Излишек порошка сдувают с детали слабой воздушной струей. При мокром способе применяют так называемую магнитную суспензию — смесь какой-либо жидкости (керосин, трансформаторное масло) с магнитным порошком, мельчайшие частицы которого равномерно распределены по ее объему. Операцию контроля начинают с того, что. контролируемый участок сварного соединения поливают или опрыскивают суспензией. Дефекты обнаруживают по скоплениям магнитного порошка. Один и тот же участок проверяют дважды. После проверки качества всех сварных швов изделие размагничивают.

Метод магнитного порошка пригоден для контроля только в ферромагнитных материалах. Этим методом можно обнаружить все поверхностные трещины и те внутренние трещины и непровары, которые залегают на глубине до 6 мм. Для контроля сварных соединений применяют магнитные дефектоскопы, выпускаемые промышленностью, например переносный магнитный дефектоскоп 77ПМД-ЗМ.

При индукционном методе в контролируемом изделии наводят переменный магнитный поток при помощи электромагнита, подключенного к сети переменного тока. Если в шве есть дефект, магнитные силовые линии поведут себя точно так же, как и при контроле методом магнитного порошка. Рассеянные магнитные поля над дефектом обнаруживают при помощи искателя. Индукционный ток усиливается , ламповым усилителем, с которым соединена катушка искателя. Усиленные электрические сигналы попадают на телефон, в котором слышатся резко усиленные звуки. Одновременно с этим загорается сигнальная лампа.

В отечественной промышленности применяют следующие индукционные дефектоскопы: ЭМНД-2, ЭМНД-3, ЭМНД-4, ЭМНД-6, ЭМНД-8, ДНМ-500, ДНМ-15, ППД-1, ВД-1, ВД-1ГА, ЭДМ-66 и др.

Разновидностью магнитной дефектоскопии является магнитографический способ контроля, при котором поля рассеяния фиксируются на ферромагнитной ленте. Наиболее совершенными магнитографическими дефектоскопами являются МДУ-29, МГК-1.

Магнитные методы контроля часто применяют для составления предварительного заключения о качестве сварного соединения. Окончательное установление качества производится по снимку, полученному просвечиванием рентгеновскими или гамма-лучами.

Источник

3 Магнитный способ контроля сварных соединений

Из различных способов магнитного контроля для сварных изделий некоторое применение нашли метод магнитных порошков и индукционный метод. Если намагнитить изделие (рисунок 31) и на пути потока расположить дефектный участок с пониженной магнитной проницаемостью, то он вызовет местное искажение потока рассеяния у поверхности металла. Местный поток рассеяния создаст у краев дефекта местные магнитные полюса, северный — у выхода силовых линий из металла в воздухе и южный — у входа линий из воздуха в металл.

Магнитные полюсы могут быть обнаружены, например, по притяжению мелких ферромагнитных частиц. Если взять тонкий порошок ферромагнитного материала, например железа или магнитных окислов железа, и насыпать его на поверхность изделия, то распределение порошка будет неравномерным, — у дефектов (рис. 9) образуется местное скопление. В качестве порошка обычно применяются магнитные окислы железа. Из различных окислов железа наиболее магнитна закись-окись Fe₃O₄.

а — сварной шов без дефектов; б — трещина в сварном шве

Рисунок 31 – Распределение магнитного поля в изделии

Порошки для магнитного контроля получают нагреванием слабомагнитной окиси железа Fe₂O₃ в восстановительной атмосфере; по мере отнятия кислорода цвет окиси становится все более темным, переходя от темно-красного к черному, а магнитные свойства усиливаются. В зависимости от степени восстановления можно получить порошки с различными свойствами. В качестве исходного материала для магнитных порошков часто используют крокус — очень тонкий порошок окиси железа, применяемый для полирования металлов. Порошок представляет собой тонкоразмолотую в шаровой мельнице железную окалину, возникающую на поверхности стали при горячей обработке.

Рисунок 32 – Скопления магнитного порошка

Для улучшения подвижности частиц часто применяют суспензию из магнитного порошка, взболтанного в легком минеральном масле или керосине; соответственно различают сухой и мокрый методы контроля магнитными порошками.

Изделия можно намагничивать электромагнитами или, что проще и удобнее, путем обмотки изделия гибким проводом, по которому пропускается электрический ток, преимущественно постоянный. Практически таким путем можно намагничивать изделие любых размеров, например паровой котел, станину крупной машины и т. д.

Методом контроля магнитными порошками могут быть выявлены мелкие трещины, плохо выявляемые внешним осмотром без магнитного порошка, в особенности трещины в зоне влияния на сталях, чувствительных к термообработке (рисунок 32). Могут быть выявлены также внутренние дефекты, лежащие у поверхности. Дефекты, лежащие на глубине более 5—6 мм, методом магнитных порошков, как правило, не выявляются.

При дуговой сварке изделия намагничиваются сварочным током и сохраняют часто достаточно сильное остаточное намагничивание, пригодное для контроля магнитными порошками. Налет на поверхности изделия, образующийся при дуговой сварке, состоит из мельчайших частиц окислов железа, обладающих достаточными магнитными свойствами для контроля. Часто можно наблюдать, что налет скопляется у трещин и других дефектов, делая их более заметными. Поэтому изделия, изготовленные из сталей, склонных к образованию трещин, рекомендуется просматривать по окончании дуговой сварки, до очистки швов и удаления налета, образованного сваркой.

Из электромагнитных приборов индукционного типа для контроля сварных швов известен дефектоскоп (рисунок 33). На контролируемое изделие устанавливают электромагнит переменного тока, создающий переменный магнитный поток в металле изделия. Этот поток вызывает в металле изделия систему переменных вихревых токов, которые в свою очередь, создают переменные потоки рассеяния у поверхности изделия. При однородном сплошном металле, без включений и дефектов, плотность вихревых токов и потоков рассеяния плавно уменьшается по мере удаления от намагничивающего электромагнита. Наличие дефекта вызывает местное искажение распределения вихревых токов и потоков рассеяния. Распределение потоков рассеяния у поверхности изделия исследуется искателем, представляющим собой небольшую индукционную катушку с железным сердечником, закрытую толстостенным экраном из меди или алюминия, образующим корпус искателя (рисунок 34).

Рисунок 33 – Принципиальная схема дефектоскопа

Созданная в катушке искателя потоками рассеяния э. д. с. подается на вход лампового усилителя, а оттуда на индикатор, которым может служить телефонная трубка, гальванометр или электронная лампа (магический глаз). При отсутствии дефектов перемещение искателя вызывает плавное изменение показаний индикатора. Дефект обнаруживается резким, скачкообразным изменением показаний индикатора, — в телефоне слышится щелчок, на гальванометре происходит отброс стрелки, на лампе появляется сомкнутый темный сектор. Таким способом могут быть выявлены не только поверхностные дефекты, но и дефекты на довольно значительной глубине (до 20—25 мм).

Общим для всех магнитных приборов недостатком является отсутствие однозначной связи между показаниями прибора и размерами и степенью опасности дефекта. Прибор измеряет не дефект, а искажение магнитного поля, вызванное дефектом. Искажение магнитного поля, вызываемое дефектом, зависит не только от размеров дефекта, но и от его положения и очертаний.

Вытянутый дефект, расположенный поперек потока, вызывает большее искажение, чем тот же дефект при расположении вдоль потока. При намагничивании изделия магнитный поток следует располагать по возможности перпендикулярно наибольшему размеру предполагаемых дефектов. Дефект с округленными очертаниями дает меньшее искажение, чем дефект с острыми краями. Особенно хорошо выявляются непровары и трещины. Искажение поля быстро ослабевает с увеличением глубины залегания дефекта. Поэтому электромагнитный дефектоскоп пригоден лишь для качественного обнаружения дефектов, без их количественной оценки.

Дефектоскоп принципиально пригоден для контроля и немагнитных металлов, так как в них может быть создана система вихревых токов электромагнитом переменного тока.

1-корпус-экран искателя; 2-железный сердечник;

Источник

Магнитные методы контроля сварных швов. Магнитная дефектоскопия сварки

Содержание

Сущность магнитной дефектоскопии, её методы

Магнитная дефектоскопия — один из методов неразрушающего контроля сварки. Сущность магнитных методов контроля сварных соединений заключается в выявлении рассеянных магнитных потоков, которые появляются в намагниченных изделиях в случае присутствия в них различных дефектов. Намагниченными материалами могут служить железо, никель, кобальт и некоторые сплавы на их основе.

Намагничивание изделия можно добиться, если, пропуская ток по нему, создать вокруг изделия магнитное или электромагнитное поле. Наиболее простым способом получения магнитного потока является пропускание тока плотностью 15-20 А/мм по виткам сварочной провода, намотанного витками на изделие. Количество витков обычно составляет 3-6. Для намагничивания соединения рекомендуется применять постоянный ток.

Принцип выявления дефекта в сварном шве состоит в следующем. Магнитный поток, проходя по сварному соединению и встречая на своём пути дефект, начинает обходить его из-за того, что магнитная проницаемость дефекта значительно ниже, чем магнитная проницаемость основного металла, а электрический ток, как известно, идёт по пути наименьшего сопротивления.

В результате этого, часть силовых линий магнитного потока вытесняется дефектом на поверхность, образуя местный рассеянный магнитный поток, см. рисунок:

Магнитные потоки рассеяния могут регистрироваться разными способами. По способу регистрации методы магнитного контроля разделяются на магнитопорошковый метод контроля (магнитопорошковая дефектоскопия), магнитографический метод контроля и индукционный метод контроля.

Магнитопорошковый метод контроля (магнитопорошковая дефектоскопия)

Как следует из названия, магнитопорошковая дефектоскопия проводится с помощью магнитного порошка. Существуют два метода магнитопорошкового контроля: сухой и мокрый.

В случае сухой магнитопорошковой дефектоскопии на поверхность сварного соединения наносится сухой магнитный порошок (железные опилки, окалина и др.). В случае мокрой магнитопорошковой дефектоскопии магнитный материал наносится в виде суспензий магнитного порошка с керосином, маслом, мыльным раствором.

Под действием электромагнитных полей рассеяния, частицы порошка равномерно перемещаются по поверхности сварного соединения. Над сварными дефектами магнитный порошок скапливается в виде валиков. По форме и размерам этих валиков можно судить о форме и размерах найденного дефекта.

Технология магнитопорошкового контроля

Метод магнитопорошковой дефектоскопии включает в себя следующие технологические операции:

1. Подготовка поверхности сварного соединения к проверке. Поверхности необходимо очистить от загрязнений, окалины, сварочных брызг, наплывов и шлака после сварки.
2. Подготовка суспензии, заключающаяся в динамичном перемешивании магнитного порошка с транспортируемой жидкостью
3. Намагничивание контролируемого изделия
4. Нанесение суспензии или магнитного порошка на контролируемую поверхность
5. Осмотр контролируемой поверхности сварного соединения и определение участков, на которых присутствуют отложения порошка
6. Размагничивание сварного соединения.

Эффективность магнитопорошковой дефектоскопии

Метод магнитопорошковой дефектоскопии обладает хорошей чувствительностью к тонким и мельчайшим сварным трещинам. Он прост в исполнении, даёт наглядные результаты, и не растянут по времени.

Чувствительность магнитопорошкового метода может различаться в каждом отдельном случае. Зависит это от следующих причин:

1. Величины частиц порошка и от метода его нанесения
2. Напряжения магнитного поля, воздействующего на сварное соединение
3. Рода применяемого тока (переменный или постоянный)
4. От формы и величины дефекта, от глубины его расположения, а также от того, как дефект ориентирован в пространстве.
5. От способа и направления намагничивания соединения
6. От качества и формы контролируемой поверхности

С помощью магнитных методов контроля лучше всего обнаруживаются плоскостные дефекты: сварочные трещины, несплавления и непровары, если наибольший их габарит ориентирован под прямым углом (или близким к прямому) относительно направления магнитного потока.

Дефекты округлой формы (поры, раковины, неметаллические включения) могут не создать достаточного рассеянного потока и при контроле обнаруживаются хуже всего.

Дефектоскопы для магнитопорошкового контроля

В состав дефектоскопов для такого метода контроля входят источники тока, устройства для подведения тока к контролируемой поверхности, приборы для намагничивания поверхности (соленоиды, электромагниты), устройства для нанесения магнитного порошка или суспензии на проверяемую поверхность, измерители величины тока (или напряжённости магнитного поля).

Магнитопорошковые дефектоскопы подразделяются на стационарные, передвижные и переносные. Стационарные дефектоскопы нашли широкое применение на заводах и других предприятиях с крупносерийным выпуском различной продукции. Среди них такие модели, как УМДЭ-2500, ХМД-10П, МД-5. Такое оборудование позволяет контролировать качество сварных соединений различной формы. Они способны обеспечить высокую производительность контроля — от нескольких десятков, до нескольких сотен изделий в час.

Распространённые, серийно выпускаемые модели переносных и передвижных дефектоскопов — это ПМД-70 и МД-50П. Переносной дефектоскоп для магнитного контроля ПМД-70 широко используется для контроля сварных соединений в полевых условиях. А передвижной дефектоскоп модели МД-50П чаще всего используется для контроля массивных крупногабаритных сварных соединений по участкам.

Видео: магнитопорошковая дефектоскопия с применением люминисцентных концентратов

Магнитографический метод контроля сварных соединений

Магнитографический контроль — один из двух методов магнитного контроля. Сущность данного метода состоит в намагничивании контролируемой поверхности сварного шва и зоны термического влияния, и одновременном записывании магнитного поля на магнитную ленту. Далее, записанную на ленту информацию считывают с помощью специальных устройств, входящих в состав магнитографического дефектоскопа.

Схема магнитографического контроля показана на рисунке слева. Позиции на рисунке:

1-сварной шов;
2-дефект в сварном шве;
3-магнитная плёнка;
4-намагничивающее устройство;

Технология магнитографического контроля

Метод магнитографического контроля сварного соединения включает в себя следующие технологические операции:

1. Очистка проверяемых поверхностей от шлака, сварочных брызг и других загрязнений
2. Наложение на сварной шов размагниченной магнитной ленты и прижатие её эластичной резиновой лентой
3. Намагничивание контролируемого соединения. Намагничивание производится при оптимальных режимах, которые зависят от типа намагничивающего прибора, толщины контролируемого металла, и его магнитных свойств.
4. Расшифровка результатов дефектоскопии. Для расшифровки результатов магнитную ленту, на которую записывалось магнитное поле, помещают в считывающее устройство дефектоскопа и по сигналам на его экранах обнаруживают дефекты.

Магнитографический метод контроля применяют, в большинстве случаем, для проверки стыковых сварных швов, выполненных сваркой плавлением. Чаще всего такой контроль применяют при дефектоскопии сварных соединений магистральных трубопроводов. Максимально возможная толщина металла, которую можно контролировать данным методом, составляет 20-25мм.

Эффективность магнитографического контроля

Эффективность по выявлению дефектов у магнитографического контроля примерно такая же, как и магнитнопорошкового. Факторами, влияющими на эффективность метода, являются величина и форма сварных дефектов, а также их пространственная ориентация и глубина расположения. Влияет также считывающая способность головки дефектоскопа и записывающая способность магнитной ленты.

Магнитографическим контролем хорошо обнаруживаются плоскостные сварные дефекты (это различные трещины в металле, непровары и несплавления), а также различные цепочки неметаллических включений и шлака. Лучше всего выявляются дефекты, расположенные перпендикулярно движению магнитного потока, а хуже всего обнаруживаются те, которые имеют сферическую форму — поры, раковины и др.

Опытным путём было выяснено, что магнитографический метод контроля с очень высокой долей вероятности позволяет выявить плоскостные дефекты в том случае, если их вертикальный размер равен 8% и более от толщины сварного соединения.

На эффективность этого метода контроля существенное влияние оказывает высота сварного шва, его форма и качество поверхности. Если усиление шва удалить, то чувствительность магнитографии к вышеназванным дефектам достигает 5%. Дефекты сферической формы выявить значительно сложнее. Они выявляются в том случае, если их высота составляет 20% или более от толщины соединения.

Высокая производительность магнитографического контроля является главным его преимуществом перед магнитопорошковой дефектоскопией. Запись на магнитную ленту происходит без какой-либо подготовки, а время её считывания и воспроизведения незначительно.

Магнитографический дефектоскоп и магнитная лента

Регистратором магнитных полей при магнитографическом контроле служит специальная магнитная лента. Основой для изготовления магнитной ленты служит лавсан или триацетат с нанесёнными на них мельчайшими ферромагнитными частицами. Существуют разные типы магнитных лент, которые различаются по своим физико-механическим свойствам и могут применяться при разном температурном интервале.

Расшифровка записей, сделанных на магнитных лентах, происходит с помощью магнитографических дефектоскопов. Они различаются по способу индикации, и в зависимости от этого, делятся на дефектоскопы с импульсной и телевизионной индикацией (видеоиндикацией).

У дефектоскопа с импульсной индикацией на экране электронно-лучевой трубки отображаются импульсы. Они имеют разную амплитуду, и её величина характеризует размер дефекта в вертикальном направлении.

У дефектоскопов с видеоиндикацией магнитный рельеф полей рассеяния отображается на мониторе в виде обычной магнитограммы отдельных участков сварного соединения. Процесс отображения происходит аналогично изображению в телевизоре, отсюда данный метод индикации и получил название «телевизионного».

На практике применяются такие дефектоскопы, как МД-9, имеющие импульсный метод индикации и МД-11 с телевизионным изображением. Существуют также типы дефектоскопов, с двойной индикацией. Это наиболее совершенные приборы таких моделей как МДУ-2У, МД-10ИМ, МГК-1.

Индукционный метод контроля

В отличие от магнитопорошкового и магнитографического методов, которые основаны на обычном выявлении рассеянных магнитных потоков в зоне дефектов, индукционный метод основан на использовании рассеянных магнитных потоков с помощью специальных индукционных катушек.

В индукционных дефектоскопах для поисков дефектов предусмотрены катушки, которые одеваются на сварное соединение или размещаются на его поверхности. При этом индукционная катушка соединяется с каким-либо регистрирующим прибором (телефоном, сигнальной лампой или гальванометром).

Сварное соединение намагничивают и катушки перемещают вдоль него. В некоторых случаях наоборот, проверяемое изделие протаскивают сквозь катушки. Когда катушка будет пересекать участок с дефектом, то в её витках, из-за изменения магнитного потока на этом участке, возникает электродвижущая сила индукции. Возникающий индукционный ток из катушки подаётся на регистрирующий прибор напрямую или через усилитель. По звуку, зажиганию сигнальной лампы или отклонению стрелки гальванометра определяют, что в этом месте находится дефект.

Недостатком индукционного метода контроля является его очень низкая чувствительность к мельчайшим дефектам, расположенным на поверхности.

Источник