МАГНИТОПОРОШКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

Сущность Мп-метода в том, что на поверхность намагниченной де­тали наносят ферромагнитный (ФМ) порошок. Под действием втягиваю­щей (пондеромоторной) силы магнитных полей рассеяния Ф_р частицы по­рошка ориентируются по направлению магнитных силовых линий, пере­мещаются и скапливаются над дефектами, обрисовывая их контуры. ФМ-порошки можно применять в сухом виде с размером частиц 5—10 мкм, но лучше в виде суспензий с керосином, маслом, мыльным раствором или в виде магнитного аэрозоля. Используют цветные, а также магнито-люминесцентные порошки, проявляющиеся при освещении ультрафиоле­том. При отсутствии стандартных порошков или суспензий их изготов­ляют: а) из железной окалины, получаемой при ковке и прокатке стали, просеянной через сито с 3-4 тыс. отв. на 1 см²; б) из восстановленного отжигом железного крокуса Ре₂О_э, переведенного в Ре₃0₄, или из маг­нетита Ре₃О₄, полученного химическим путем; в) из стальной " шлифо­вальной" стружки. В суспензиях на 1 л масляно-керосиновой смеси (1: 1) добавляют 50—60 г порошка, а на 1 л воды — 5 г мыла, 1 г жидкого стек­ла и 50-100 г магнитного порошка.

Намагничивание. Как выше отмечено, применяют Мп-контроль при не­прерывном намагничивании в приложенном поле (рис. 5.2).

Рис. 5.2. схема магнитопорошкового контроля: Ат – автотрансформатор; В – выпрямитель; ЭМ – электромагнит; Ш – сварной шов; СП – скопление порошка.

 Пользуются также остаточной намагниченностью изделий. Первым способом более час­то контролируют изделия из магнитомягких материалов с коэрцитивной силой Н_с до 8-16 А/см. Вторым — магнитотвердые материалы с Н_с бо­лее 16 А/см и при остаточной индукции не менее 1 Тл (Тесла). В прило­женном поле детали можно намагничивать постоянным, переменным или импульсным током. При постоянном поле подповерхностные дефекты выявляются лучше, чем при переменном. В последнем случае основной магнитный поток под влиянием скин-эффекта, вызываемого вихревыми токами, вытесняется на поверхность металла. Вследствие этого сильнее намагничиваются поверхностные слои и лучше выявляются именно по­верхностные наружные и мелкозалегающие дефекты типа закалочных или усталостных трещин.

Основные способы намагничивания: продольное (соленоидом) для круглых изделий (рис. 5.3, а), циркулярное, пропусканием тока через из­делие или по токоведущему стержню, коаксиальному с изделием (рис. 5.3, 6, в), а также комбинированные (рис. 5.3, г). Выбор направле­ния магнитного поля, а следовательно, и способа намагничивания зависит от ожидаемого расположения трещин: поперечных, или продольных (рис. 5.3, д, ё)

.

Рис.5.3. Основные схемы намагничивания при Мпд (а, б, в, г) и направление магнитных потоков Ф для выявления трещин поперечных (д) и продольных (е)

Контроль способом остаточной намагниченности предпочтительно вес­ти после воздействия импульсного униполярного поля или просто посто­янного поля. При этом способе используют четыре уровня выявления де­фектов (аналогично уровням чувствительности УЗ-контроля).

1-поле на поверхности Н_п ~ 30 А/см (режим обнаружения грубых дефектов);

2-Н_п = 60 А/см (режим пониженной жесткости);

3-Н_п =100 А/см (стандартный режим);

4-Н_п=200А/см(повышенный режим, чувствительность наивыс­шая).

Для сравнения укажем, что для обычных малоуглеродистых сталей насыщение достигается при Н_п = 1000 А/см.

Размагничивание. Оно необходимо только после намагничивания де­талей постоянным или импульсным полем. Размагничивают их также пос­тоянным полем, но, при изменении его направления с частотой, возраста­ющей от долей герц до 50 Гц и при плавном уменьшении амплитуды нап­ряженности до нуля. В отдельных случаях недопустимая остаточная на­магниченность имеется и при контроле изделий в переменных полях. Тог­да изделия размагничивают в специальных электромагнитах переменного тока. Можно размагничивать детали нагревом, если технологией это до­пускается.

Последовательность контроля следующая:

1.Подготовка поверхности (очистка от загрязнений, окалины, следов сварочных шлаков).

2.Подготовка суспензии, заключающаяся в интенсивном перемешива­нии ФМ-порошка с транспортирующей жидкостью.

3.Намагничивание изделия.

4.Нанесение на него суспензии.

5.Осмотр поверхности и выявление скоплений порошка.
Чувствительность зависит от следующих основных факторов: размера частиц порошка и его магнитных свойств; напряженности Н поля или индук­ции В в материале изделия; размеров, формы и расположения дефектов; состояния и формы поверхности. С увеличением дисперсности порошка и с ростом напряженности поля (до достижения индукции насыщения) возрастает чувствительность контроля и количество выявляемых дефек­тов. Округлые дефекты выявляются хуже. Значительно снижают выявляемость любых дефектов поверхностные неровности — усиление шва, его бугристость или чешуйчатость, а также магнитная неоднородность мате­риала.

Согласно ГОСТ 21205-75 установлены три условных уровня чувствительности Мпд: А, Б и В. Наименьшая ширина выявляемых дефектов: для уровня А — 2, 5 мкм, Б — 10 мкм, В — 25 мкм при минимальной про­тяженности 0, 5 мм. Рекомендованы формулы и таблицы расчета требуе­мой напряженности приложенного поля Н_пр, в зависимости: от заданной чувствительности (А, Б, В); коэрцитивной силы Н_с (от 4 до 50 А/см и более) материала изделия; его остаточной индукции В₀ (от 0, 45 до
1, 2 Тл и более) или относительной проницаемости μ _mах (от 50 до 500 и более).        

Для оптимизации режимов контроля используют эталонирование на образцах с искусственными дефектами. Применяют также специальные свидетели намагниченности в виде пластин из материала изделия, прикла­дываемых к его поверхности во время намагничивания.

В промышленности используют стационарные универсальные Мп-де­фектоскопы типа УМДЭ-10000, МДС, У-604-68 и др. на переменные и выпрямленные токи до 15 000 А. Имеются передвижные дефектоскопы с пе­ременным (до 1200 А) и униполярным током (до 5000 А): ПМД-70, МД-50П, ДМП-2 и др. Циркулярное намагничивание производят с помо­щью токовых контактов-зажимов, а продольное — с помощью кабеля, навиваемого на деталь. Мп-контроль находит широкое применение в про­мышленности благодаря высокой чувствительности к тонким трещинам и простоте метода.

5.3. МАГНИТОГРАФИЯ [7]

Сущность магнитографического (Мг-) метода заключается в намаг­ничивании контролируемого участка сварного шва при одновременной за­писи магнитных полей рассеяния на магнитную ленту (рис. 5.4). В даль­нейшем магнитограмму с ленты (МЛ) считывают с помощью магнитной головки (МГ) воспроизводящих устройств (ВУ) магнитографических де­фектоскопов (рис. 5.5), оснащенных усилителем (У) и электронно-лу­чевой трубкой (ЭЛТ) с генератором развертки (ГР) и блоком питания (БП)

Рис.5.4. Схема намагничивания при Мгд: ЭМ – электромагнит; Р – ролики; С – сварное соединение

На магнитной ленте в приложенном постоянном поле регистрируются тангенциальные составляющие полей, содержащие информацию о величи­не и характере дефектов. Преобразование информации в электрический

сигнал осуществляется по остаточной намагниченности ленты. Такой двух­ступенчатый процесс позволяет по­лучить наибольшую информацию о дефектах, поскольку их поля рассе­яния регистрируются на ленту при

высокой напряженности, а магнитная головка работает без помех, обу­словленных мощным полем внешнего источника.

Чувствительность к выявлению дефектов размером ДА (по их высо­те) в Мг-методе измеряют аналогично рентгенографии, в % к толщине 5 стенок трубы W = D h /δ .

Магнитографию применяют главным образом при контроле стыков труб, например для магистральных газопроводов больших диаметров. В этих условиях, для δ < 20 мм чувствительность к непроварам и трещинам обычно 10—15%, а иногда не хуже 6-8%. При снятом усилении W повыша­ется до 3—4%. Для пор и включений W  > 15 - 20%.

Поскольку чувствительность Мг-метода сравнительно мала и сильно зависит от качества поверхности и размеров валика шва, то магнитогра­фию часто применяют в сочетании с выборочным рентгеновским конт­ролем. При этом на долю магнитографии благодаря ее безвредности, высо­кой экономичности и производительности может приходиться до 70—80% от общего объема контрольных работ.

Намагничивающие устройства для Мг-метода (см. рис. 5.4) представ­ляют собой обычно электромагниты постоянного тока, они имеют П-об-разный магнитомягкий сердечник и обмотку с 500—600 витками из эма­лированного провода, рассчитанного на токи до 40—50 А. Наиболее опас­ные дефекты сварки в виде трещин, непроваров, подрезов, цепочек, вклю­чений ориентированы обычно вдоль швов, поэтому швы намагничиваю-. в поперечном направлении. Для контроля протяженных швов используют подвижные намагничивающие устройства (ПНУ) или универсальные (УНУ), имеющие удлиненные полюса с четырьмя немагнитными опорны­ми роликами. Ролики обеспечивают при контроле постоянный зазор 2—3 мм между поверхностью изделия и полюсами устройства. ПНУ имеют сменные полюсные наконечники для плоских листовых конструкций (ру­лонные заготовки, корпуса судов и т. п.) и для труб диаметром 150-1200 мм. Для труб малого диаметра (57-150 мм) с толщиной стенок до 12 мм применяют неподвижные намагничивающие устройства типа НВУ. Устройства ПНУ и НВУ обладают намагничивающей силой до 15-20 тыс. ампер-витков. Это достаточно для намагничивания соединений толщиной 12-20 мм в режиме индукции насыщения

Для труб большого диаметра, более 1200 мм, и толстых листов разра­ботаны шаговые намагничивающие устройства. При подаче тока в обмот­ки они притягиваются к изделию без зазора, что уменьшает потери магни­тодвижущей силы. Все типы намагничивающих устройств питаются посто­янным током от специальных автономных станций типа СПП или СПА. В отдельных случаях для электропитания используют сварочные агрегаты (типа АСДП-500, АСБ-300 и др.).

Для магнитографии разработаны магнитные ленты двух типов МК-1 (на триацетатной основе) и МК-2 (на лавсановой основе). Толщина ос­новы около 100 мкм, ширина ленты 35 мм. Ленты должны иметь коэр­цитивную силу Н_с ~ 80 А/см, остаточную индукцию В = 0, 5 Тл и остаточ­ный поток Ф_г =10 ^-8 Вб. ФМ-ленты, как регистраторы постоянного поля, имеют высокую разрешающую способность, возможность использования на сложных поверхностях и в зазорах, а также повторного использования после размагничивания и другие преимущества. Недостатки лент: необхо­димость вторичного преобразования информации, возможность регистра­ции только одной тангенциальной составляющей поля и сложность хране­ния. Для хорошей выявляемости дефектов важен ровный и плотный при­жим ленты к поверхности шва. Лента МК-1 при температуре ниже — 30 °С теряет эластичность.

Магнитографические дефектоскопы предназначены для воспроизведе­ния магнитной записи дефектных швов. Промышленность выпускает де­фектоскопы типа МДУ-2У и МГК-1, имеющие одновременно два типа ин­дикации: импульсную и телевизионную. Эти дефектоскопы оснащены двухлучевой электронной трубкой с длительным послесвечением экрана. Информация с ленты считываегся с помощью вращающегося барабана с магнитными индукционными головками (см. рис. 5.5, а) и через усили­тель и генератор развертки подается на ЭЛТ.

Рис.5.5. Магнитографический контроль сварного шва: а) блок-схема воспроизведения; б) – сигналы на экране ЭЛТ

Последовательность (методика) Мг-контроля следующая:

      1.Внешний осмотр и подготовка (зачистка шва и зоны контроля).

     2.Наложение отрезка ФМ-ленты на шов. Ленту накладывают " в натяг" магнитным слоем ко шву, предварительно записав на свободном конце маркировочные данные о номерах изделия и шва, сварщике, дате и режи­мах сварки и контроля и т. п.

     3.Прижимание ленты ко шву. Прижимают на кольцевых швах элас­тичным резиновым поясом, а на плоских швах — эластичной " подушкой".

     4.Намагничивание шва и ленты. Полюса намагничивающего устрой­ства должны располагаться симметрично относительно шва.

     5.Съем ленты и ее воспроизведение на Мг-дефектоскопе, настроенном по эталонной магнитограмме.

Эталонирование. Оптимальные режимы намагничивания определяют экспериментально на тест-образцах или эталонах, имеющих набор недопустимых дефектов в неблагоприятном их расположении. Эти режимы заносят в инструкцию по Мгд, а магнитную ленту, снятую при оптималь­ных режимах, используют для проверки и настройки Мг-дефектоскопов.

Режимы Мг-контроля зависят от характеристик контролируемого изделия

 Например, напряженность внешнего поля у поверхности околошовной зоны в изделиях из низколегированных сталей составляет Н_п = 200-300 А/см. В зоне самого шва усиление ослабляет поле до Н_ш = 100- 150 А/см. Поле рассеяния от дефекта Н_ц возникает как приращение ос­новного поля шва. Для протяженных дефектов, с размером по глубине 5—50% толщины листа, Н_д может составлять от 4—8 до 12—20 А/см. Со­отношение полей усиления Н_у шва Н_ш и дефекта Н_д зависит от размеров валика b и h, его радиуса кривизны R, размеров, формы и дефекта. При грубом и высоком валике сигнал от дефекта может быть неразличим на фоне помех от усиления. При гладком низком валике (от автоматичес­кой сварки под флюсом) типовая диаграмма сигналов на экране ЭЛТ де­фектоскопа имеет три вида импульсов: два импульса от краев ленты КЛ, два — от краев усиления КУ и один сигнал от дефекта СД. Импульсы появ­ляются в тех местах, где имеются градиенты поля на ленте, поперек ко­торой проходит считывающая головка дефектоскопа (см. рис. 5.1, 6).

5.4. ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МЕТОД [13]

Сущность феррозондового (ФЗ-) контроля заключается в регистра­ции магнитных полей рассеяния от дефектов с помощью датчиков-фер­розондов. Их обычно изготовляют в виде стержней-сердечников из тонких пластин магнитомягкого материала (пермаллоя). на которых укреплены генераторные измерительные катушки (рис. 5.8). Используют две схемы: схему полимера (рис- 5.8, а), когда генераторные катушки ^и> х и ю\ дают встречные потоки в сердечниках, и схему градиентомера, когда катушки и>! и ы\ дают совпадающие потоки). Взаимодействие собствен­ного поля феррозонда и внешнего (измеряемого) поля приводит к появ­лению в измерительных обмотках ЭДС, которая характеризует напряжен­ность или градиент внешнего поля.

Для контроля сварных швов применяют феррозонды небольших раз­меров 2-10 мм. Предпочтительна схема ФЗ-градиентомера, поскольку на него не действуют посторонние поля, градиенты которых в размерах фер­розонда ничтожны. Токи возбуждения обьетно имеют частоту 10—300 кГц, причем на высоких частотах чувствительность ФЗ-датчика очень велика при условии хорошей чистоты обработки поверхностей. Контроль прово­дят в приложенном или остаточном поле, используя любые способы на­магничивания постоянным или переменным полем.

Для полуавтоматического контроля сварных соединений толстостен­ных обечаек, барабанов котлов, корпусов реакторов разработана ФЗ-установка с продольным намагничиванием изделий. Скорость контроля около 2 м/мин. Выявляют дефекты на глубине до 5 мм, высотой более 0, 15 мм и длиной более 2 мм. Циркулярное намагничивание используют при контроле швов электросварных труб диаметром 100—200 мм; ФЗ-установка ФДСШ-1 дает скорость контроля до 1 м/с. Для контроля дефектов сварных труб диа­метром 20-^220 мм разработаны установки ВМД-ЗОН иВМД-40Н, исполь­зующие пассивные индукционные преобразователи напряженности внеш­него магнитного поля.

ФЗ-датчики используют также, как ферритометры для контроля фер-ритной фазы (с диапазоном 0, 5—60%) в аустенитных сталях (прибор МФ-10Ф), для контроля физико-механических свойств сварных изделий (коэрцитиметр КИФМ-1 и др.)  [ 4, 9].

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: