Магнитопорошковый метод контроля

Магнитопорошковая дефектоскопия основана на выявлении локальных магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектом, с помощью ферромагнитных частиц, играющих роль индикатора.

Магнитное поле рассеяния возникает над дефектом вследствие того, что в намагниченной детали магнитные силовые линии, встречая на своем пути дефект, огибают его как препятствие с малой магнитной проницаемостью, в результате чего магнитное поле искажается, отдельные магнитные силовые линии вытесняются дефектом на поверхность, выходят из детали и входят в нее обратно. При этом по обе стороны от трещин, то есть по краям дефекта, возникают местные магнитные полюсы N и S, создающие локальное магнитное поле рассеяния (рисунок 1).

Рисунок 1 – Магнитное поле рассеяния над дефектом: а – поверхностным; б – подповерхностным; в – внутренним.

Магнитное поле рассеяния в зоне дефекта тем больше, чем больше дефект и чем ближе он к поверхности детали. Наилучшее выявление дефекта будет в том случае, когда магнитные силовые линии в намагниченной детали располагаются под прямым (или близком к нему) углом к направлению дефекта (рисунок 2).

Рисунок 2 – Направление силовых линий магнитного поля

Для обнаружения магнитного поля рассеяния на контролируемые участки детали наносят магнитный порошок. Нанесение магнитного порошка на контролируемую поверхность детали осуществляют двумя способами, реализующими «сухой» или «мокрый» метод. 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.

Магнитное поле рассеяния выявляется благодаря тому, что на ферромагнитные частицы порошка действуют пондеромоторные силы этого поля, которые стремятся затянуть эти частицы в места наибольшей концентрации магнитных силовых линий. В результате ферромагнитные частицы собираются над дефектом, образуя рисунок в виде полосок или цепочек. Ширина полосок из скопившихся частичек обычно значительно больше ширины дефекта, поэтому этим методом контроля могут быть выявлены даже мельчайшие трещины, надрывы, волосовины и другие мелкие дефекты.

Магнитопорошковому контролю могут быть подвергнуты детали, выполненные из ферромагнитных материалов с относительной магнитной проницаемостью и не менее 40.

Чувствительность магнитопорошкового метода зависит:

- от магнитных характеристик материала детали;

- напряженности намагничивающего поля;

- размера, формы и шероховатости поверхности детали;

- размера, формы, местоположения и ориентации дефекта;

- взаимного направления намагничивающего поля и дефекта;

- свойств дефектоскопического материала;

- способа нанесения дефектоскопического материала на поверхность детали;

- способа и условий регистрации индикаторного рисунка выявляемого дефекта. Этим методом обнаруживаются дефекты:

- поверхностные с шириной раскрытия у поверхности 0,002 мм и более, глубиной 0,01 мм и более;

- подповерхностные, лежащие на глубине до 2 мм;

- внутренние (больших размеров), лежащие на глубине более 2 мм;

- под различного рода покрытиями, но при условии, что толщина немагнитного покрытия не более 0,25 мм.

ГОСТ 21105-87 устанавливает три условных уровня чувствительности в зависимости от размеров выявляемых поверхностных дефектов.

Уровни чувствительности названы условными потому, что они определены для условных поверхностных дефектов, имеющих вид трещин с параллельными стенками, перпендикулярными поверхности детали.

Чувствительность магнитопорошкового метода контроля в значительной мере зависит от шероховатости поверхности контролируемой детали. Максимальная чувствительность метода может быть получена при контроле детали с шероховатостью, соответствующей параметру Rа = 1,25…2,5 мкм. С увеличением шероховатости чувствительность метода снижается.

В случае контроля деталей, имеющих большую шероховатость или склонных к образованию дефектов, глубоко залегающих под поверхностью, применяют крупный порошок, который наносят на поверхность «сухим» способом.

Чувствительность магнитопорошкового метода зависит также от подвижности частиц порошка. Для обеспечения высокой подвижности частиц необходимо применять порошки с частицами неправильной формы. Они должны обладать малой коэрцитивной силой и низкой остаточной намагниченностью для исключения их «прилипания» к контролируемой поверхности. Подвижность частиц магнитного порошка повышают путем их покрытия пигментом с низким коэффициентом зрения.

На чувствительность метода оказывает влияние и род намагничивающего тока при обнаружении подповерхностных дефектов. Предпочтение в этом случае отдается постоянному току, так как он создает магнитное поле, глубоко проникающее внутрь детали (рисунок 3).

Рисунок 3 – Зависимость выявляемости внутренних дефектов от глубины их залегания, способа нанесения магнитного порошка, величины и рода намагничивающего тока: 1- «мокрый» 2 – «сухой» способы на переменном токе; 3- «мокрый» и 4 – «сухой» способы на постоянном токе.

Следует также иметь в виду, что при обнаружении подповерхностных дефектов более высокая чувствительность может быть достигнута путем применения «сухого» способа, по сравнению с «мокрым». Причем для повышения чувствительности «сухого» способа ферромагнитный порошок предварительно распыляют в специальном устройстве, а затем подают по шлангу непосредственно на контролируемую деталь или в закрытую камеру, в которой установлена деталь. Способ нанесения ферромагнитного порошка на поверхность детали может быть реализован и с помощью специального бункера, в котором магнитный порошок находится во взвешенном состоянии. При этом намагниченную деталь погружают в рыхлый порошок, а затем медленно извлекают из него для расшифровки образовавшегося индикаторного рисунка.

Такой способ нанесения магнитного порошка рекомендуется применять и для контроля деталей, имеющих слой немагнитного покрытия, причем чувствительность метода в этом случае зависит от толщины немагнитного покрытия (рисунок 4).

Рисунок 4 – зависимость выявляемости дефектов, имеющих вид трещин, от их глубины и толщины слоя немагнитного покрытия. Заштрихованная область определяет зону неуверенного контроля

Более высокая чувствительность магнитопорошкового метода контроля с применением сухого порошка по сравнению с применением магнитной суспензии объясняется:

- высокой подвижностью ферромагнитных частиц, взвешенных в воздухе, из-за незначительных сил трения, действующих на частицы в этой среде (для перемещения частиц в воздухе требуется гораздо меньшая сила, чем для их перемещения в вязкой среде магнитной суспензии);

- отсутствием гидродинамического воздействия струи суспензии при ее нанесении на деталь или поверхностного натяжения жидкости при извлечении детали из бака с суспензией;

- формированием из ферромагнитных частиц тонких цепочек, которые более чувствительны к магнитным полям рассеяния, чем отдельные частицы.

Перед проведением контроля деталей магнитопорошковым методом необходимо выбрать в каждом конкретном случае:

- способ контроля (в приложенном поле или на остаточном намагничивании);

- вид и способ намагничивания (продольное, циркулярное или комбинированное);

- род намагничивающего тока;

- величину напряженности намагничивающего поля;

- тип порошка и способ его нанесения на контролируемую поверхность детали.

2.5.2 Цветной метод контроля

Цветной метод контроля предназначен для выявления поверхностных дефектов и их протяженности направления и характера распространения. Этот метод позволяет контролировать изделия любых размеров и форм, изготавливаемых из неферромагнитных черных и цветных металлов и сплавов, бетона, пластмасс, стекла, керамики и любых других твердых конструктивных материалов, которые не растворяются и не набухают в дефектоскопических материалах (ДМ).

При проведении контроля на поверхность образца наносят слой подкрашенной проникающей жидкости (чаще всего смесь из 20% скипидара, 80% керосина и 10 г краски «Судан-4» на 1 дм³ жидкости) и выдерживают 15-20 мин. Затем поверхность промывают 50%-ным раствором кальцинированной соды и просушивают. Далее на поверхность шва наносят тонкий слой проявляющей суспензии – раствора каолина в воде или спирте (400 – 500 г каолина на 1 дм³жидкости).

Рисунок 5 - Схема выявления единичной трещины

1 – поверхностный дефект, 2 – нанесенный слой индикаторного пенетранта

При просушке краска диффундирует из дефектов и окрашивает каолин в красный цвет. Для лучшей выявляемости дефектов поверхность шва осматривают дважды: через 3-5 мин и через 20-30 мин.

Частицы каолина обладают хорошими сорбционными свойствами, однако водная каолиновая суспензия плохо смачивает металл, поэтому в неё добавляют эмульгатор – моющее средство типа ОП-7.

Рисунок 6 – Индикаторный след дефекта

3 – проявитель пенетранта, 4 – ширина индикаторного следа дефекта (Х), 5 – контролируемый объект.

Краткие исторические сведения

Контроль с помощью индикаторных жидкостей – один из старейших методов.

Контроль изначально был основан на масляно-меловом способе, т.е. в качестве индикаторной жидкости использовалось масло, в качестве проявителя – мел. Этот метод был недостаточно чувствителен, но использовался для контроля изделий в железнодорожном транспорте.

Из-за неудовлетворенности масляно-меловым методом встала задача – разработать такой же более чувствительный метод для немагнитных материалов. В 1930 г. был открыт магнитопорошковый метод контроля.

В 1941 г. братья Свитцер улучшили этот метод тем, что в качестве проникающей жидкости использовали флюоресцирующие красители. Этот метод стал совершенным.

Преимущества и недостатки цветного метода контроля

Преимущества:

 

1.
высокая чувствительность;

2.
высокая достоверность результатов контроля при правильной технологии контроля;

3.
наглядность результатов контроля;

4.
возможность контроля широких участков деталей или сварных соединений изделий за один прием;

5.
возможность контроля изделий сложной формы практически из любых материалов;

6.
простота и универсальность технологических операций контроля;

7.
относительно невысокая стоимость применяемых ДМ, аппаратного оборудования.

 

Недостатки:

 

1.
возможность определения поверхностных дефектов (в основном) и затруднения при точном определении глубины дефектов;

2.
сложность механизации и автоматизации процесса контроля;

3.
громоздкость стационарного оборудования;

4.
достаточно большая продолжительность контроля;

5.
снижение достоверности результатов контроля при низких температурах;

6.
необходимость тщательной подготовки поверхности к контролю и удаления ДМ после проведения контроля;

7.
токсичность некоторых ДМ для персонала, в связи с этим необходимость использования различных защитных приспособлений и приточно-вятяжной вентиляции в службе НК на данном участке;

8.
ограниченный срок хранения ДМ;

9.
зависимость свойств ДМ от продолжительности хранения и температуры окружающей среды;

10.
субъективность контроля, которая зависит от психофизического состояния и квалификации дефектоскописта, в частности аккуратность, внимательность, добросовестность;

11.
в силу присущей многооперационности, контроль является трудоемким;

12.
обеспечение противопожарной безопасности и защиты персонала от вредного воздействия УФИ.

 

Области применения цветного метода контроля, объекты контроля и выявляемые дефекты

При контроле ответственных изделий в авиастроении, судостроении, энергетическом, машиностроении, химическом, нефтехимическом, транспортном, очень важно в неразрушающем контроле атомных и тепловых электростанций.

Объекты контроля – изделия из металлов, преимущественно неферромагнитных; изделия из неметаллических материалов и композитные изделия любой сложной конфигурации.

Изделия из ферромагнитных материалов контролируют в тех случаях, если имеются трудности с намагничиванием изделий или сложная конфигурация поверхности изделия создает большие градиенты магнитных полей, что затрудняет выявление дефектов.

Различают 5 классов чувствительности:

1 – самый чувствительный, по нему проводят контроль лопаток газотурбинных двигателей в гражданской и военной авиации.

2 – по нему контролируют корпуса и антикоррозионные накладки реакторов, основной металл и сварные соединения трубопроводов.

3 – крепеж (сварные соединения, детали для крепления).

4 – контроль толстостенного литья, подшипники.

5 – самая низкая чувствительность, технологический или ненормируемый контроль.

Технологический процесс

Технологические операции:

 

1.
подготовка объектов к контролю (контролируемой поверхности);

2.
сушка изделий до полного удаления различных растворов или очищающих составов из полостей дефектов;

3.
подготовка ДМ и проверка их качества;

4.
обработка КО дефектоскопическими материалами:

- нанесение на контролируемую поверхность изделий ИП;

- удаление избытка пенетранта с контролируемой поверхности изделий;

- удаление очищающих составов с контролируемой поверхности;

- сушка поверхности КО;

- нанесение на поверхность проявителя пенетранта;

 

5.
проявление дефектов;

6.
осмотр и обнаружение дефектов видимым или длинноволновым УФИ;

7.
расшифровка и анализ результатов контроля

8.
подготовка поверхности КОк эксплуатации (очистка поверхности от ДМ).

 

Технологические режимы операции контроля (а именно продолжительность контроля , температурного контроля Т, давления р, интенсивности внешних физических воздействий) устанавливают в зависимости от:

 

1.
требуемого класса чувствительности контроля;

2.
используемого набора ДМ;

3.
особенностей КО;

4.
типа искомых дефектов;

5.
типа аппаратуры контроля;

6.
условий контроля (контроль может быть массовый, протекать в условиях ремонтного материала, в полевых условиях, а монтажных условиях, условиях демонтажа и др.).

Существует несколько способов очистки контролируемой поверхности и полостей дефектов:

 

• 
  Промывка – очистка промывкой и протиркой с применением воды, моющих составов и легколетучих жидких растворителей;
• 
  Паровое обезжиривание – очистка в парах органических растворителей;
• 
  Механическая очистка – Очистка струей абразивного материала или механической обработкой поверхности (шлифование, полирование, зачистка металлической щеткой и т.п.);
• 
  Химическая очистка – очистка химическими реактивами;
• 
  Электрохимическая очистка – очистка травильными составами с одновременным воздействием электрического тока;
• 
  Ультразвуковая очистка – очистка жидкими растворителями с использованием ультразвукового воздействия;
• 
  Анодно-звуковая очистка – Очистка водными составами с одновременным воздействием ультразвука и электрического тока;
• 
  Сушка – очистка выдержкой на воздухе или прогревом при условиях, не вызывающих недопустимых изменений свойств материала контролируемого объекта и окисления его поверхности (в вакууме, в среде инертного газа и т.д.).

Также существуют несколько способов заполнения полостей дефектов проникающей жидкости.

Капиллярный способ – самопроизвольное заполнение полостей дефектов проникающей жидкостью, наносимой на контролируемую поверхность смазыванием, погружением, струйно, распылением с помощью сжатого воздуха, фреона или инертного газа.

Вакуумный - заполнение полостей дефектов проникающей жидкостью при пониженном давлении в полостях.

Компрессионный – заполнение полостей дефектов проникающей жидкостью при воздействии на неё повышенного давления.

Ультразвуковой - заполнение полостей дефектов проникающей жидкостью при воздействии на неё ультразвуковых колебаний.

Деформационный - заполнение полостей дефектов проникающей жидкостью при воздействии на объект контроля упругих колебаний звуковой частоты или статического нагружения, увеличивающего ширину раскрытия трещин.

Осмотр деталей при цветном методе контроля проводят в три этапа. Сначала визуально проверяют качество нанесения проявителя, затем проводят общий осмотр поверхности для обнаружения рисунка дефектов, после этого анализируют выявленный индикаторный рисунок.соединений». 4.4. Выполнять 2.6 Разработка методики осуществления учебных действий на занятии

Таблица 7 - Планирование действий преподавателя и учащихся на лабораторной работе №1

Структурный элемент урока	План деятельности преподавателя	Деятельность учащихся	Время этапа урока мин
1.Организационный момент 2. Мотивация учащихся 3.Актуализация опорных знаний 4. Вводный инструктаж 5.Проведение лабораторной работы. 6. Заключительный инструктаж. Сбор работ. 7. Выдача домашнего задания	1. Проверка присутствия учащихся. Распределение методических указаний, материалов, приспособлений, инструментов. Ознакомление с темой и целью урока. Опрос учащихся: 1.На чем основан метод магнитопорошкового контроля? 2.Под каким углом выявление дефекта лучше? 3.Назовите способы проведения магнитопорошкового контроля. 4.Назовите несколько факторов, влияющих на чувствительность контроля. Показ и объяснение выполняемой работы. Напоминание о технике безопасности. Наблюдение за ходом работы и дисциплиной труда. Текущий инструктаж. Подведение итогов занятия. Определение выводов по данной работе. Обсуждение, оценка работ. Прочитать параграф «Способы контроля сварных соединений» учебного пособия Герасименко	Готовятся к проведению занятия. Записывают тему и цель урока. Учащиеся отвечают на вопросы Учащиеся при этом слушают, наблюдают, ведут конспект Учащиеся выполняют задания согласно методическим указаниям Записывают результаты и выводы проведенной работы. Оформляют отчет. Сравнение и анализ своей работы с работами учащихся. Учащиеся при этом слушают и записывают.	10 5 10 10 30 15 10

 

Таблица 8 - Планирование действий преподавателя и учащихся на лабораторной работе №2

Структурный элемент урока	План деятельности преподавателя	Деятельность учащихся	Время этапа урока мин
1.Организационный момент 2. Мотивация учащихся 3.Актуализация опорных знаний 4. Вводный инструктаж 5.Проведение лабораторной работы. 6. Заключительный инструктаж. Сбор работ. 7. Выдача домашнего задания	2. Проверка присутствия учащихся. Распределение методических указаний, материалов, приспособлений, инструментов. Ознакомление с темой и целью урока. Опрос учащихся: 1.В чем сущность цветного метода контроля? 2.Как подготовить поверхность к проведению контроля? 3.Назовите способы проведения цветного метода контроля. 4.В чем преимущества цветного метода контроля? Показ и объяснение выполняемой работы. Напоминание о технике безопасности. Наблюдение за ходом работы и дисциплиной труда. Текущий инструктаж. Подведение итогов занятия. Определение выводов по данной работе. Обсуждение, оценка работ. Прочитать параграф «Способы капиллярного контроля сварных соединений» учебного пособия Л.А.Колганова	Готовятся к проведению занятия. Записывают тему и цель урока. Учащиеся отвечают на вопросы Учащиеся при этом слушают, наблюдают, ведут конспект Учащиеся выполняют задания согласно методическим указаниям Записывают результаты и выводы проведенной работы. Оформляют отчет. Сравнение и анализ своей работы с работами учащихся. Учащиеся при этом слушают и записывают.	10 3 15 12 35 20 5

 

2.7 Разработка тестов для выявления уровня сформированных знаний