Определение дефектности изделий магнитопорошковым методом контроля

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Магнитопорошковый метод является одним из самых  чувствительных, надежных и производительных методов неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов в процессе их производства и эксплуатации и предназначен для выявления поверхностных и подповерхностных нарушений сплошности металла (трещины различного происхождения, волосовины, непровар сварных соединений).

Магнитопорошковый метод неразрушающего контроля основан  на явлении притяжения частиц магнитного порошка магнитными потоками рассеяния, возникающими над дефектами в  намагниченных объектах контроля.

Метод позволяет  выявлять дефекты типа тонких поверхностных и неглубоко залегающих подповерхностных нарушений сплошности: волосовин, трещин (закалочных, усталостных, шлифовочных, сварочных, литейных), расслоений, непроваров, флокенов, закатов, надрывов и т. п.

При намагничивании детали, имеющей дефекты сплошности на поверхности, над ними возникают поля рассеяния, магнитное поле становится неоднородным. Намагничивающее поле и магнитное поле рассеяния над дефектом показано на рисунке 1.

 

Рисунок 1 −  Намагничивающее поле и магнитное поле рассеяния над дефектом

Магнитный порошок  представляют собой ферромагнитные частички. Попадая в поле рассеяния  дефекта,  каждая частичка порошка  превращается в элементарный магнит, на который действует сила, стремящаяся  переместить его в область наибольшего градиента магнитного поля, то есть к дефекту. В результате перемещения частиц, попавших в поле рассеяния дефекта, образуется индикаторный след дефекта.

Наличие и протяженность  индикаторных рисунков, вызванных полями рассеяния дефектов, можно регистрировать визуально или автоматическими устройствами обработки изображения.

Магнитопорошковый контроль 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. Магнитопорошковый метод контроля имеет высокую производительность, наглядность результатов контроля и высокую чувствительность. При правильной технологии контроля деталей этим методом обнаруживаются трещины усталости и другие дефекты в начальной стадии их появления.

Области применения магнитопорошкового контроля:

− детали и узлы, бывшие в эксплуатации при ремонте и обслуживании;

− детали и узлы, изготовленные или восстановленные при ремонте;

− детали на промежуточных стадиях изготовления (литье, ковка, штамповка);

− элементы строительных конструкций, протяженных объектов (трубы) [1].

 

 

1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ

 

Контролируемым  изделием является горячекатаная бесшовная труба, выполненная по ГОСТ 8732-78 «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные». На рисунке 2 изображено контролируемое изделие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Горячекатаная бесшовная труба

 

Размеры контролируемой трубы: наружный диаметр трубы составляет 70 мм, толщина стенки 3,5 мм, длина 6000 мм [2]. Труба изготовлена из стали марки 30ХМ, химический состав которой приведен в таблице 1.

Таблица 1 –  Химический состав стали марки 30ХМ.

Название химического  элемента	Содержание  химического элемента, %
Углерод (C)	0,26 – 0,34
Кремний (Si)	0,17 – 0,37
Марганец (Mn)	0,4 – 0,7
Хром (Cr)	0,8 – 1,1
Никель (Ni)	до   0,3
Молибден (Mo)	0,15 – 0,25
Сера (S)	до   0,035
Фосфор (P)	до   0,035
Медь (Cu)	до   0,3

 

2. КОНТРОЛЬ ДЕФЕКТНОСТИ ИЗДЕЛИЯ

1. Технологические операции магнитопорошкового контроля

 

Магнитопорошковый метод контроля включает следующие  технологические операции:

• подготовка к контролю;
• выбор дефектоскопического материала;
• выбор необходимого уровня чувствительности;
• выбор способа контроля;
• намагничивание изделия;
• нанесение дефектоскопического материала на контролируемое изделие;
• осмотр контролируемой поверхности и регистрация индикаторных рисунков дефектов; 
• оценка результатов контроля;
• размагничивание изделия [3].

2. Подготовка объекта к контролю

 

Данная технологическая операция проводится для обеспечения эффективности контроля. Для этого используются моющие средства, растворители, щетки, наждачная бумага. Контролируемые и контактные поверхности детали очищают от коррозии, грязи, остаток окалины, инородных частиц и масляных загрязнений до металла любым методом. После очистки поверхности трубы, следует его просушка. Осуществляется сжатым воздухом (обдуванием контролируемой поверхности изделия струей).На контролируемом участке трубы необходимо разметить зоны контроля. Наждачной бумагой следует произвести зачистку наконечников электроконтактов, тщательно удалить загрязнения с мест их установки.

 В перечень  подготовительных работ входят:

• демонтажно-монтажные работы;
• очистка поверхности;
• просушка поверхности;
• зачистка мест электрического контакта;
• нанесение краски;
• снятие электростатических зарядов с проверяемой детали [4].

3. Выбор дефектоскопического материала

 

После очистки  поверхности трубы наносят магнитный индикатор (сухой магнитный порошок, магнитная суспензия и магнитогуммированная паста).

В зависимости  от состояния контролируемой поверхности (её цвета и шероховатости), магнитных свойств материала и требуемой чувствительности контроля используют магнитные порошки, имеющие естественную окраску, а также цветные и люминесцентные.

Индикаторное  средство для магнитопорошкового контроля должно быть ферромагнитным и по возможности лучше контрастировать по цвету с поверхностью заготовки. Поверхность трубы светлая, поэтому для проведения контроля выбран черный магнитный порошок для магнитопорошковой дефектоскопии (ТУ 6-36-0158-00165-1009-93).

4. Выбор необходимого уровня чувствительности

 

Чувствительность  магнитопорошкового метода определяется магнитными характеристиками материала  объекта контроля, его формой, размерами  и шероховатостью поверхности, напряженностью намагничивающего поля, местоположением и ориентацией дефектов, взаимным направлением намагничивающего поля и дефекта, свойствами дефектоскопического материала, способом его нанесения на объект контроля, а также способом и условиями регистрации индикаторного рисунка выявляемых дефектов.

Чувствительность контроля магнитопорошковым методом характеризуется  минимальными размерами выявленного  дефекта типа трещина, в поле рассеяния  которого может сформироваться индикаторный след магнитного порошка, различимый при визуальном осмотре.

Магнитопорошковый контроль наиболее распространен для выявления  поверхностных трещин, усредненные  параметры которых превышают  следующие значения: раскрытие – 0,001 мм, глубина – 0,01 мм, протяженность − 0,5 мм. Данный уровень чувствительности соответствует условному уровню чувствительности “Б”, при котором минимальная ширина условного дефекта составляет 10 мкм, а минимальная протяженность условного дефекта – 500 мкм [3].

5. Выбор способа контроля

 

В зависимости от магнитных свойств материала, формы и размеров контролируемой детали, требуемой чувствительности контроля, наличия на ней немагнитного покрытия применяют два способа магнитопорошкового метода контроля:

• способ приложенного поля (СПП);
• способ остаточной намагниченности (СОН).

СПП можно применять  при контроле деталей, коэрцитивная сила H_c материала которых менее 10 А/см.

СОН применяют  при контроле объектов из магнитотвердых материалов с коэрцитивной силой H_c 10 А/см.

Контроль будет  проводится способом приложенного поля (СПП), так как  коэрцитивная сила H_c=8,5 А/см.

При контроле СПП операции намагничивания и нанесение на объект контроля магнитной суспензии выполняют одновременно. В процессе испытаний намагничивающее поле продолжают поддерживать даже после прекращения нанесения магнитного порошка. В это же самое время происходит формирование индикаторного следа дефекта. Осмотр контролируемой поверхности производят как в процессе, так и после прекращения намагничивания.

Контроль способом приложенного поля не всегда обеспечивает более высокую чувствительность, чем контроль способом остаточной намагниченности, так как в приложенном поле при контроле деталей с ярко выраженной структурой, порошок осаждается по волокнам металла в местах структурной неоднородности, в местах грубой обработки поверхности и резкого изменения геометрии проверяемой поверхности.

6. Намагничивание объекта контроля 

К режимам намагничивания относят:

• напряженность намагничивающего поля, А/см;

• силу намагничивающего тока, А;

• вид тока.

Для создания магнитного поля рассеяния над дефектом необходимо, прежде всего, намагнитить деталь так, чтобы вектор магнитной индукции был направлен перпендикулярно  плоскости предполагаемых дефектов. В общем случае ориентация дефектов относительно продольной оси детали может быть различной, поэтому для контроля применяют различные виды намагничивания, создающие магнитные поля разного направления, что позволяет выявлять дефекты любой ориентации.

При магнитопорошковом методе контроля обычно используют три вида намагничивания: циркулярный, продольный (полюсной) и комбинированный.

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

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

Комбинированный – это такой вид намагничивания, при котором деталь находится  под воздействием двух или более магнитных полей разного направления.

Для нашего случая выбираем циркулярный вид намагничивания. Данный способ служит для выявления  дефектов, направление которых перпендикулярно  направлению приложенного магнитного поля или составляет угол не более 30º  с направлением силовых линий поля. Циркулярное намагничивание будет проводиться путем пропускания тока по контролируемому участку трубы  с помощью электроконтактов. Схема циркулярного намагничивания данным способом приведена на рисунке 3.

 

Рисунок 3 − Схема циркулярного намагничивания путем пропускания тока по участку детали с помощью электроконтактов

 

 

 

 

Схема расположения контролируемого участка при  данном способе намагничивания приведена  на рисунке 4.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 − Схема расположения контролируемого участка при циркулярном намагничивании с применением электроконтактов (с − ширина контролируемой зоны;  l − расстояние между электроконтактами).

 

Очень важным моментом определения дефектности изделий  магнитопорошковым методом контроля является правильный выбор тока, используемого для намагничивания деталей, так как надежность контроля сильно зависит от вида, направления и силы электрического тока, порождающего магнитное поле. Выбор тока зависит от того, какие дефекты предполагается выявлять. Так как будем выявлять поверхностные дефекты, то используем переменный ток. Переменный ток не проникает вглубь металла. Это дает двойное преимущество при контроле: