Файл: Руководство по разработке технологической карты по магнитопорошковому контролю, приведены тесты для подготовки к сдаче экзаменов по магнитному контролю.pdf

3.5. Образование поля дефекта при намагничивании объекта
контроля
Как образуется магнитное поле рассеяния над дефектом сплошности
ферромагнитного объекта?
При намагничивании ферромагнитной детали, имеющей нарушение сплошности, часть магнитного потока (вследствие сильного локального уменьшения магнитной проницаемости) выходит за пределы детали, огибая дефект и образуя магнитное поле рассеяния над ним (рис. 3.16). При этом на поверхности детали в окрестностях дефекта образуются местные магнитные полюсы
N и S. После снятия внешнего магнитного поля эти магнитные полюсы и магнитное поле над дефектом (вследствие остаточной намагниченности объекта) остаются.
H
0
Рис. 3.16. Образование поля рассеяния дефекта при намагничивании объекта контроля
Магнитное поле над дефектом называют
полем рассеяния. Проходя в бездефектной части детали, магнитный поток не меняет своего направления.
Если деталь изготовлена из неферромагнитного металла, в котором магнитные проницаемости металла и дефекта близки, то магнитные потоки рассеяния не образуются и магнитная дефектоскопия неприменима.
Зависит ли характер поля дефекта от того, выходит несплошность на
поверхность объекта контроля или нет?
Экспериментально установлено, что характер поля рассеяния дефекта существенно зависит от того, выходит несплошность на поверхность или нет.
Поэтому свойства наружных (поверхностных и подповерхностных) и внут- ренних дефектов сплошности сильно отличаются.
Что понимают под напряженностью поля дефекта?
Под напряженностью поля дефекта понимают разность полного и приложенного внешнего поля в конкретном месте объекта контроля.
109

От чего зависит величина измеренного поля дефекта?
Величина напряженности
измеренного поля дефекта зависит от напря- женности намагничивающего поля, размеров и формы дефекта, глубины его зале- гания, удаленности магнитного преобразователя от поверхности, от ориентации дефекта, магнитных свойств материала контролируемого изделия и т. д.
Как влияет увеличение глубины поверхностного дефекта на вели-
чину его поля?
Увеличение глубины поверхностного дефекта приводит приблизительно к линейному росту тангенциальной (параллельной поверхности изделия) составляющей поля дефекта. Напряженность поля дефекта особенно сильно изменяется вблизи поверхности, причем тем сильнее, чем уже несплошность. Из изложенного следует, что при магнитной дефектоскопии можно значительно ослабить фон помех, обусловленных поверхностными неровностями намагни- ченного объекта, если удалить магнитный преобразователь от скани- руемой поверхности.
Какова особенность формирования магнитного поля протяженного
дефекта, ориентированного под углом к внешнему приложенному полю?
Поле над протяженным дефектом, продольная ось которого направлена под углом к внешнему полю, претерпевает «преломление» и ориентируется по нормали к наибольшему размеру дефекта. С увеличением угла между вектором напряженности приложенного поля и нормалью к направлению распространения дефекта поле дефекта резко спадает.
Как влияет режим намагничивания на формирование поля наружного
и внутреннего дефекта?
Поле наружного дефекта появляется при очень малой намагниченности
(близкой к нулю) и с увеличением напряженности намагничивающего поля увеличивается.
Поле внутреннего дефекта становится заметным только при некото- ром пороговом значении
0
Н тем большем, чем толще покрывающий дефект слой металла.
Как влияет форма внутреннего дефекта большого раскрытия на
величину и топографию его поля?
Для внутренних несплошностей достаточно большого раскрытия величина и топография поля дефекта слабо связаны с формой дефекта при постоянстве площади его поперечного сечения.
110

Как влияет глубина залегания внутреннего дефекта на напряженность
его поля?
Экспериментально установлено, что напряженность поля внутреннего дефекта изменяется обратно пропорционально квадрату глубины залегания в слабых магнитных полях и обратно пропорционально глубине залегания в сильных полях. Приближение дефекта к внутренней относительно преобразователя поверхности изделия усиливает его поле, что нарушает установленную выше закономерность. Свойства внутренних дефектов и дефектов внутренней поверхности схожи.
Магнитное поле наружного или внутреннего дефекта убывает быстрее
при удалении от поверхности объекта контроля?
При удалении от поверхности объекта контроля магнитное поле наружного по отношению к преобразователю дефекта убывает быстрее. Это свойство полей дефектов используется для отстройки от помех, обусловленных поверхностными неровностями, при дефектоскопии объектов. Количество помех значительно уменьшается, если магнитный преобразователь (или магнитную ленту) расположить на некотором удалении от поверхности объекта.
Чем обнаруживают магнитные поля рассеяния дефектов при
различных методах неразрушающего контроля?
Магнитные поля рассеяния дефектов обнаруживают с помощью различных магнитных преобразователей и индикаторов магнитных полей. В частности, для этих целей может применяться пленка, визуализирующая магнитные поля. На ней в зависимости от угла наблюдения индикаторный рисунок протяженного дефекта может иметь вид светлой полосы, по обе стороны которой располагаются темные полосы, либо прилегающих друг к другу темной и светлой полос.
Какой вид имеют топографии тангенциальной и нормальной
составляющей поля внутреннего дефекта на поверхности ферромагнит-
ной пластины?
Характер изменения тангенциальной и нормальной составляющих поля внутреннего дефекта на поверхности ферромагнитной пластины при намагни- чивании параллельно ее поверхности показан на рис. 3.17 и 3.18. Тангенциальная составляющая напряженности магнитного поля дефекта определяется как разность суперпозиции тангенциальных составляющих магнитных полей и внешнего магнитного поля в тех же точках.
111

Рис. 3.17. Изменение тангенциальной составляющей поля внутреннего дефекта
Рис. 3.18. Характер изменения нормальной составляющей поля внутреннего дефекта
H
τ
d
x
H
n d
x
х
х
d
Н

nd
Н
112

4. МАГНИТОПОРОШКОВЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ
Сущность метода. Область применения. Выявляемые дефекты. Уровни
чувствительности. Требования к шероховатости поверхности. Кинетика
осаждения магнитного порошка над дефектом. Основные операции
магнитопорошковой
дефектоскопии.
Материалы
и
оборудование.
Подготовка к контролю. Способ приложенного поля и способ остаточной
намагниченности. Определение режима намагничивания. Особенности
намагничивания постоянным, переменным и импульсным полем.
Факторы, влияющие на чувствительность магнитопорошкового контроля.
Пути повышения эффективности магнитопорошковой дефектоскопии.
Особенности применения вращающегося магнитного поля. Сухой
магнитный порошок. Магнитные суспензии. Магнитные индикаторные
пакеты. Магнитные пасты. Магнитогумированная паста. Нанесение
дефектоскопического материала на объект контроля. Проверка
дефектоскопических свойств магнитного порошка и суспензии. Осмотр
деталей. Типичные признаки дефектов по картине осаждения магнитного
порошка. Мнимые дефекты. Отстройка от мешающих факторов при
магнитопорошковой дефектоскопии. Способы изготовления дефектограмм.
Стандартные образцы. Контроль деталей сложной формы, пружин, шайб,
сварных швов, литья, зубчатых колес, лопаток турбин и объектов в
процессе их эксплуатации. Организация ремонта дефектных объектов.
Магнитопорошковые дефектоскопы. Требования, предъявляемые к
участку магнитопорошкового контроля на предприятии. Требования
техники безопасности при магнитопорошковой дефектоскопии.
4.1. Сущность метода. Область применения. Выявляемые
дефекты. Уровни чувствительности. Требования к шероховатости
поверхности
4.1.1. Сущность метода
Какой метод контроля называют магнитопорошковым?
Магнитопорошковым методом контроля называют метод, основанный на явлении втягивания частиц ферромагнитного порошка магнитными потоками рассеяния, возникающими над дефектами, в намагниченных объектах.
Скопления магнитного порошка над дефектами называют
индикаторными
рисунками дефектов. Индикаторные рисунки повторяют очертания обнару- женных несплошностей в контролируемом ферромагнитном изделии [1].
113

В каких отраслях народного хозяйства применяют магнито-
порошковый метод контроля?
Магнитопорошковый метод контроля нашел широкое применение в энергетике, авиации, железнодорожном транспорте, химическом машинострое- нии, судостроении, автомобильной и многих других отраслях промышленности.
Объектами контроля являются полуфабрикаты-отливки, поковки, прокат, заготовки, детали на промежуточных стадиях изготовления, готовые детали, детали и узлы, восстановленные на ремонтных предприятиях, объекты, бывшие в эксплуатации и контролируемые при техническом обслуживании и ремонте, включая и те, которые контролируют в узлах без демонтажа.
Какие основные нормативные документы регламентируют применение
магнитопорошкового метода для контроля ферромагнитных объектов?
ГОСТ 21105–87, который распространяется на контроль деталей, изделий и полуфабрикатов из ферромагнитных материалов с
максимальной относительной магнитной проницаемостью не менее 40, а также отраслевые норматив- ные документы.
СТБ ЕН 12062–2004. Контроль неразрушающий сварных соединений.
Общие требования для металлов.
СТБ ISO 5817–2009. Соединения стали, никеля, титана и их сплавов, выполненные сваркой плавлением (кроме лучевой сварки). Уровни качества шва в зависимости от дефектов.
Термины и их определения, касающиеся неразрушающего контроля, содержатся в ГОСТ 24450–80.
Для обнаружения каких дефектов применяют магнитопорошковый
метод контроля?
Магнитопорошковый метод контроля предназначен для обнаружения поверхностных и подповерхностных нарушений сплошности: трещин, волосовин, непроваров сварных соединений, флокенов, закатов надрывов, неметаллических включений и т. п. Метод может быть использован для дефектоскопии объектов с немагнитными покрытиями. В процессе контроля выявляются дефекты сплошности шириной не менее 0,001 мм, глубиной 0,01 мм и длиной 0,5 мм и более. Увеличение протяженности дефекта не приводит к улучшению его выявляемости. При постоянной ширине лучше обнаруживаются трещины большей глубины.
Могут быть обнаружены и достаточно крупные нарушения сплош- ности металла (непровары, поры, шлаковые включения и другие величиной не менее 1,5...3 мм), расположенные на глубине до 5...6 мм от поверхности.
Лучше всего выявляются трещины, ориентированные под углом
  90°
114

к направлению намагничивающего поля. Чем меньше
, тем хуже обнаруживаются протяженные дефекты.
Угол
 наклона плоских дефектов к контролируемой поверхности почти не влияет на выявляемость, если
 больше 45°. При меньших углах дефекты выявляются хуже, а если
  °, то дефекты выявляются ненадежно или вообще не обнаруживаются.
Дефекты округлой формы создают слабые магнитные поля рассеяния при контроле и обнаруживаются неудовлетворительно [2–5].
Какие условные уровни чувствительности установлены при
магнитопорошковой дефектоскопии?
В зависимости от размеров выявляемых дефектов при магнитопорошковой дефектоскопии (МПД) установлено три условных уровня чувствительности для дефектов с минимальным раскрытием
: А,если = 2,0мкм Б,если = 10мкм


если = мкм

Минимальная протяженность дефекта – 0,5 мм. Считается, что глубина несплошности в 10 раз превышает ее ширину. Требуемый уровень чувствительности задается техническими условиями на объект контроля.
Поэтому, если, например, применяемая технология контроля позволяет обна- ружить дефект раскрытием 15 мкм, то достигается уровень чувствительности
В и не достигаются
А и Б. Уровни чувствительности названы условными потому, что они определены для идеальных дефектов в форме щели с параллельными стенками, перпендикулярными поверхности детали [1].
При какой шероховатости поверхности достигаются уровни чувст-
вительности А, Б и В?
Условный уровень чувствительности
А достигается при параметре шероховатости контролируемой поверхности
Rа  2,5 мкм, уровни чувстви- тельности
Б и В – при Rа  10 мкм. При выявлении подповерхностных
дефектов, а также при Rа > 10 мкм чувствительность метода снижается и условный уровень чувствительности
не нормируется. При контроле изделий с немагнитными покрытиями с увеличением толщины покрытия чувстви- тельность метода понижается.
С ростом шероховатости поверхности чувствительность метода падает из-за появления фона магнитного порошка. Снизить фон от частиц магнитного порошка можно, уменьшив напряженность намагничивающего поля, однако это приводит к снижению чувствительности метода [1].
115

4.2. Кинетика осаждения магнитного порошка над дефектом
Под действием каких сил уединенные частицы магнитного порошка
скапливаются над дефектами сплошности?
Уединенные частицы магнитного порошка скапливаются над дефектами под действием равнодействующей
R пондеромоторной силы
з
F , силы тяжес- ти
G и архимедовой силы
А
F , силы трения и вязкости жидкости
mp
F
(рис. 4.1).
Рис. 4.1. Силы, действующие на уединенную частицу магнитного порошка вблизи дефекта
Если частицы не являются уединенными (например, соединены в цепочку), то к перечисленным выше силам добавляются силы электростатического и магнитного взаимодействия, возникающие между частицами.

где
H – напряженность поля;

dx
dH
градиент напряженности поля;
V – объем частицы;

 – магнитная восприимчивость частицы,






N
1
;
1
r
    ,
(где
r
 – относительная магнитная проницаемость вещества;
N – коэффициент размагничивания частицы);
2 2
2 3
λ ln(λ
λ
1)
λ
1
,
( λ
1)
N

 



где

– отношение длины
l ферромагнитной частицы к наибольшему ее поперечному размеру
d,

=
1

d
l
Для бесконечно длинного цилиндра, ось которого перпендикулярна вектору напряженности магнитного поля,
N =
1 2
, для цилиндра бесконечной длины, ось которого совпадает с вектором
Н, N = 0 и 

=
. Для шара
N =
1 3
, и, следовательно, даже при
 =

магнитная восприимчивость тела шаро- образной формы не может превышать 3. Таким образом, наибольшая пондеромоторная сила при прочих равных условиях будет действовать на тонкие длинные тела, а наименьшая – на объекты шарообразной формы. Изложенное справедливо, если в неоднородном магнитном поле находится вся протяженная частица, а не ее часть. По этой причине наиболее интенсивно над трещинами скапливаются короткие цепочки магнитных частиц. Шарообразные частицы обладают малой подвижностью.
Какова кинетика осаждения магнитного порошка, находящегося
в суспензии, над трещиной?
При магнитопорошковом контроле в суспензии может происходить коагуляция двух типов:
магнитно-поляризационная – соединение частиц в цепочки как магнитных диполей;
молекулярная автокоагуляция – соединение частиц в хлопья, агрегаты и т. д. Магнитная коагуляция частиц происходит следующим образом. Сначала к более крупным частицам притягиваются более мелкие, попавшие в сферу притяжения крупных частиц. Затем под действием магнитных сил эти частицы образуют цепочки, которые вытягиваются в направлении поля. Вблизи трещины один конец такой цепочки будет находиться в поле большей напряженности и градиента, чем другой. Это вызовет появление силы, которая стремится затянуть цепочку к месту расположения дефекта.
Массу магнитного порошка, накопившегося над трещиной, можно опреде- лить по формуле
117