Метод магнитной дефектоскопии для обнаружения дефектов в ферромагнитных материалах.

Введение

Неразрушающий метод, используемый для выявления дефектов в ферромагнитных материалах.

Магнитопорошковая дефектоскопия (MPI) – это неразрушающий метод контроля, в котором используется магнитное поле для обнаружения поверхностных и неглубоких подповерхностных дефектов в ферромагнитных материалах. К ферромагнитным материалам относятся железо, никель, кобальт и некоторые их сплавы. В процессе испытания в деталь вводится магнитное поле. Намагничивание детали может осуществляться прямым или косвенным способом. Прямая намагничивание происходит при прохождении электрического тока через контролируемый объект и формировании магнитного поля в материале. Косвенная намагничивание происходит при отсутствии прохождения электрического тока через объект контроля, но при приложении магнитного поля из внешнего источника. Магнитные силовые линии перпендикулярны направлению электрического тока, который может быть переменным (AC) или постоянным (DC) током (выпрямленный AC). Наличие поверхностного или подповерхностного дефекта в материале приводит к рассеянию магнитного потока, поскольку воздух не способен поддерживать такое же магнитное поле на единицу объема, как металлы. Для выявления рассеяния на деталь наносятся ферромагнитные частицы, как в сухом виде, так и в виде влажной суспензии. Они притягиваются к области рассеяния потока, формируя так называемую индикацию, которая оценивается для определения ее характера, причины возникновения и необходимых действий.

Типы используемых электрических токов

Существует несколько типов электрических токов, используемых в магнитопорошковом контроле. Для выбора подходящего тока необходимо учитывать геометрию детали, материал, тип искомого дефекта и требуемую глубину проникновения магнитного поля в деталь. Переменный ток (AC) обычно используется для обнаружения поверхностных дефектов. Использование переменного тока для обнаружения подповерхностных дефектов ограничено из-за так называемого эффекта скин-слоя, при котором ток течет по поверхности детали. Поскольку полярность тока меняется с частотой 50–60 циклов в секунду, он проникает неглубоко в испытуемый объект. Это означает, что магнитные домены будут ориентированы только на глубине, равной глубине проникновения переменного тока в деталь. Глубина проникновения определяется частотой переменного тока. (FWDC) используется для обнаружения подповерхностных дефектов, когда переменный ток не может проникнуть достаточно глубоко для намагничивания детали на требуемую глубину. Степень магнитного проникновения зависит от величины тока, проходящего через деталь. Постоянный ток (DC) также ограничен в эффективности намагничивания деталей с очень большим поперечным сечением. Полуволновой постоянный ток (HWDC, пульсирующий постоянный ток) работает аналогично полноволновому постоянному току, но позволяет обнаруживать дефекты, выходящие на поверхность, и обеспечивает большее магнитное проникновение в деталь, чем FWDC. HWDC выгоден для процесса контроля, поскольку он фактически способствует перемещению магнитных частиц при нанесении их на испытуемый объект. Улучшение подвижности частиц обусловлено полуволновой пульсирующей формой тока. При типичном магнитном импульсе продолжительностью 0,5 секунды используется 15 импульсов тока при использовании HWDC. Это дает частицам больше возможностей для контакта с областями утечки магнитного потока. Электромагнит переменного тока является предпочтительным методом для обнаружения дефектов, выходящих на поверхность. Использование электромагнита для поиска подповерхностных дефектов затруднено. Электромагнит переменного тока лучше подходит для обнаружения поверхностных дефектов, чем HWDC, DC или постоянный магнит, в то время как для подповерхностных дефектов лучше использовать различные формы постоянного тока.

There are several types of electrical currents used in magnetic particle inspection. For a proper current to be selected one needs to consider the part geometry, material, the type of discontinuity one is seeking, and how far the magnetic field needs to penetrate into the part. Alternating current (AC) is commonly used to detect surface discontinuities. Using AC to detect subsurface discontinuities is limited due to what is known as the skin effect, where the current runs along the surface of the part. Because the current alternates in polarity at 50 to 60 cycles per second it does not penetrate much past the surface of the test object. This means the magnetic domains will only be aligned equal to the distance AC current penetration into the part. The frequency of the alternating current determines how deep the penetration. (FWDC) is used to detect subsurface discontinuities where AC can not penetrate deep enough to magnetize the part at the depth needed. The amount of magnetic penetration depends on the amount of current through the part. DC is also limited on very large cross sectional parts in terms of how effectively it will magnetize the part. Half wave DC (HWDC, pulsating DC) works similar to full wave DC, but allows for detection of surface breaking indications and has more magnetic penetration into the part than FWDC. HWDC is advantageous for inspection process as it actually helps move the magnetic particles during the bathing of the test object. The aid in particle mobility is caused by the half wave pulsating current waveform. In a typical mag pulse of 0.5 seconds there are 15 pulses of current using HWDC. This gives the particle more of an opportunity to come in contact with areas of magnetic flux leakage. An AC electromagnet is the preferred method for find surface breaking indication. The use of an electromagnet to find subsurface indications is difficult. An AC electromagnet is a better means to detect a surface indication than HWDC, DC, or permanent magnet, while some form of DC is better for subsurface defects.

Оборудование

Мокрая горизонтальная установка МПИ является наиболее распространенным оборудованием для массового контроля. В установке имеются головной и хвостовой упор, в которые помещается деталь для намагничивания. Между головным и хвостовым упором обычно располагается индукционная катушка, используемая для изменения ориентации магнитного поля на 90° относительно головного упора. Большинство оборудования изготавливается для конкретной задачи. Мобильные источники питания – это специализированные источники намагничивающего тока, применяемые при обмотке проволокой. Магнитный захват – это ручное устройство, создающее магнитное поле между двумя полюсами. Типичные области применения – наружные работы, труднодоступные места и контроль сварных соединений. Недостатком магнитных захватов является то, что они индуцируют магнитное поле только между полюсами, поэтому масштабные проверки с их использованием могут быть трудоемкими. Для корректного контроля необходимо поворачивать захват на 90 градусов для каждой контролируемой области, чтобы выявлять горизонтальные и вертикальные дефекты. Обнаружение дефектов под поверхностью с помощью захвата ограничено. В этих системах используются сухие магнитные порошки, влажные порошки или аэрозоли.

Порошок магнитных частиц

Оксид железа – распространенная частица, используемая для обнаружения трещин, как в сухих, так и во влажных системах. Размер частиц во влажных системах варьируется от менее чем 0,5 микрометра до 10 микрометров и предназначен для использования с водными или масляными носителями. Частицы, используемые во влажных системах, содержат пигменты, флуоресцирующие при длине волны 365 нм (ультрафиолетовое излучение А), что требует интенсивности 1000 мкВт/см² (10 Вт/м²) на поверхности детали для проведения надлежащей проверки. Если частицы не освещаются соответствующим светом в темной комнате, их невозможно обнаружить или увидеть. В промышленности принято использовать ультрафиолетовые очки или защитные очки для фильтрации ультрафиолетового света и усиления спектра видимого света (обычно зеленого и желтого), создаваемого флуоресцирующими частицами. Зеленая и желтая флуоресценция выбраны, поскольку человеческий глаз лучше всего воспринимает эти цвета. Размер сухих порошковых частиц варьируется от 5 до 170 микрометров, и они предназначены для визуального контроля в условиях белого света. Эти частицы не предназначены для использования во влажной среде. Сухие порошки обычно наносятся с помощью ручных пневматических аппликаторов. Частицы, наносимые в виде аэрозоля, аналогичны влажным системам и продаются в готовых аэрозольных баллончиках, похожих на лак для волос.

Магнитные носители частиц

Общепринятой практикой в отрасли является использование специально разработанных масляных и водных сред для магнитных частиц. Дезодорированный керосин и уайт-спирит не применяются в отрасли уже 40 лет. Использование керосина или уайт-спирита в качестве среды опасно из-за пожароопасности.