Магнитная дефектоскопия

Одними из видов неразрушающего контроля сварных швов стальных трубопроводов являются методы магнитной дефектоскопии. Эти методы позволяют обнаружить внутренние и поверхностные дефекты сварных швов, однако их применимость ограничена исключительно металлами, обладающими способностью намагничиваться. Аппаратура для магнитоскопии способна выявить свищи, трещины, шлаковые включения и др., даже самых небольших размеров. При контроле качества сварных соединений изделий из ферромагнитных сплавов могут применяться дефектоскопы, использующие магнитопорошковый, магнитографический или индукционный способы.

Принципы действия магнитных дефектоскопов

Методы магнитоскопии применяются для выявления в металлических изделиях дефектов – трещин, раковин, шлаковых включений, расположенных в поверхностной зоне. Эти методы основаны на эффекте фиксации индукционного поля на поверхности дефектного изделия при прохождении через него магнитного потока. В месте расположения дефекта возникают его возмущения, вследствие чего силовые линии магнитного поля огибают это место, оконтуривая дефектную зону в месте сварного соединения. Для выявления дефектных мест, расположенных параллельно потоку силовых линий, операции по контролю шва производятся дефектоскопом в нескольких направлениях.

Основной принцип магнитоскопии заключается в намагничивании контролируемых сварных швов, в результате чего в местах расположения брака образуется локальное магнитное поле с характерным рассеиванием, которое улавливается дефектоскопом. Для намагничивания:

• используется постоянный магнит;
• создается электромагнитное поле за счет пропуска постоянного тока через обмотку.

В зависимости от способа намагничивания металла и способа регистрации рассеивания магнитного поля существуют различные виды магнитоскопии сварных швов.

Способы магнитоскопии

В зависимости от изделия и типа выявляемых дефектных мест соединений, могут использоваться дефектоскопы, использующие следующие способы:

• магнитопорошковый способ, когда для фиксации расположения силовых линий используется ферромагнитный порошок в сухом виде, в виде водной эмульсии порошка или его маслянистой суспензии. В первом случае порошок распределяется по верхней плоскости. Во втором – частички фиксируются под небольшим углом наклона. В третьем – суспензия будет обволакивать контролируемый участок. Под воздействием индукционного поля порошок создает рисунок силовых линий с максимальным скоплением над дефектным местом. Для контроля необходима гладкая плоскость с выровненным валиком сварного шва. В качестве порошка используется закись железа или измельченная железная окалина, которая наносится распылителем или мелким ситом.

  Точность измерения дефектоскопом брака в контролируемых изделиях зависит от нескольких параметров, в частности от:

  • фракции ферромагнитного порошка;
  • консистенции наносимой смеси;
  • способа намагничивания;
  • ориентации дефектов относительно силовых линий магнитного поля;
  • степени подготовленности зоны контроля;
  • вида брака.

  Магнитопорошковый способ контроля эффективен при выявлении поверхностных трещин, расслоений, пустот, мест соединений с шириной раскрытия до 2 мкм, расположенных на глубине до 2 мм;

• магнитографический способ, в ходе которого картина рассеивания силовых линий индукционного поля фиксируется при помощи дефектоскопа с чувствительной лентой на триацетатной или лавсановой основе с ферромагнитным напылением. При использовании этого метода размагниченная лента располагается на предварительно очищенной и обезжиренной поверхности контролируемого объекта. При воздействии магнитного поля на проверяемый шов, на пленке, соединенной с изделием резиновым уплотнителем, фиксируется рассеивание поля, т.е. места расположения брака. Магнитографический метод эффективен для выявления макродефектов сварных швов толщиной от 12 до 25 мм. Он применяется преимущественно для выявления дефектоскопом плоскостных несплошностей сварного шва, расположенных под углом 90° к направлению силовых линий генерируемого поля. Пузыри, раковины, продольные непровары, шлаковые включения редко фиксируются этим методом. Точность результатов зависит от типа и качества магнитолент;

• индукционный способ контроля, для проведения которого на контролируемый объект (сварной шов металлоконструкции или трубопровода) устанавливается электромагнит, запитанный от сети переменного тока. За счет образуемого переменного электромагнитного потока, возникающего в объекте контроля, образуются переменные вихревые токи, рассеивание которых становится неравномерным в районе брака. Искажение обнаруживается искателем дефектоскопа. Этот способ контроля эффективен при выявлении внутреннего брака, когда искатель перемещается по поверхности контролируемого изделия. При обнаружении дефекта усиливается индукционный ток, который в дефектоскопе преобразуется в звуковой сигнал и поступает на наушники оператора. Одновременно загорается световой индикатор дефектоскопа.

  Такие способы способны выявить структурный брак узлов соединения, влекущий за собой риск возникновения аварийной ситуации. Они используются:

  • при сборке и монтаже сосудов, находящихся под давлением, в т.ч. трубопроводов;
  • при сборке и монтаже несущих металлоконструкций, воспринимающих изгибающих нагрузки и усилия кручения;
  • при сварке узлов и агрегатов машин и механизмов.

Чаще всего дефектоскопы, использующие способы магнитоскопии применяются для получения предварительных результатов. Окончательное заключение, как правило, базируется на результатах радиографических способов контроля.

Материалы для магнитоскопии

Для реализации каждого из методов магнитоскопии требуется не только дефектоскопы, но и большой ассортимент расходных материалов. Наиболее востребованы магнитные порошки, сырьем для изготовления которых служат ферромагнитные вещества, чаще всего магнетита или оксида железа (Fe2O3), обладающие черным или буро-красным цветом. Первый используется при контроле деталей светлых тонов, а второй – для дефектоскопии темных изделий. При изготовлении порошка сырье при помощи шаровых мельниц измельчается до получения частиц с зерном величиной 5 – 10 мкм. В зависимости от вида производимой магнитоскопии порошок могут смешивать с:

• алюминием, если требуется порошок светлого цвета;
• люминесцентными порошками, если выполняется дефектоскопия при ультрафиолетовом освещении;
• керосином, водой или минеральным маслом из расчета от 30 до 50 г порошка на 1 л жидкости, если по технологии контроля для дефектоскопии требуется суспензия.

Необходимые по методике магнитоскопии свойства, суспензия получает в результате действия специальных ингредиентов:

• антикоагулянтов, препятствующих слипанию зерен магнитного порошка;
• антикоррозийных добавок, препятствующих коррозии, возникающей в водяных растворах.

Порошки и смеси на их основе производятся в пастообразной форме, а до рабочей консистенции они доводятся непосредственно перед использованием.

В основном магнитные порошки используются для неразрушающего контроля дефектоскопами сварных соединений и конструкций, изготовленных из железа, никеля, кобальта, кадмия и других металлов. Использование порошков позволяет при помощи дефектоскопа выявить трещины, расслоения, надрывы и другие повреждения.

Основы методики магнитной дефектоскопии

Для использования методов магнитоскопии необходимо, чтобы контролируемый объект обладал собственным магнитным полем. Поскольку дефектные места могут иметь различные размеры и ориентацию, намагничивание ведется различными способами. Чаще всего используются методы намагничивания:

• полюсного, когда необходимо выявить трещины, идущие перпендикулярно к поверхности или под углом до 25°. В этом случае контролируемый объект располагают в индукционном электромагнитном поле или между полюсами мощного электромагнита;
• поперечного, при котором электроток проходит через объект контроля либо через вставленный в него немагнитный металлический стержень. В этом случае силовые линии индукционного электромагнитного поля приобретают вид концентрических замкнутых окружностей. При помощи такого метода выявляются дефектные места, расположенные параллельно продольной оси элемента контроля и под углом к поверхности менее 25°;
• комбинированного, проводимом в случае наличия дефектов различной направленности. Метод сочетает полюсной и поперечный методы намагничивания.

Хорошее намагничивание возможно лишь при постоянном воздействии магнитного поля, создаваемое стационарным или мобильным дефектоскопом. Его отдельные узлы предназначены для намагничивания объекта контроля, его осмотр, фиксацию полей рассеивания.

До начала контрольных операций поверхности намагниченных деталей должны быть обработаны. При наличии остаточного магнитного поля, обработка поверхности производится после намагничивания, а при постоянном – намагничивание и обработка поверхности выполняются одновременно. В случае использования порошка, используется распылитель, а для обработки поверхности суспензией деталь либо поливается, либо погружается в ванну, заполненную суспензией. Этот процесс позволяет дефектоскопу визуализировать брак, т.к. оседающий порошок оконтуривает место расположения щели, трещины, несплошности. При этом граница контура превышает истинную величину дефектного места, что позволяет увидеть его невооруженным глазом.

Заключительным этапом магнитоскопии является размагничивание объекта контроля, которое выполняется посредством воздействия на изделие переменного электрического тока.