Что такое магнитопорошковая дефектоскопия сварных швов?

РДИ 38.18.017-94

СОГЛАСОВАНО с Госгортехнадзором РФ письмом N 02-35/313 от 02.06.1997 г.	УТВЕРЖДАЮ / Зам. руководителя Департамента нефтепереработки Минтопэнерго РФ ________________ В.П.Белов 23.06.1994 г.

Директор ВНИКТИнефтехимоборудование к.т.н., с.н.с.	А.Е.Фолиянц
Зам. директора по научной работе, к.т.н., с.н.с.	Н.В.Мартынов
Руководитель лаборатории НМК, руководитель темы, к.т.н., с.н.с.	Б.П.Пилин

Определение и особенности метода

Зная школьный курс физики, несложно представить сущность определения дефектов. Все материалы делятся на две группы: проводящие электроны и диэлектрики. Принцип магнитопорошкового метода неразрушающего контроля основан на искажении рисунка магнитных линий вокруг несплошностей, возникающих при сварке. Если в диффузном слое или зоне термического влияния образуются свищи, трещины, силовые линии меняют направление, огибают препятствия.

На участках с дефектами линии образуют пик, выходящий за пределы детали. Если на местах искажения присутствуют мелкие частицы ферромагнитных материалов, они изменят пространственное положение, сориентируются по направлению силовых линий магнитного поля.

Чем больше неоднородность поля над дефектом, тем сильнее возникающая электромагнитная сила, перемещающая намагниченные частицы. В области дефекта образуются цепочки частиц. Только если несплошность расположена под прямым углом к направлению поля, она не будет видна по положению частиц.

Определение и применение магнитопорошкового метода контроля (МПД)

Магнитопорошковый метод — один из самых распространенных методов неразрушающего контроля стальных деталей. Он 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.

Масштабность применения магнитопорошкового метода объясняется его высокой производительностью, наглядностью результатов контроля и высокой чувствительностью. При правильной технологии контроля деталей этим методом обнаруживаются трещины, усталости и другие дефекты в начальной стадии их появления, когда обнаружить их без специальных средств трудно или невозможно.

Магнитопорошковый метод предназначен для выявления поверхностных и под поверхностных (на глубине до 1,5 … 2 мм) дефектов типа нарушения сплошности материала изделия: трещины, волосовины, расслоения, не проварка стыковых сварных соединений, закатов и т.д.

Технология проведения магнитопорошкового контроля

Последовательность операций для всех сварных соединений одинаковая. Магнитопорошковый метод регламентирован стандартом. Последовательность действий:

1. Подготовка поверхности заключается в очистке шва и зоны термического влияния от окалины, следов ржавчины, загрязнений, следов смазочных материалов. Для четкости контрольного рисунка темные металлы покрывают белой водоэмульсионной краской, слой делают тонким.
2. Для проведения магнитно порошковой дефектоскопии заготовки намагничивают (способы указаны в отдельном разделе). От намагничивания в дефектоскопии зависит чувствительность контроля.
3. Индикатор с ферромагнитными частицами наносится способом, зависящим от типа приборов для дефектоскопии.
4. Осмотр контролируемой области при необходимости проводится с применением оптики и устройств, предусмотренных нормативами.
5. Расшифровка индикаторного рисунка, полученного при магнитопорошковой дефектоскопии, проводится с фиксацией дефектов после неизменного положения индикаторных частиц. Контролер расшифровывает рисунок, сопоставляя его со снимками из атласа дефектов. Данные заносятся в журнал.
6. Размагничивание – финишная операция. На детали воздействуют магнитным полем с затухающей амплитудой или нагревают до точки Кюри. Обязательно при дефектоскопии проводится контроль размагниченности.
7. Остатки магнитопорошкового индикатора удаляют вручную или с использованием протирочных составов.

Преимущества магнитопорошковой дефектоскопии:

• Расходные материалы (порошок, суспензия и др.) можно собирать и использовать повторно — низкая стоимость расходных материалов
  
  
• Низкие требования к качеству покрытия
  
  
• малая трудоемкость и достаточно высокая оперативность измерений

Способы магнитопорошкового контроля

С любым из них можно добиться одинаково высокой чувствительности. Выбор между ними определяется технологической картой. Всего предусмотрено два варианта.

• Способ остаточной намагниченности (СОН). Основная сфера применения – магнитотвёрдые материалы с коэрцитивной силой от 9,5 до 10,0 А/см. Под коэрцитивной силой подразумевается величина, идентичная напряжённости магнитного поля, достаточной для изменения магнитной индукции до нуля (от остаточной индукции). Магнитопорошковый контроль способом остаточной намагниченности начинается с намагничивания объекта. Далее наносится порошок или разведённая суспензия. После формирования индикаторного рисунка поверхность осматривают, при необходимости делают дефектограмму (к примеру, посредством фото). СОН предполагает пропускание тока кратковременными импульсами (всего 0,0015–2 с). Локальный перегрев металла при намагничивании не грозит. Наносить суспензию можно посредством полива поверхности либо погружения в ванну. Осмотр и расшифровка выполняются легче, поскольку объект можно установить в более удобном положении. В целом, это более универсальный и производительный способ проведения контроля.
• Способ приложенного поля (СПП). Сначала наносят индикаторный порошок или жидкость до начала намагничивания либо непосредственно в процессе, под действием чего и формируется индикаторный след. Осмотр производят после и/или во время намагничивания и стекания суспензии. Магнитопорошковый контроль способом приложенного поля эффективен для магнитомягких материалов, которым свойственна низкая коэрцитивная сила (в пределах 10 А/см). Как правило, они доступны для намагничивания и размагничивания в слабом магнитном поле. Однако в ряде случаях СПП применяется и для объектов из магнитотвёрдых материалов. Например, если задача состоит в обнаружении дефектов подповерхностного типа на глубине 0,01–2 мм. Либо при наличии не снимаемого немагнитного покрытия с толщиной, достигающей 40–50 мкм и более. СПП предпочитают также для крупногабаритных объектов, когда мощность дефектоскопа не позволяет намагничивать их до уровня, который требуется для способа остаточной напряжённости.

При выборе между этими вариантами дополнительно учитывается кривая равной удельной магнитной энергии, конфигурацию и габариты объекта, текстуру поверхности, толщину изоляции, фактор размагничивания и пр.

Другая классификация методов магнитопорошкового контроля основана на таком параметре, как физическое состояние магнитного порошка. По данному критерию также выделяют два способа проведения контроля:

• сухой. Порошок из металлических опилок наносится, «как есть», без добавления каких-либо растворов и пр. Порошки изготавливают из тщательно просеянной и измельчённой железной окалины, магнетита и пр. Для лучшей заметности материалы могут иметь белый, красный или жёлтый цвет. Сухой метод магнитопорошкового контроля подходит для дефектов поверхностного и подповерхностного типа. Намагничивание выполняется постоянным либо переменным током 300–600А при помощи П-образных электромагнитов. Чтобы нанести индикаторы, удобно использовать резиновые груши, пульверизаторы, подвижные сита и прочие приспособления;
• мокрый. Частицы порошка находятся во взвешенном состоянии – в воде, жидком мыле, керосине или специальном концентрате. Наносить можно кистью, погружением, поливом и пр. Мокрый способ эффективен для поиска поверхностных несплошностей.

Суть магнитопорошкового контроля

Магнитный поток в бездефектной части изделия не меняет своего направления; если же на пути его встречаются участки с пониженной магнитной проницаемостью, например дефекты в виде разрыва сплошности металла (трещины, неметаллические включения и т.д.), то часть силовых линий магнитного поля выходит из детали наружу и входит в нее обратно, при этом возникают местные магнитные полюсы (N и S) и, как следствие, магнитное поле над дефектом.

Так как магнитное поле над дефектом неоднородно, то на магнитные частицы, попавшие в это поле, действует сила, стремящаяся затянуть частицы в место наибольшей концентрации магнитных силовых линий, то есть к дефекту. Частицы в области поля дефекта намагничиваются и притягиваются друг к другу как магнитные диполи под действием силы так, что образуют цепочные структуры, ориентированные по магнитным силовым линиям поля.

Наибольшая вероятность выявления дефектов достигается в случае, когда плоскость дефекта составляет угол 90грд. с направлением намагничивающего поля (магнитного потока). С уменьшением этого угла чувствительность снижается и при углах, существенно меньших 90грд. дефекты могут быть не обнаружены.

Виды намагничивания

Для магнитопорошкового метода предусмотрены следующие режимы намагничивания объекта:

• циркулярный – для поиска радиально направленных и продольных дефектов на торцах изделий. Магнитное поле замыкается на самом объекте, без возникновения магнитных полюсов на концах;
• продольный – для поперечно ориентированных дефектов. Он же полюсной. Магнитное поле направлено вдоль изделия, с образованием магнитных полюсов на концах;
• индукционный – для кольцевых дефектов. В объекте возбуждают электрический ток, за счёт поля которого намагничивается сам объект;
• комбинированный – для разно-ориентированных дефектов. На объект воздействуют два и более разнонаправленных магнитных поля.

Главные процедуры магнитопорошкового контроля

МПД проводится в строгом соответствии с технологической инструкцией (картой) и руководящей документацией, актуальной для отрасли и предприятия. К таковой нормативно-технической документации относятся, например, ГОСТ Р 56512-2015, ГОСТ Р ИСО 10893-5-2016 и пр. Помимо самой методики, в НТД содержатся подробные указания о типах и характеристиках недопустимых дефектов.

В традиционном виде магнитопорошковый метод предполагает следующие этапы контроля.

1. Подготовка. Нужно изучить технологическую карту, выбрать индикаторные материалы, аппаратуру, убедиться в надлежащем метрологическом обеспечении. Определиться со схемой и способом намагничивания, типом и величиной тока.
2. Намагничивание. Для выявления поверхностных дефектов требуется переменный либо импульсный ток. Постоянный и выпрямленный ток эффективен как для поверхностных, так и для подповерхностных слоёв (на глубине в пределах 2 мм). Чтобы не допустить локального нагревания и возникновения прожогов, намагничивание рекомендовано проводить в прерывистом режиме. Для этого этапа магнитопорошкового контроля используются контрольные образцы (диски, стержни, пластины, шпильки и другие заготовки). С их помощью гораздо легче подобрать точную величину намагничивающего тока.
3. Нанесение индикатора. Он должен покрывать всю исследуемую зону, включая труднодоступные ниши, глухие отверстия, пазы и пр. При использовании аэрозольных баллонов нужно следить за тем, чтобы расстояние между соплом и поверхностью составляло 200–300 мм.
4. Осмотр. Этот этап магнитопорошкового контроля выполняется после стекания излишков индикатора. Выявленные несплошности тщательно осматривают при помощи оптических инструментов и приборов. В стационарных установках применяются автоматизированные системы расшифровки индикаторных рисунков. При ручном проведении дефектоскопии протяжённость и координаты несплошностей замеряют линейками, угольниками и кронциркулями из немагнитных материалов. По характеру индикаторного следа можно определить тип дефекта. Тонкие удлинённые линии указывают на плоскостные дефекты, округлые рисунки – на объёмные поры, включения и раковины. Если осаждение порошка не имеет чётких контуров, это служит косвенным признаком подповерхностных несплошностей. В зависимости от требований к чувствительности подбирается комбинированное освещение рабочей зоны с использованием разрядных и галогенных ламп. Для защиты от бликов предпочтительны светильники с рассеивателями и отражателями. Обязательна возможность регулировки интенсивности освещения. При работе с люминесцентными индикаторами задействуются источники ультрафиолетового излучения 2000 мкВт/кв. см и выше с длиной волны 315–400 нм.
5. Регистрация результатов магнитопорошкового контроля. Прежде всего, вносят соответствующие записи в журнал, акт, маршрутную карту, протокол и пр. К описанию и схематическому изображению могут прилагаться дефектограммы – фото- и видеозапись индикаторного рисунка. Файлы могут быть переданы на ПК и продублированы на USB-носителе. Если того требует инструкция, на годные участки и выявленные дефекты наносят маркировку – непосредственно по поверхности объекта.
6. Размагничивание. Остаточную намагниченность нужно убирать, так как она может спровоцировать скопление продуктов износа, мешает корректной работе электроаппаратуры и негативно влияет на последующую обработку изделия.

Оборудование и расходники для магнитопорошкового метода контроля

Прежде всего, не обойтись без индикаторных материалов – порошков, суспензий, готовых аэрозолей, магнитогуммированных паст и пр. Последние представляют собой затвердевающую консистентную смесь из ферромагнитного порошка, пластификаторов и вспомогательных добавок. Изготавливаются на основе хлоркаучука и полимеров. Предназначаются для труднодоступных участков.

Для магнитопорошкового метода контроля используются

порошки естественного (чёрного либо красно-коричневого) цвета, а также окрашенные в более контрастные тона – жёлтый, красный, белый и пр. Отдельная категория – люминесцирующие материалы для получения более чётких и ярких индикаторных рисунков.

Порошок не должен неприятно пахнуть, а химический состав не должен быть токсичным. Выявляющую способность периодически проверяют при помощи профильных СИ и контрольных образцов.

Что касается аппаратуры, то для магнитопорошкового контроля предусмотрены следующие виды оборудования:

• дефектоскопы. Бывают стационарные и переносные, универсальные и специализированные (к примеру, галтелей малого радиуса). В отдельную группу можно выделить автоматизированные системы МПД на производствах, где собственно дефектоскоп – лишь один из модулей, а поиск и распознавание дефектов осуществляет специальная система;
• намагничивающие устройства (соленоиды, электромагниты, «ярмо») и размагничивающие устройства;
• средства измерения магнитных полей напряжённости и индукции (включая магитометры и гауссметры);
• ультрафиолетовые светильники и приборы для проверки уровня освещённости;
• контрольные образцы – для оценки качества порошков, концентратов, паст и суспензий, калибровки и настройки дефектоскопов (в первую очередь, МО-4);
• магнитные индикаторные полоски;
• ASTM-колбы для оценки концентрации взвешенных магнитных частиц в жидких растворах;
• приспособления для осмотра индикаторных следов – лупы, эндоскопы, зеркала и т.д.

Требования к дефектоскопам для магнитопорошкового контроля содержатся в ГОСТ Р 53700-2009. При выборе модели учитывают поддержку способов СОН и/или СПП, напряжение питания, минимальное и предельную величину намагничивающего тока, его вид, плавность регулировки и т.д.

В качестве альтернативы дефектоскопам используются более компактные портативные электромагниты и соленоиды. Дополнительно к ним рекомендовано применять блок регулирования тока.

Индукционный метод контроля

В отличие от магнитопорошкового и магнитографического методов, которые основаны на обычном выявлении рассеянных магнитных потоков в зоне дефектов, индукционный метод основан на использовании рассеянных магнитных потоков с помощью специальных индукционных катушек.

В индукционных дефектоскопах для поисков дефектов предусмотрены катушки, которые одеваются на сварное соединение или размещаются на его поверхности. При этом индукционная катушка соединяется с каким-либо регистрирующим прибором (телефоном, сигнальной лампой или гальванометром).

Сварное соединение намагничивают и катушки перемещают вдоль него. В некоторых случаях наоборот, проверяемое изделие протаскивают сквозь катушки. Когда катушка будет пересекать участок с дефектом, то в её витках, из-за изменения магнитного потока на этом участке, возникает электродвижущая сила индукции. Возникающий индукционный ток из катушки подаётся на регистрирующий прибор напрямую или через усилитель. По звуку, зажиганию сигнальной лампы или отклонению стрелки гальванометра определяют, что в этом месте находится дефект.

Недостатком индукционного метода контроля является его очень низкая чувствительность к мельчайшим дефектам, расположенным на поверхности.

Дополнительные материалы по теме:

Обучение и аттестация специалистов магнитопорошкового контроля

Программы подготовки включают в себя теоретические и практические занятия по металловедению, видам и способам намагничивания, технологическим процедурам МПД, изучению материалов и средств проведения дефектоскопии. Для дефектоскопии на объектах, подведомственных Ростехнадзору, требуется аттестация персонала на I, II и III уровня в соответствии с ПБ 03-440-02, СДА-13-2009, ГОСТ Р ИСО/МЭК 17024-2012 и др.

В помощь специалистам МПД, студентам, слушателям курсов на форуме «Дефектоскопист.ру» предусмотрен целый

раздел с обсуждениями, а также архив нормативно-технической документации. Чтобы глубже изучать магнитопорошковый метод и стать настоящим профессионалом, зарегистрируйтесь на нашем сайте и присоединяйтесь к нашему сообществу в социальных сетях.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...