Расширение области применения магнитопорошкового метода неразрушающего контроля

Дата публикации: 22.09.2015

Аннотация: Данная статья посвящена вопросу области применения магнитопорошкового метода неразрушающего контроля (МПК). Выделяются и описываются его преимущества и недостатки в сравнении с другими методами неразрушающего контроля. На основании анализа недостатков МПК, а также привлечения современных разработок других авторов, устанавливается возможность расширить область применения МПК за счет обнаружения трещин с раскрытием от 0,5 мкм и обнаружения подповерхностных дефектов типа «объемное включение» с проведением оценки глубины залегания дефекта и его объема.

Ключевые слова: магнитопорошковый контроль, неразрушающий контроль, поверхностные дефекты, подповерхностные дефекты, дефекты типа «трещина», дефекты типа «объемное включение».

Магнитные методы неразрушающего контроля (МК) используются для обнаружения скрытых дефектов в деталях, материалом для которых служит ферромагнитный металл (сталь, чугун), то есть материалы, способные под воздействием внешнего магнитного возмущения менять свои магнитные характеристики [1].

МК в наши дни применяются почти во всех отраслях тяжелой и легкой промышленности: нефтехимической отрасли, черной металлургии, машиностроении и авиационной промышленности, энергетическом и химическом машиностроение (ГРЭС, ТЭЦ, АЭС), автомобильной промышленности и судостроении, строительстве (трубопроводы, стальные конструкции, промышленные цистерны). При правильной технологии контроля элементов конструкций и деталей этим методом обнаруживаются трещины в начальной стадии их появления, когда обнаружить их без специальных средств контроля трудно или невозможно [2].

МК – это методы, в основе которых лежит способность выявления различных магнитных полей рассеяния, возникающих над местом образования дефектов при локальном намагничивании. По способу получения первичной информации МК разделяют на несколько методов: магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый, эффект Холла, индукционный, пондеромоторный, магниторезисторный.

Магнитопорошковый метод (МПК) среди других методов МК нашел наибольшее применение, благодаря легкости получения требуемого результата и простоте его анализа. Большая часть всех контролируемых деталей из ферромагнитных материалов (магнитная проницаемость не менее 40) проходят контроль качества именно этим методом.

Цель данной статьи: проанализировать преимущества и недостатки МПК, показать какие современные разработки устраняют недостатки, ограничивающие применение метода.

К достоинствам МПК, безусловно, относятся низкая трудоемкость контроля и простота анализа результата – именно эти качества обеспечили ему довольно широкое применение в промышленной сфере и на транспорте. Преимуществом применения магнитопорошкового контроля перед капиллярным и ультразвуковым методами контроля является возможность выявления в сварных соединениях поверхностных трещин при плохом состоянии поверхностей: наличии брызг и чешуйчатости; имеющихся в сварных швах резких переходов от наплавленного металла к основному, создающих дополнительные магнитные потоки рассеяния, а, следовательно, дополнительные индикации. Также, анализ зависимости чувствительности метода от состояния поверхности объекта контроля (ОК) показывает, что наличие покрытий толщиной до ~20 мкм практически не влияет на выявляемость дефектов.

К недостаткам МПК можно отнести следующее:

1. Снижение чувствительности метода при толщине покрытия более 100-150 мкм - могут быть выявлены дефекты размером не менее 0,15 мм.
2. Невозможность проведения МПК в следующих случаях:
• ОК из неферромагнитных сталей;
• ОК, на поверхности которых не обеспечена необходимая зона для намагничивания и нанесения индикаторных материалов;
• ОК со структурной неоднородностью и резкими изменениями площади поперечного сечения;
• ОК с несплошностями, плоскость раскрытия которых совпадает с направлением намагничивающего поля или составляет с ней угол менее 30°;
3. Выявление трещин с раскрытием не менее 2 мкм;
4. Выявление преимущественно поверхностных дефектов.

Недостатки, указанные в п. 1 и п. 2, зависят от свойств ОК, поэтому в данных случаях замена МПК на другой метод неразрушающего контроля не только целесообразна, но и необходима.

Недостатки, указанные в п. 3 и п. 4, зависят от технологии проведения МПК.

На выявляемость дефектов оказывают влияние следующие факторы, связанные с технологией проведения МПК:

• состояние поверхности ОК;
• шероховатость контролируемой поверхности;
• вид тока;
• способа нанесения дефектоскопического материала на поверхность детали;
• напряженность поля (или сила тока);
• свойств дефектоскопического материала, применяемого для проведения контроля [3].

Эти факторы изменяемы, поэтому улучшение выявляемости дефектов возможно при совершенствовании технологии проведения МПК.

В 2013 году в статье «Разработка технологии магнитопорошкового контроля для дефектов с малым раскрытием» [4] авторами доказана возможность проведения магнитопорошкового контроля для дефектов с малым раскрытием (менее 2 мкм) за счет улучшения качества поверхности контролируемого объекта и корректировки напряженности магнитного поля. По итогам проделанной работы были обнаружены микродефекты с помощью МПК, проведено дополнительное разделение по условным уровням чувствительности и определены параметры технологии контроля, выделены два дополнительных уровня чувствительности для МПК: уровень чувствительности на диапазоне l=1÷2 мкм при параметре шероховатости контролируемой поверхности R_a≤1,25, а на диапазоне l=0,5÷1 мкм – при R_a≤0,5. Для выявления дефектов с малым раскрытием авторы рекомендуют увеличивать напряженность приложенного поля. Так, для уверенного обнаружения дефектов с раскрытием от 0,5 до 1 мкм, напряженность приложенного поля должна быть не менее 100 А/см.

В 2014 году авторами статьи [5] для применения МПК для обнаружения и выявления параметров подповерхностных дефектов предложен  универсальный образец для магнитной и вихретоковой дефектоскопии (заявка на выдачу патента РФ на полезную модель № 2014103869). Универсальный образец для магнитной и вихретоковой дефектоскопии (рис. 1) имеет дефекты, схожие по своим геометрическим параметрам и физическим свойствам с дефектами типа «объемное включение». С помощью данного образца можно определять способности имеющихся дефектоскопического оборудования и индикаторов выявлять дефекты на определенной глубине залегания и определенного объема. Авторы приводят два варианта исполнения универсального образца для магнитной и вихретоковой дефектоскопии, которые решают следующие задачи: в первом случае это регулирование параметров дефектоскопического оборудования на задание максимальной глубины залегания дефекта заданного объема при используемом режиме намагничивания и типе магнитного индикатора; во втором – регулирование дефектоскопического оборудования на заданную глубину залегания дефекта минимального объема при используемом режиме намагничивания и типе магнитного индикатора.

Рисунок  1 - Общий вид универсального образца для магнитной и вихретоковой дефектоскопии: 1 – корпус, выполненный из ферромагнитного или немагнитного проводящего материала с глухим отверстием; 2 – целостная пластина; 3 – пластина с подповерхностным дефектом; 4 – поверхностный дефект; 5 – подповерхностный дефект

Таким образом, можно сделать вывод, что за последние два года область применения МПК расширена за счет возможности обнаружения поверхностных трещин с раскрытием от 0,5 мкм и обнаружения подповерхностных дефектов типа «объемное включение» с проведением оценки глубины залегания дефекта и его объема.

Список информационных источников:

1. РД-13-05-2006. Методические рекомендации о порядке проведения магнитопорошкового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах;
2. Коновалов Н. Н., Нормирование дефектов и достоверность неразрушающего контроля сварных соединений/Н. Н. Коновалов. – М.: ФГУП НТЦ «Промышленная безопасность», 2006;
3. Шелихов Г.С. Магнитопорошковая дефектоскопия / под ред. В. Клюева; Российское общество по неразрушающему контролю и технической диагностики (РОНКТД). – М.:  Издательский дом «Спектр», 2010-336 с.
4. Стаднюк Е.И., Толмачев И.И. Разработка технологии магнитопорошкового контроля для дефектов с малым раскрытием. Сборник трудов III Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность», Том 1, с.65-68, 2013 г.
5. Осадчих Ю.В., Толмачев И.И.. Повышение качества проведения магнитопорошковой дефектоскопии объектов с подповерхностными дефектами, Вестник науки Сибири. 2014. № 2 (12), с. 81 – 83.

А.А. Белов, Ю.Д. Иванов, А.А. Шестаков, С.Г. Царева, Э.В. Шишков

Последние Статьи

Гармонизация радиографического метода контроля с учетом современных тенденций развития цифровых систем

Разработка стратегии развития радиационного метода контроля с учетом современных тенденций развития цифровых систем

Световые границы опасной зоны работы крана

О цифровой трансформации документированных сфер деятельности

Модернизация кранов – повышаем безопасность и производительность

другие статьи