Инженерно-консалтинговое бюро «Градиент»
119048, ул. Усачева, д. 33, стр. 2

Магнитные методы (МК)

Магнитные методы (МК)
Магнитный контроль (МК) основан на изменении направления магнитного потока  при прохождении через участки с пониженной магнитной проницаемостью, например дефекты в виде разрыва сплошности металла. При этом над дефектом возникают магнитные поля рассеяния – участки повышенной намагниченности. МК обеспечивает высокую чувствительность контроля и позволяет обнаруживать в ферромагнитных материалах поверхностные и подповерхностные трещины различного происхождения, волосовины с раскрытием 0,0005-0,001 мм, глубиной 0,01-0,05 мм, протяженностью 0,3-0,5 мм и более крупные [306]. По способам регистрации полей рассеяния (участков повышенной намагниченности) выделяют три метода МК: магнитопорошковый, индукционный, феррозондовый.В основу принципа действия индукционных преобразователей положен закон электромагнитной индукции, согласно которому ЭДС E, наведенная в замкнутом контуре L, пропорциональна изменению во времени магнитного потока B(t) [284].

Наибольшее распространение в промышленности получил магнитопорошковый контроль (МПК). В качестве индикатора в данном случае используются магнитные частицы, которые притягиваются к полям рассеяния и скапливаются, тем самым образуя индикаторные следы прямо над несплошностями.

Магнитопорошковый метод относится к индикаторным (неизмерительным) методам неразрушающего контроля.

Метод предназначен для выявления несплошностей ферромагнитного металла с относительной магнитной проницаемостью не менее 40.

МПК является одним из самых чувствительных методов неразрушающего контроля.

Метод позволяет обнаруживать при соответствующих условиях визуально невидимые и слабо видимые поверхностные дефекты со следующими минимальными размерами:
• раскрытием 0,001 мм;
• глубиной 0,01 мм;
• протяженностью 0,5 мм, а также более крупные.
 
Метод не позволяет определять длину, глубину и ширину поверхностных дефектов, размеры подповерхностных дефектов и глубину их залегания.

Соблюдение данного условия необходимо проверять в процессе контроля при помощи измерителя напряженности.


Чувствительность МК зависит от следующих факторов:

  • Ориентация дефекта: наивысшая чувствительность контроля имеет место в случае, когда направление магнитного потока в детали перпендикулярно плоскости раскрытия выявляемых дефектов. Поэтому для обнаружения дефектов произвольной ориентации применяют намагничивание в двух (или более) направлениях или комбинированное, сочетающее разные виды магнитных полей.

  • Тип дефекта: дефекты обтекаемой формы с округлыми краями выявляются хуже, чем дефекты с острыми краями. Например, волосовины выявляются значительно труднее, чем трещины.

  • Вид тока намагничивания: при намагничивании постоянным током (постоянными магнитами) магнитное поле распространяется вглубь контролируемого объекта, что обуславливает возможность выявления подповерхностных дефектов. Данная возможность, однако, ограничена при контроле объектов значительной толщины, т.к. при их намагничивании большая часть энергии магнитного поля уходит в толщу объекта, что не обеспечивает достаточного уровня напряженности магнитного поля даже для выявления поверхностных дефектов. При намагничивании переменным током из-за так называемого скин-эффекта плотность тока, а следовательно, и плотность магнитного потока будет больше у поверхности намагничиваемого изделия. По этой причине при намагничивании переменным током выявляются только поверхностные дефекты.

  • Качество поверхности, на которую наносят суспензию или порошок. Оптимальная шероховатость поверхности деталей, подвергаемых магнитопорошковому контролю, соответствует по параметру Rа = 2,5…1,25 мкм. На такой поверхности может быть получена наивысшая чувствительность. Увеличение шероховатости поверхности ведет к снижению чувствительности контроля, так как выявление тонких дефектов (с раскрытием 1 мкм) затрудняется из-за появления фона из магнитного порошка, оседающего на микрорельефе поверхности. Это приводит к необходимости уменьшения напряженности намагничивающего поля и, следовательно, к снижению чувствительности контроля. Если на поверхности контролируемого изделия имеются резкие переходы (например, усиление валика шва, чешуйчатость, подрезы) или крупные микронеровности, то магнитный порошок интенсивнее скапливается не над дефектами, а в местах переходов и углублений. Поэтому при контроле сварных швов с усилением или грубой чешуйчатостью необходимо учитывать возможность появления ложных индикаций.

Магнитопорошковый контроль основного материала, сварных соединений и наплавок, в зависимости от магнитных свойств объекта, условий и задач контроля, проводят двумя способами:

  • приложенного поля (СПП);

  • остаточной намагниченности (СОН).

При контроле способом остаточной намагниченности объект контроля предварительно намагничивают, а затем, после снятия магнитного поля, наносят магнитный индикатор (сухой порошок или суспензию). Промежуток времени между указанными операциями должен быть не более одного часа. Осмотр контролируемой поверхности с целью оценки качества проводят после стекания основной массы суспензии, когда рисунок индикаторного следа полностью сформирован. Способ остаточной намагниченности применим только для контроля изделий, изготовленных из магнитожестких материалов, для которых коэрцитивная сила Нс более 10 А/см, а остаточная индукция Br материала контролируемого изделия не менее 0,5 Тл.


При контроле СПП операции намагничивания объекта контроля и нанесения на него магнитной суспензии выполняют одновременно. При этом, в процессе испытаний намагничивание продолжают после прекращения нанесения суспензии до стекания с контролируемой поверхности ее основной массы. Осмотр контролируемой поверхности производят как в процессе, так и после прекращения намагничивания. СПП обычно применяют для контроля объектов, изготовленных из магнитомягких материалов, т.е. материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой (9,5-10,0 А/см и менее). В ряде случаев СПП контролируют также детали из магнитожестких сталей, в том числе когда:

  • изделие имеет сложную форму или малое (менее 5) удлинение, т.е. малое отношение его длины к диаметру;
  • изделие крупногабаритное и контролируется по участкам;
  • необходимо обнаружить не только поверхностные, но и подповерхностные дефекты на глубине более 0,1 мм;
  • технические параметры аппаратуры не позволяют вести контроль СОН;
  • на деталях имеется неснимаемое немагнитное покрытие большой толщины (слои хрома, краски, цинка общей толщиной до 40-50 мкм и более).

Для намагничивания объекта контроля используют постоянные магниты и электромагниты различных конфигураций, устройства для циркулярного намагничивания (пропусканием электрического тока) и намагничивающие катушки.

Устройства для намагничивания: а – постоянный магнит, б – электромагнит, в – соленоиды, г – дефектоскоп для циркулярного намагничивания

Для обеспечения требуемой выявляемости дефектов при МПК необходимо создать в зоне контроля определенную напряженность приложенного магнитного поля. Диапазон значений напряженности приложенного магнитного поля Hmin (А/см) определяется по формулам:


минимальное - Нmin=15+1,1НС,

максимальное - Нmax=40+1,5НС,

где НС – коэрцитивная сила контролируемого материала.
Графически данные зависимости представлены на рисунке:

В случае, если фактическое значение напряженности магнитного поля не соответсвует указанному дипазону, нельзя гарантировать выявление поверхностных дефектов с раскрытием 0,001 мм и глубиной 0,01 мм и более. А значит, результаты «контроля» не будут соответствовать ГОСТ Р 56512-2015 и могут быть без труда поставлены под сомнение. Ценность таких результатов отрицательна, так обязательные для выявления дефекты всегда остаются «за кадром».
 
 
Для расчета Нmin необходимо знать величину коэрцитивной силы. Ее значение потребуется измерять при контроле каждого нового типа объекта. Это необходимо делать по следующим причинам:
  1. Величина коэрцитивной силы даже для одного металла будет отличаться в несколько раз в зависимости от вида термической обработки, конкретного химического состава, степени поврежденности металла в процессе эксплуатации и направления намагничивания. Таблиц, учитывающих все эти факторы просто не существует!!!
  2. Даже, если было бы известно значение коэрцитивной силы для основного металла, ее значение для сварного соединения будет другим!!!

При МПК сварных соединений необходимо осуществлять намагничивание в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Это делается для того, чтобы обеспечить выявляемость различно ориентированных дефектов.

Учитывая изложенное, последовательность действий при проведении МПК сварных соединений следующая:

  1. Измерить значения коэрцитивной силы, установив преобразователь в двух взаимно перпендикулярных направлениях. При выполнении измерений сварной шов должен находиться между полюсами преобразователя

Если измеренное значение превышает 1,4Hmin, можно продолжить выполнение контроля, проводя намагничивание последующих участков сварного соединения. Зоны контроля соседних участков должны перекрываться на величину не менее 10 мм. Если измеренное значение не превышает 1,4Hmin, необходимо изменить расстояние между полюсами (для постоянных магнитов и электромагнитов) или значение тока намагничивания (для циркулярного намагничивания пропусканием тока и соленоидов) таким образом, чтобы добиться требуемого значения. В случае изменения расстояния между полюсами, электроконтактами, необходимо определить ширину зоны контроля и продолжить намагничивание

2. Определить диапазон значений напряженности Hmin...Hmax, подставив в соответствующие формулы максимальное из значений, полученных на этапе 1.

3. Определить расстояние между полюсами (L) и значение тока намагничивания (для циркулярного намагничивания пропусканием тока), исходя из условия достижения в зоне контроля значения задаваемого намагничивающего поля 1,4Hmin (в соответствии с п. 12.5 при наличии угла между направлением магнитного поля и плоскостью дефекта 45° намагниченность должна быть увеличена в 1,4 раза для обеспечения выявляемости дефектов, соответствующих углу 90°).

4. Определить ширину зоны контроля (В) при однократном намагничивании по формуле:

В=0,5L - при использовании постоянных магнитов, а также электромагнитов постоянного, выпрямленного и импульсного токов;
В=0,7L - при использовании переменного тока.

5. Провести намагничивание в соответствии со схемой и выбранными параметрами. При помощи магнитометра определить достигнутое значение напряженности в точке, наиболее удаленной от полюсов/электроконтактов.

Если измеренное значение напряженности превышает 1,4Hmin, можно продолжить выполнение контроля, проводя намагничивание последующих участков сварного соединения. Зоны контроля соседних участков должны перекрываться на величину не менее 10 мм. Если измеренное значение напряженности не превышает 1,4Hmin, необходимо изменить расстояние между полюсами (для постоянных магнитов и электромагнитов) или значение тока намагничивания (для циркулярного намагничивания пропусканием тока) таким образом, чтобы добиться требуемого значения. В случае изменения расстояния между полюсами, электроконтактами, необходимо определить ширину зоны контроля и продолжить намагничивание


Еще одной областью применения магнитного метода (кроме поиска поверхностных и подповерхностных дефектов) явялется оценка напряжённо-деформированного состояния трубопроводов, резервуаров, котлов, цистерн (в том числе под давлением), бурильных труб, мостов, подъёмников, эскалаторов, лифтов, грузоподъёмных кранов, балок и других металлоконструкций, испытывающих циклические нагрузки, с помощью коэрцитиметрического метода (магнитной структуроскопии).

Метод основан на связи характеристик намагничивания металла объекта контроля с его структурой (размером и расположением зёрен), количеством микродефектов (вакансии, дислокации), уровнем механических напряжений. Подобная зависимость позволяет отследить структурные изменения, сопровождающие процесс обработки металла или воздействия рабочих нагрузок, посредством определения магнитных характеристик. Одной из наиболее структурозависимых магнитных характеристик является коэрцитивная сила.

Для измерения корэцитивной силы используют коэрцитиметры, например, МС-10СП.

Измерение коэрцитивной силы на различных участках сосудов, работающих под давлением, также позволяет установить аномальные участки, испытывающие наибольшие нагрузки, и, тем самым, локализовать зоны для проведения детального обследования другими методами НК.
 
При наличии сведений о динамике изменения коэрцитивной силы становится возможным не только оценивать текущее состояние, но и прогнозировать остаточный ресурс, определять степень деградации механических свойств в процессе жизненного цикла металлоконструкции.
 
Зависимость магнитных свойств ферромагнитных материалов от внутренней структуры может быть использована для оценки глубины и твёрдости поверхностных слоёв изделия, что делает возможным проведение неразрушающего контроля качества термообработки (режимов закалки, отпуска), механической обработки (ковка, прокат, поверхностно-пластическое деформирование), химической обработки (травления), а также комбинаций этих методов поверхностного упрочнения.
 
Зависимость коэрцитивной силы от химического состава позволяет проводить экспресс-сортировку стального проката по маркам сплавов.

Основными нормативными документами, регламентирующими порядок применения коэрцитиметрии на различных объектах яляются:

РД ИКЦ "КРАН"- 007-97-02 «Магнитный контроль напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса подъемных сооружений при проведении их обследования и техническом диагностировании (экспертизе промышленной безопасности)».
РД ИКЦ "КРАН" 009-99 «Магнитный контроль напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса кислородных баллонов – сосудов, работающих под давлением до 20,0 МПа, при проведении экспертизы промышленной безопасности».
ГОСТ Р 52330-2005 «Контроль неразрушающий. Контроль напряженно-деформированного состояния объектов промышленности и транспорта. Общие требования»
ГОСТ Р 58599-2019 Техническая диагностика. Диагностика стальных конструкций. Магнитный коэрцитиметрический метод. Общие требования
СТО 36554501-040-2014 Диагностика стальных строительных конструкций. Метод магнитный, коэрцитиметрический.  

 


Неразрушающий контроль: ИКБ Градиент, © 2016-2024