Описание методов и приборов для неразрушающегося контроля материалов и ихделий

Магнитные методы контроля.

Магнитные методы контроля основаны на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом. Они состоят в измерении параметров магнитных полей, создаваемых в объекте путём его намагничивания. Различают магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый, индукционный, эффект Холла, кондеромоторный и магниторезисторный методы.

Магнитные методы применяют только для контроля изделий, изготовленных из ферромагнитных материалов, которые обладают способностью сильно намагничиваться под действием внешних магнитных полей и сохранять частично эту приобретённую ими намагниченность по удалении внешнего поля. К ферромагнитным веществам относятся металлы – Fe, Со, Ni, Cd, их сплавы и соединения, а также сплавы и соединения Cr и Mn с неферромагнитными элементами. Магнитные свойства материала контролируемых изделий характеризуются петлёй гистерезиса. Значение магнитной индукции, оставшейся после снятия внешнего поля, называется остаточной индукцией. Благодаря остаточной индукции становится возможным реализовать многие магнитные методы контроля.

Методы магнитного контроля занимают одно из первых мест по использованию в производственных условиях. Эти методы применяются для выявления мест нарушения сплошности материала детали, расположенных на поверхности и в подповерхностных слоях: трещин (усталостных, шлифовочных, закалочных, сварочных, ковочных, штамповочных), волосовин, закатов, расслоений, флокенов, непроваров в стыковых соединениях, неметаллических включений. Они могут использоваться и для обнаружения ферритных включений в деталях из аустенитных сплавов.

Магнитные методы применяют для проектировки отдельных технологических процессов изготовления деталей (шлифовки, термической обработки, сварки, ковки и др.)

Физические основы метода показаны на рисунке.

Рис.1. – Физические основы метода

I – дефект расположен поперёк магнитных силовых линий (поле рассеяния большое).

II – дефект расположен вдоль магнитных силовых линий (поле рассеяния отсутствует).

Магнитный поток, протекая по детали, помещённой между двумя полюсами магнита, имеющей дефект в виде трещины, вынужден огибать препятствие, в результате чего происходит частичное рассеяние в этом месте магнитных силовых линий (создаётся поле рассеяния). Поле рассеяния регистрируется с помощью магнитного порошка, магнитной ленты и др.

Существуют следующие способы намагничивания деталей, т.е. создания магнитного поля в детали: циркулярное, продольное, комбинированное.

Выбор способа намагничивания определяется формой, размерами и магнитной характеристикой изделия. Для успешного контроля решающее значение имеет ориентация продольной плоскости дефекта (трещины) по отношению к направлению магнитных силовых линий в деталях. Поэтому деталь необходимо намагничивать в двух взаимно перпендикулярных направлениях или комбинировать продольное намагничивание с циркулярным.

Магнитопорошковый метод неразрушающего контроля основан на явлении притяжения частиц магнитного порошка в местах выхода на контролируемую поверхность изделия магнитного потока, связанного с наличием нарушения сплошности материала. В намагниченных изделиях дефекты вызывают перераспределение магнитного потока и выход части его на поверхность (магнитный поток дефекта). На поверхности изделия создаются локальные магнитные полосы, притягивающие частицы магнитного порошка, в результате чего место дефекта становится видимым.

Данный метод позволяет обнаруживать дефекты типа тонких поверхностных и подповерхностных нарушений сплошности, волосовин, трещин, расслоений и др. Метод используется для обнаружения дефектов с шириной раскрытия у поверхности 0,001мм и более, глубиной 0,01мм и более.

Магнитопорошковый метод применяется для выявления поверхностных дефектов, находящихся на глубине до 1,5 – 2,0мм. От глубины залегания дефекта зависит ширина наслоения над ним ферромагнитного порошка. Если глубина залегания дефекта более 3 – 4мм, то выявить его практически невозможно (если дефект не очень велик), так как полоса наслоения порошка становится размытой и неясной. Схема выявления открытой трещины магнитопорошковым методом представлена на рисунке:

Схема 2. - Схема выявления открытой трещины

Чувствительность метода определяется магнитными характеристиками материала изделия, его формой и размерами, чистотой обработки поверхности, напряжённостью намагничивающего поля, способом контроля, взаимным направлением намагничивающего поля и дефекта, свойствами применяемого магнитного порошка (или магнито – люминесцентного), а также освещённостью рабочего места. Немаловажный фактор, влияющий на чувствительность магнитопорошкового метода является наличие немагнитного покрытия на поверхности проверяемой детали.

Магнитопорошковый метод осуществляется способами приложенного магнитного поля или остаточной намагниченности. При остаточной намагниченности деталь сохраняет намагниченность после снятия внешнего магнитного поля.

Технологические операции при контроле способом приложенного магнитного поля проводят одновременно, включая процесс намагничивания; при использовании способа остаточной намагниченности сначала осуществляют намагничивание, а затем следуют другие технологические операции.

При магнитопорошковом методе контроля предусматривается следующая последовательность операций:

- подготовка изделия к контролю. Изделия, подаваемые на намагничивающие устройства, должны быть очищены от покрытий, мешающих их намагничиванию или смачиванию (отслаивающаяся окалина, масла, грязь, иногда изоляционные покрытия и т.п.);

- намагничивание изделия проводят одним из способов: циркуляционным, продольным (полюсным), или комбинированным;

- нанесение магнитного порошка на контролируемое изделие. Применяют сухой магнитный порошок или магнитную суспензию (взвесь магнитного порошка в дисперсионной среде). В качестве дисперсионной среды могут применяться вода, масло, керосин, смесь масла и керосина и др. Водная суспензия должна содержать смягчающие и антикоррозионные добавки, а при необходимости – антивспенивающие;

- разбраковка проводится путём визуального осмотра поверхности изделий по наличию отложений магнитного порошка в местах дефектов. При необходимости, расшифровка результатов контроля может проводиться применением оптических средств;

- годные изделия, прошедшие контроль, должны быть размагничены в случаях, если они имеют трущиеся поверхности, если их намагниченность осложняет сборку узлов, куда они входят, или вносит погрешность в показания окружающих приборов. Если изделия после магнитного контроля будут нагреваться выше 600 – 700°С, то размагничивать их не следует.

При выявлении дефектов в ферромагнитных материалах с тёмной поверхностью целесообразно применить магнито – люминесцентный метод. Он позволяет обнаруживать тонкие, невидимые для глаза трещины различного происхождения. От магнитопорошкового метода этот метод отличается применением магнито – люминесцентного порошка (на 100г магнитного порошка берут 15г люминофора, например, люмогена светло – жёлтого. Свечение его в ультрафиолетовом излучении обусловлено присутствием люминофора, адсорбированного на частицах. Дефекты обнаруживаются по яркому свечению порошка, оседающего над ними).

По характеру осаждения порошка на поверхности детали делают заключение о виде дефекта.

Закалочные трещины обнаруживаются на поверхности по накоплению порошка в виде плотных рельефных извилистых линий. Шлифовочные и термические трещины выявляются в виде тонких чётких линий, представляющих собой сетку или короткие чёрточки. Усталостные трещины выявляются как резко очерчённые плотные, чёткие линии, полосы или «жилки», обычно в местах концентрации напряжений.

Неметаллические (шлаковые) включения имеют вид точечных скоплений или цепочек. Волосовины проявляются в виде прямых линий различной протяжённости, расположенных вдоль волокон.

Мнимые дефекты, обнаруживаемые по осаждению магнитного порошка, могут происходить из-за концентрации внутренних напряжений, при резком изменении размеров детали, структурной неоднородности. Распознавание мнимых дефектов важно для получения достоверных результатов контроля.