Магнитный дефектоскоп

Магнитный дефектоскоп — это прибор неразрушающего контроля, предназначенный для выявления поверхностных и подповерхностных дефектов (трещин, волосовин, непроваров, расслоений, неметаллических включений) в изделиях из ферромагнитных материалов (стали, чугуна, никеля и их сплавов) с помощью намагничивания контролируемого участка и регистрации полей рассеяния, возникающих в местах нарушения сплошности материала.

Принцип действия

Работа магнитного дефектоскопа основана на физическом явлении магнитного поля рассеяния. При намагничивании ферромагнитного изделия магнитный поток замыкается внутри материала. Если в материале присутствует дефект (например, трещина), то магнитная проницаемость в этом месте резко падает, так как дефект заполнен воздухом или иной средой с низкой магнитной проницаемостью. В результате часть магнитного потока вытесняется из тела детали наружу, образуя локальное поле рассеяния над дефектом.

Магнитный дефектоскоп регистрирует это поле рассеяния. В зависимости от типа прибора, регистрация может осуществляться визуально (с помощью ферромагнитного порошка или магнитной суспензии), с помощью датчиков (катушек индуктивности, феррозондов, датчиков Холла) или с использованием магнитных плёнок. По величине и форме сигнала (или характеру осаждения порошка) судят о наличии, размерах и ориентации дефекта.

Классификация

Магнитные дефектоскопы классифицируются по нескольким признакам.

По способу регистрации поля рассеяния

• Магнитопорошковые дефектоскопы. Наиболее распространённый тип. На намагниченную поверхность изделия наносят ферромагнитный порошок (обычно чёрный, красный или флуоресцентный) в сухом виде или в виде суспензии (взвеси в масле, керосине или воде). Частицы порошка притягиваются к полям рассеяния, образуя чёткие валики, визуализирующие дефект. Применяются для контроля сварных швов, деталей машин, проката.
• Магнитографические дефектоскопы. Поле рассеяния фиксируется на гибкой магнитной ленте (аналогичной аудио- или видеоленте), которая накладывается на контролируемый участок. После намагничивания лента считывается специальным устройством, и дефект отображается на экране или в виде графика. Используются для контроля труднодоступных мест и трубопроводов.
• Индукционные дефектоскопы. Регистрация поля рассеяния осуществляется с помощью перемещаемой над поверхностью катушки индуктивности (искательной катушки). При пересечении поля рассеяния в катушке наводится ЭДС, которая усиливается и анализируется. Применяются для автоматизированного контроля (например, в металлургии для контроля качества катанки, труб).
• Феррозондовые дефектоскопы. Используют феррозондовые преобразователи — датчики, измеряющие напряжённость магнитного поля. Позволяют с высокой точностью определять координаты и глубину залегания дефекта. Часто применяются в авиастроении и энергетике.
• Магниторезистивные и датчики Холла. Современные типы дефектоскопов, использующие полупроводниковые датчики для измерения магнитного поля. Отличаются высокой чувствительностью и компактностью, широко применяются в портативных приборах.

По способу намагничивания

• Циркулярное намагничивание. Магнитный поток замыкается внутри детали, а поле рассеяния возникает перпендикулярно направлению тока. Создаётся пропусканием тока через деталь (контактным способом) или с помощью соленоида, охватывающего деталь. Позволяет выявлять продольные дефекты.
• Продольное (полюсное) намагничивание. Магнитный поток проходит вдоль детали, а поле рассеяния возникает над поперечными дефектами. Создаётся с помощью электромагнита или постоянного магнита, прикладываемого к детали.
• Комбинированное намагничивание. Одновременное или последовательное применение циркулярного и продольного намагничивания для выявления дефектов любой ориентации. Реализуется с помощью специальных устройств (например, вращающегося магнитного поля).

По типу источника магнитного поля

• Электромагнитные. Питаются от сети переменного или постоянного тока. Наиболее мощные, позволяют контролировать детали большой толщины. Переменное поле даёт возможность выявлять дефекты на глубине до 1–2 мм, постоянное — до 6–8 мм.
• На постоянных магнитах. Автономные, не требуют электропитания. Ограничены по мощности, но удобны для полевых условий и контроля в труднодоступных местах.
• Импульсные. Создают кратковременные импульсы тока большой силы, что позволяет намагничивать массивные детали без перегрева.

Устройство и основные компоненты

Типовой магнитный дефектоскоп (на примере магнитопорошкового) включает:

1. Источник магнитного поля — электромагнит, соленоид, блок контактов или постоянный магнит.
2. Блок управления — задаёт режимы намагничивания (ток, время, полярность), регулирует мощность.
3. Система нанесения индикатора — для порошковых дефектоскопов: распылитель, ванна с суспензией, дозатор.
4. Устройство регистрации — для порошковых — визуальный осмотр (часто с УФ-лампой для флуоресцентных порошков); для индукционных — усилитель и индикатор (стрелочный, цифровой, экран).
5. Система размагничивания — обязательный компонент для многих дефектоскопов, так как остаточное намагничивание детали может мешать её дальнейшей эксплуатации или обработке. Обычно реализуется плавным снижением тока до нуля или сменой полярности.
6. Вспомогательное оборудование — кабели, контакты, держатели, тележки для перемещения, защитные кожухи.

Применение

Магнитная дефектоскопия является одним из основных методов неразрушающего контроля в промышленности, особенно в отраслях, где используются ферромагнитные материалы:

• Металлургия и машиностроение. Контроль качества проката (листов, труб, прутков), поковок, отливок, сварных швов, деталей машин (валов, шестерён, коленчатых валов).
• Транспорт. Железнодорожный транспорт: контроль колёсных пар, рельсов, осей вагонов и локомотивов. Авиастроение: контроль шасси, лонжеронов, силовых элементов планера. Автомобилестроение: контроль деталей подвески, рулевого управления, тормозных систем.
• Энергетика. Контроль корпусов реакторов, трубопроводов, арматуры, крепёжных деталей на атомных и тепловых электростанциях, в нефтегазовой отрасли.
• Нефтегазовая промышленность. Контроль трубопроводов, резервуаров, бурового оборудования, запорной арматуры.
• Строительство. Контроль арматуры железобетонных конструкций, металлоконструкций мостов, кранов, опор ЛЭП.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая чувствительность к поверхностным и подповерхностным дефектам (трещины раскрытием до 0,001 мм).
• Высокая производительность и возможность автоматизации.
• Относительная простота и дешевизна оборудования (особенно магнитопорошкового).
• Возможность контроля деталей сложной формы.
• Не требует специальной подготовки поверхности (допускается наличие окалины, краски, масла, если они неферромагнитны).

Недостатки

• Применим только к ферромагнитным материалам (сталь, чугун, никель, кобальт и их сплавы). Для алюминия, меди, титана, нержавеющих сталей аустенитного класса метод непригоден.
• Выявляет только поверхностные и подповерхностные дефекты (глубиной до 6–8 мм при постоянном поле, до 1–2 мм при переменном).
• Требует размагничивания детали после контроля, что может быть трудоёмко для крупных изделий.
• На результат влияет ориентация дефекта относительно направления магнитного поля (дефекты, параллельные полю, могут не выявляться).
• Возможны ложные показания из-за резких изменений сечения детали, наличия магнитных включений, наклёпа.

Нормативная база в России

В Российской Федерации проведение магнитной дефектоскопии регламентируется рядом стандартов и правил:

• ГОСТ 21105-87 «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод».
• ГОСТ 18353-73 «Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов».
• ГОСТ Р 55611-2013 «Контроль неразрушающий. Магнитный метод. Термины и определения».
• ПБ 03-440-02 (Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования, работающего под давлением) — предписывают обязательный неразрушающий контроль, в том числе магнитными методами.
• РД 34.17.302-97 (Руководящий документ по контролю металла оборудования энергоблоков) — регламентирует применение магнитного контроля в энергетике.

Персонал, проводящий магнитную дефектоскопию, должен иметь соответствующую квалификацию (не ниже II уровня по международной системе EN 473/ISO 9712 или по российской системе аттестации НАКС).

Интересные факты

• Первые попытки использования магнитного поля для обнаружения дефектов в металлах относятся к концу XIX века. В 1918 году американский инженер Уильям Э. Хокинс предложил метод намагничивания деталей с последующим нанесением железного порошка.
• В СССР магнитопорошковый метод начал активно внедряться в 1930-е годы, особенно в авиационной и танковой промышленности.
• Современные магнитографические дефектоскопы способны записывать изображение поля рассеяния на цифровую матрицу, что позволяет проводить компьютерную обработку и архивирование результатов.
• Для контроля трубопроводов большого диаметра (от 500 мм) применяются специальные внутритрубные магнитные дефектоскопы-снаряды, которые перемещаются внутри трубы под давлением газа или нефти, сканируя стенки по всей длине.

Источники

• ГОСТ 21105-87 «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод».
• ГОСТ 18353-73 «Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов».
• Неразрушающий контроль: Справочник в 8 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. — М.: Машиностроение, 2004.
• Ермолов И.Н., Останин Ю.Я. Методы и средства неразрушающего контроля. — М.: Высшая школа, 1988.
• Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования, работающего под давлением (ПБ 03-440-02).