Неразрушающий метод обнаружения дефектов в черных металлах
Техник проводит MPI на трубопроводе для проверки на коррозионное растрескивание под напряжением, используя так называемый метод «черного на белом». На этой фотографии не видно никаких признаков растрескивания; единственными отметками являются «следы» магнитного ярма и следы капель.Крупный план поверхности (другого) трубопровода , на котором видны признаки коррозионного растрескивания под напряжением (два кластера маленьких черных линий), выявленные с помощью MPI. Трещины, которые обычно были бы невидимы, обнаруживаются благодаря магнитным частицам, скапливающимся в отверстиях трещин. Шкала внизу пронумерована в сантиметрах.
Магнитопорошковый контроль ( MPI ) — это процесс неразрушающего контроля , в котором магнитное поле используется для обнаружения поверхностных и неглубоких подповерхностных разрывов в ферромагнитных материалах . Примерами ферромагнитных материалов являются железо , никель , кобальт и некоторые их сплавы . В ходе этого процесса в деталь помещается магнитное поле. Деталь может быть намагничена прямым или косвенным намагничиванием. Прямое намагничивание происходит, когда через испытуемый объект пропускается электрический ток, и в материале образуется магнитное поле. Косвенное намагничивание происходит, когда через испытуемый объект не пропускается электрический ток, но прикладывается магнитное поле от внешнего источника. Магнитные силовые линии перпендикулярны направлению электрического тока, который может быть либо переменным током (AC), либо некоторой формой постоянного тока (DC) (выпрямленный переменный ток).
Наличие поверхностной или подповерхностной неоднородности в материале приводит к утечке магнитного потока , поскольку воздух не может поддерживать столько же магнитного поля на единицу объема, сколько металлы.
Для определения утечки на деталь наносятся ферромагнитные частицы, сухие или в виде влажной суспензии. Они притягиваются к области утечки потока и образуют то, что называется индикацией, которая оценивается для определения ее характера, причины и направления действия, если таковые имеются.
Типы используемых электрических токов
Существует несколько типов электрических токов, используемых в магнитопорошковом контроле. Для выбора правильного тока необходимо учитывать геометрию детали, материал, тип искомой неоднородности и то, насколько глубоко магнитное поле должно проникать в деталь.
Переменный ток (AC) обычно используется для обнаружения поверхностных разрывов. Использование переменного тока для обнаружения подповерхностных разрывов ограничено из-за так называемого скин-эффекта , когда ток протекает вдоль поверхности детали. Поскольку ток меняет полярность с частотой от 50 до 60 циклов в секунду, он не проникает далеко за поверхность тестируемого объекта. Это означает, что магнитные домены будут выровнены только на расстояние, равное расстоянию проникновения переменного тока в деталь. Частота переменного тока определяет глубину проникновения.
Полноволновой постоянный ток [ необходимо разъяснение - обсуждение ] (FWDC) используется для обнаружения подповерхностных разрывов, где переменный ток не может проникнуть достаточно глубоко, чтобы намагнитить деталь на необходимой глубине. Величина магнитного проникновения зависит от величины тока, проходящего через деталь. [1] Постоянный ток также ограничен на деталях очень большого поперечного сечения с точки зрения того, насколько эффективно он будет намагничивать деталь.
Полуволновой постоянный ток (HWDC, пульсирующий постоянный ток ) работает аналогично полноволновому постоянному току, но позволяет обнаруживать признаки разрушения поверхности и имеет большее магнитное проникновение в деталь, чем FWDC. HWDC выгоден для процесса проверки, поскольку он фактически помогает перемещать магнитные частицы во время купания тестируемого объекта. Помощь в подвижности частиц обусловлена полуволновой пульсирующей формой волны тока. В типичном магнитном импульсе длительностью 0,5 секунды имеется 15 импульсов тока с использованием HWDC. Это дает частице больше возможностей соприкоснуться с областями утечки магнитного потока.
Электромагнит переменного тока является предпочтительным методом для поиска поверхностных дефектов. Использование электромагнита для поиска подповерхностных дефектов затруднительно. Электромагнит переменного тока является лучшим средством для обнаружения поверхностных дефектов, чем HWDC, DC или постоянный магнит, в то время как некоторая форма DC лучше подходит для подповерхностных дефектов.
Оборудование
Автоматическая мокрая горизонтальная машина MPI с внешним источником питания, конвейером и системой размагничивания. Используется для проверки коленчатых валов двигателей.
Горизонтальная машина MPI с мокрым напылением является наиболее часто используемой машиной для контроля массового производства. Машина имеет головную и хвостовую бабки, куда помещается деталь для ее намагничивания. Между головной и хвостовой бабками обычно находится индукционная катушка, которая используется для изменения ориентации магнитного поля на 90° от головной бабки. Большая часть оборудования создается для определенного применения.
Мобильные блоки питания представляют собой специально изготовленные намагничивающие источники питания, используемые при монтаже обмотки проводов.
Магнитное ярмо — это ручное устройство, которое индуцирует магнитное поле между двумя полюсами. Обычно применяется для использования на открытом воздухе, в удаленных местах и для проверки сварных швов . Недостатком магнитных ярм является то, что они индуцируют магнитное поле только между полюсами, поэтому крупномасштабные проверки с использованием устройства могут быть трудоемкими. Для надлежащего контроля ярмо необходимо повернуть на 90 градусов для каждой области контроля, чтобы обнаружить горизонтальные и вертикальные разрывы. Подповерхностное обнаружение с использованием ярма ограничено. В этих системах используются сухие магнитные порошки, влажные порошки или аэрозоли.
Размагничивание деталей
Проходной размагничивающий блок переменного тока
После того, как деталь намагничена, ее необходимо размагнитить. Для этого требуется специальное оборудование, которое работает противоположно намагничивающему оборудованию. Намагничивание обычно выполняется с помощью сильноточного импульса, который очень быстро достигает пикового тока и мгновенно отключается, оставляя деталь намагниченной. Чтобы размагнитить деталь, необходимый ток или магнитное поле должны быть равны или больше тока или магнитного поля, используемых для намагничивания детали. Затем ток или магнитное поле медленно уменьшаются до нуля, оставляя деталь размагниченной. Популярным методом записи остаточного магнетизма является использование измерителя Гаусса. [2]
Размагничивание переменным током
Протяжные катушки размагничивания переменного тока: на рисунке справа показаны устройства с питанием от переменного тока, которые генерируют сильное магнитное поле, в котором деталь медленно протягивается вручную или на конвейере. Процесс протягивания детали через магнитное поле катушки и отвода от него замедляет магнитное поле в детали. Обратите внимание, что многие катушки размагничивания переменного тока имеют циклы питания в несколько секунд, поэтому деталь должна пройти через катушку и находиться на расстоянии нескольких футов (метров) до завершения цикла размагничивания, иначе деталь будет иметь остаточную намагниченность.
Размагничивание с затуханием переменного тока: это встроено в большинство однофазного оборудования MPI. Во время процесса деталь подвергается воздействию равного или большего переменного тока, после чего ток уменьшается в течение фиксированного периода времени (обычно 18 секунд) до достижения нулевого выходного тока. Поскольку переменный ток меняется с положительной на отрицательную полярность, это оставит магнитные домены детали рандомизированными.
Размагничивание переменным током имеет существенные ограничения по способности размагничивать деталь в зависимости от геометрии и используемых сплавов.
Размагничивание реверсивным постоянным током полной волны: это метод размагничивания, который должен быть встроен в машину во время производства. Он похож на затухание переменного тока, за исключением того, что постоянный ток останавливается с интервалом в полсекунды, в течение которого ток уменьшается на величину, а его направление меняется на противоположное. Затем ток снова пропускается через деталь. Процесс остановки, уменьшения и реверсирования тока оставит магнитные домены в случайном порядке. Этот процесс продолжается до тех пор, пока через деталь не будет пропущен нулевой ток. Обычный цикл реверсивного постоянного тока размагничивания на современном оборудовании должен составлять 18 секунд или дольше. Этот метод размагничивания был разработан для преодоления ограничений, представленных методом размагничивания переменным током, когда геометрия детали и определенные сплавы не позволяли методу размагничивания переменным током работать.
Размагничивание полуволновым постоянным током (HWDC): этот процесс идентичен размагничиванию полноволновым постоянным током, за исключением того, что форма волны полуволновая. Этот метод размагничивания является новым для отрасли и доступен только у одного производителя. Он был разработан как экономически эффективный метод размагничивания без необходимости использования мостовой схемы питания полноволнового постоянного тока. Этот метод встречается только в однофазных источниках питания переменного тока/HWDC. Размагничивание HWDC так же эффективно, как и полноволновое постоянное напряжение, без дополнительных затрат и дополнительной сложности. Конечно, существуют и другие ограничения из-за индуктивных потерь при использовании формы волны HWDC на деталях большого диаметра. Кроме того, эффективность HWDC ограничена диаметром более 410 мм (16 дюймов) при использовании источника питания 12 В.
Магнитопорошковый порошок
Обычно для обнаружения трещин используется частица оксида железа , как в сухих, так и влажных системах.
Размер частиц мокрой системы варьируется от менее 0,5 микрометров до 10 микрометров для использования с водными или масляными носителями. Частицы, используемые во мокрых системах, имеют пигменты, которые флуоресцируют при 365 нм ( ультрафиолет А), требуя 1000 мкВт/см 2 (10 Вт/м 2 ) на поверхности детали для надлежащего осмотра. Если частицы не имеют правильного освещения в темной комнате, частицы не могут быть обнаружены/увидены. В промышленности принято использовать УФ-очки/очки для фильтрации УФ-света и усиления видимого спектра света (обычно зеленого и желтого), создаваемого флуоресцирующими частицами. Зеленая и желтая флуоресценция были выбраны, потому что человеческий глаз лучше всего реагирует на эти цвета.
После нанесения влажных магнитных частиц техник ВМС США проверяет болт на наличие трещин под ультрафиолетовым светом.
Размеры сухих порошков варьируются от 5 до 170 микрометров, они предназначены для наблюдения в условиях белого света. Частицы не предназначены для использования во влажных средах. Сухие порошки обычно наносятся с помощью ручных пневматических порошковых аппликаторов.
Частицы, наносимые аэрозолем, похожи на влажные системы и продаются в предварительно смешанных аэрозольных баллончиках, похожих на лак для волос.
Носители магнитных частиц
В промышленности принято использовать специально разработанные носители на основе масла и воды для магнитных частиц. Дезодорированный керосин и уайт-спирит не использовались в промышленности в течение 40 лет. [ когда? ] Использовать керосин или уайт-спирит в качестве носителя опасно из-за риска возгорания.
Инспекция
Ниже приведены общие этапы проверки на мокрой горизонтальной машине:
Заготовка очищается от масла и других загрязнений.
Необходимые расчеты, сделанные для определения величины тока, необходимого для намагничивания заготовки. Формулы см. в ASTM E1444/E1444M.
Намагничивающий импульс применяется в течение 0,5 секунд, в течение которых оператор промывает заготовку частицей, останавливаясь до завершения магнитного импульса. Невыполнение остановки до окончания магнитного импульса приведет к смыванию показаний.
Ультрафиолетовый свет применяется, пока оператор ищет признаки дефектов, которые находятся в пределах от 0 до ±45 градусов от пути, по которому ток протекал через заготовку. Признаки появляются только в пределах от 45 до 90 градусов от приложенного магнитного поля. Самый простой способ быстро определить направление движения магнитного поля — взять заготовку любой рукой между головками, положив большой палец на заготовку (не обхватывайте заготовку большим пальцем), это называется правилом левого или правого большого пальца или правилом захвата правой рукой . Направление, на которое указывает большой палец, показывает направление течения тока. Магнитное поле будет проходить под углом 90 градусов от пути тока. В случае сложной геометрии, такой как коленчатый вал , оператору необходимо визуализировать изменение направления тока и создаваемого магнитного поля. Ток начинается с 0 градусов, затем от 45 градусов до 90 градусов, затем от 45 градусов до 0, затем от -45 до -90, от -45 до 0, и это повторяется для каждой шатунной шейки . Таким образом, поиск показаний, которые находятся всего в 45–90 градусах от магнитного поля, может занять много времени.
Заготовка либо принимается, либо отклоняется на основании заранее определенных критериев.
Заготовка размагничивается.
В зависимости от требований, ориентация магнитного поля может потребоваться изменить на 90 градусов, чтобы проверить показания, которые не могут быть обнаружены на этапах 3–5. Наиболее распространенным способом изменения ориентации магнитного поля является использование «катушки». На рис. 1 можно увидеть 36-дюймовую катушку, затем повторяются этапы 4, 5 и 6.
ISO 3059, Неразрушающий контроль. Капиллярный контроль и магнитопорошковый контроль. Условия наблюдения
ISO 9934-1, Неразрушающий контроль. Магнитопорошковый контроль. Часть 1. Общие принципы
ISO 9934-2, Неразрушающий контроль. Магнитопорошковый контроль. Часть 2. Средства обнаружения
ISO 9934-3, Неразрушающий контроль. Магнитопорошковый контроль. Часть 3. Оборудование.
ISO 10893-5, Неразрушающий контроль стальных труб. Магнитопорошковый контроль бесшовных и сварных ферромагнитных стальных труб для обнаружения дефектов поверхности
ISO 17638, Неразрушающий контроль сварных швов. Магнитопорошковый контроль
ISO 23278, Неразрушающий контроль сварных швов. Магнитопорошковый контроль сварных швов. Уровни приемки
Стандарт ASTM E1444/E1444M для магнитопорошкового контроля
ASTM A 275/A 275M Метод испытания магнитопорошкового контроля стальных поковок
Спецификация ASTM A456 для магнитопорошкового контроля крупных поковок коленчатого вала
ASTM E543 Стандартная спецификация практики для оценочных агентств, проводящих неразрушающий контроль
Руководство ASTM E 709 по магнитопорошковому контролю
ASTM E 1316 Терминология для неразрушающего контроля
ASTM E 2297 Стандартное руководство по использованию источников и измерителей УФ-А и видимого света, используемых в методах проникающей жидкости и магнитных частиц
AMS 5062 Сталь, низкоуглеродистые прутки, поковки, трубы, листы, полосы и пластины, 0,25 углерода, максимум
AMS 5355 Литье по выплавляемым моделям
AMS I-83387 Процесс проверки, магнитная резина
AMS-STD-2175 Отливки, классификация и проверка AS 4792 Средства для подготовки воды для магнитопорошковой дефектоскопии AS 5282 Стандарт на кольца инструментальной стали для магнитопорошковой дефектоскопии AS5371 Стандартные эталонные прокладки с насечками для магнитопорошковой дефектоскопии
^ The Graduate Engineer (2 ноября 2021 г.). «Что такое MPI (магнитопорошковая дефектоскопия)?». TheGraduateEngineer.com . The Graduate Engineer . Получено 16 ноября 2021 г. .
Дальнейшее чтение
На Викискладе есть медиафайлы по теме Магнитопорошковый контроль .
«Проникновение жидкостей и магнитопорошковый контроль на уровне 2» (PDF) (PDF). Международное агентство по атомной энергии. 2000.
Внешние ссылки
Видео о магнитопорошковой дефектоскопии, Университет прикладных наук Карлсруэ
_technician.jpg/1280px-US_Navy_101220-N-7981E-121_Aviation_Structural_Mechanic_1st_Class_Charles_Martens,_a_non-destructive_inspection_(NDI)_technician.jpg)
