V. МАГНИТНЫЙ КОНТРОЛЬ

Магнитному виду контроля подвергаются только ферромагнитные материалы. Этот вид составляют следующие методы:

1. Индукционный.

2. Магнитоферрозондовый.

3. Магнитографический.

4. Магнитопорошковый.

5. Метод эффекта Холла.

6. Метод магнитной памяти металла.

Индукционный метод основан на явлении самоиндукции. Если электрическую катушку, замкнутую на гальванометр или милливольтметр, быстро проносить над металлом, в котором имеется наружный дефект, то над дефектом возникает неоднородность электромагнитного поля в катушке, которая образует слабую электродвижущую силу в ней. Эта ЭДС, индицируемая прибором, и является признаком дефекта. На этом методе на железной дороге строились первые вагоны-дефектоскопы. В настоящее время метод практически не используется, так как обладает слабой чувствительностью, напрямую зависящей от скорости сканирования.

Методы 1 и 6 – пассивные, а методы 2÷5 – активные, т.е. требуют предварительного намагничивания объекта, при котором над дефектом образуется собственное магнитное поле (поле рассеяния, см. рисунок 11). Поле рассеяния образуется за счет того, что в таких условиях дефект сам по себе превращается в небольшой магнит с полюсами на краях, между которыми возникает пучок магнитных силовых линий, частично выступающий над поверхностью объекта. Эти методы различаются между собой по способу выявления полей рассеяния над дефектами (см. таблицу 5).

Магнитоферрозондовый метод широко применяется на железной дороге для контроля рельсовых звеньев.

Магнитографический метод применяется на контроле сварных соединений, но редко, так как требуется весьма сложная аппаратура и обязательное предварительное размагничивание объекта вместе с пленкой.

Рисунок 11. Поле рассеяния над дефектом.

Таблица 5. Активные методы магнитного контроля.

Метод	Краткое описание	Эскиз
Магнитоферрозондовый	Поле рассеяния над дефектом возбуждает ЭДС в датчике – катушке, замкнутой на индикатор
Магнитографический	Поле рассеяния над дефектом оставляет на магнитной ленте магнитное пятно, которое далее визуализируется в специальном видеомагнитофоне
Магнитопорошковый	При поливе поверхности магнитопорошковой суспензией поле рассеяния над дефектом стягивает на себя частицы черного магнитного порошка
Метод эффекта Холла	Поле рассеяния над дефектом вызывает отклонение траектории электрического тока в пластине Холла	См. рисунки 12 и 13

Наиболее популярен магнитопорошковый метод, при котором слабораскрытые дефекты визуализируются за счет того, что на них образуются валики черного магнитного порошка, которые в несколько раз шире дефекта и потому различимы глазом. В России магнитопорошковый метод регламентирован стандартом ГОСТ 21105-87 «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод» [11].

Этот стандарт классифицирует чувствительность магнитопорошкового метода по трем уровням, возможности и требования которых приведены в таблице 6.

Таблица 6. Классификация чувствительности магнитопорошкового контроля.

Существует несколько видов и способов намагничивания деталей и объектов (см. таблицу 7).

Таблица 7. Виды и способы намагничивания.

Вид намагничивания	Способ	Схема	Преимущественная ориентация выявляемых дефектов
Продольное (полюсное)	Постоянным магнитом		Поперечные
Электромагнитом
Соленоидом
Циркулярное	Пропусканием тока по детали		Продольные
Пропусканием тока по проводу рядом с деталью		Вдоль провода
Пропусканием тока по проводу в полости детали		Продольные
Комбинированное (пример)	Пропусканием тока по детали и соленоидом		Любые

Объект поливают магнитопорошковой суспензией (взвесь вороненой пыли Fe₂O₃ в летучем жидком носителе) в процессе намагничивания (способ приложенного поля, СПП) или после него (способ остаточной намагниченности, СОН). СОН применяют только на магнитожестких сталях, таких как инструментальные и подшипниковые, которые долго сохраняют поверхностную намагниченность; в большинстве же случаев применяют СПП.

На ферромагнитных материалах магнитопорошковый метод предпочтителен по сравнению с капиллярным, так как более оперативен и прост в применении. В разделе 2 приложения 1 приведена «Методика магнитопорошкового контроля цапф ковшей, крюков и деталей крюковых подвесок кранов, транспортирующих расплавленный металл», разработанная в ООО НИЦТДЭиС «Регионтехсервис».

Метод эффекта Холла нашел применение для контроля стальных канатов. Датчик Холла (пластина Холла, см. рисунок 12-а) представляет собой прямоугольную пластину из полупроводникового материала (например, арсенид галлия).

а) б)

Рисунок 12. Принцип действия пластины Холла: а – магнитное воздействие

отсутствует; б – влияние локального магнитного поля.

В направлении А – В течет постоянный ток I (управляющий ток). Эффект Холла состоит в том, что в случае попадания в пластину локального магнитного поля в ней происходит искривление пути носителей электрических зарядов (т.е. траектории управляющего тока), что вызывает образование разности потенциалов между гранями С и D, то есть возникновение электродвижущей силы Е в цепи индикатора (рисунок 12-б). Исполнительный орган (магнитная головка) средства контроля объектов методом Холла обобщенно представляет собой конструкцию, схематически показанную на рисунке 13. Объект перемещается относительно такой головки, и в случае попадания под нее дефекта на выводах пластины Холла возникает импульс ЭДС, регистрируемый прибором. На фотографиях рис. 14 показаны внешний вид прибора «ИНТРОС МДК-21», построенного на эффекте Холла, и примеры его применения на канатах.

Рисунок 13. Схематическое представление конструкции магнитной головки прибора для контроля изделий методом Холла.

а) б)

в) г)

д)

Рисунок 14. а – прибор «ИНТРОС МДК-21» в комплекте; б – установка головки МГ-64 на канат; в – контроль канатной дороги; г – контроль каната в угольной шахте; д – контроль каната в шахте лифта.

Метод магнитной памяти металла (МПМ) основан на измерении и анализе распределения собственных магнитных полей рассеяния металла, отражающих их структурную и технологическую наследственность. Установлено, что в зонах стального объекта, когда-либо (даже лишь однократно) претерпевавших повышенные механические напряжения (далее - зоны концентрации напряжений, ЗКН), напряженность поля остаточной намагниченности металла Н_р меняет свой знак (инверсия: плюс на минус или наоборот) либо обращается в нуль. При контроле методом МПМ вполне достаточно использовать естественную намагниченность, сформировавшуюся в процессе изготовления изделия в магнитном поле Земли, а для элементов механического оборудования постоянная намагниченность обусловлена еще и регулярным влиянием полей электрических установок, входящих в конструкцию объекта (например, электроприводы различных механизмов). Для оборудования, находящегося в эксплуатации, магнитная память проявляется в необратимом изменении намагниченности металла в направлении действия максимальных напряжений от рабочих нагрузок, то есть степень опасности участка отображается не собственно значением напряженности поля Н_р, а крутизной ее перепада в ЗКН (см. рисунок 15).

Рисунок 15. Инверсия знака при остаточной напряженности магнитного поля

Н_р в зоне, претерпевшей концентрацию механических напряжений.

Этот метод регламентируется стандартом ГОСТ Р 52005-2003 «Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Общие требования» [12] и находит применение, например, на объектах котлонадзора [13]. В настоящее время ведутся успешные разработки в части его применения и на стальных канатах, так как он имеет ряд преимуществ перед методом эффекта Холла в части портативности средств контроля и надежности выявления опасных участков. На рисунке 16 приведены фотографии средств контроля методом МПМ и пример его проведения.

а) б) в)

Рисунок 16. а – внешний вид прибора ИКН-4М-16; б – исполнительный элемент датчика; в – контроль каната методом МПМ.