Физическая сущность магнитной дефектоскопии

Магнитное поле рассеяния над дефектом. Возьмем бездефектный образец ферромагнетика с однородными магнитными свойствами и магнитной проницаемостью µ₁ и поместим его в продольное равномерно распределенное магнитное поле Н₀ (рис. 2.68).

Ферромагнетик намагнитится и в соответствии со своей кривой намагничивания приобретет магнитную индукцию В₀, линии которой распределяются равномерно внутри образца и не выходят за его поверхность. Это объясняется тем, что внешняя среда (воздух) имеет магнитную проницаемость µ₀, значительно меньшую магнитной проницаемости µ₁ ферромагнетика, и, следовательно, значительно большее магнитное сопротивление R_m (рис. 2.69).

Если в такое же магнитное поле поместить такой же образец ферромагнетика, но с поверхностной трещиной (например, модели прямоугольного профиля в поперечном сечении), ориентированной перпендикулярно направлению поля В₀, то произойдет перераспределение магнитного потока Ф как в пределах трещины, так и в окружающей ее зоне (рис. 2.70).

В части сечения образца, прерванного трещиной, из-за более высокого магнитного сопротивления в ее воздушной полости плотность линий существенно снизится. Это приведет к тому, что часть линий индукции, расположенных ниже основания трещины, уплотнится, если, конечно, образец не намагничен до насыщения и может еще «поглотить» определенное количество магнитных линий. Значительно меньшая часть линий пойдет через воздушный зазор – полость трещины. Оставшаяся часть магнитных линий неизбежно преодолеет трещину снаружи по воздуху, магнитное поле как бы «вываливается» за поверхность образца. Здесь каждый выход и вход линий поля формирует магнитные полюсы. Это соответствует представлениям магнитостатики, когда каждый конец линии магнитной индукции, где она встречает воздушную среду с проницаемостью µ₀ << μ₁ (рис. 2.70), можно рассматривать как положительный «магнитный заряд» (северный полюс N), а каждое ее начало – как «отрицательный» (южный полюс S) (рис. 2.70).

Такое явление в магнитостатике называют магнитной поляризацией стенок дефекта и в примыкающей к ним зонам поверхности образца. Каждый «положительный заряд» создает магнитное поле, направленное из него как из центра. При этом магнитные линии поля, выходя за пределы образца, снова входят в него, замыкаясь с отрицательными магнитными зарядами.

В результате над поверхностью в зоне трещины формируется суммарное поле рассеяния Н_д – «магнитных зарядов», которое направлено в сторону внешнего намагничивающего поля Н₀, обеспечивая его местную концентрацию. Суммарное поле Н_д неоднородное, его называют магнитным полем рассяния дефекта или полем дефекта. Магнитное поле рассеяния дефекта – это локальное магнитное поле, возникающее в зоне дефекта вследствие поляризации его границ (ГОСТ 24450-80).

Формированию этого поля способствует также то, что трещины в месте выхода на поверхность часто имеют «рваные» заостренные края, расстояние между которыми может составлять десятки и сотни микрометров, которые играют роль концентраторов поля зарядов магнитной поляризации.

Случай внутреннего расположения дефекта показан на рис. 2.71. Здесь также имеет место явление магнитной поляризации стенок полости дефекта. Однако степень неоднородности магнитного поля в данном случае уменьшается за счет экранирующего эффекта приповерхностного слоя ферромагнетика над дефектом. Чем толще этот слой, тем сильнее шунтируется поле рассеяния внутреннего дефекта, тем меньшее количество магнитных линий этого поля выходит за поверхность ферромагнетика.

Возникновение поля дефекта Н_д над поверхностью намагниченной детали свидетельствует о том, что она дефектна. Остается это поле обнаружить каким-либо физическим способом, что предопределяет суть и содержание метода магнитной дефектоскопии.

Анализ неоднородности магнитного поля над дефектом. Привяжем прямоугольную систему координат к полю дефекта, направив ось z перпендикулярно поверхности ферромагнетика по центру трещины, ось х – параллельно поверхности, ось y – вдоль центрального сечения трещины (рис. 2.72). Очевидно, что составляющая Н_у поля Н_д над деталью равна нулю. Рассмотрим изменение поля по осям х и z по отдельно взятой кривой напряженности H_д в точках 1–5. Разложим вектор H_д в этих точках на составляющие вдоль линии намагничивающего поля (тангенциальная составляющая Н_t) и перпендикулярную к нему (нормальная составляющая Н_n).

Неоднородность поля вызывает искажение поля как в тангенциальном, так и в нормальном направлениях. Действительно, в точке 1 H_x1 = 0; H_z1 = H_д1max; в точке 2 H_z2 уменьшилась, а H_x2 увеличилась; в точке 3 H_z3= 0; H_x3= H_д3max; в точке 4 H_x4 уменьшилась, а H_z4поменяла знак; в точке 5 H_x5 = 0; H_z5 = H_д5max. Аналогичные операции можно выполнить по каждой кривой напряженности H_д из всей совокупности поля рассеяния над дефектом, а затем, сложив тангенциальные и нормальные составляющие в каждой из пяти рассматриваемых по координатам х точках, построить графики изменения H_x(x_i) и H_z(x_i). Качественный вид зависимостей H_x(x) (без постоянной составляющей) и H_z(x) показан на рис. 2.72.

Видно, что тангенциальная составляющая напряженности поля H_х имеет максимум в центральном сечении дефекта, а нормальная составляющая H_z, проходя через нуль в этом сечении, имеет максимальные положительные и отрицательные значения в точках, расстояние между которыми несколько превышает ширину (раскрытие) трещины. Таким образом, изменения двух параметров – Н_х и Н_z – в пределах нескольких миллиметров (обычно 10–12 мм) в направлении намагничивания в зоне дефекта дают полную характеристику неоднородности магнитного поля дефекта.

Значения нормальной и тангенциальной составляющих соизмеримы в точках экстремумов. Сканирование деталей при поиске с регистрацией дефектов при их обнаружении приводит к формированию импульсов, форма и длительность которых будет зависеть примерно в равной степени для Н_n и Н_t от конфигурации, размеров и глубины залегания трещины, а также от напряженности приложенного магнитного поля и магнитной проницаемости ОК. Тем не менее в практике контроля предпочитают иметь дело только с функцией Н_z(х), которая за пределами дефекта «быстро» становится равной нулю. Это повышает достоверность контроля, к тому же постоянная составляющая функции Н_х(х) является помехой.

Известно, что в слабых магнитных полях, когда дифференциальная проницаемость металла велика (участок крутого подъема основной кривой намагничивания), значительная часть магнитного потока проходит в слое металла под трещиной, вследствие этого уменьшается индукция В₀ в зоне трещины, кроме того, само значение индукции мало. Все это приводит к незначительному уровню магнитного поля рассеяния над трещиной. В сильных магнитных полях (область насыщения, ) это приводит к ослаблению магнитной поляризации и, следовательно, к уменьшению H_д. Существуют оптимальные величины намагничивающего поля и магнитной проницаемости металла, когда магнитное поле Н_д при прочих равных условиях становится наибольшим. Такой режим соответствует магнитной индукции в металле порядка 0,8–0,9 Тл.

Обратим внимание на то, что между точками х₁ и х₅ над дефектом, которые соответствуют экстремумам сигнала дефекта по Н_z(х) (рис. 2.72), крутизна Н_z(х) больше, чем в бездефектных зонах. Эта особенность может быть положена в основу метода магнитного контроля: измерять в каждой точке и сравнивать с порогом не значения функции Н_z(х), а ее производной по координате х. Такая производная обозначается через G_z(х) и называется градиентом напряженности магнитного поля.

Представляется возможным, что, сравнивая функцию Н_z(х) с некоторым фиксированным уровнем (порогом), можно безошибочно обнаружить дефект. в действительности же вне дефекта Н_z(х) ≠ 0, а над дефектом Н_z(х) значительно отличается от вида, представленного на рис. 2.72. Причинами этого можно назвать конечность размеров контролируемой детали, магнитные пятна, структурную неоднородность, резкие изменения сечения, шероховатость поверхности и др.

Реальная функция Н_z(х) [52] показана на рис. 2.73. Она представляет собой сумму Н_z(х) сигнала дефекта (рис. 2.72) и случайной функции от названных выше причин, которую называют помехой. Помеха приводит к двум основным ошибкам дефектоскописта – пропуску (недобраковке) и ложному обнаружению дефекта (перебраковке). Очевидно, что невысокому значению отношения «сигнал/помеха» будет соответствовать большее количество ошибок.

На практике измерять градиент в виде производной сложнее и к тому же необязательно. Его величину оценивают как частное от деления разности значений напряженности в двух его соседних точках (последующей и предыдущей) в направлении намагничивания детали на расстояние между этими точками. Для однородных полей значение градиента равно нулю, для неоднородных – отлично от нуля. Различают градиенты по тангенциальной и нормальной составляющим, определяемым соответственно как

и . (2.50)

Например, по рис. 2.72 определим градиент нормальной составляющей поля дефекта в точке 2 (i = 2): Видно, что он будет отрицательным, так как , а . Следовательно, в направлении оси х нормальная составляющая поля убывает. Из рис. 2.73 видно, что дифференцирование дало существенное увеличение отношения «сигнал/помеха». В магнитной дефектоскопии используют градиент G_z(х), который более четко характеризует неоднородность магнитного поля рассеяния над дефектом.

Вопросы, изложенные в этом разделе, рассмотрены в [49, 50, 52].

2.5. Схема и методы магнитного неразрушающего

контроля. Классификация. Применение

Обобщенная схема магнитного контроля представлена на рис. 2.74 [50]. Она содержит: 1 – полезадающую систему, которая, реализуя соответствующий способ намагничивания, создает ту или иную топографию магнитного поля в объекте контроля; 2 – объект контроля; 3 – первичный магнитный преобразователь; 4 – сканер – устройство, обеспечивающее требуемую траекторию перемещения магнитного преобразователя (возможные направления сканирования показаны пунктирными линиями); 5 – усилительный тракт, выполняющий усиление входных (входного) сигналов в выходные с преобразованием в вид, удобный для последующего использования или визуализации; 6 – индикатор, предназначенный для визуализации магнитных индикаций или световой и звуковой сигнализации о дефектах.

Результат взаимодействия намагничивающего поля, генерируемого полезадающей системой 1, с объектом контроля 2 воспринимается первичным магнитным преобразователем 3, затем его выходной сигнал усиливается и (или) преобразуется в блоке 5 до уровня, достаточного для принятия решения, например о наличии дефекта, и регистрируется индикатором 6. Первичный преобразователь 3, как правило, связан со сканером 4 в единый блок. Принятие решения осуществляется путем сравнения сигнала с выхода первичного преобразователя 3 с пороговым в блоке 5 (обозначен вертикальной стрелкой). Пороговый уровень сигнала может быть как фиксированным, так и следящим. Достоверность выявления как дефекта, так и изменений структурного компонента или геометрического параметра в объекте зависит от выполнения всех условий правильной реализации соответствующего метода магнитного контроля.

Метод контроля, как совокупность правил применения определенных принципов и средств в любом виде НК, различают по трем признакам классификации [18].

По характеру взаимодействия физического поля с объектом контроля.во всех случаях используют одно взаимодействие – намагничивание ОК – и измеряют (индицируют) первичные параметры магнитного происхождения.

По первичному информативному параметру, к которому относятся коэрцитивная сила Н_с, намагниченность М, остаточная индукция В_r, магнитная проницаемость (начальная – m_н – либо максимальная – m_max), эффект Баркгаузена.

По способу же получения первичной информации магнитный вид НК подразделяется на семь методов: магнитопорошковый, феррозондовый, индукционный, магнитографический, эффекта Холла, пондеромоторный и магниторезисторный. Все они основаны на регистрации магнитных полей рассеяния над дефектами, но различными способами, а именно: в магнитопорошковом методе в качестве индикатора используется сухой или мокрый порошок, в магнитоиндукционном – величина или фаза индуцируемой в измерительную обмотку электродвижущей силы (ЭДС), в феррозондовом – измеренные напряженность или градиент магнитного поля рассеяния, в методе эффекта Холла – напряжение Холла, в магнитографическом – ферромагнитная пленка, в пондеромоторном – сила отрыва (притяжения) пробного магнита (электромагнита) от ОК и в магниторезисторном – изменение сопротивления магниторезисторов. Методы эффекта Холла и магниторезисторный объединяют в гальваномагнитные.

На железнодорожном транспорте России из названных методов для дефектоскопирования применяются: магнитопорошковый (МПК) – в вагонном и локомотивном хозяйствах, феррозондовый (ФЗК) – в вагонном и путевом, магнитоиндукционный (МИК) – только в путевом. Приведем краткую характеристику данных методов.

Магнитопорошковый контроль основан на притяжении магнитных частиц силами неоднородных магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектами в намагниченной детали. Он включает в себя намагничивание ОК, нанесение на его поверхность цветных или люминесцентных магнитных индикаторов (порошков), визуальное наблюдение скопления порошка на контролируемой поверхности и обнаружение дефектов. По надежности выявления поверхностных дефектов он не превзойден ни одним другим методом НК: чувствительность магнитопорошкового метода настолько высока, что могут быть обнаружены трещины с шириной раскрытия, составляющей доли микрона и длиной менее миллиметра. Это справедливо для деталей любой формы, если каждый участок их поверхности можно намагнитить до необходимого уровня и осмотреть. Наиболее оптимальными для магнитопорошкового контроля являются условия, когда деталь прошла технологическую обработку и имеет светлую качественную поверхность с шероховатостью R_a не выше 10 мкм.

Сопоставление МПК и обобщенной схемы магнитного контроля (рис. 2.74) дает следующее. В МПК чувствительный элемент – порошинка, которая непосредственно «ложится на дефект», что отвечает функции блока 4, и при наличии в районе дефекта большой концентрации магнитного порошка происходит быстрое образование индикаторного следа достаточной ширины (усиление – блок 5), который визуально регистрируется (блок 6). Видно, что магнитный порошок одновременно выполняет функции первичного магнитного преобразователя 4, усилителя 5 и индикатора 6. нанесение порошка ручным или механизированным способом и его движение к дефекту отражено блоком 3.

Однако заключение о бездефектности внутренней части детали или подповерхностного слоя должно делаться осторожно – необходимо учитывать ограниченность применения данного метода: подповерхностные дефекты выявляются на глубине, не превышающей 1−2 мм.

Простота технологии и оснастки МПК, которую часто относят к достоинству метода, кажущаяся. Все операции, и особенно наблюдение за состоянием поверхности, выполняет оператор. Действительно, дефектоскопист непрерывно в течение нескольких часов должен всматриваться в магнитные индикации. Предельная концентрация внимания, длительная нагрузка на зрение, монотонно выполняемые операции – все это увеличивает вероятность пропуска дефекта. Устранение субъективного фактора – доминирующей роли оператора – возможно при использовании компьютерных программ автоматического поиска дефектов, заключающихся в обработке изображения, основанной на вычислении градиентов контрастности видеосигнала по различным направлениям, построении топологически связанных областей поверхности и фильтрации изображения от априорно известных структурных элементов. Здесь оператор не работает в рутинном утомительном режиме непрерывного контроля. Он занимается изучением только тех немногих участков контролируемой поверхности, на которую программа обратила внимание. Если она не обнаружила дефектов, то установка работает по заданной программе без участия оператора. При этом вероятность пропуска дефекта существенно снижается.

На ремонтных предприятиях подвижного состава применяются магнитопорошковые дефектоскопы на базе соленоидов типа МД-12ПШ, МД-12ПЭ, МД-13ПР, седлообразного типа МД-12ПС и установки типа УМДП-01 и РУ8617.

Феррозондовый контроль основан на обнаружении феррозондовым преобразователем (ФЗП) магнитного поля рассеяния в намагниченной детали. ФЗК включает в себя намагничивание ОК, сканирование его поверхности и обнаружение дефектов. Намагничивание проводят специализированными стационарными электромагнитными или приставными устройствами с постоянными магнитами. В связи с малыми в ФЗК по сравнению с МПК уровнями напряженности намагничивающих полей размагничивание деталей не производят. Зоны контроля деталей сканируют по заданным траекториям феррозондовыми преобразователями вручную или с помощью сканеров. При этом ФЗП устанавливают на поверхность ОК и плавно перемещают так, чтобы его нормальная ось была перпендикулярна поверхности контроля, а продольная была направлена вдоль линии сканирования. Перемещение ФЗП осуществляют без перекосов, наклонов и отрывов от поверхности ОК с требуемым шагом сканирования и скоростью, например, 8 см/с.

Схема магнитного контроля, представленная на рис. 2.74, иллюстрирует схему ФЗК: блоки 4, 5 и 6 с их функциями конструктивно представлены в любом из действующих феррозондовых дефектоскопов. Сканирование ФЗП ручным или автоматизированным способом отражено блоком 3.

Преимуществами ФЗК являются:

− возможность дефектоскопировать детали с большой шероховатостью поверхности, соответствующей литым необработанным деталям с R_z = 300–400 мкм, и при этом выявлять подповерхностные дефекты, например, на глубине 5–6 мм для условного уровня чувствительности Д;

− дефектоскопировать детали с загрязненными (до 2 мм) поверхностями;

− реализовывать автоматический контроль;

− обеспечивать достаточно высокую чувствительность.

К недостаткам ФЗК можно отнести малую помехоустойчивость: появление ложных сигналов из-за неровностей, острых кромок и краев, структурных неоднородностей и пр.

В настоящее время в вагонном хозяйстве применяются цифровой феррозондовый дефектоскоп ДФ-201.1А и комбинированные микропроцессорные феррозондовые приборы Ф-205.03, Ф-205.30А, Ф-205.38. Последние выполняют функции не только дефектоскопирования, но и измерения напряженности и градиента напряженности как статического, так и переменного магнитного поля. В дефектоскопе ДФ-201.1А реализовано сравнение измеряемого градиента статического поля с постоянным порогом. В приборах Ф-205.03 и Ф-205.30А предусмотрен также режим сравнения градиента со следящим порогом. Кроме этого, в эксплуатации находится феррозондовый измеритель-дефектоскоп Ф-215.1, который совмещает в себе функции порогового дефектоскопа и измерителя напряженности и градиента напряженности постоянного магнитного поля на поверхностях деталей, в частности сварных конструкций, и в свободном пространстве.

Данный прибор позволяет оценить амплитуду и период переменного магнитного поля и способен графически отображать на экране процесс дефектоскопирования в режиме с фиксированным и следящим порогами, что дает существенное увеличение достоверности контроля, а также создавать при агрегатировании с компьютером объемные цветные картины распределения поля или градиента по поверхности объекта контроля.

Для технологического обеспечения магнитных методов неразрушающего контроля в распоряжении многих вагонных депо имеются измерители-полемеры напряженности постоянного и переменного магнитных полей аналогового типа МФ-107А и МФ-117.1, снабженные преобразователями нормальной и тангенциальной составляющих. Измерители аппаратно-программного типа МФ-207, МФ-207.1 и МФ-207А в совокупности отличаются значительно более широким диапазоном измерения (±0,01…500000) А/м, расширенными функциональными возможностями (измерение частоты и амплитуды знакопеременного магнитного поля, визуализация распределения полей) при тех же самых массогабаритных показателях.

Магнитоиндукционный (магнитодинамический) (МИК) метод основан на законе электромагнитной индукции, когда наведенная в замкнутом контуре э. д. с. пропорциональна изменению во времени сцепления этого потока с магнитным потоком магнита. Если размеры контура постоянны и он не изменяет своего положения относительно вектора магнитной индукции , то используется так называемая трансформаторная э. д. с. в случае переменных магнитных полей. Если же , то можно изменять магнитный поток во времени, изменяя положение контура относительно вектора , при этом возникает так называемая э. д. с. движения.

В магнитоиндукционной дефектоскопии чаще используют э. д. с. движения, когда объект контроля намагничивают постоянным полем, а движущийся контур выполняют в виде тонкослойной катушки. Наиболее удобными являются три типа ОК: плоские длинные с поперечными дефектами с продольным перемещением катушки, цилиндрические, когда катушка вращается по окружности, и плоские – в этом случае осуществляется вращение катушки в плоскости ОК.

при этом надо учитывать две особенности в организации контроля: индукционная катушка (блок 3 на рис. 2.74) будет реагировать только на изменение поля, а не на его абсолютную величину; необходимо, чтобы скорость относительного перемещения катушки и ОК была постоянной, для того чтобы связь между градиентом измеряемого поля и выходным сигналом была однозначной.

Все индукционные дефектоскопы – устройства динамического контроля. Необходимость перемещения катушки делает блок 4 (см. рис. 2.74) – механический блок сканирования – важной частью дефектоскопа. Все остальные функциональные блоки традиционны и отвечают схеме, приведенной на рис. 2.74.

Наиболее удачным примером является применение МИКа к контролю рельсов, уложенных в путь. В последних развиваются усталостные трещины, имеющие большую площадь – (20–30) % поперечного сечения головки рельса и очень малые размеры в продольном его направлении.

Для выявления таких дефектов рельсы намагничивают вдоль длины и считывают поля рассеяния движущейся индукционной катушкой. Для этого вагоны-дефектоскопы снабжены мощными П-образными магнитами, создающими постоянное магнитное поле, направленное вдоль рельса. Между полюсами электромагнитов располагается индукционная катушка.

При движении в ней наводятся импульсные сигналы различной амплитуды, длительности и формы. После усиления эти импульсы регистрируются. Они позволяют воспроизвести форму сигналов без заметного искажения во всем диапазоне скоростей (20–70 км/ч). Такая же идея лежит в основе дефектоскопов для контроля трубопроводов изнутри, уложенных под землей, на длине до 100 км.

Вопросы, изложенные в этом разделе, рассмотрены в [50, 52].

В магнитной дефектоскопии для выявления дефектов используют магнитные преобразователи – порошки, суспензии, феррозондовые преобразователи, датчики Холла, магниторезисторы, описанные в подразделе 1.10.

2.6. технология магнитного неразрушающего

контроля

2.6.1. Способы магнитного дефектоскопирования деталей

Магнитный контроль в зависимости от физико-химических свойств ОК, его формы и размеров, типа и расположения искомых дефектов, а также мощности намагничивающих устройств с точки зрения воздействия магнитного поля на ОК проводят способом приложенного магнитного поля (СПП) или способом остаточной намагниченности (СОН) [18]. Контроль в приложенном поле заключается в том, что деталь намагничивают и одновременно контролируют, при СОН ОК вначале намагничивают, затем устраняют намагничивающее поле и только после этого начинают контроль.

Например, при магнитопорошковом контроле технология СОН включает в себя следующие последовательные операции: подготовку детали, намагничивание, нанесение порошка (суспензии) после прекращения намагничивания, осмотр, разбраковку (расшифровку результатов), размагничивание и контроль размагниченности. При контроле СПП предусматриваются те же операции, но магнитный индикатор наносят перед намагничиванием или во время его. При этом индикаторные рисунки дефектов образуются в процессе намагничивания. Сначала прекращают нанесение индикатора на объект, затем – намагничивание. Осмотр контролируемой поверхности проводят при намагничивании и (или) после его прекращения.

При контроле СПП достигаются высокие значения намагниченности деталей, вплоть до насыщения, и, следовательно, тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля рассеяния над дефектами. Это повышает выявляемость дефектов данным способом, но не всегда. Сильное магнитное поле, действующее на ОК, воздействует также и на первичный магнитный преобразователь, создавая мощную помеху, что затрудняет контроль. Например, при МПК на деталях, изготовленных из сталей с выраженной текстурой, с литой или грубообработанной поверхностью, порошок осаждается по волокнам металла, в местах структурной неоднородности, по следам обработки инструментами, что снижает чувствительность контроля.

В СПП контролируют объекты из материалов с малой индукцией насыщения – детали из магнитомягких, малоуглеродистых сталей, обладающих значениями В_r менее 0,6 Тл и коэрцитивной силы Н_с менее 800 А/м. Например, оси колесных пар, детали автосцепки и тормозной системы и др. дефектоскопируют в приложенном переменном магнитном поле при продольном намагничивании магнитопорошковым методом. Явление поверхностного эффекта, проявляющееся при этом, способствует лучшему выявлению поверхностных трещин: магнитный поток концентрируется в поверхностном слое металла, увеличивая магнитное поле рассеяния над дефектом. Сложности возникают при контроле коротких деталей, например стопорных планок, гаек, клиньев, когда появляется размагничивающее поле, нарушающее параллельность магнитных линий и ухудшающее условие обнаружения дефектов.

Контроль СОН применяют для деталей из термически обработанных конструкционных сталей. Магнитные свойства этих металлов должны характеризоваться значениями: В_r > (0,6–0,8) Тл, Н_с > (800–1000) А/м. СОН используется для обнаружения трещин в роликах и кольцах буксовых подшипников магнитопорошковым методом, в боковых рамах и надрессорных балках – феррозондовым. Из-за меньших значений индукции чувствительность этого способа меньше, но здесь исключено мешающее влияние намагничивающего поля, что частично компенсирует потерю чувствительности. Контроль СОН дает следующие преимущества: возможность установки детали в любое положение для выбора лучшего освещения и удобного осмотра; нанесение суспензии как путем полива, так и окунанием в ванне с суспензией одновременно ряда деталей не только непосредственно за операцией намагничивания, но и спустя несколько часов; меньшую вероятность появления ложных отложений порошка в местах грубой обработки поверхности, наклепа, по рискам и т. п.; простоту расшифровки результатов контроля; возможность контроля в условиях, когда отсутствуют источники питания электромагнитов; улучшение безопасности труда. Все это свидетельствует о более высокой технологичности СОН.

Способ контроля выбирают в зависимости от магнитных свойств материала проверяемого объекта. Для этого выполняют следующие операции: определяют марку материала проверяемого объекта, используя техническую документацию на его изготовление; вычисляют значение коэрцитивной силы Н_с и остаточной индукции В_r материала объекта, используя соответствующие справочники по магнитным свойствам сталей; исходя из положения точки с координатами Н_с и В_r (рис. 2.75) делают заключение о возможности применения того или иного способа контроля, руководствуясь следующим: если на графике точка (Н_с, В_r) расположена выше кривой, то возможен контроль объекта как СОН, так и СПП, если точка (Н_с, В_r) расположена ниже кривой, то рекомендуется контроль СПП.

2.6.2. Намагничивание деталей

Обеспечение взаимодействия магнитного поля с объектом контроля и, следовательно, регистрации магнитных полей рассеяния возможно при намагничивании ОК. Для того чтобы получить наибольший магнитный поток рассеяния над дефектом и, следовательно, увеличить выявляемость дефекта, необходимо намагнитить деталь так, чтобы линии магнитной индукции пересекали наибольшую площадь дефекта, т. е. направление намагничивания должно быть перпендикулярно плоскости дефекта. Дефекты выявляются значительно хуже или могут не выявляться, если магнитное поле направлено к плоскости дефекта под углом менее 30°. Если ориентация дефектов неизвестна, то детали простой формы намагничивают в двух направлениях, сложной – в нескольких.

Магнитное поле рассеяния дефекта формируется только тангенциальной составляющей Н_t вектора напряженности намагничивающего поля. Выявляемость дефектов ухудшается, если нормальная составляющая Н_n вектора напряженности намагничивающего поля превышает тангенциальную более чем в три раза. Для надежного выявления дефектов на контролируемой поверхности детали при намагничивании должно выполняться условие: Н_n / Н_t £ 3.

Виды, способы и схемы намагничивания. Используют следующие виды намагничивания: полюсный (продольный, поперечный, нормальный), циркулярный (бесполюсный), комбинированный и во вращающемся магнитном поле. Вид, способ и схему намагничивания выбирают в зависимости от геометрической формы и размеров ОК, материала и толщины немагнитного защитного (естественного) покрытия, а также от типа, местоположения и направления подлежащих выявлению дефектов.

При полюсном продольном намагничивании магнитные силовые линии направлены вдоль продольной оси или наибольшего размера детали, пересекая поверхность и образуя на ее концевых участках магнитные полюсы. Этот способ намагничивания служит для выявления дефектов, направление которых перпендикулярно линиям намагничивающего поля или составляет с ними угол не менее 30°. Дефекты, ориентированные строго параллельно линиям поля, не выявляются. Как видно из рис. 2.76, полюсное намагничивание осуществляется путем размещения детали между полюсами постоянного магнита (рис. 2.76, а–г), электромагнита (рис. 2.76, д), помещения детали в соленоид (рис. 2.76, е) и обвивки детали или ее части гибким кабелем (рис. 2.76, ж, и).

Использование постоянного магнита (рис. 2.76, а–г) удобно, особенно в полевых условиях или когда отсутствует специальное дополнительное оборудование магнитного контроля.

на рис. 2.76 обозначено: 1 – объект контроля (деталь); 2 – магнитопровод; 3 – обмотка; 4 – кабель; 5 – зона контроля; 6, 7 – перемещаемый магнит; 8 – дефект.

В то же время изменение напряженности намагничивающего поля почти невозможно. Линии поля в местах входа в деталь и выхода из нее образуют зоны магнитных полюсов S и N. Эти зоны – области с ярко выраженной неоднородностью магнитного поля – вносят неоднозначность дефектоскопирования, так как их образование не связано с дефектами. Участки между полюсами намагничиваются преимущественно равномерно.

Участок детали, в пределах которого значение тангенциальной составляющей Н_t достаточно для выявления дефектов с требуемой чувствительностью, называют зоной достаточной намагниченности (ДН). Достоинством электромагнита (рис. 2.76, д) является возможность управления режимом контроля. Постоянные магниты и электромагниты применяют при контроле плоских или слабо искривленных участков поверхности детали.

намагничивание электромагнитами используют преимущественно для намагничивания участков крупных деталей и всей детали, которую располагают между полюсами электромагнита как замыкающее звено магнитопровода. Примером такой схемы является намагничивание надрессорной балки и боковых рам тележек вагонов с помощью намагничивающих систем МСН-10, МСН-31 (МСН-33) или МСН-32 (МСН-34). Направление выявляемых дефектов – поперечное.

Продольное намагничивание соленоидом применяют в основном для осесимметричных деталей или по участкам деталей типа валов, например, на участках средней и подступичных частей, а также шеек оси колесной пары. При этом сказывается влияние размагничивающего фактора, поэтому и истинная напряженность магнитного поля внутри ОК оказывается меньше расчетной. Зона ДН включает в себя зону, занятую витками соленоида с прилегающими участками по обеим сторонам (примерно по 150 мм). Длина зоны зависит от формы и размеров детали, положения соленоида относительно детали и величины зазора между корпусом соленоида и контролируемой поверхностью. Максимальная длина зоны ДН обеспечивается при зазоре между корпусом соленоида и контролируемой поверхностью h,равном 40–60 мм (рис. 2.77). Отношение Н_n/Н_t возрастает при перемещении соленоида от середины к концам детали и достигает наибольшего значения на участках, прилегающих к торцам детали (рис. 2.78). На этих же участках длина зоны ДН (L₁, L₂) уменьшается из-за возрастания Н_n.

Гибкий кабель для выявления поперечных дефектов наматывают (рис. 2.76, ж) в виде соленоида непосредственно на деталь или жесткий каркас из немагнитного материала.

Между кабелем и деталью должен быть зазор от 10 до 20 мм. Интересен вариант схемы полюсного поперечного (рис. 2.76, и) намагничивания зубьев шестерен путем пропускания импульсного тока по кабелю, проложенному в межзубных впадинах. В индукторах дефектоскопов типа УМДЗ, используемых в локомотивном хозяйстве для контроля венцов зубчатых колес и шестерен, данный кабель жестко закреплен в корпусе индуктора.

Определение тока в соленоиде осуществляется по упрощенным в сравнении с выражениями (2.36) и (2.37) формулам:

и , (2.51)

где – тангенциальная составляющая напряженности поля в ОК, А/см;

– постоянная соленоида w/l;

w – число витков;

l и D – длина и диаметр соленоида, см.

Намагничивание способом магнитного контакта (рис. 2.76, з) применяют при контроле СОН. При этом полюс постоянного магнита или электромагнита перемещают по контролируемой поверхности. Зона контроля равна ширине полюсного наконечника.

При циркулярном намагничивании магнитные силовые линии замыкаются преимущественно в детали. Этот вид намагничивания осуществляется пропусканием электрического тока по детали (рис. 2.79, а) или ее части (рис. 2.79, д, е), по проводнику или кабелю, проходящему через сквозное отверстие в детали (рис. 2.79, б), тороидальной обмотке (рис. 2.79, в), путем индуцирования тока в кольцевой детали (рис. 2.79, г). Наиболее эффективно циркулярное намагничивание деталей, имеющих форму тел вращения. При этом вокруг детали образуется магнитное поле, деталь намагничивается круговым потоком силовых линий, расположенных в плоскостях, перпендикулярных направлению тока. Магнитный поток из детали не выходит, он замыкается внутри детали, исключая зоны трещин.

При намагничивании с помощью тороидальной обмотки, например, свободных внутреннего или внешнего кольца буксового подшипника (рис. 2.79, д), магнитные линии в детали также имеют вид концентрических окружностей. Такое намагничивание применяют для выявления на торцах трещин радиальных и расположенных вдоль образующей на цилиндрической поверхности.

на рис. 2.79 обозначено: 1 – объект контроля (деталь); 2 – магнитопровод; 3 – обмотка; 4 – кабель; 5 – шина с током; 6, 7 – контактные головки; 8 – дефекты.

Определение намагничивающего тока в схеме, приведенной на рис. 2.79, производят по формуле:

, (2.52)

где – тангенциальная составляющая напряженности поля в ОК, А/см;

l – длина средней линии тороида, см;

w – число витков обмотки.

Циркулярное намагничивание по схеме рис. 2.79, б применяют при контроле втулок и фланцев. При этом используют неферромагнитный стержень (медную шину) или кабель. Выявляются продольные дефекты на внутренней и внешней поверхностях втулок (труб), а также радиальные дефекты на торцах втулок и фланцев. Удобно выявлять радиальные дефекты вокруг отверстий.

Расчет намагничивающих токов при циркулярном намагничивании производят по формулам: – для схем, изображенных на рис. 2.79, а, б; – для схемы на рис. 2.79, е.

здесь H_t – тангенциальная составляющая напряженности магнитного поля, А/см; D – внешний диаметр объекта, см; l – длина участка, см; с – ширина участка (рекомендуемые значения: l = (7–25) см, с » 0,6l). Расчет тока для схемы, приведенной на рис. 2.79, д, производят по формуле , когда расстояние l между контактами 6 значительно больше внешнего диаметра D детали, т. е. при l/D > 5–10.

В случае циркулярного намагничивания пластин расчет менее точен, но можно полагать, что при соотношении сторон сечения более 10–15 напряженность магнитного поля на поверхности пластины определяется соотношением:

, (2.53)

где b – большая сторона сечения пластины.

Для деталей более сложной формы расчет неточен, поэтому приходится пользоваться или приближенными оценками, или, в конечном счете, устанавливать режим намагничивания экспериментально на образцах с дефектами.

Комбинированное намагничивание достигается в результате одновременного продольного и циркулярного намагничивания и использования для него токов одного вида или токов разного вида с соответствующими моментами включения или с изменением их значений и направления. В этом случае возникает результирующее поле, величина которого зависит от параметров каждого из полей. Необходимо, чтобы суммарный вектор намагниченности поворачивался относительно оси детали в пределах 90°. Комбинированное намагничивание позволяет выявлять трещины, направленные под разными углами к оси контролируемой детали. Его осуществляют пропусканием тока по детали и с помощью электромагнита (рис. 2.80, а) и соленоида (рис. 2.80, б), путем индуктирования тока в детали и током, проходящим по проводнику, помещаемому в отверстие детали (рис. 2.80, в), и пропусканием двух (или более) сдвинутых по фазе токов по детали во взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 2.80, г). при этом намагничивающий ток для циркулярного и полюсного намагничивания определяют по формулам (2.51), (2.52).

В депо и на вагоноремонтных заводах широко применяют комбинированное намагничивание по схеме, приведенной на рис. 2.80, б, в установке МДУ1-КПВ, МДУ2-КПВ для магнитного контроля осей колесных пар с напрессованными внутренними кольцами буксовых подшипников.

Намагничивание во вращающемся магнитном поле используют при контроле СОН объектов контроля с большим размагничивающим фактором, с неэлектропроводящими покрытиями. При одновременном наложении на ферромагнетик двух магнитных полей различной направленности в нем образуется векторное поле, величина и направление которого определится сложением составляющих. Если одна или обе составляющие поля переменны, то результирующее векторное поле будет изменяться по углу, величине и направлению и при известном соотношении фаз может формировать вращающееся поле. Из-за неоднородного распределения его компонентов вытекает характерное для этого способа намагничивания практическое следствие: в различных участках детали дефекты выявляются неодинаково, что снижает надежность контроля. Однако при отсутствии более выгодного дефектоскопического оборудования данный способ может оказать пользу: например, намагнитить деталь в двух или трех взаимно перпендикулярных направлениях.

на рис. 2.80 обозначено: 1 – объект контроля (деталь); 2 – магнитопровод; 3 – обмотка; 4 – шина с током; 5 – контактные головки, 6 – дефект.

Каждый из видов намагничивания и средств его осуществления является эффективным тогда, когда обеспечивается достаточное значение напряженности намагничивающего поля детали и создается наивыгоднейшее направление линий этого поля по отношению к ориентации трещин.

2.6.3. Виды намагничивающих токов

в магнитном НК намагничивание ОК осуществляют постоянным, переменным и импульсным полями. Для их реализации применяют следующие виды электрического тока: постоянный, переменный однофазный или трехфазный, выпрямленный одно- или двухполупериодный, выпрямленный трехфазный, импульсный. При этом используют: при контроле СПП – переменный, постоянный и импульсный (последовательность импульсов); при контроле СОН – импульсный (не менее трех импульсов), постоянный.

При намагничивании постоянным полем в ОК создают постоянное магнитное поле напряженностью H_max, при котором достигается насыщение материала, если уменьшение этого поля на 25 % приводит к уменьшению остаточной индукции B_r и коэрцитивной силы не более чем на 1 %. Достоинства намагничивания в постоянном поле – его стабильность и отсутствие вихревых токов. Однако выпрямительные устройства на большие токи сложны, поэтому данное намагничивание эффективно для контроля только малогабаритных деталей или их отдельных участков.

Намагничивание в переменных полях удобнее за счет трансформирования больших токов, если не считать технических трудностей для обеспечения выключения тока в моменты достижения амплитудного значения.

Импульсное намагничивание сочетает достоинства намагничивания с помощью постоянного и переменного полей. Чаще всего импульсное намагничивание осуществляется импульсом тока в результате разряда конденсатора большой емкости. Однако вследствие влияния вихревых токов намагничивание различных слоев ОК происходит неодинаково: внутренние – недомагничены, поверхностные – намагничены до насыщения, т. е. деталь не промагничивается полностью. это позволяет эффективно уменьшать влияние размагничивающего действия концов детали, так как поверхностный слой перемагничивается импульсным полем в направлении, противоположном основному направлению намагничивания в постоянном поле. В поверхностном слое образуется как бы замкнутая магнитная цепь.

Намагничивание пульсирующим (выпрямленным) током обеспечивает намагничивание всего объема ОК постоянной составляющей тока и перемагничивание поверхностного слоя переменной составляющей. В результате оказывается возможным магнитный контроль деталей с отношением длины к диаметру, не превышающим 3–5, и расширяется номенклатура объектов, контролируемых СОН.

2.6.4. Размагничивающий фактор при намагничивании

деталей

Все изложенное выше справедливо для намагничивания бесконечных ферромагнитных сред или однородных магнитных цепей замкнутой формы. В реальных случаях объекты магнитного контроля, будучи телами конечных размеров, намагничиваются во внешнем однородном поле Н не так, как намагничивается само ферромагнитное вещество или материал: на процесс намагничивания деталей оказывает действие размагничивающий фактор. При помещении детали в магнитное поле Н на ее торцах-границах неизбежно образуются магнитные полюсы, которые вызывают появление внутри детали размагничивающего поля Н_р, направленного против внешнего магнитного поля. Величина этого поля зависит от намагниченности:

, (2.54)

где N – размагничивающий фактор (коэффициент размагничивания или формы), зависящий главным образом от геометрических конструктивных параметров намагниченной детали, а не от ее истинных магнитных свойств.

Тогда результирующее поле внутри детали определяется формулой:

. (2.55)

Из выражения (2.55) видно, что чем больше N, тем меньше напряженность поля Н_i и, следовательно, индукция В в детали (рис. 2.81, а).

Объекты магнитной дефектоскопии представляют собой довольно короткие детали с большим диаметром. Мысленно их можно представить совокупностью большого числа параллельных стержней, которые (на рис. 2.66, а показана одна пара стержней) размагничивают друг друга. Следовательно, чем больше диаметр или чем меньше длина детали, тем меньшее значение индукции она приобретет при намагничивании.

Истинное (результирующее) внутреннее поле можно найти путем смещения кривой намагничивания или петли гистерезиса материала в каждой точке с намагниченностью М влево на величину NМ (рис. 2.81, б). Если учесть, что и , то, проводя кривую сдвига ОN под углом a, можно сместить точки кривой намагничивания на величину отрезков , образованных между осью ординат и линией ОN, т.е. кривая намагничивания детали В_д есть не что иное, как сдвинутая вправо кривая намагничивания ее материала В_м.

В общем случае 0 £ N £ 1. Для деталей, у которых поперечные и продольные размеры одинаковы, N » 0,3¸0,4, например, для шара N » 0,33, для эллипсоида с соотношением осей 2 фактор N = 0,73, для целого кольца, так же как и для бесконечно длинного магнита или соленоида, N = 0.

При полюсном намагничивании в разомкнутой цепи объектов с большим размагничивающим фактором, имеющих отношение длины к корню квадратному из площади поперечного сечения (или максимальному размеру поперечного сечения) менее 5, для уменьшения действия этого фактора

составляют объекты контроля в цепочки, при этом фактическая площадь контакта соприкосновения торцевых поверхностей деталей должна быть не менее 30 %;

«удлиняют» детали специальными удлинителями из магнитомягкой стали;

используют переменный намагничивающий ток с частотой 50 Гц и более или импульсный ток.

2.6.5. Размагничивание деталей

Намагниченные детали после осмотра и разбраковки должны быть размагничены, так как остаточная намагниченность может вызвать нежелательные последствия. Например, поверхности плохо размагниченных роликов и колец подшипников притягивают ферромагнитные продукты износа, что вызывает ускоренный износ подшипников и последующие осложнения в эксплуатации вагонов. Во избежание этого контролируемые детали тщательно размагничивают и проверяют степень размагниченности. Размагничивание как этап контроля часто присутствует в магнитном контроле, но не влияет на его достоверность, т. е. это скорее не контроль, а приведение детали в состояние, пригодное для дальнейшего использования.

Существуют следующие способы размагничивания:

– нагревание объекта до точки Кюри (для ферромагнетиков она лежит в большом диапазоне, у железа –768 °С);

– однократное приложение встречного поля «большой силы»;

– воздействие знакопеременным полем с уменьшением его амплитуды во времени.

Первые два способа, в отличие от последнего, в практике магнитного НК не применяются в силу ряда технологических и технических ограничений.

Сущность третьего способа размагничивания состоит в следующем. Деталь подвергают циклическому перемагничиванию переменным полем, напряженность которого по амплитуде с каждым полупериодом уменьшается до нуля (рис. 2.82, а), т. е. . К моменту, когда она достигнет почти нулевого значения, остаточная индукция также будет близка к нулю (рис. 2.82, б).

Имеют место две процедуры исполнения данного способа размагничивания, когда величину размагничивающего поля уменьшают либо, удаляя соленоид от ОК, либо снижая ток в его обмотке. Некоторые дефектоскопы имеют режимы автоматического снижения тока в намагничивающих устройствах, но в большинстве случаев детали помещают в соленоид, включают его и плавно в течение 5 с, не менее, осуществляют их относительное удаление на расстояние не менее 0, 5 м, после чего соленоид выключают. Независимо от путей исполнения данного способа процесс размагничивания идет по частным петлям гистерезиса, видно (рис. 2.82, б), что остаточная индукция уменьшается от цикла к циклу. Число периодов размагничивания обычно не менее 40–50, т. е. уменьшение амплитуды напряженности должно быть достаточно плавным. Полного размагничивания достичь, конечно, не удается, поскольку все детали находятся в магнитном поле Земли. детали необходимо размагничивать до уровня, при котором остаточная намагниченность не нарушает нормальной работы машин и механизмов.

Для размагничивания используют демагнитизаторы – соленоиды, питаемые переменным током различной частоты. Однако можно применять те же устройства, что и для намагничивания. Размагничивание объектов подвижного состава железнодорожного транспорта производится дефектоскопами МД-12ПШ, МД-12ПЭ, МД-12ПС и МД-12ПР. размагничивание в них осуществляется удалением детали или дефектоскопа на расстояние, где напряженность поля можно считать равной нулю. Удаление производится в течение (20 ± 5) с на расстояние более 0,5 м. Контроль размагниченности осуществляют миллитесламетром ТП2-2У или измерителями напряженности МФ-107А, МФ-109, МФ-207.

На подвижном составе железнодорожного транспорта установлены предельные уровни остаточного поля: для колец буксовых подшипников – не более 3 А/см; для всех остальных деталей – не более 5 А/см.

При размагничивании больших партий деталей качество размагничивания определяют следующим образом. Одну из деталей нагревают до точки Кюри и охлаждают в отсутствие внешних магнитных полей (кроме магнитного поля Земли). Затем чувствительным измерителем магнитной индукции оценивают максимальную намагниченность хотя бы в относительных единицах. Если показания при этом – некоторое число a, то считают детали достаточно размагниченными при 3a. Обычно в качестве индикатора применяют МФ-23, МФ-23И и МФ-23М. Оценка осуществляется по модулю и знаку разности значений остаточной магнитной индукции в зоне контроля и на базовом расстоянии 20 мм. Диапазон измерения разностей значений магнитной индукции составляет ±2мТл.

Вопросы, изложенные в этом разделе, рассмотрены в [18, 19, 49, 52].

2.7. Магнитопорошковый метод неразрушающего

контроля

Магнитопорошковый контроль (МПК) основан на притяжении магнитных частиц силами неоднородных магнитных полей, возникающих над дефектами в намагниченной детали, с образованием в зонах дефектов индикаторных рисунков в виде скоплений магнитных частиц. Наличие и протяженность индикаторных рисунков регистрируют визуально, а также с помощью оптических приборов или автоматическими устройствами обработки изображения.

Основные положения МПК приведены в ГОСТ 21105-87. Общие требования к средствам и методикам проведения МПК при всех видах планового ремонта вагона на предприятиях ОАО «РЖД» изложены в руководящем документе РД 32.159-2000.

МПК позволяет обнаруживать поверхностные и подповерхностные дефекты типа нарушения сплошности металла: трещины различного происхождения, флокены, закаты, надрывы, волосовины, расслоения, дефекты сварных соединений в деталях, изготовленных из ферромагнитных материалов.

Необходимым условием применения МПК для выявления дефектов является наличие доступа к объекту контроля для намагничивания, обработки индикаторными материалами и оценки качества.

Для обнаружения дефектов данным методом на контролируемые участки намагниченной детали наносят ферромагнитные частицы, имеющие удлиненную форму. в магнитном поле каждая частица намагничивается и становится диполем с четко выраженными магнитными полюсами N и S на концах. Вдали от дефекта магнитное поле однородно. Это означает, что в каждой его точке напряженность Н одинакова по величине и направлению, и взаимодействие полюсов N и S каждой частицы с напряженностью поля дефекта образует пару сил, момент которых разворачивает частицу и устанавливает ее ось по направлению Н.

В зоне дефекта (по обе стороны и над дефектом) поле искажено (рис. 2.83), оно неоднородно, т. е. напряженность у обращенных к краям дефекта полюсов частицы имеет большее значение, чем у других, поэтому на частицы кроме вращающих моментов действуют пондеромоторные (магнитные) силы F_m, стремящиеся втянуть их в область с более высоким значением напряженности, что перемещает частицы к краям дефекта, где концентрация магнитных линий наибольшая.

(2.56)

где V – объем частицы; – магнитная восприимчивость частицы; Н_д – напряженность поля над дефектом; – градиент этого поля.

Эффективность МПК зависит от магнитных характеристик материала, формы и размеров объекта, шероховатости его поверхности, наличия и уровня поверхностного упрочнения, толщины немагнитных покрытий, местоположения и ориентации дефектов, напряженности магнитного поля и его распределения на поверхности дефектов, угла между направлением намагничивающего поля и плоскости дефектов, свойств магнитного индикатора и способа его нанесения на объект контроля, а также способа и условий регистрации индикаторного рисунка выявляемых дефектов. Основное значение здесь имеют напряженность и градиент поля. Величина зависит от формы и материала частицы, в частности, если она имеет удлиненную форму, то ее значение тем больше, чем больше отношение длины частицы к размеру ее в поперечнике.

Совокупное действие магнитной силы F_m (рис. 2.83) и силы тяжести G частицы образует результирующую силу F_p. Действие этих сил для перемещения частиц порошка является необходимым условием, а достаточным – их подвижность, которая зависит от сил трения F_тр.

Применяют нанесение на контролируемую поверхность ферромагнитного порошка «сухим» способом, «мокрым», или способом магнитной суспензии, и способом магнитогуммированной пасты. В последних двух способах силы трения значительно уменьшены по сравнению с первым.

При «сухом» способе магнитный порошок наносят распылением или способом воздушной взвеси, когда частицы находятся в воздухе и образуют воздушную взвесь. Последний рекомендуется применять при выявлении подповерхностных дефектов, а также дефектов под слоем немагнитного покрытия толщиной от 100 до 200 мкм; его наносят в камерах с отсасывающим вентиляционным устройством, обеспеченным фильтром для улавливаемого отсасываемого порошка.

В магнитной суспензии частицы взвешены в жидкости. Ее наносят поливом, распылением или погружением в ванну. Рекомендуется обеспечивать условия для стекания магнитной суспензии с контролируемой поверхности.

Магнитогуммированную пасту приготавливают и применяют в соответствии с рекомендациями поставщика.

Таким образом, частицы порошка, перемещаясь к дефекту, накапливаются у его краев, формируя изображение дефекта, которое выявляется при осмотре детали. Наиболее контрастное изображение дают усталостные поверхностные трещины. Ширина валика из осевшего порошка значительно превышает ширину (раскрытие) трещины.

МПК отличают высокая чувствительность, наглядность, простота реализации и относительно высокая производительность контроля. Потенциально метод позволяет выявлять трещины с раскрытием 1 мкм, глубиной 10 мкм и более и протяженностью 0,5 мм. Чувствительность МПК характеризуется условными уровнями чувствительности по ГОСТ 21105-87 (табл. 2.18).

Условный уровень чувствительности А достигается при R_а £ 2,5 мкм, уровни Б и В – при R_а £ 10,0 мкм. При выявлении подповерхностных дефектов, а также при R_а > 10,0 мкм условный уровень чувствительности не нормируется.

Таблица 2.18

Условные уровни чувствительности МПК

Практика магнитопорошкового контроля свидетельствует о том, что применение условных уровней чувствительности не оправдывает себя.

Выявляемость дефектов снижается при обследовании следующих объектов: а) плоскости которых составляют угол менее 30° с контролируемой поверхностью или с направлением магнитной индукции; б) подповерхностных; в) на поверхности объекта с параметром шероховатости R_z > 10 мкм; г) при наличии на поверхности объекта немагнитных покрытий толщиной более 40 мкм (краски, нагара, продуктов коррозии, шлаков, термообмазок). В данных случаях чувствительность не нормируется.

Магнитопорошковый метод не позволяет определять глубину и ширину поверхностных дефектов, размеры подповерхностных дефектов и глубину их залегания. Недостатками метода следует считать также трудность автоматизации и влияние субъективных качеств оператора-дефектоскописта.

2.7.1. Технология магнитопорошкового контроля

В ремонтном производстве подвижного состава технология МПК представляется следующей последовательностью операций: подготовка деталей к контролю, намагничивание детали, нанесение магнитного индикатора, осмотр контролируемой поверхности и разбраковка, размагничивание, контроль размагниченности.

Рассмотрим данные технологические операции.

Подготовка детали к контролю. Совершенно очевидно, что перед осмотром детали должны быть очищены от окалины, грязи, смазки. Следует сказать, что в ремонтных депо до настоящего времени повсеместно отсутствуют эффективные средства очистки деталей, что вносит значительные трудности в обеспечение достоверности МПК.

Подготовительные операции при МПК имеют огромное значение, так как они решающим образом влияют на выявляемость дефектов и, в конечном счете, определяют достоверность результатов контроля. Содержание работ при данной операции следующее:

деталь очищается до металла;

− детали, подвергавшиеся машинной мойке, дополнительно очищают вручную, если на поверхности остались загрязнения;

− при контроле сварных швов удаляют шлак и зачищают шов заподлицо с основным металлом;

− при очистке применяют волосяные и металлические щетки, скребки, ветошь и салфетки, не оставляющие ворса на очищенной поверхности. Применение металлических щеток или скребков после намагничивания не допускается, так как это может привести к ложным осаждениям магнитных индикаторов;

− при контроле детали «сухим» способом нанесения магнитного порошка необходимо принять меры к удалению масляных загрязнений и просушке, так как масляная или влажная поверхность затрудняет движение магнитных частиц;

− при контроле деталей с темной поверхностью и при использовании темных магнитных порошков на очищенную поверхность необходимо наносить тонкий слой светлой краски или алюминиевого порошка (контрастный слой не должен превышать 30 мкм);

− при использовании водных магнитных суспензий на основе концентратов магнитной суспензии (КМС) «ДИАГМА» подлежащие контролю поверхности обезжиривают с помощью губки, смоченной этой же суспензией.

Намагничивание. Все аспекты данной операции освещены в подразд. 2.2.5.2. Здесь приведены только особенности намагничивания деталей различными намагничивающими устройствами (НУ)

Намагничивание соленоидами.

1. При намагничивании соленоидами длину зоны достаточной намагниченности (ДН) определяют в зависимости от диаметра или максимального размера поперечного сечения детали и уточняют экспериментально путем измерения составляющей Н_т вектора напряженности магнитного поля на поверхности детали. Для обеспечения достаточной длины зоны ДН деталь в соленоиде следует размещать так, чтобы ось соленоида совпадала с контролируемой поверхностью детали (рис. 2.84). Это объясняется тем, что величина магнитного поля соленоида максимальна в его центре.

2. Намагничивание длинных деталей (L/D > 5) осуществляют непрерывным перемещением соленоида вдоль детали или дискретным перемещением соленоида вдоль детали – по участкам. Скорость непрерывного перемещения соленоида должна быть такой, чтобы он за 10 с перемещался в пределах зоны ДН.

Длину участков при дискретном перемещении принимают равной зоне ДН. Смежные участки должны перекрывать друг друга не менее чем на 20 мм.

3. Для намагничивания участков деталей, прилегающих к торцам, соленоид устанавли