Основные свойства магнитных индикаторов

Основные свойства магнитных индикаторов

Об авторах

Сотрудники фирмы Helling GmbH:

Необходимо войти для просмотра

Рисс Натанаэль
Президент

Иванков Андрей Федорович
Технический директор


Введение

Магнитопорошковый контроль (МК) является одним из самых старых, самых простых и в то же время самых чувствительных, надежных и эффективных методов НК поверхностей изделий из ферромагнитных материалов при их производстве и эксплуатации. Метод основан на притяжении магнитных частиц силами неоднородных магнитных полей (поля рассеяния), возникающих над дефектами, и предназначен для выявления тонких поверхностных и подповерхностных нарушений сплошности металла.

История МК начинается в 1919 г., когда американский майор William Hoke опубликовал патентную заявку [1] о возможности детектирования трещин на поверхности металла в приложенном магнитном поле. Технологическое развитие МК началось после публикации Victor de Forest «Обнаружение шлифовочных, закалочных трещин и трещин усталости с помощью железных опилок» [2, 3].

С тех пор МК прошел стремительный путь развития и нашел широкое применение практически во всех отраслях промышленности. Материалы по физическим основам и технологии МК достаточно подробно представлены во многих литературных источниках [4, 5]. По сути МК, наряду с капиллярным контролем, остается одним из подвидов визуального контроля, который, как известно, является самым сложным и необъективным. Одной еще не полностью решенной задачей МК является его полная автоматизация. Первые попытки решения этой задачи были предприняты еще в 1952 г. [6]. В последние годы в связи с прогрессивным развитием цифровой техники рядом ведущих фирм в области МК решается задача автоматизированного поиска дефектов. Для успешного решения этой задачи необходимо непрерывное слежение за всеми параметрами МК, а именно: напряженностью магнитного поля, интенсивностью и спектральным распределением ультрафиолетового излучения, степенью затененности, качеством суспензии и т. д. При выбранных режимах намагничивания, с учетом распределения поля и фактора размагничивания, в заданных условиях освещения, главным параметром, который может изменяться в процессе контроля, является качество магнитопорошкового индикатора. Для достижения одинаковой чувствительности МК требуются репродуцированные качества магнитопорошковых индикаторов. В статье рассмотрены основные свойства магнитопорошковых индикаторов на базе европейских и американских стандартов.

Классификация магнитных индикаторов

Основу коммерческих магнитных индикаторов составляют порошки железа и его окислы: магнетит Fe3O4 (черный порошок) и гамма-оксид железа y-Fe2O3 (красно-коричневый порошок). Для создания наиболее выраженного контраста индикации дефекта на проверяемой поверхности порошки окрашиваются цветными или флуоресцентными пигментами. По контрастному критерию индикаторы делятся на три типа.

Флуоресцентные

Индикация дефекта при применении индикатора этого типа эффективна при ультрафиолетовом облучении (рис. 1а). Для окраски магнитных порошков используют, как правило, пигменты, имеющие максимум флуоресценции в желтозеленой области спектра (520 - 570 нм). Осматривать объект контроля (ОК) рекомендуется при интенсивности ультрафиолетового излучения на контролируемой поверхности не менее 10 Вт/м2 (1000 мкВт/см2). Остаточная освещенность поверхности должна составлять не более 20 лк.


Цветные

Применение естественно окрашенных магнитных порошков дает четкий контраст на поверхностях, подвергавшихся механической обработке. Для достижения максимального контраста на темном, покрытом окалиной ОК целесообразно применять порошки, окрашенные светлыми пигментами. На практике чаще всего применяется черный магнитный порошок в сочетании с белой фоновой краской (рис. 16). При осмотре ОК освещенность на контролируемой поверхности должна составлять не менее 500 лк.

Цветные флуоресцентные Индикация дефектов возможна как при дневном или искусственном освещении (рис. 1в), так и в ультрафиолетовом свете (рис. 1г).

Для нанесения магнитного индикатора на проверяемую поверхность ОК применяют следующие способы.

Сухой способ - поверхность намагниченного ОК обрабатывают сухим, сравнительно грубодисперсным (20 - 300 мкм) магнитным порошком при помощи различных устройств (пульверизаторов с резиновой грушей, вибрирующих и качающихся сит и т. д.). Как правило, основой магнитных индикаторов, предназначенных для нанесения сухим способом, служат железные порошки, поверхность которых покрыта цветным или реже флуоресцентным пигментом. Способ применяется для обнаружения относительно крупных дефектов. Ввиду необходимости дополнительных мер, обусловленных выполнением санитарных и гигиенических требований, «сухой способ» применяется все реже.

Способ суспензии - поверхность намагниченного ОК обрабатывают суспензией со взвешенными частичками магнитного порошка. По мере возрастания требований контроля этому способу отдается в последнее время все большее предпочтение. В качестве дисперсионной среды для магнитных порошков применяется вода или масляные жидкости с низкой вязкостью. Водные суспензии находят все большее распространение из-за их низкой себестоимости, дешевой утилизации, пожаробезопасности. Масляные суспензии применяются в случае проведения контроля при отрицательных температурах, при проверке особо чувствительных к коррозии объектов, а также поверхностей с низким коэффициентом поверхностного натяжения (замасленные поверхности).

Для минимизации возможных ошибок при самостоятельном изготовлении потребителем суспензий из составных компонентов - магнитного порошка, поверхностно-активных веществ, ингибитора коррозии, пеногасителя, дисперсионной среды и т. д. - целесообразно применять готовые к употреблению суспензии или их концентраты, проверенные производителем. Готовые суспензии поставляются, как правило, в аэрозольных баллонах и применяются при мобильном или выборочном контроле. Концентраты разводятся в дисперсной среде в соотношении, указанном производителем.

Критерии оценки магнитных индикаторов

Производитель магнитных индикаторов должен изготовлять их по разработанному техническому регламенту и гарантировать неизменность их качества. Результаты проверки представляются потребителю с указанием отдельных параметров магнитного индикатора. Далее на примере флуоресцентного концентрата на водной основе иллюстрируются важнейшие параметры его приемки.

Дисперсность

Частицы магнитного порошка в неправильно приготовленной суспензии могут образовывать агрегаты, с ростом которых происходит снижение, а иногда и полная потеря чувствительности магнитопорошковой суспензии. Поэтому важно знать не только дисперсность магнитного порошка в сухом виде, но и его дисперсность в суспензии. Для определения дисперсности применяют, как правило, седиментационный анализ (от 0,1 до 300 мкм) или лазерное рассеяние (от 0,4 до 3000 мкм). По распределению определяют: dI - нижний размер частиц (количество частиц с размером меньшим dI не должно превышать 10 %), da - средний размер частиц, du - верхний размер частиц (количество частиц с размером большим du не должно превышать 10 %).

Стандарт EN ISO 9934-2 [7] устанавливает для флуоресцентных магнитопорошковых суспензий следующие значения: dI ≥ 1,5 мкм, du ≤ 40 мкм.

Несколько произвольно порошок подразделяют на мелкий (da ≤ 8 мкм), средний (da = 8 ÷16 мкм) и грубый (da ≥ 16 мкм) [8].

Коэффициент флуоресценции и флуоресцентная стабильность

Коэффициент флуоресценции в, кд/Вт, характеризует яркость свечения магнитного порошка и играет значительную роль в выявлении дефектов. Он представляет собой отношение яркости свечения L, кд/м2, определенной площади магнитного порошка к интенсивности ультрафиолетового излучения Ее, вызвавшего это свечение. Согласно [7] коэффициент флуоресценции должен быть β > 1,5 кд/Вт. При облучении порошка ультрафиолетом (УФ-А) интенсивностью более 2000 мкВт/см2 в течение 30 мин не допускается снижение яркости свечения более чем на 5 %.


На рис. 2 в качестве примера представлены индикации искусственных трещин на сравнительном образце MP-900 для магнитных порошков с различными в при различных интенсивностях УФ облучения. Образец представляет собой постоянный магнит со шлифовочными трещинами. Благодаря разделению образца на три сегмента возможно сравнение различных магнитных индикаторов.

Флуоресценция дисперсионной среды

Собственная флуоресценция носителя, т. е. дисперсной среды магнитопорошковых суспензий, оказывает негативное влияние на индикацию дефектов. Качественная оценка флюоресценции дисперсионной среды проводится путем визуального сравнения с флуоресценцией сульфата хинина в растворе 0,1 % серной кислоты. Интенсивность флуоресценции проверяемого носителя должна быть меньше интенсивности контрольного раствора.

Концентрация магнитного порошка

Рекомендуемая концентрация магнитного порошка согласно EN ISO 9934-2 определяется производителем. По стандартам ASME V, ASTM E 709 для определения концентрации рекомендуется использование седиментационной колбы. Оценивается объем осевшего магнитного порошка в 100 мл суспензии. Для флуоресцентной магнитопорошковой суспензии рекомендованы концентрации от 0,1 мл/100 мл до 0,4 мл/100 мл. Такой метод оценки концентрации не совсем удачен и может быть применен только к свежеприготовленным суспензиям. В реальных условиях суспензии используются многократно, и, так как ОК не идеально чистый, происходит как загрязнение суспензии, так и ее обеднение (часть магнитного порошка после проверки остается на ОК). Возможен автоматический контроль качества суспензии в стационарных магнитопорошковых установках, заключающийся в регулярном сравнении длины, яркости и контрастности индикации на искусственных дефектах [5, 9].

Антикоррозионные свойства

Одной из важных характеристик магнитопорошковой суспензии на водной основе является ее коррозионная активность по отношению к стали. Задача проверки - недопущение коррозии на ОК во время проверки и в течение относительно короткого времени после проверки. Применение водорастворимых ингибиторов приводит к тому, что коррозионная защита на проверенном изделии действует лишь в течение некоторого времени. В зависимости от окружающих условий, в которых находится ОК после проверки, в лучшем случае удается достичь коррозионной защиты в течение шести недель, в худшем (высокая влажность, низкая концентрация суспензии) - лишь нескольких часов. Таким образом, нельзя ожидать обеспечения коррозионной защиты ОК на длительный период после завершения контроля. Для обеспечения коррозионной защиты необходима отдельная обработка.

Одно время популярным ингибитором для водных магнитопорошковых суспензий являлся нитрит натрия (NaNO2). Однако из-за его высокой токсичности он больше не находит широкого применения. Нитрит натрия приводит к обратимому образованию метгемоглобина, как следствие - к расширению сосудов, что ведет к сильному понижению давления, при известных условиях к цианозу и сосудистому коллапсу [10]. Поэтому сегодня применяются альтернативные ингибиторы коррозии.

Коррозионная активность магнитопорошковой суспензии по отношению к стали (2C40) проверяется, например, согласно EN ISO 9934-2.

Значение водородного показателя

Значение водородного показателя водной магнитопорошковой суспензии должно находиться в щелочной области (pH > 7), иначе ингибиторные свойства суспензии будут недостаточными для предотвращения коррозии. Превышение уровня pH более 9 приводит к улучшению ингибиторных свойств, но ведет к раздражению кожи, поэтому уровень pH водных суспензий находится в области от 8 до 9. Поверхностное натяжение Поверхностное натяжение о характеризует смачивающую способность суспензии. При плохом смачивании ОК возможны невыявление и пропуски дефектов. Смачивание ОК определяется состоянием его поверхности. Так, например, стальные заготовки с пористой, оксидированной поверхностью хорошо смачиваются водопроводной водой (δ ≈72 мН/м). На гладких стальных поверхностях со следами смазки вода собирается в «шарики», и равномерного смачивания не происходит. Для достижения достаточной смачиваемости в этом случае необходимо снизить поверхностное натяжение до 30 мН/м и ниже. В водных магнитопорошковых суспензиях для улучшения смачивания (уменьшения δ) и для обеспечения агрегатной устойчивости вводят поверхностно-активные вещества.

Контрольные образцы

Для оценки чувствительности магнитопорошковой суспензии применяют приборы, контрольные образцы с искусственными дефектами, детали с эксплуатационными или производственными дефектами. Далее представлено описание некоторых контрольных образцов, широко применяемых для тестирования магнитопорошковых суспензий.

Сравнительный образец № 1 (EN ISO 9934-3)

Образец представляет собой кольцо с остаточной намагниченностью [11]. На поверхности образца имеются два вида трещин (рис. 3): грубые трещины - результат шлифовки, мелкие трещины - коррозионное растрескивание. Оценка магнитопорошковых суспензий осуществляется визуальным контролем. Индикаторный рисунок выявленных трещин сравнивают с рисунком этих же трещин, зафиксированном на дефектограмме. Если на образце мелкие трещины не выявляются, принимают меры по восстановлению чувствительности суспензии. Образец применяется для качественного контроля магнитопорошковых суспензий, а также для сравнения суспензий с точки зрения детектирования мелких трещин.


Сравнительный образец № 2 (EN ISO 9934-3)

Этот образец предназначен для определения качества магнитопорошковых суспензий (рис. 4). Содержит две пришлифованные к друг другу ферромагнитные пластины, разделенные тонкой (15 мкм) алюминиевой фольгой, представляющей собой искусственный дефект. Под действием поля постоянных магнитов, установленных на торцах образца, пластины намагничиваются, а над искусственным дефектом накапливаются частицы магнитного порошка, образуя индикаторную линию. По сумме длин индикаторных линий оценивают качество суспензии.


Ketos Ring (ASTM E 1444-01)

Образец предназначен для определения работоспособности дефектоскопа и качества магнитопорошковой суспензии (рис. 5). Образец представляет собой диск толщиной 22,2 мм, выполненный из стали AISI 01, внешний диаметр -127 мм, внутренний - 31,75 мм.


Перпендикулярно к плоскости образца на различном расстоянии от внешней цилиндрической поверхности имеются 12 отверстий диаметром 1,78 мм. При пропускании тока по центральному проводнику (длина проводника не менее 400 мм) образуются поля рассеяния, убывающие по мере увеличения расстояния от отверстия до внешней цилиндрической поверхности. При нанесении на диск магнитной суспензии порошок скапливается над отверстиями на цилиндрической поверхности, образуя индикаторные линии. Режим, соответствующий получению большинства линий, принимают за оптимальный. По числу индикаторных линий оценивают качество суспензии.

Механическая стабильность

В стационарных установках магнитопорошкового контроля магнитопорошковая суспензия циркулирует по контуру перемешивания и контуру орошения. В результате флуоресцентные частицы магнитного порошка подвергаются гидромеханическим нагрузкам, флуоресцентный пигмент отделяется от ферромагнитного ядра, что приводит к понижению яркости свечения и понижению чувствительности всего контроля. Для оценки механической стабильности по стандарту EN ISO 9934-2 проверяемая суспензия подвергается перемешиванию и циркуляции в замкнутом контуре в течение 120 ч. Чувствительность суспензии проверяется и документируется до и после 120 ч испытаний при помощи сравнительных образцов № 1 и № 2.

Вывод

Итак, на чувствительность магнитопорошкового контроля влияют многочисленные факторы. На протяжении долгого времени сложно обеспечивать воспроизводимую чувствительность магнитопорошкового контроля. Необходимым условием этого является стабильное качество поставляемых расходных материалов, гарантирующее их репродуцируемые свойства.


Литература

1. Hoke W. E. Method of and means for detecting defects in paramagnetic material. US-Patent 1. 426. 384 (22.08.1922).

2. De Forest A. V. Magnetic testing method and means. US-Patent 1. 960. 898. (05.07.1929).

3. De Forest A. V. Non destructive tests by the magnetic dust method. - Iron age. 1931. № 127. Р. 1594-1595.

4. Шелихов Г. С. Магнитопорошковый метод контроля. - В кн. Неразрушающий контроль/ Справочник в 7 т. //Под ред. В. В. Клюева. Т. 4. - М.: Машиностроение, 2004, с. 227-566.

5. Magnetic particle testing / ASNT Nondestructive Testing Handbook. V. 6// Ed. by J. T. Schmidt, K. Skeie. - ASNT, 1989. -453 p.

6. Wenk S. A., Cooley K. D, Kimmel R. M. Photoelectric scanning of fluorescent indication. - Non-desrtactive Testing. 1952. V. 11. No. 1. P. 28-31.

7. ISO 9934-2. Non-destructive testing. Magnetic particle testing. Pt 2: Detection media. - Geneva: ISO. 2002. -21 p.

8. Ausbildungsunterlagen. Magnetpulverprufung.

- DGZfP, 1994. -119 S.

9. Deutsch V. Verfahren und Vorrichtung zur auto-matischen Prufmittel-Kontrole bei derMagnetpulver-Rissprufung. Deutsches patent. № 10039725.

10. Rompp Lexikon, Chemie, 10 vSllig uberarbeitete Auflage, 1998. Bd 4. S. 2475-3368.

11. ISO 9934-3. Non-destructive testing. Magnetic particle testing. Part 3: Equipment. - Geneva: ISO, 2002. - 14 p.

Рисс Н., Иванков А.В. Основные свойства магнитных индикаторов. − В мире НК. – Март 2008 г. − № 1 (39). − С. 04–07. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.

Здравствуйте!!!! А чувствительность больше у Флуоресцентных частиц или у черных частиц? Флуоресцентные частицы это черные частицы покрытые Флуоресцентом, значит у черного порошка чувствительность выше?