Магнитопорошковый контроль – простой и наглядный вид НК ферромагнитных материалов​

Из всех направлений магнитной дефектоскопии самым популярным по праву считается магнитопорошковый контроль (сокращённо – МПД). Вкратце: на изделие наносят сухой порошок либо суспензию, затем объект намагничивают. В местах несплошности силовые линии магнитного поля выходят на поверхность, образуя полюса на краях дефекта и тем самым притягивая ферромагнитные частицы. В зоне имеющихся несплошностей скапливаются валики магнитных частиц. Так образуется индикаторный рисунок, по которому можно обнаруживать (но не измерять!) поверхностных и подповерхностных (на глубине до 2 мм) дефектов. Магнитопорошковый метод неразрушающего контроля позволяет выявлять трещины, поры, расслоения и инородные включения, недоступные для визуального и измерительного контроля и зачастую закладывается в руководящих НТД в качестве альтернативы цветной дефектоскопии. По сравнению с ней МПД привлекательны меньшими требованиями к шероховатости поверхности (Ra 6,3 мкм, Rz 40 мкм). Для сравнения: перед проведением ПВК необходимо зачистить поверхность до шероховатости Ra 3,2 мкм (20 мкм).

Магнитопорошковый контроль распространён в самых разных отраслях. Вот лишь краткий перечень изделий (конструкций, механизмов, заготовок), которые проверяют при помощи данного вида НК:

• стальные трубы и трубопроводы (в первую очередь – сварные соединения, но встречается также МПД основного металла);
• литые изделия;
• комплектующие грузоподъёмных машин (подвесные крюки, шестерни, узлы лебёдок, талей, цепи и прочее);
• боковые рамы, оси колёсных пар, надрессорных балок и иных деталей грузовых и пассажирских вагонов и локомотивов. Магнитопорошковый метод – один из основных в железнодорожной отрасли;
• клепаные и болтовые соединения несущих металлоконструкций (к примеру, пролётов эстакад);
• бурильные трубы;
• муфты, зубчатые колёса, корпуса сосудов, насосных агрегатов и т.д.

Метод успешно используется на самых ответственных объектах «Газпрома», «Транснефти», «Роснефти», «РЖД», «Росатома» и других крупных предприятий.

Сильные и слабые стороны магнитопорошкового контроля​

Такое широкое распространение МПД – следствие его многочисленных достоинств.

• Выявление самых разных поверхностных и подверхностных дефектов. Метод применяется для поиска шлифовочных, усталостных, штамповочных, ковочных, закалочных, деформационных, травильных трещин, волосовин, а также закатов, флокенов, расслоений, надрывов. В сварных швах МПД способен выявлять подрезы, непровары, трещины, наличие окисных, шлаковых и флюсовых включений.
• Высокая чувствительность. Магнитопорошковый метод контроля эффективен для обнаружения невидимых и слабо видимых поверхностных дефектов со следующими параметрами: раскрытие – от 0,001 мм, глубина – от 0,01 мм и протяжённость – от 0,5 мм.
• Возможность проведения на объектах, покрытых немагнитным материалом (лакокрасочные материалы, цинк, медь, кадмий и пр.). Правда, при условии, что их суммарная толщина находится в пределах 40–50 мкм;
• Безвредность. Преимущество перед капиллярным методом в том, что МПД не нуждается в «грязных» индикаторных жидкостях – с запахом и сильным красящим эффектом. Здоровью оператора ничего не угрожает. На объекте чисто. Обустраивать дополнительные вентиляционные вытяжки в помещении не нужно.

Однако не существует на 100% идеального метода НК, и магнитопорошковый контроль – не исключение. Он не совершенен потому, что:

• спектр возможных применений ограничен ферромагнитными сплавами с относительной магнитной проницаемостью μ≥40. МПД может не подойти, например, если материалу свойственна существенная магнитная неоднородность и на ОК образуется много ложных индикаторных следов. Сварные швы – если они выполнены с использованием немагнитных электродов – тоже оказываются непригодны для данного метода;
• низкая универсальность. Перед проведением магнитопорошковой дефектоскопии нужно рассчитать силу тока и напряжённость поля, способ и схему намагничивания, размагничивания, концентрацию и способ нанесения магнитного порошка (суспензии). Это особенно видно по стационарным дефектоскопам для МПД, большинство из которых - специализированные установки для контроля конкретной номенклатуры изделий заданных размеров и форм (зубчатые колёса, валы, трубы, винты);
• критически важен доступ к объекту – для полноценного выполнения всех процедур;
• выявляемость дефектов может снижаться. Это зависит от параметров самих несплошностей. Так, МПД не всегда способен выявить дефекты, плоскость ориентации которых образует угол меньше 30 градусов – относительно исследуемой поверхности или направления магнитного поля. Чувствительность также снижается на участках с большой шероховатостью или под слоем покрытия толщиной более 40 мкм. Нормальному проведению магнитопорошкового контроля также препятствует плохая очистка (либо отсутствие таковой) от нагара, коррозии и шлака. Да: выявление подповерхностных несплошностей возможно, но надо понимать, что данную задачу гораздо эффективнее решают УЗК и рентген;
• трудности проведения контроля малогабаритных (коротких) деталей и изделий с резким изменением площади поперечного сечения. Если длина детали менее, чем в 5 раз превышает значение квадратного корня из его ширины, то имеет место сильный размагничивающий фактор. Для нормального проведения магнитопорошкового контроля приходится выстраивать такие короткие детали в цепочки, обеспечивая при этом площадь контакта не менее 1/3 от поперечного сечения торцевой поверхности;
• большая нагрузка на зрение. Для проведения МПД требуется освещённость не менее 1000 лк (для сравнения: проводить ВИК можно при освещённости от 500 лк). При работе с УФ-источниками света ультрафиолетовая облучённость может достигать 2000 мкВт/кв. см. Всё это не лучшим образом сказывается на состоянии зрения;
• возможности расшифровки очень скромные. По сути, МПД – это «индикаторный» вид НК, который позволяет увидеть, а не измерить дефекты. Он не предназначен для определения длины, глубины, ширины, раскрытия несплошностей. Даже возможности для определения типа дефекта бывают весьма ограничены.

Тем не менее, МПД – вполне эффективное и надёжное решение для быстрого поиска трещин и иных повреждений, выходящих на поверхность. За это его и ценят. Отказываются от него в пользу капиллярной дефектоскопии чаще всего вынужденно. Например, когда намагничивание объекта неприемлемо по техническим причинам.

Способы магнитопорошкового контроля​

С любым из них можно добиться одинаково высокой чувствительности. Выбор между ними определяется технологической картой. Всего предусмотрено два варианта.

• Способ остаточной намагниченности (СОН). Основная сфера применения – магнитотвёрдые материалы с коэрцитивной силой 9,5-10,0 А/см и выше. Под коэрцитивной силой подразумевается величина, идентичная напряжённости магнитного поля, достаточной для изменения магнитной индукции до нуля (от остаточной индукции). Магнитопорошковый контроль способом остаточной намагниченности начинается с намагничивания объекта. Далее (возможна пауза до 1 часа после намагничивания) наносится порошок или разведённая суспензия. После формирования индикаторного рисунка поверхность осматривают, при необходимости делают дефектограмму (к примеру, посредством фото). СОН предполагает пропускание тока кратковременными импульсами (всего 0,0015–2 с). Локальный перегрев металла при намагничивании не грозит. Наносить суспензию можно посредством полива поверхности либо погружения в ванну. Осмотр и расшифровка выполняются легче, поскольку объект можно установить в более удобном положении. Способ остаточной намагниченности может оказаться более производительным ввиду того, что после намагничивания ОК можно расположить в удобном для себя положении, а на неровностях сварных швов, например, оседает меньше магнитного порошка - и образуется меньше ложных индикаций.
• Способ приложенного поля (СПП). Индикаторный порошок или жидкость наносят непосредственно в процессе намагничивания, под действием чего и формируется индикаторный след. Осмотр производят во время намагничивания и стекания суспензии. Магнитопорошковый контроль способом приложенного поля эффективен для магнитомягких материалов, которым свойственна низкая коэрцитивная сила (меньше 9,5-10 А/см). Как правило, они доступны для намагничивания и размагничивания в слабом магнитном поле. Однако в ряде случаях СПП применяется и для объектов из магнитотвёрдых материалов. Например, если задача состоит в обнаружении дефектов подповерхностного типа на глубине 0,01–2 мм. Либо при наличии не снимаемого немагнитного покрытия с толщиной, достигающей 40–50 мкм и более. СПП предпочитают также для крупногабаритных объектов, когда мощность дефектоскопа не позволяет намагничивать их до уровня, который требуется для способа остаточной напряжённости.

При выборе между этими вариантами дополнительно учитывается кривая равной удельной магнитной энергии, конфигурацию и габариты объекта, текстуру поверхности, толщину изоляции, фактор размагничивания и пр.
Другая классификация методов магнитопорошкового контроля основана на таком параметре, как физическое состояние магнитного порошка. По данному критерию также выделяют два способа проведения контроля:

• сухой. Порошок из металлических частиц (например, закиси-окиси железа) наносится, «как есть», без добавления каких-либо растворов и пр. Порошки изготавливают из тщательно просеянной и измельчённой железной окалины, магнетита, никеля, карбонильного железа и пр. Для лучшей заметности материалы могут иметь белый, красный или жёлтый цвет. Сухой метод магнитопорошкового контроля подходит для дефектов поверхностного и подповерхностного типа. Намагничивание выполняется постоянным либо переменным током 300–600А при помощи П-образных электромагнитов. Чтобы нанести индикаторы, удобно использовать резиновые груши, пульверизаторы, подвижные сита и прочие приспособления;
• мокрый. Частицы порошка находятся во взвешенном состоянии – в воде, масле, керосине или специальном концентрате с поверхностно-активными добавками. Наносить можно кистью, погружением, поливом и пр. Мокрый способ эффективен для поиска поверхностных несплошностей.

Виды намагничивания​

Для магнитопорошкового метода предусмотрены следующие режимы намагничивания объекта:

• циркулярный – для поиска радиально направленных и продольных дефектов на торцах изделий. Магнитное поле замыкается на самом объекте, без возникновения магнитных полюсов на концах;
• продольный – для поперечно ориентированных дефектов. Он же полюсной. Магнитное поле направлено вдоль изделия, с образованием магнитных полюсов на концах;
• комбинированный – для разно-ориентированных дефектов. На объект воздействуют два и более разнонаправленных магнитных поля.

Главные процедуры магнитопорошкового контроля​

МПД проводится в строгом соответствии с технологической инструкцией (картой) и руководящей документацией, актуальной для отрасли и предприятия. К таковой нормативно-технической документации относятся, например, ГОСТ Р 56512-2015, ГОСТ Р ИСО 10893-5-2016 и пр. Помимо самой методики, в НТД содержатся подробные указания о типах и характеристиках недопустимых дефектов.

В традиционном виде магнитопорошковый метод предполагает следующие этапы контроля.

1. Подготовка. Нужно изучить технологическую карту, выбрать индикаторные материалы, аппаратуру, убедиться в надлежащем метрологическом обеспечении. Определиться со схемой и способом намагничивания, типом и величиной тока. Проследить за тем, что зона контроля (по 20 мм околошовной стороны с каждой стороны сварного шва) зачищена. Проверить шероховатость при помощи аттестованных образцов или профилографов (профилометров). При необходимости разделить периметр на участки на 300-500 мм или обозначить начало отсчёта и закрепить мерительный пояс. Непосредственно перед контролем протереть поверхность чистой сухой ветошью и убедиться, что на ОК нет остатков ворса и иных препятствий для магнитного порошка. Если будет использоваться суспензия на водной основе, ОК предварительно нужно просушить. Работоспособность намагничивающего устройства и магнитного порошка проверяется по аттестованным контрольным образцам. Для получения более контрастного индикаторного рисунка на поверхность можно нанести белую фоновую краску (толщина слоя - до 20 мкм).
2. Намагничивание. Для выявления поверхностных дефектов требуется переменный либо импульсный ток. Постоянный и выпрямленный ток эффективен как для поверхностных, так и для подповерхностных слоёв (на глубине в пределах 2 мм). Чтобы не допустить локального нагревания и возникновения прожогов при СПП, намагничивание рекомендовано проводить в прерывистом режиме "ток-пауза" (5-6 циклов длительностью 0,1-3 с, продолжительность пауз - от 1 до 5 с). Намагничивание производят поочерёдно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, регулируя межполюсное расстояние в диапазоне 70-250 мм. Чтобы обеспечить 100% контроль всей зоны, важно не забыть про зону невыявляемости - до 20 мм вблизи полюсов.
3. Нанесение индикатора. Он должен покрывать всю исследуемую зону, включая труднодоступные ниши, глухие отверстия, пазы и пр. При использовании аэрозольных баллонов нужно следить за тем, чтобы расстояние между соплом и поверхностью составляло 200–300 мм. Перед проведением осмотра нужно дать излишкам суспензии стечь с ОК.
4. Осмотр. Этот этап магнитопорошкового контроля выполняется после стекания излишков индикатора. Выявленные несплошности тщательно осматривают при помощи оптических инструментов и приборов. В стационарных установках применяются автоматизированные системы расшифровки индикаторных рисунков. При ручном проведении дефектоскопии протяжённость и координаты несплошностей замеряют линейками, угольниками и кронциркулями из немагнитных материалов. По характеру индикаторного следа можно определить тип дефекта. Тонкие удлинённые линии указывают на плоскостные дефекты, округлые рисунки – на объёмные поры, включения и раковины. Если осаждение порошка не имеет чётких контуров, это служит косвенным признаком подповерхностных несплошностей. В зависимости от требований к чувствительности подбирается комбинированное освещение рабочей зоны с использованием разрядных и галогенных ламп. Для защиты от бликов предпочтительны светильники с рассеивателями и отражателями. Обязательна возможность регулировки интенсивности освещения. При работе с люминесцентными индикаторами задействуются источники ультрафиолетового излучения 2000 мкВт/кв. см и выше с длиной волны 315–400 нм.
5. Регистрация результатов магнитопорошкового контроля. Прежде всего, вносят соответствующие записи в протокол (заключение или акт) и журнал. К описанию и схематическому изображению могут прилагаться дефектограммы – фотографию или слепок (отпечаток на клейкой ленте) индикаторного рисунка. Места выявленных дефектов могут также отображаться на эскизе ОК. Файлы могут быть переданы на ПК и продублированы на USB-носителе. Если того требует инструкция, на годные участки и выявленные дефекты наносят маркировку – непосредственно по поверхности объекта.
6. Размагничивание. Остаточную намагниченность нужно убирать, так как она может спровоцировать скопление продуктов износа, мешает корректной работе электроаппаратуры и негативно влияет на последующую обработку изделия.

Оборудование и расходники для магнитопорошкового метода контроля​

Прежде всего, не обойтись без индикаторных материалов – порошков, суспензий, готовых аэрозолей, магнитогуммированных паст и пр. Последние представляют собой затвердевающую консистентную смесь из ферромагнитного порошка, пластификаторов и вспомогательных добавок. Изготавливаются на основе хлоркаучука и полимеров. Предназначаются для труднодоступных участков.

Для магнитопорошкового метода контроля используются порошки естественного (чёрного либо красно-коричневого) цвета, а также окрашенные в более контрастные тона – жёлтый, красный, белый и пр. Отдельная категория – люминесцирующие материалы для получения более чётких и ярких индикаторных рисунков.

Порошок не должен неприятно пахнуть, а химический состав не должен быть токсичным. Выявляющую способность периодически проверяют при помощи профильных СИ и контрольных образцов с искусственными или естественными дефектами (трещинами, пропилами, отверстиями).

Что касается аппаратуры, то для магнитопорошкового контроля предусмотрены следующие виды оборудования:

• дефектоскопы. Бывают стационарные и переносные, универсальные и специализированные (к примеру, галтелей малого радиуса). В отдельную группу можно выделить автоматизированные системы МПД на производствах, где собственно дефектоскоп – лишь один из модулей, а поиск и распознавание дефектов осуществляет специальная система;
• намагничивающие устройства (соленоиды, электромагниты, «ярмо»), постоянные магниты и размагничивающие устройства;
• средства измерения магнитных полей напряжённости и индукции (магнитометры, ферритометры и гауссметры);
• ультрафиолетовые светильники и приборы для проверки уровня освещённости;
• контрольные образцы – для оценки качества порошков, концентратов, паст и суспензий, калибровки и настройки дефектоскопов (в первую очередь, МО-4);
• магнитные индикаторные полоски;
• ASTM-колбы для оценки концентрации взвешенных магнитных частиц в жидких растворах;
• приспособления для осмотра индикаторных следов – лупы, микроскопы, зеркала и т.д.

Требования к дефектоскопам для магнитопорошкового контроля содержатся в ГОСТ Р 53700-2009. При выборе модели учитывают поддержку способов СОН и/или СПП, напряжение питания, минимальное и предельную величину намагничивающего тока, его вид, плавность регулировки и т.д.

В качестве альтернативы дефектоскопам используются более компактные портативные электромагниты и соленоиды. Дополнительно к ним рекомендовано применять блок регулирования тока.

Обучение и аттестация специалистов магнитопорошкового контроля​

Программы подготовки включают в себя теоретические и практические занятия по металловедению, видам и способам намагничивания, технологическим процедурам МПД, изучению материалов и средств проведения дефектоскопии. Для дефектоскопии на объектах, подведомственных Ростехнадзору, требуется аттестация персонала на I, II и III уровня в соответствии с СДАНК-02-2020 или СНК ОПО РОНКТД-02-2021 (в зависимости от того, в какой Системе НК нужно подтвердить компетенцию, чтобы зайти на объект заказчика).

В помощь специалистам МПД, студентам, слушателям курсов на форуме «Дефектоскопист.ру» предусмотрен целый раздел с обсуждениями, а также архив нормативно-технической документации. Чтобы глубже изучать магнитопорошковый метод и стать настоящим профессионалом, зарегистрируйтесь на нашем сайте и присоединяйтесь к нашему сообществу в социальных сетях.