Магнитопорошковый контроль, соответствующий разным уровням чувствительности

При полюсном намагничивании деталей и контроле спосо­бом остаточной намагниченности величина последней мо­жет быть значительно меньше требуемого из-за саморазмагничивающего поля полюсов детали. Поэтому при контроле способом приложенного поля внешнее намаг­ничивающее поле должно быть таким, чтобы оно могло компенсировать магнитное поле полюсов. При намагничи­вании постоянным магнитным полем при медленном его уменьшении и контроле способом остаточной намагничен­ности можно проверять детали с отношением наибольших размеров в направлении намагничивания и в перпендику­лярном ему направлении не менее 25. При намагничивании детали переменным и импульсным током (или при быстром выключении постоянного тока) это отношение может сос­тавлять не менее 3...5 за счет того, что намагничивается только поверхностный слой и при выключении намагничи­вающего поля магнитные линии поверхностной части дета­ли могут замыкаться через внутреннюю часть детали, создавая как бы замкнутую магнитную цепь. Амплитуда намагничивающего поля должна быть такой, чтобы повер­хностный слой был намагничен до насыщения. Время уменьшения намагничивающего поля от максимального значения до нуля не должно превышать 5-10 с.

Намагничивание с созданием псевдозамкнутой магнит­ной цепи невозможно, если наименьший размер детали и направлении, перпендикулярном направлению намагничи­вания, меньше 5...10 мм (в зависимости от магнитных свойств материала детали). Это связано с тем, что детали намагничиваются переменным или импульсным полем пол­ностью и невозможно замыкание магнитного потока через внутреннюю часть детали.

Напряженность намагничивающего поля, необходимая для контроля, может быть определена по формулам, приведенным в табл. 13 и по кривым на рис. 86.

Таблица 13. Формулы, рекомендуемые в [3], для расчета напряжен­ности поля, соответствующей условному уровню чувствительности А

Коэрцитивная сила Нс, А/см	Остаточная индукция Вr, Тл		Формула для расчета Нпр, А/см
4...16		≥1,2 <1,2	32+1,3 Нс 52+1,3 Нс
От 16 до 24		≥1,0 < 1,0 ≥0,7	32+1,3 Нс 52+1,3 Нс 32+1,3 Нс
От 24 до 40		<0,7	52+1,3 Нс
От 40 до 50		≥0,6	32+1,3 Нс
От 50		<0,6 ≥0,5 0,45...0,5	52+1,3 Нс 32+1,3 Нс 52+1,3 Нс

Режимы контроля способом прило­женного поля, соответству­ющие условному уровню чувствительности А, вычис­ляют по формулам в зави­симости от магнитных характеристик материала детали (табл. 13).

Основные магнитные характеристики сталей бы­ли приведены выше.

Для материалов с оста­точной индукцией В_r < 0,45 Тл режим контроля необходимо рассчитывать для каждого материала и режи­ма термической обработки. Как правило, в деталях из таких материалов не удает­ся обнаружить дефекты, размеры которых соответствуют уровню А условной чувс­твительности (см. табл. 13).

Рис. 86. Кривые для определения режимов намагничивания по ГОСТ-21105-87.

Таблица 14. Формулы, рекомендуемые [3], для расчета напряжен­ности поля,

Коэрцитивная сила Нс, А/см	Относительная максимальная проницаемость μmax		Формула для расчета Нпр, А/см
			Режим Б	Режим В
4...16		≥500 <500	13+1,1 Нс 26+1,1 Нс	9,6+1,1 Нс 21+1,1 Нс
От 16 до 32		≥600 < 160	13+1,1 Нс 26+1,1 Нс	9,6+1,1 Нс 21+1,1 Нс
От 32 до 48		≥90 <90	13+1,1 Нс 26+1,1 Нс	9,6+1,1 Нс 21+1,1 Нс
От 48		≥50 <50	13+1,1 Нс 26+1,1 Нс	9,6+1,1 Нс 21+1,1 Нс

Формулы для расчетов режимов контроля, соответству­ющих уровню чувствительности Б и В, приведены в табл. 14.

Критерии применимости формул для режимов А, Б или В, объясняются следующим.

В режиме А нарушения сплошности определяют при высоких намагниченностях, когда магнитное состояние материала изделия соответствует индукциям, близким к предельной петле гистерезиса. Конструкционные стали от­носятся, как правило, к группе ферромагнитных матери­алов с нормальными петлями гистерезиса, у которых отношение остаточной индукции В_r к максимальной В_тax на предельной петле гистерезиса приблизительно постоян­но и равно 0,5...0,7. Для режима А оказалось возможным за критерий выбора расчетной формулы брать значение остаточной индукции.

В режимах Б и В дефекты выявляют в условиях, когда магнитное состояние материала близко к точке на кривой намагничивания, соответствующей максимальной магнит­ной проницаемости материала. Поэтому оказалось, что ве­личина μ_mах хорошо коррелирует с условием применимости формул, приведенных в табл. 14.

Если выяснено, что деталь можно проверить способом остаточной намагниченности, то для определения режимов контроля по кривым намагничивания находят напряжен­ность приложенного поля, намагничивающего деталь до уровня, начиная с которого остаточная индукция практи­чески не уменьшается.

Напряженность намагничивающего поля при контроле сварных соединений при заданной чувствительности должна быть определена на валике усиления. При этом индукция в детали вблизи валика усиления должна быть выше по сравнению с индукцией на валике настолько, насколько толщина детали вместе с валиком усиления сварного шва больше ее толщины вне сварного шва. При контроле сварных соедине­ний с неснятым усилением может соответствовать уровням чувствительности Б и В, а соединений, выполненных ручной сваркой — только уровню чувствительности В.

В приложениях к ГОСТ 21105-87 рекомендуется при определении режимов намагничивания исходить из из­вестных для данной детали коэрцитивной силы Н_с, оста­точной индукции В_r и необходимой чувствительности А, Б или В.

Контроль способом остаточного намагничивания (СОН) с требуемой чувствительностью возможен в том слу­чае, если В_r и Н_с данной детали выше значений, получаемых по кривым рис. 86, а, построенным для трех значений чув­ствительности. Например, три детали 1,2,3, имеющие рав­ные значения Н_с=32 А/см могут быть проконтролированы способом СОН с разной чувствительностью или вообще не могут быть проконтролированы с нужной чувствитель­ностью. Так, очевидно, деталь № 1 с В_r=0,875 Тл может быть проконтролирована с любой заданной чувствитель­ностью. Для детали № 2 уровень чувствительности А в системе СОН не достижим, а деталь № 3, имеющая В_r=0,5 Тл, способом остаточного намагничивания не должна контролироваться. Ее можно проконтролировать только приложенным полем, причем уровни чувствительности А и Б могут быть достигнуты, если индукция на поверхности соответственно 0,75 и 0,625 Тл.

Для того, чтобы правильно выбрать напряженность магнитного поля, очевидно, прикладываемое внешнее маг­нитное поле должно иметь напряженность Н>Н_с. Причем, приложение № 4 этого Стандарта рекомендует это превы­шение 2...5 кратное. Чем выше необходимая чувствитель­ность, тем больше должно быть Н/Н_с. На рис. 86, б приведены рекомендуемые величины Н для разных значе­ний Н_с. При контроле в приложенном поле отношение нор­мальной составляющей напряженности к тангенциальной на контролируемом участке поверхности объекта должно быть не более 3.

В приложении № 5 к ГОСТ 21105-87 рекомендуется при циркулярном намагничивании максимальное (амплитудное) значение намагничивающего тока для получения заданной напряженности Н в А/см определять по формулам:

для объектов цилиндрической формы с круглым сечением

I= 3Hd;

для объектов с прямоугольным сечением

I=3Ha при а/b > 10, I = 2Н(а + b) при а/b < 10;

для участков крупногабаритных объектов

где d — диаметр круглого сечения, см; а и b — длина и ширина прямоугольного сечения, см; l — расстояние между электродами или длина контролируемого участка, см; с — ширина контролируемого участка, см.

Первые три формулы относятся к схемам намагничи­вания посредством пропускания электрического тока (пе­ременного) через изделия преимущественно круглого и пря­моугольного сечения. Формулы приближенные, записаны из упрощенных представлений, однако широко применяют­ся для практических расчетов. Последняя формула касает­ся намагничивания пропусканием электрического тока по отдельным участкам металлоконструкции с помощью прис­тавных электродов.

Для получения надежных результатов требуется более тщательная подготовка и вычисления:

силы тока, пропускаемого по детали, центральному проводнику или намагничивающему устройству (соленои­ду, кабелю или по обмотке электромагнита и др.);

напряженности поля на поверхности проверяемой детали;

направления поля или тока в детали;

способа контроля: на остаточной намагниченности или в приложенном поле.

Напряженность поля, обеспечивающую требуемую чув­ствительность контроля, подбирают:

а) по выявлению известных трещин на конкретной про­веряемой детали (на опытном образце);

б) по выявлению искусственных дефектов тест-образца;

в) по экспериментально установленным формулам под конкретные детали;

г) по графикам, номограммам и требуемым уровням чувствительности;

д) по значению удельной магнитной энергии.

Первые два способа а), б) позволяют определить опти­мальный режим намагничивания любых деталей, в том числе деталей сложной формы.

Режимы намагничивания деталей сложной формы тре­буют проведения работ по экспериментальному их уточне­нию.

При массовом контроле однотипных деталей определе­ние режима намагничивания по выявлению известных де­фектов на деталях состоит в том, что выбирают одну из проверяемых деталей с мелкими дефектами, и контролиру­ют ее при различных схемах намагничивания, значениях тока и добиваются четкого выявления дефектов. Этот режим далее принимают как оптимальный. Этот способ оп­ределения режимов намагничивания позволяет учесть все факторы, в том числе состав магнитного индикатора, способ его нанесения, условия осмотра, освещения и др., влияю­щие на чувствительность контроля.

Известен импирический способ определения режима на­магничивания по выявлению искусственных дефектов, ко­торый состоит в том, что на деталь наносят искусственные мелкие (закалочные, шлифовочные) дефекты, обычно невидимые невооруженным глазом.

Вместо графиков по рис. 86, б для контроля приложен­ным полем напряженности Н могут быть вычислены по формулам:

А) Н_ПП = 41,3 + 1,З Н_с,

Б) Н_ПП =19,3+1,1 Н_с,

В) Н_ПП =15,2 + 1,1 Н_с,

Н_с — коэрцитивная сила, А/см, материала.

Выбор режима А, Б, В зависит от целей контроля, осо­бенностей проверяемой детали.

Напряженность поля в соленоидах вычисляют по при­веденным ниже формулам в зависимости от отношения дли­ны и диаметра детали:

а) при удлинении детали > 4:

б) при отношении 2 < < 4:

где I, d — длина и диаметр проверяемой детали.

Пример. Определить ток в соленоиде для намагничивания детали длиной 200 мм, диаметром 15 мм с целью обнаружения поперечных трещин усталости. Соленоид имеет 6 витков медной шины.

Решение.

1. Удлинение детали > 4.

2. Ампер-витки в соленоиде

Пример. Определить ток в соленоиде, имеющем 6 витков, для намагничивания детали длиной 200 мм, диаметром 65 мм.

Решение.

Для отношения

l/d = 200/65 = 3,08 < 4.

Ампер-витки