Методы намагничивания при магнитопорошковом контроле

1. ВВЕДЕНИЕ 

Проведем детальный анализ методов намагничивания на основе ГОСТ 56512-2015, ГОСТ ISO 17638-2018 и ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011.

Согласно ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011 (пункт 6), магнитопорошковый контроль может проводиться с использованием различных типов намагничивания. Выбор метода напрямую влияет на глубину обнаружения дефектов, чувствительность контроля и технологию проведения испытаний. ГОСТ 56512-2015, раздел 12.2 выделяет три основных подхода к намагничиванию по типу магнитного поля и способу нанесения индикатора:

• Переменное намагничивание приложенным полем (AC)

• Постоянное намагничивание приложенным полем (DC)

• Постоянное намагничивание остаточным полем (DC остаточное)

Каждый из этих методов имеет свои физические особенности, преимущества, недостатки и области рационального применения.

2. МЕТОД: ПЕРЕМЕННОЕ НАМАГНИЧИВАНИЕ ПРИЛОЖЕННЫМ ПОЛЕМ (AC)

2.1. НОРМАТИВНАЯ БАЗА 

• ГОСТ 56512-2015, п. 12.2.1 — циркулярное намагничивание переменным током

• ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011, п. 6.2 — намагничивание переменным магнитным полем

• ГОСТ ISO 17638-2018, п. 5.2.2 — применение для сварных соединений

2.2. ФИЗИЧЕСКАЯ СУТЬ МЕТОДА

При пропускании переменного тока (50 Гц) через объект контроля или намагничивающее устройство создается переменное магнитное поле, которое постоянно меняет направление с частотой сети.

ОСОБЕННОСТЬ: Из-за скин-эффекта (поверхностного эффекта) переменный ток концентрируется в тонком поверхностном слое металла. Глубина проникновения магнитного поля определяется формулой:

δ = 503 × √(ρ / (μr × f))  (мм)

где:

ρ — удельное сопротивление материала (Ом·м)

μr — относительная магнитная проницаемость

f — частота тока (Гц)

Для стали при частоте 50 Гц: глубина проникновения составляет 0,1–2 мм (ГОСТ 56512-2015, таблица 1).

2.3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ КОНТРОЛЯ

Согласно ГОСТ 56512-2015, п. 12.3.1:

ШАГ 1. Объект контроля НАМАГНИЧИВАЕТСЯ переменным током.

ШАГ 2. ВО ВРЕМЯ ДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ на поверхность наносится магнитный индикатор (суспензия или аэрозоль).

ШАГ 3. Магнитные частицы В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ притягиваются к полям рассеяния над дефектами.

ШАГ 4. После нанесения индикатора ток ПРОДОЛЖАЕТ ДЕЙСТВОВАТЬ еще 1–3 секунды для формирования четкого рисунка.

ШАГ 5. Затем ток отключается, и проводится ОСМОТР поверхности.

ВАЖНО (ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011, п. 6.2.3): Индикатор наносится ПРИ ВКЛЮЧЕННОМ ТОКЕ, так как после отключения переменного поля намагниченность объекта мгновенно падает до нуля (у большинства сталей остаточная намагниченность от AC минимальна).

2.4. ПРЕИМУЩЕСТВА МЕТОДА

✓ МАКСИМАЛЬНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ПОВЕРХНОСТНЫМ ДЕФЕКТАМ

• Выявление трещин раскрытием от 0,001 мм (ГОСТ 56512-2015, таблица 2, класс А).

• Четкие, контрастные индикаторные рисунки.

✓ ВЫСОКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

• Быстрое формирование индикаций (1–3 секунды).

• Не требуется размагничивание после контроля (ГОСТ 56512-2015, п. 12.9.1).

✓ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ПОСЛЕДУЮЩИХ ОПЕРАЦИЙ

• Объект не остается намагниченным.

• Не влияет на сварку, механообработку.

✓ ПРОСТОТА АВТОМАТИЗАЦИИ

• Легко встраивается в поточные линии.

• Стабильные параметры контроля.

2.5. НЕДОСТАТКИ МЕТОДА

✗ МАЛАЯ ГЛУБИНА КОНТРОЛЯ (0,1–2 мм).

• Не выявляет подповерхностные дефекты на глубине >2 мм.

✗ ТРЕБУЕТСЯ НЕПРЕРЫВНОЕ ПИТАНИЕ

• Невозможен контроль в полевых условиях без электросети.

✗ НЕОБХОДИМОСТЬ ОДНОВРЕМЕННОГО НАНЕСЕНИЯ ИНДИКАТОРА

• Сложнее для труднодоступных мест.

• Требует координации действий оператора.

2.6. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ (ГОСТ ISO 17638-2018, п. 5.2.2)

• Контроль ПОВЕРХНОСТНЫХ ТРЕЩИН в сварных соединениях

• Выявление УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН в деталях машин

• Обнаружение ШЛИФОВОЧНЫХ ТРЕЩИН после термообработки

• Контроль ЗАКАЛОЧНЫХ ТРЕЩИН в инструменте

• Проверка КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ после механообработки

3. МЕТОД: ПОСТОЯННОЕ НАМАГНИЧИВАНИЕ ПРИЛОЖЕННЫМ ПОЛЕМ (DC)

3.1. НОРМАТИВНАЯ БАЗА

• ГОСТ 56512-2015, п. 12.2.2 — циркулярное намагничивание постоянным током

• ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011, п. 6.3 — намагничивание постоянным магнитным полем

• ГОСТ ISO 17638-2018, п. 5.2.3 — применение для толстостенных изделий

3.2. ФИЗИЧЕСКАЯ СУТЬ МЕТОДА

При пропускании выпрямленного постоянного тока через объект или намагничивающее устройство создается постоянное магнитное поле, которое проникает на всю глубину ферромагнитного материала.

ОСОБЕННОСТЬ: Отсутствует скин-эффект, магнитное поле равномерно распределено по сечению объекта. Глубина контроля ограничена только напряженностью поля и размерами дефекта. Глубина обнаружения дефектов составляет до 10–15 мм от поверхности (ГОСТ 56512-2015, таблица 1).

3.3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ КОНТРОЛЯ

Согласно ГОСТ 56512-2015, п. 12.3.2:

ШАГ 1. Объект контроля НАМАГНИЧИВАЕТСЯ постоянным током (или постоянными магнитами).

ШАГ 2. ВО ВРЕМЯ ДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ на поверхность наносится магнитный индикатор.

ШАГ 3. Магнитные частицы притягиваются к полям рассеяния над ПОВЕРХНОСТНЫМИ И ПОДПОВЕРХНОСТНЫМИ дефектами.

ШАГ 4. Индикатор наносится ПРИ ВКЛЮЧЕННОМ ТОКЕ (или установленных магнитах).

ШАГ 5. После формирования рисунка (3–5 секунд) ток отключается.

ШАГ 6. Проводится ОСМОТР индикаторных рисунков.

ВАЖНО (ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011, п. 6.3.2): Индикатор наносится ПРИ ДЕЙСТВУЮЩЕМ ПОЛЕ, так как это обеспечивает максимальную чувствительность к подповерхностным дефектам.

3.4. ПРЕИМУЩЕСТВА МЕТОДА

✓ БОЛЬШАЯ ГЛУБИНА КОНТРОЛЯ

• Выявление дефектов на глубине до 10–15 мм (ГОСТ 56512-2015, таблица 1).

• Обнаружение подповерхностных несплошностей.

✓ УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ

• Подходит для ТОЛСТОСТЕННЫХ изделий (ГОСТ ISO 17638-2018, п. 5.2.3).

• Эффективен для ЛИТЫХ и КОВАНЫХ деталей.

✓ СТАБИЛЬНОСТЬ ПОЛЯ

• Магнитное поле не зависит от частоты.

• Равномерное распределение по объему.

✓ ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

• Автономность (не требуется электропитание).

• Безопасность во взрывоопасных зонах.

3.5. НЕДОСТАТКИ МЕТОДА

✗ МЕНЬШАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ТОНКИМ ПОВЕРХНОСТНЫМ ТРЕЩИНАМ

• Минимальное раскрытие дефекта для обнаружения: 0,01 мм (в 10 раз больше, чем у AC).

✗ ТРЕБУЕТСЯ РАЗМАГНИЧИВАНИЕ

• Объект остается намагниченным после контроля (ГОСТ 56512-2015, п. 12.9.2)

• Может влиять на последующую обработку

✗ БОЛЬШИЙ РАСХОД ТОКА

• Для создания необходимой напряженности поля требуется в 2–3 раза больше тока, чем при AC.

3.6. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ (ГОСТ ISO 17638-2018, п. 5.2.3)

• Контроль ТОЛСТОСТЕННЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (толщина >20 мм).

• Выявление ПОДПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ в литье.

• Обнаружение ФЛОКЕНОВ в поковках.

• Контроль ВНУТРЕННИХ РАССЛОЕНИЙ в прокате.

• Проверка ГЛУБОКИХ ТРЕЩИН после термообработки.

Магнитные дефектоскопы серии НЕВА СМ — специализированное оборудование для намагничивания ферромагнитных объектов при проведении магнитопорошкового контроля по ГОСТ 56512-2015, ГОСТ ISO 17638-2018 (раздел 5.2) и ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011. Устройство предназначено для выявления продольных дефектов (трещин, расслоений, волосовин, непроваров) в стержневых деталях, трубах, валах, осях и других объектах цилиндрической формы.

4. МЕТОД: ПОСТОЯННОЕ НАМАГНИЧИВАНИЕ ОСТАТОЧНЫМ ПОЛЕМ

4.1. НОРМАТИВНАЯ БАЗА

• ГОСТ 56512-2015, п. 12.2.3 — контроль в остаточном магнитном поле.

• ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011, п. 6.3.3 — использование остаточной намагниченности.

• ГОСТ ISO 17638-2018, п. 5.3 — применение для сложных объектов.

4.2. ФИЗИЧЕСКАЯ СУТЬ МЕТОДА

После намагничивания объекта постоянным током (или постоянными магнитами) и отключения источника поля в ферромагнитном материале сохраняется остаточная намагниченность (Br).

ОСОБЕННОСТЬ: Контроль проводится ПОСЛЕ ОТКЛЮЧЕНИЯ намагничивающего тока, используя только остаточное магнитное поле самого объекта.

ВЕЛИЧИНА ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ зависит от:

• Магнитных свойств материала (коэрцитивная сила Hc).

• Напряженности намагничивающего поля.

• Формы и размеров объекта (размагничивающий фактор).

4.3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ КОНТРОЛЯ

Согласно ГОСТ 56512-2015, п. 12.3.3:

ШАГ 1. Объект контроля НАМАГНИЧИВАЕТСЯ постоянным током или постоянными магнитами.

ШАГ 2. ТОК ОТКЛЮЧАЕТСЯ (или магниты убираются).

ШАГ 3. Объект сохраняет ОСТАТОЧНУЮ НАМАГНИЧЕННОСТЬ.

ШАГ 4. ПОСЛЕ ОТКЛЮЧЕНИЯ ТОКА на поверхность наносится магнитный индикатор.

ШАГ 5. Магнитные частицы притягиваются к полям рассеяния над дефектами.

ШАГ 6. Проводится ОСМОТР индикаторных рисунков.

ШАГ 7. После контроля объект РАЗМАГНИЧИВАЕТСЯ (ГОСТ 56512-2015, п. 12.9).

ВАЖНО (ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011, п. 6.3.3): Индикатор наносится ПОСЛЕ ОТКЛЮЧЕНИЯ ТОКА, что позволяет работать в труднодоступных местах и сложных условиях.

4.4. ПРЕИМУЩЕСТВА МЕТОДА

✓ СВОБОДА ДЕЙСТВИЙ ОПЕРАТОРА

• Индикатор наносится БЕЗ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ТОКА.

• Нет ограничений по времени нанесения.

• Безопасность (нет напряжения на объекте).

✓ УДОБСТВО ДЛЯ СЛОЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

• Контроль ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ емкостей, труб.

• Проверка ТРУДНОДОСТУПНЫХ УЧАСТКОВ (ГОСТ ISO 17638-2018, п. 5.3).

• Возможность многократного нанесения индикатора.

✓ ЭКОНОМИЯ ЭНЕРГИИ

• Ток включается только на 1–3 секунды для намагничивания.

• Основная работа проводится без питания.

✓ ПОРТАТИВНОСТЬ

• Можно использовать АВТОНОМНЫЕ ИСТОЧНИКИ (аккумуляторы, постоянные магниты).

• Подходит для ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЙ.

4.5. НЕДОСТАТКИ МЕТОДА

✗ ОГРАНИЧЕНИЕ ПО МАТЕРИАЛАМ

• Подходит только для материалов с ВЫСОКОЙ КОЭРЦИТИВНОЙ СИЛОЙ (Hc > 40 А/м).

• Не применим для МАГНИТОМЯГКИХ СТАЛЕЙ (ГОСТ 56512-2015, п. 9.2.2).

✗ МЕНЬШАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ

• Остаточное поле СЛАБЕЕ ПРИЛОЖЕННОГО в 2–5 раз.

• Минимальное раскрытие дефекта: 0,02–0,05 мм (ГОСТ 56512-2015, таблица 2).

✗ ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ РАЗМАГНИЧИВАНИЕ

• Объект остается намагниченным.

• Может притягивать стружку, влиять на приборы (ГОСТ 56512-2015, п. 12.9.2).

✗ ЗАВИСИМОСТЬ ОТ ФОРМЫ ОБЪЕКТА

• На ТОНКИХ и ДЛИННЫХ деталях остаточная намагниченность НИЗКАЯ (размагничивающий фактор).

• Требуется РАСЧЕТ достаточности остаточного поля (ГОСТ 56512-2015, формула 2).

4.6. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ (ГОСТ ISO 17638-2018, п. 5.3)

• Контроль ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ труб, котлов, емкостей.

• Проверка СВАРНЫХ ШВОВ в труднодоступных местах.

• Дефектоскопия в ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ (без стационарного электропитания).

• Контроль на ВЫСОТЕ (вышки, мосты, краны).

• Проверка ВЗРЫВООПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ (без электрического тока).

5. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА МЕТОДОВ

Источники: ГОСТ 56512-2015, таблица 1; ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011, раздел 6.

6. ВЫБОР МЕТОДА НАМАГНИЧИВАНИЯ

Согласно ГОСТ 56512-2015, раздел 9:

6.1. ИСПОЛЬЗУЙТЕ AC (ПЕРЕМЕННОЕ ПРИЛОЖЕННОЕ ПОЛЕ), ЕСЛИ:

✓ Контролируются ПОВЕРХНОСТНЫЕ ДЕФЕКТЫ (трещины, волосовины).

✓ Требуется МАКСИМАЛЬНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ (класс А по ГОСТ ISO 17638-2018).

✓ Объект ТОНКОСТЕННЫЙ (толщина <5 мм).

✓ Доступно СТАЦИОНАРНОЕ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ.

✓ Нет возможности проводить последующее размагничивание после контроля.

ПРИМЕРЫ: сварные швы тонкостенных труб, детали после шлифовки, контроль усталостных трещин.

6.2. ИСПОЛЬЗУЙТЕ DC (ПОСТОЯННОЕ ПРИЛОЖЕННОЕ ПОЛЕ), ЕСЛИ:

✓ Контролируются ПОДПОВЕРХНОСТНЫЕ ДЕФЕКТЫ (флокены, расслоения).

✓ Объект ТОЛСТОСТЕННЫЙ (толщина >20 мм).

✓ Материал ЛИТОЙ или КОВАНЫЙ.

✓ Требуется ГЛУБОКИЙ КОНТРОЛЬ (>2 мм).

✓ Доступно размагничивание после контроля.

ПРИМЕРЫ: толстостенные сварные соединения, роторы турбин, поковки крупных валов, литые корпуса.

6.3. ИСПОЛЬЗУЙТЕ DC ОСТАТОЧНОЕ (ОСТАТОЧНОЕ ПОЛЕ), ЕСЛИ:

✓ Контроль в ТРУДНОДОСТУПНЫХ МЕСТАХ (внутренние поверхности).

✓ ПОЛЕВЫЕ УСЛОВИЯ без стационарного электропитания.

✓ ВЗРЫВООПАСНАЯ СРЕДА (запрет на электрооборудование).

✓ Работа на ВЫСОТЕ или в ЗАМКНУТЫХ ПРОСТРАНСТВАХ.

✓ Материал МАГНИТОТВЕРДЫЙ (Hc > 40 А/м).

ПРИМЕРЫ: внутренние швы котлов, трубопроводы в полевых условиях, контроль на высотных объектах, дефектоскопия в шахтах.

6.4. КОМБИНИРОВАННОЕ НАМАГНИЧИВАНИЕ

ГОСТ 56512-2015, п. 12.2.5:

Для ОТВЕТСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ рекомендуется ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ двух методов:

1. СНАЧАЛА AC — для выявления тонких поверхностных трещин.

2. ЗАТЕМ DC — для обнаружения подповерхностных дефектов.

Это обеспечивает МАКСИМАЛЬНУЮ ПОЛНОТУ КОНТРОЛЯ согласно ГОСТ ISO 17638-2018, п. 5.4.

7. ВЫВОДЫ

Каждый метод намагничивания имеет СВОЮ ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, определяемую:

• ТИПОМ ДЕФЕКТОВ (поверхностные/подповерхностные).

• ТОЛЩИНОЙ ОБЪЕКТА.

• МАГНИТНЫМИ СВОЙСТВАМИ МАТЕРИАЛА.

• УСЛОВИЯМИ КОНТРОЛЯ (стационарные/полевые).

• ТРЕБОВАНИЯМИ К ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ.

Правильный выбор метода — ключ к эффективному и достоверному магнитопорошковому контролю в соответствии с требованиями ГОСТ 56512-2015, ГОСТ ISO 17638-2018 и ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА:

AC → Поверхностные дефекты + Максимальная чувствительность

DC приложенное → Подповерхностные дефекты + Глубокий контроль

DC остаточное → Труднодоступные места + Автономность

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. ГОСТ 56512-2015 «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Типовые технологические процессы». — М.: Стандартинформ, 2016.

2. ГОСТ ISO 17638-2018 «Неразрушающий контроль сварных соединений. Магнитопорошковый контроль». — М.: Стандартинформ, 2019.

3. ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011 «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Часть 1. Основные требования». — М.: Стандартинформ, 2012.

4. ГОСТ Р 53700-2009 (ИСО 9934-3:2002) «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Часть 3. Оборудование». — М.: Стандартинформ, 2010.

5. ГОСТ Р ИСО 9934-2-2011 «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Часть 2. Индикаторные материалы». — М.: Стандартинформ, 2012.