Физические основы магнитной дефектоскопии

Магнитный (магнитно-порошковый) метод используется для обнаружения поверхностных и близкорасположенных к поверхности трещин, раковин и несплошности металла в ферромагнитных деталях.

Магнитная дефектоскопия основана на явлении возникновения на поверхности детали в местах, где находятся дефекты, магнитного поля рассеяния при прохождении через деталь магнитного потока. Образования магнитного поля рассеяния происходит в связи с резким изменением магнитной проницаемости в местах наличия дефектов. Силовые линии магнитного потока, проходящего через деталь, встречая дефект, огибают его. Если дефект выходит на поверхность, или расположен не глубоко /1…2мм под поверхностью изделия/, то силовые линии выходят за пределы детали, образуя местное магнитное поле рассеяния. Аналогичное явление происходит, если на пути силовых линий магнитного поля находятся неодно­родные с контролируемым материалом включения.

а– продольном; б- циркулярном; 1- трещина; 2- неметаллическое включение

Рисунок 1.- Схемы возникновения магнитных полей рассеяния при намагничивании.

Фиксация этого магнитного поля рассеяния производится с помощью ферромагнитного порошка. На краях дефекта образуются магнитные полосы, которые притягиваются к себе мелкие частицы порошка. Собираясь над дефектом, они образуют на повер­хности осадок в виде жилки, ширина которой может достичь 100-кратной ширины трещины. В процессе осаждения частиц над дефектом играет роль топография поля рассеяния, которая обуславливается характером дефекта его ориентацией по отношению к направлению магнитного поля, а также напряженность намагничивающего поля.

Магнитный поток, проходя через деталь в местах с дефектами, изменяет свою величину и направление (рис 1), что регистрируется нанесенным на испыты­ваемую деталь (после ее намагничивания или в присутствии намагничивающе­го поля) магнитным порошком - он оседает на кромках трещины

Для обнаружения дефектов применяют ферромагнитные порошки, обла­дающие большой магнитной проницаемостью. Порошок магнетита (Fe₃O₄) чер­ного или темно-коричневого цвета используют для контроля деталей со светлой поверхностью, а порошок оксида железа (Fe₂О₃) буро-красного цвета - с тем­ной поверхностью. Зернистость порошка должна быть в пределах 5…10 мкм. Магнитную суспензию приготовляют, используя керосин, трансформаторное масло, смесь масла с керосином. На 1 л жидкости добавляют 30…50 г магнитно­го порошка.

Для обнаружения дефектов, расположенных перпендикулярно продольной оси детали или под углом к ней не более 25°, используют полюсное намагничи­вание в магнитном поясе соленоида (рис. 2а) или помешают деталь между по­люсами электромагнита (постоянного магнита).

Циркулярным (поперечным) намагничиванием (рис 2б) находят дефекты, располо­женные вдоль продольной оси детали или под углом не более 20⁰. Оно создает­ся полем, магнитные силовые линии которого расположены в виде замкнутых концентрических окружностей. Для этого через деталь пропускают электриче­ский ток. При необходимости обнаружения дефекта на внутренней цилиндри­ческой поверхности ток пропускают через стержень из немагнитного материала (медь, латунь, алюминий), помешенного в отверстие детали.

а- продольное в поле соленоида; б- циркуляционное; в- комбинированное

Рисунок 2.- Схема намагничивания деталей постоянным током.

Комбинированное намагничивание (рис 2а) заключается в одновременном воздействии на деталь двух взаимно перпендикулярных магнитных полей, по­лучаемых обычно пропусканием электрического тока через деталь (циркулярное намагничивание) с одновременным помещением детали в соленоид или электромагнитный контур (полюсное намагничивание). Магнитные силовые линия результирующего поля в этом случае направлены по витковой линии к поверхности детали, что позволяет обнаружить дефекты разной направленности.

Комбинированное намагничивание проводят только в приложенном магнитном поле, а циркулярное и полюсное - в приложенном поле и в поле остаточной намагниченности.

В приложенном магнитном поле определяют дефекты деталей, изготовленных из магнитомягких материалов (Ст. 2, Ст. 3, Ст. 10 - Ст. 40 и др.), а в по­ле остаточной намагниченности детали, изготовленные из магнитожестких материалов (легированные и высокоуглеродистые стали). После контроля все детали, кроме бракованных, размагничивают, воздействуя на них переменным магнитным полем, изменяющемся от максимального значения напряженности до нуля.

Для магнитного метода может быть использован как переменный, так и постоянный ток.

Переменный ток служит для раз­магничивания деталей, постоянный ток применяют для выявления только поверхностных дефектов, расположенных на глубине не более 5…7 мм от поверхности детали. Величина тока для проверки в приложенном поле (для черных и цветных металлов) определяется по форму­ле:

I = (6…8) Д, (5.1)

а в поле остаточной намагниченности:

I = (17…20) Д, (5.2)

где I - сила тока, А; Д - диаметр детали, мм.

На ремонтном производстве широко представлены переносные и пере­движные магнитные дефектоскопы ПМД-70, ПМД-ЗМ, М-217 и др. На лабораторно-практических занятиях студент должен научиться пользоваться универ­сальным дефектоскопом ПМД-70.