Магнитопорошковый контроль

Магнитопорошковый контроль ( MPI ) — это процесс неразрушающего контроля , при котором магнитное поле используется для обнаружения поверхностных и неглубоких подповерхностных неоднородностей в ферромагнитных материалах . Примеры ферромагнитных материалов включают железо , никель , кобальт и некоторые их сплавы . Этот процесс создает магнитное поле в детали. Деталь можно намагничивать прямым или косвенным намагничиванием. Прямое намагничивание возникает, когда через объект контроля пропускают электрический ток и в материале образуется магнитное поле. Косвенное намагничивание возникает, когда через объект испытаний не проходит электрический ток, но прикладывается магнитное поле от внешнего источника. Магнитные силовые линии перпендикулярны направлению электрического тока, который может быть либо переменным током (AC), либо некоторой формой постоянного тока (DC) (выпрямленный переменный ток).

Наличие поверхностного или подповерхностного разрыва в материале позволяет магнитного потока утечке , поскольку воздух не может поддерживать такое большое магнитное поле на единицу объема, как металлы.

Для выявления утечки на деталь наносят частицы железа как в сухом виде, так и во влажной суспензии. Они притягиваются к области утечки магнитного потока и образуют так называемый индикатор, который оценивается для определения его характера, причины и порядка действий, если таковые имеются.

Типы используемых электрических токов

Существует несколько типов электрических токов, используемых при магнитопорошковом контроле. Для выбора правильного тока необходимо учитывать геометрию детали, материал, тип искомого разрыва и то, насколько далеко магнитное поле должно проникнуть в деталь.

Переменный ток (AC) обычно используется для обнаружения неоднородностей поверхности. Использование переменного тока для обнаружения подповерхностных неоднородностей ограничено из-за так называемого скин-эффекта , когда ток течет вдоль поверхности детали. Поскольку ток меняет полярность со скоростью от 50 до 60 циклов в секунду, он не проникает далеко за пределы поверхности испытуемого объекта. Это означает, что магнитные домены будут выровнены только на расстоянии проникновения переменного тока в деталь. Частота переменного тока определяет глубину проникновения.
Полноволновой постоянный ток ^{[ нужны разъяснения - обсуждение ]} (FWDC) используется для обнаружения неоднородностей в недрах, где переменный ток не может проникнуть достаточно глубоко, чтобы намагничивать деталь на необходимой глубине. Степень магнитного проникновения зависит от силы тока, проходящего через деталь. ^[1] Постоянный ток также ограничен на деталях очень большого поперечного сечения с точки зрения эффективности намагничивания детали.
Полуволновой постоянный ток (HWDC, пульсирующий постоянный ток ) работает аналогично полноволновому постоянному току, но позволяет обнаруживать признаки разрушения поверхности и имеет большее магнитное проникновение в деталь, чем FWDC. HWDC выгоден для процесса контроля, поскольку он фактически помогает перемещать магнитные частицы во время купания испытуемого объекта. Подвижности частиц способствует полуволновая пульсирующая форма волны тока. В типичном магнитном импульсе длительностью 0,5 секунды содержится 15 импульсов тока с использованием HWDC. Это дает частице больше возможностей вступить в контакт с областями утечки магнитного потока.

Электромагнит переменного тока является предпочтительным методом обнаружения разрушения поверхности. Использование электромагнита для обнаружения подземных признаков затруднено. Электромагнит переменного тока является лучшим средством обнаружения поверхностных дефектов, чем HWDC, DC или постоянный магнит, в то время как некоторые формы постоянного тока лучше подходят для обнаружения подповерхностных дефектов.

Оборудование

Мокрая горизонтальная машина MPI с катушкой диаметром 36 дюймов (910 мм).

Используя аналогичную машину, техник ВМС США распыляет магнитные частицы на испытуемую деталь под ультрафиолетовым светом.

Мокрая горизонтальная машина MPI является наиболее часто используемой инспекционной машиной массового производства. Станок имеет головную и хвостовую бабки, куда помещается деталь для ее намагничивания. Между головной и задней бабкой обычно находится индукционная катушка, которая используется для изменения ориентации магнитного поля на 90 ° от передней бабки. Большая часть оборудования создана для конкретного применения.

Мобильные блоки питания — это изготовленные по индивидуальному заказу источники намагничивания, используемые при намотке проводов.

Магнитное ярмо — это ручное устройство, которое индуцирует магнитное поле между двумя полюсами. Обычно применяются для использования на открытом воздухе, в удаленных местах и для контроля сварных швов . Недостаток магнитных ярм заключается в том, что они индуцируют только магнитное поле между полюсами, поэтому крупномасштабные проверки с использованием устройства могут занять много времени. Для правильного контроля ярмо необходимо повернуть на 90 градусов для каждой зоны контроля, чтобы обнаружить горизонтальные и вертикальные разрывы. Обнаружение подповерхностных слоев с помощью ярма ограничено. В этих системах использовались сухие магнитные порошки, влажные порошки или аэрозоли.

Размагничивание деталей

После того как деталь намагничена, ее необходимо размагнитить. Для этого требуется специальное оборудование, которое работает противоположно намагничивающему оборудованию. Намагничивание обычно выполняется с помощью сильного импульса тока, который очень быстро достигает пикового тока и мгновенно отключается, оставляя деталь намагниченной. Для размагничивания детали необходимый ток или магнитное поле должен быть равен или превышать ток или магнитное поле, используемые для намагничивания детали. Затем ток или магнитное поле медленно снижается до нуля, оставляя деталь размагниченной. Популярный метод регистрации остаточного магнетизма — использование измерителя Гаусса. ^[2]

Размагничивание переменным током
- Протяжные размагничивающие катушки переменного тока: на рисунке справа показаны устройства с питанием от переменного тока, которые генерируют сильное магнитное поле, в котором деталь медленно протягивается вручную или на конвейере. Протягивание детали через магнитное поле катушки и обратно замедляет падение магнитного поля в детали. Обратите внимание, что многие катушки размагничивания переменного тока имеют циклы включения в несколько секунд, поэтому деталь должна быть пропущена через катушку и находиться на расстоянии нескольких футов (метров) до завершения цикла размагничивания, иначе деталь будет иметь остаточную намагниченность.
- Размагничивание по затуханию переменного тока: оно встроено в большинство однофазного оборудования MPI. Во время процесса деталь подвергается воздействию равного или большего переменного тока, после чего ток снижается в течение фиксированного периода времени (обычно 18 секунд), пока не будет достигнут нулевой выходной ток. Поскольку переменный ток меняется от положительной к отрицательной полярности, это приведет к тому, что магнитные домены детали будут хаотизированными.
- Размагничивание переменным током имеет существенные ограничения на способность размагничивать деталь в зависимости от геометрии и используемых сплавов.
Реверсивное размагничивание постоянным током: это метод размагничивания, который должен быть встроен в машину во время производства. Это похоже на затухание переменного тока, за исключением того, что постоянный ток прекращается с интервалом в полсекунды, в течение которого ток уменьшается на величину и его направление меняется на противоположное. Затем ток снова пропускают через деталь. Процесс остановки, уменьшения и изменения направления тока оставит магнитные домены хаотизированными. Этот процесс продолжается до тех пор, пока через деталь не пройдет нулевой ток. Обычный цикл реверсивного размагничивания постоянного тока на современном оборудовании должен составлять 18 секунд или дольше. Этот метод размагничивания был разработан для преодоления ограничений, налагаемых методом размагничивания переменным током, когда геометрия детали и некоторые сплавы не позволяют методу размагничивания переменным током работать.
Полуволновое размагничивание постоянным током (HWDC): этот процесс идентичен полноволновому размагничиванию постоянным током, за исключением того, что форма сигнала является полуволновой. Этот метод размагничивания является новым для отрасли и доступен только от одного производителя. Он был разработан как экономичный метод размагничивания без необходимости использования двухполупериодного источника питания моста постоянного тока. Этот метод применим только к однофазным источникам питания переменного/HWDC. Размагничивание HWDC так же эффективно, как и двухполупериодное постоянное напряжение, без дополнительных затрат и дополнительных сложностей. Конечно, существуют и другие ограничения из-за индуктивных потерь при использовании сигнала HWDC на деталях большого диаметра. Кроме того, эффективность HWDC ограничивается диаметром более 410 мм (16 дюймов) при использовании 12-вольтового источника питания.

Порошок магнитных частиц

Обычной частицей, используемой для обнаружения трещин, является оксид железа как для сухих, так и для влажных систем.

Размер частиц мокрой системы варьируется от менее 0,5 микрометра до 10 микрометров для использования с водными или нефтяными носителями. На частицы, используемые во влажных системах, нанесены пигменты, которые флуоресцируют при длине волны 365 нм ( ультрафиолетовый свет А), что требует 1000 мкВт/см. ² (10 Вт/м ²) на поверхности детали для надлежащего осмотра. к частицам не применяется правильный свет, Если в темной комнате частицы невозможно обнаружить/увидеть. В промышленности принято использовать УФ-очки/очки для фильтрации УФ-излучения и усиления спектра видимого света (обычно зеленого и желтого), создаваемого флуоресцирующими частицами. Зеленая и желтая флуоресценция была выбрана потому, что человеческий глаз лучше всего реагирует на эти цвета.

Порошки с сухими частицами имеют размер от 5 до 170 микрометров и предназначены для наблюдения в условиях белого света. Частицы не предназначены для использования во влажной среде. Сухие порошки обычно наносятся с помощью ручных пневматических аппликаторов.
Частицы, наносимые аэрозолем, аналогичны влажным системам, которые продаются в заранее приготовленных аэрозольных баллончиках, похожих на лак для волос.

Носители магнитных частиц

Обычной отраслевой практикой является использование специально разработанных носителей на масляной и водной основе для магнитных частиц. Дезодорированный керосин и уайт-спирит уже 40 лет широко не используются в промышленности. ^{[ когда? ]} Использовать керосин или уайт-спирит в качестве носителя опасно из-за опасности возгорания.

Инспекция

Ниже приведены общие этапы проверки мокрой горизонтальной машины:

Заготовку очищают от масла и других загрязнений.
Необходимые расчеты сделаны, чтобы узнать величину тока, необходимую для намагничивания заготовки. см . в ASTM E1444/E1444M . Формулы
Намагничивающий импульс подается на 0,5 секунды, в течение которых оператор промывает заготовку частицей, останавливаясь до завершения магнитного импульса. Если не остановить работу до окончания магнитного импульса, индикация будет смыта.
Ультрафиолетовый свет применяется, когда оператор ищет признаки дефектов, которые находятся в диапазоне от 0 до ± 45 градусов от пути тока, протекающего через заготовку. Индикация появляется только при углах приложенного магнитного поля от 45 до 90 градусов. Самый простой способ быстро определить направление магнитного поля - это обхватить заготовку любой рукой между бабками, приложив большой палец к заготовке (не обхватывать большой палец заготовкой) это называется либо левым, либо правым большим пальцем Правило или правило правого хвата . Направление, которое указывает большой палец, указывает направление тока. Магнитное поле будет направлено под углом 90 градусов от пути тока. В случае сложной геометрии, например коленчатого вала , оператору необходимо визуализировать изменение направления тока и создаваемого магнитного поля. Ток начинается с 0 градусов, затем с 45 градусов до 90 градусов, снова до 45 градусов до 0, затем от -45 до -90 до -45 до 0, и это повторяется для каждой шатунной шейки . Таким образом, поиск показаний, находящихся под углом всего от 45 до 90 градусов от магнитного поля, может занять много времени.
Заготовка либо принимается, либо отклоняется на основе заранее определенных критериев.
Заготовка размагничивается.
В зависимости от требований может потребоваться изменить ориентацию магнитного поля на 90 градусов, чтобы проверить наличие признаков, которые не могут быть обнаружены на шагах 3–5. Самый распространенный способ изменения ориентации магнитного поля — использование «выстрела катушки». На рис. 1 видна 36-дюймовая катушка, затем повторяются шаги 4, 5 и 6.

Стандарты

Международная организация по стандартизации (ISO)

ISO 3059, Неразрушающий контроль. Пенетрантный контроль и магнитопорошковый контроль. Условия наблюдения.
ISO 9934-1, Неразрушающий контроль. Магнитопорошковый контроль. Часть 1. Общие принципы.
ISO 9934-2, Неразрушающий контроль. Магнитопорошковый контроль. Часть 2. Средства обнаружения.
ISO 9934-3, Неразрушающий контроль. Магнитопорошковый контроль. Часть 3. Оборудование.
ISO 10893-5, Неразрушающий контроль стальных труб. Магнитопорошковый контроль бесшовных и сварных труб из ферромагнитной стали на предмет дефектов поверхности.
ISO 17638, Неразрушающий контроль сварных швов. Магнитопорошковый контроль.
ISO 23278, Неразрушающий контроль сварных швов. Магнитопорошковый контроль сварных швов. Уровни приемки

Европейский комитет по стандартизации (CEN)

EN 1330-7, Неразрушающий контроль. Терминология. Часть 7. Термины, используемые при магнитопорошковом контроле.
EN 1369, Литейка. Магнитопорошковый контроль.
EN 10228-1, Неразрушающий контроль стальных поковок. Часть 1. Магнитопорошковый контроль.

Американское общество испытаний и материалов (ASTM)

ASTM E1444/E1444M Стандартная практика магнитопорошковых испытаний
ASTM A 275/A 275M Метод испытаний для магнитопорошкового исследования стальных поковок
ASTM A456 Спецификация для магнитопорошкового контроля крупных поковок коленчатого вала
ASTM E543 Стандартные технические условия для оценки агентств, выполняющих неразрушающий контроль
ASTM E 709 Руководство по исследованию магнитопорошкового тестирования
ASTM E 1316 Терминология неразрушающего контроля
Стандартное руководство ASTM E 2297 по использованию источников и измерителей УФ-А и видимого света, используемых в методах проникающей жидкости и магнитных частиц

Канадская ассоциация стандартов (CSA)

CSA W59

Общество инженеров автомобильной промышленности (SAE)

AMS 2641 Машина для магнитопорошкового контроля
AMS 3040 Магнитные частицы, нефлуоресцентные, сухой метод
AMS 3041 Магнитные частицы, нефлуоресцентные, мокрый метод, масло, готовые к использованию
AMS 3042 Магнитные частицы, нефлуоресцентные, мокрый метод, сухой порошок
AMS 3043 Магнитные частицы, нефлуоресцентные, мокрый метод, масляный транспортер, в аэрозольной упаковке
AMS 3044 Магнитные частицы, флуоресцентные, мокрый метод, сухой порошок
AMS 3045 Магнитные частицы, флуоресцентные, мокрый метод, масло, готовые к использованию
AMS 3046 Магнитные частицы, флуоресцентные, мокрый метод, масляный транспортер, в аэрозольной упаковке5
AMS 5062 Сталь, низкоуглеродистые стержни, поковки, трубы, листы, полосы и пластины Углерод 0,25, максимум
AMS 5355 Отливки по выплавляемым моделям
AMS I-83387 Процесс проверки, магнитная резина
AMS-STD-2175 Отливки, классификация и проверка агентов для подготовки воды AS 4792 для контроля водных магнитных частиц AS 5282 Стандарт кольца из инструментальной стали для магнитопорошкового контроля AS5371 Справочные стандарты Зубчатые прокладки для магнитопорошкового контроля

Военный стандарт США

AA-59230 Жидкость, магнитопорошковый контроль, подвеска

Ссылки

^ Бетц, CE (1985), Принципы испытаний магнитными частицами (PDF) , Американское общество неразрушающего контроля , стр. 234, ISBN 978-0-318-21485-6 , заархивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2011 г. , получено 2 марта 2010 г.
^ Высший инженер (2 ноября 2021 г.). «Что такое MPI (контроль магнитных частиц)?» . TheGraduateEngineer.com . Дипломированный инженер . Проверено 16 ноября 2021 г.

Дальнейшее чтение

«Испытание на проникающую жидкость и магнитные частицы на уровне 2» (PDF) (PDF) . Международное агентство по атомной энергии. 2000.

Внешние ссылки

Видео о контроле магнитных частиц , Университет прикладных наук Карлсруэ

[betz-1] Бетц, CE (1985), Принципы испытаний магнитными частицами (PDF) , Американское общество неразрушающего контроля , стр. 234, ISBN 978-0-318-21485-6 , заархивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2011 г. , получено 2 марта 2010 г.

[2] Высший инженер (2 ноября 2021 г.). «Что такое MPI (контроль магнитных частиц)?» . TheGraduateEngineer.com . Дипломированный инженер . Проверено 16 ноября 2021 г.

[1]

[2]