Новиков В. А._Вопросы и ответы по МПК. 4. 2 Кинетика осаждения магнитного порошка над дефектом
 Скачать 0.52 Mb.
|
|
Содержание:
ВведениеМагнитопорошковый метод – один из самых распространенных методов неразрушающего контроля стальных деталей. Он нашел широкое применение в авиации, железнодорожном транспорте, химическом машиностроении, при контроле крупногабаритных конструкций, в автомобильной и во многих других отраслях промышленности. Масштабность проведения магнитопорошкового метода объясняется высокой чувствительностью и наглядностью результатов контроля, возможностью обнаруживать как поверхностные, так и подповерхностные дефекты. При правильной технологии контроля деталей этим методом обнаруживаются трещины усталости и другие несплошности на начальной стадии их появления, когда обнаружить их без специальных средств невозможно. Этим методом могут быть обнаружены поверхностные микротрещины раскрытием 1 мкм и более, глубиной от 10 мкм и более. Для успешного обнаружения несплошностей кроме знания физических основ метода необходим производственный опыт, основанный на знаниях его технологических особенностей. В настоящих методических указаниях сделана попытка в форме ответов на поставленные вопросы акцентировать внимание читателя на технологических аспектах метода. Часть 4 4 Магнитопорошковый метод контроля 4.1 Сущность метода. Область применения. Выявляемые дефекты. Уровни чувствительности. Требования к шероховатости поверхности 4.1.1 Какой метод контроля называют магнитопорошковым?Магнитопорошковым методом контроля называют метод, основанный на явлении втягивания частиц ферромагнитного порошка магнитными потоками рассеяния, возникающими над дефектами в намагниченных объектах контроля. Скопления магнитного порошка над дефектами называют индикаторными рисунками. Индикаторные рисунки повторяют очертания обнаруженных дефектов в контролируемом ферромагнитном изделии /1/. 4.1.2 В каких отраслях народного хозяйства применяют магнитопорошковый метод контроля? Магнитопорошковый метод контроля нашел широкое применение в энергетике, авиации, железнодорожном транспорте, химическом машиностроении, судостроении, автомобильной и многих других отраслях промышленности. Объектами контроля являются полуфабрикаты-отливки, поковки, прокат, заготовки, детали на промежуточных стадиях изготовления, готовые детали, детали и узлы, восстановленные на ремонтных предприятиях, детали, бывшие в эксплуатации и контролируемые при техническом обслуживании и ремонте, включая и те, которые контролируют в узлах без демонтажа. 4.1.3 Какие основные нормативные документы регламентируют применение магнитопорошкового метода для контроля ферромагнитных объектов? Это ГОСТ 21105-87, который распространяется на контроль деталей, изделий и полуфабрикатов из ферромагнитных материалов с максимальной относительной магнитной проницаемостью не менее 40, а также отраслевые нормативные документы. Термины, применяемые в указанном стандарте, и их определения содержатся в ГОСТ 24450-80. 4.1.4 Для выявления каких дефектов применяют магнитопорошковый метод контроля? Магнитопорошковый метод контроля предназначен для выявления поверхностных и подповерхностных нарушений сплошности: трещин, волосовин, непроваров сварных соединений, флокенов, закатов надрывов, неметаллических включений и т. п. Метод может быть использован для дефектоскопии объектов с немагнитными покрытиями. В процессе контроля выявляются дефекты сплошности шириной не менее 0,001 мм, глубиной 0,01 мм и длиной 0,5 мм и более. Увеличение протяженности дефекта не приводит к улучшению его выявляемости. При постоянной ширине лучше обнаруживаются трещины большей глубины. Могут быть обнаружены и достаточно крупные нарушения сплошности металла (непровары, поры, шлаковые включения и др. величиной не менее 1,5…3 мм), расположенные на глубине до 5…6 мм от поверхности. Лучше всего выявляются трещины, ориентированные под углом 900 к направлению намагничивающего поля. Чем меньше , тем хуже обнаруживаются протяженные дефекты. Угол наклона плоских дефектов к контролируемой поверхности практически не влияет на выявляемость, если не меньше 450. При меньших углах дефекты выявляются хуже, а если , то дефекты выявляются ненадежно или вообще не обнаруживаются. Дефекты округлой формы создают слабые магнитные поля при контроле и обнаруживаются слабо. 4.1.5 Какие условные уровни чувствительности установлены при магнитопорошковой дефектоскопии? В зависимости от размеров выявляемых дефектов при МПД установлено три условных уровня чувствительности для дефектов с минимальным раскрытием : А, если =2,0 мкм Б, если =10 мкмесли = мкм Минимальная протяженность дефекта – 0,5 мм. Считается, что глубина несплошности в 10 раз превышает ее ширину. Требуемый уровень чувствительности задается техническими условиями на объект контроля. Поэтому, если например, применяемая технология контроля позволяет обнаружить дефект раскрытием 15 мкм, то достигается уровень чувствительности В и не достигаются А и Б. Уровни чувствительности названы условными потому, что они определены для идеальных дефектов в форме щели с параллельными стенками, перпендикулярными поверхности детали. 4.1.6 При какой шероховатости поверхности достигаются уровни чувствительности А, Б и В? Условный уровень чувствительности А достигается при параметре шероховатости контролируемой поверхности Rа 2,5 мкм, уровни чувствительности Б и В – при Rа 10 мкм. При выявлении подповерхностных дефектов, а также при Rа>10 мкм чувствительность метода снижается, и условный уровень чувствительности не нормируется. При контроле изделий с немагнитными покрытиями с увеличением толщины покрытия чувствительность метода понижается. С ростом шероховатости поверхности чувствительность метода падает из-за появления фона магнитного порошка. Снизить фон от частиц магнитного порошка можно, уменьшив напряженность намагничивающего поля, однако это приводит к снижению чувствительности метода. 4.2 Кинетика осаждения магнитного порошка над дефектом 4.2.1 Под действием каких сил уединенные частицы магнитного порошка скапливаются над дефектами сплошности? Уединенные частицы магнитного порошка скапливаются над дефектами под действием равнодействующей R пондеромоторной силы Fз, силы трения и вязкости Fтр, силы тяжести G и Архимедовой силы FА (рисунок 4.1). Если частицы не являются уединенными (например, соединены в цепочку), то к перечисленным выше силам добавляются силы электростатического и магнитного взаимодействия, возникающие между частицами.  4.2.2 По какой формуле определяют затягивающую пондеромоторную силу, действующую на уединенную частицу магнитного порошка? Как влияет форма частицы на величину пондеромоторной силы? Если ферромагнитная частица находится в неоднородном магнитном поле дефекта, то один из ее концов будет находиться в более сильном поле и поэтому на частицу будет действовать затягивающая пондеромоторная сила Fз:   где H – напряженность поля;  градиент напряженности поля;V – объем частицы;  – магнитная восприимчивость частицы; ; r –относительная магнитная проницаемость вещества. N – коэффициент размагничивания частицы  ; – отношение длины  ферромагнитного тела к его диаметру d.Для бесконечно длинного цилиндра, ось которого перпендикулярна вектору напряженности магнитного поля, N=1/2; для цилиндра бесконечной длины, ось которого совпадает с вектором Н, N=0 и =. Для шара N=1/3 и, следовательно, даже при = магнитная восприимчивость тела шарообразной формы не может превышать трех. Таким образом, наибольшая пондеромоторная сила при прочих равных условиях будет действовать на тонкие длинные тела, а наименьшая - на объекты шарообразной формы. Сказанное справедливо, если в неоднородном магнитном поле находится вся протяженная частица, а не ее часть. По этой причине наиболее интенсивно над трещинами скапливаются короткие цепочки магнитных частиц, а шарообразные частицы обладают малой подвижностью.4.2.3 Какова кинетика осаждения магнитного порошка, находящегося в суспензии, над трещиной? При магнитопорошковом контроле в суспензии может происходить коагуляция двух типов: магнитополяризационная – соединение частиц в цепочки, как магнитных диполей, и молекулярная автокоагуляция – соединение частиц в хлопья, агрегаты и т.д. Магнитная коагуляция частиц происходит следующим образом. Сначала к более крупным частицам притягиваются более мелкие, попавшие в сферу притяжения крупных частиц. В дальнейшем под действием магнитных сил эти частицы образуют цепочки, которые вытягиваются в направлении поля. Вблизи трещины один конец такой цепочки будет находиться в поле большей напряженности и градиента, чем другой. Это вызовет появление силы, которая стремится затянуть цепочку к месту расположения дефекта. Массу магнитного порошка, накопившегося над трещиной, можно определить по формуле  ,где 2 – эффективный радиус действия поля рассеяния; – длина трещины;К – концентрация суспензии; – скорость оседания частиц; – время нахождения детали в суспензии. Определенная по этой формуле масса магнитного порошка под действием поля рассеяния, создаваемого трещиной, соберется на поверхности  (рисунок 4.2) В зонах (2–1) оседания магнитного порошка не происходит, т.к. частицы, попавшие в эту зону, притягиваются к дефекту и накапливаются в зоне . Вне зоны  на поверхности детали порошок при оседании будет распределяться равномерно. При извлечении детали из суспензии осевший порошок с нее смывается. Поэтому зоны неосаждения обнаруживаются только при контроле способом воздушной взвеси. Всю суспензию над контролируемой деталью можно условно разделить на две зоны: приграничную, прилегающую к детали, и резервную, расположенную вне приграничной зоны. Магнитные частицы, оседающие из резервной зоны, пополняют приграничную зону. Если трещина, расположенная на поверхности детали, обращена в сторону дна ванны, то приграничный слой не только не пополняется, но даже обедняется из-за оседания частиц под действием силы тяжести. Это является причиной невыявления мелких трещин на поверхности детали, обращенной вниз. 4.2.4 Как влияет интенсивность магнитной коагуляции на выявляемость дефектов при магнитопорошковой дефектоскопии? Если магнитная коагуляция происходит слишком интенсивно, то индикаторные рисунки над дефектами становятся нечеткими. При этом на поверхности объекта контроля наблюдается значительный фон из магнитного порошка. Магнитный порошок осаждается не только над трещинами, но и над наклепом, местами грубой обработки, рисками, карбидной полосчатостью и т.д. Если цепочка слишком длинная, то поле дефекта не в состоянии затянуть ее к месту нахождения дефекта. Эти ферромагнитные частицы оседают на поверхность детали, создавая значительный фон, который мешает контролю. При оптимальной интенсивности магнитной коагуляции выявление дефектов улучшается, т.к. пондеромоторная сила, действующая на цепочку, больше силы, действующей на уединенные частицы магнитного порошка. При высокой интенсивности магнитной коагуляции трещины обнаруживаются хуже из-за низкой подвижности длинных цепочек в поле дефекта и значительного фона, создаваемого частицами магнитного порошка на поверхности объекта контроля. 4.2.5 Какие факторы влияют на интенсивность магнитной коагуляции? На интенсивность магнитной коагуляции влияют вязкость дисперсионной среды, концентрация и дисперсность магнитного порошка, его магнитные характеристики и предшествующее магнитное состояние, напряженность и градиент поля, продолжительность его действия, автокоагуляция. Оптимизировать условия контроля можно, регулируя параметры этих факторов. В частности, чтобы в суспензии было меньше конгломератов и длинных цепочек, в нее добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ), бывшую в употреблении суспензию процеживают через сита и размагничивают. 4.2.6 Как влияет длина цепочек магнитных частиц на выявляемость дефектов? Длинные цепочки интенсивно накапливаются над поверхностными неровностями, местами грубой обработки, рисками, наклепом, подрезами, карбидной полосатостью и т.д. Это обусловлено тем, что на длинные цепочки магнитных частиц в поле малого градиента действует значительная сила. Недопустимые дефекты (трещины, волосовины и т.д.) создают поле большого градиента. Над такими дефектами происходит интенсивное осаждение коротких цепочек магнитных частиц (длиной 0,01…0,1 мм), что позволяет получить четкий индикаторный рисунок дефекта. В то же время короткие цепочки слабо осаждаются под действием полей малого градиента. 4.3 Основные операции магнитопорошковой дефектоскопии. Материалы и оборудование. Подготовка к контролю 4.3.1. Назовите основные операции магнитопорошковой дефектоскопии. Магнитопорошковый метод контроля включает следующие технологические операции: -подготовка к контролю; -намагничивание объекта контроля; -нанесение дефектоскопического материала на контролируемую поверхность; -осмотр контролируемой поверхности и регистрация индикаторных рисунков дефектов; -оценка результатов контроля; -размагничивание объекта. 4.3.2 Какие операции включает подготовка к контролю?Подготовка к контролю должна включать: -подготовку объекта к операциям контроля; -проверку работоспособности дефектоскопов; -проверку качества дефектоскопических материалов. При подготовке объекта с контролируемой поверхности необходимо удалить грязь, продукты коррозии, нагар, остатки окалины, масляные загрязнения, а при необходимости – следы лакокрасочных покрытий (для удаления следов лакокрасочных покрытий могут быть использованы смывки АФТ-1, СД-1 и др.). Если намагничивание производится пропусканием тока по изделию, то детали должны быть очищены от неэлектропроводящих покрытий. Места контакта изделия с электрокарандашами обезжиривают растворителями (бензином, ацетоном) или зачищают мелкой наждачной бумагой (если это допустимо) или полотном, чтобы предотвратить прижог при намагничивании пропусканием тока. Желательно удалить также любые покрытия, если они превышают 30 мкм или препятствуют смачиванию поверхности суспензией. После пескоструйной обработки объект контроля следует обдуть струей чистого сухого воздуха. Если деталь будет подвергаться МПД с применением водной суспензии, то ее следует также тщательно обезжирить органическими растворителями (бензином, ацетоном и т.п.), либо препаратами МС-6, МС-15, не содержащими легко воспламеняющихся веществ. Часто для этих целей применяют моющий раствор следующего состава: 4…5 г эмульгатора ОП-7 или ОП-10 и 95…96 мл питьевой воды. Если предполагается использовать масляную суспензию, то кроме перечисленных выше растворителей могут быть использованы водные растворы МС-6. Если деталь будет контролироваться с применением керосиновой или керосиномаслянойсуспензии или сухого магнитного порошка, то с поверхности объекта необходимо удалить влагу. С этой целью объект контроля обдувают струей сухого воздуха. Для более качественной подготовки поверхности рекомендуют производить двойное обезжиривание (последовательно двумя одинаковыми растворами). Если контролируемая деталь находится в узле, то густой смазкой, ветошью, пробками, полиэтиленовой пленкой и т.д. закрывают отверстия, через которые магнитная суспензия может попасть внутрь узла и нарушить работу подшипников, золотниковых пар, зубчатых колес и т.д. Проверку работоспособности дефектоскопов и качества дефектоскопических материалов осуществляют при помощи стандартных образцов предприятий, специально изготовленных или отобранных из числа забракованных изделий с дефектами, размеры которых соответствуют принятому уровню чувствительности. 4.3.3 Какие основные устройства применяют для магнитопорошкового контроля?Для проведения магнитопорошкового контроля необходимы следующие устройства: -устройства для намагничивания объектов контроля; -устройства для освещения контролируемой поверхности видимым и ультрафиолетовым светом, лампа местного освещения; -измерители напряженности магнитного поля; -измерители концентрации магнитного порошка в суспензии; -контрольные образцы и другие средства метрологической поверки; -устройства для размагничивания объектов контроля, магнитных суспензий; -лупы, эндоскопы, микроскоп типа МБС-2; -измерители освещенности. В частности, в комплект передвижного магнитопорошкового дефектоскопа МД-50П входят: -шарнирный электромагнит, соленоид, электроконтакты, намагничивающие кабели; -лупа с подсветкой; -лупа телескопическая; -поворотное зеркало; -светильник; -фляга для нанесения магнитной суспензии; -пакет с магнитным порошком; -контрольный образец с дефектограммой; -ванночки. 4.3.4 Какие материалы и вспомогательные устройства применяют при магнитопорошковой дефектоскопии? Для проведения МПД могут применяться: -моющие средства и растворители (бензин, керосин, ацетон, препараты МС-6, МС-15, смывки АФТ-1, СД-1 и др.); -средства для удаления загрязнений и зачистки электроконтактов (волосяные щетки, кисти, мелкая наждачная бумага, напильники, скребки, хлопчатобумажная ветошь); -контрастные краски (белая нитрокраска, краска для цветной дефектоскопии, НЦ-1 и др.); -краскораспылитель; -средства для нанесения магнитного порошка и магнитной суспензии (ванночки, резиновые груши, сита, ванны и т.д.); -устройства для осмотра поверхности объекта контроля (лупы, эндоскопы и т.д.). 4.3.5 Чем удаляют загрязнения и лакокрасочные покрытия с контролируемых поверхностей? С поверхности контролируемых объектов удаляют различные загрязнения, нагар, продукты коррозии, остатки окалины и т.д. Для удаления загрязнений из отверстий, пазов, полостей применяют хлопчатобумажную неворсистую ветошь и растворители. Чтобы удалить загрязнения с ответственных и прецизионных деталей используют волосяные щетки, деревянные и пластмассовые скребки, растворители (бензин, ацетон и др.). Нельзя применять для очистки металлические предметы (отвертки, щетки и т.п.) вследствие возможности нанесения царапин на поверхности детали. Царапины затрудняют расшифровку индикаторных рисунков из-за скопления над ними магнитного порошка. Лакокрасочные покрытия толщиной более 0,03 мм удаляют смывками СД-1, АФТ-1 и др., а также пескоструйной обработкой, если она допускается технологией ремонта. 4.3.6 Как удаляют влагу с поверхности объекта контроля? Если для выявления дефектов в изделии применяют суспензию на основе керосина, масла, их смеси и других органических растворителей или сухой магнитный порошок, то предварительно необходимо удалить влагу с поверхности объекта. С этой целью деталь обдувают струей сухого воздуха, а небольшие увлажненные участки протирают сухой неворсистой ветошью. От ворсистой ветоши на детали остаются отдельные ворсинки, на которых задерживаются частицы магнитного порошка при стекании суспензии. Это приводит к образованию мнимых дефектов. 4.3.7 Как зачищают наконечники электрокарандашей и места электрического контакта перед циркулярным намагничиванием объекта?Наконечники электрокарандашей зачищают наждачной бумагой, удаляют также загрязнения и смазку с дисков зажимного контактного устройства дефектоскопа, используя скребки, ветошь, растворители. Места контакта изделия с электрокарандашами зачищают мелкой наждачной бумагой или обезжиривают растворителями (бензином, ацетоном). 4.3.8 Как снимают электростатические заряды с контролируемой магнитопорошковой дефектоскопией поверхности? Эмалевое покрытие контролируемых деталей иногда самопроизвольно электризуется. Расшифровка индикаторного рисунка может быть затруднена осаждением магнитного порошка в местах электризации неэлектропроводного покрытия детали. Это происходит как при использовании сухого магнитного порошка, так и суспензий, приготовленных на основе органических дисперсионных сред. Чтобы снять статическое электричество контролируемую поверхность протирают слегка влажной чистой ветошью. Можно также повысить электропроводность керосиновой или масляной суспензии добавлением в нее присадки Акор-1 (5...10 г/л). |