СРАВНЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МАГНИТНЫХ ПОРОШКОВ, ПРЕДСТАВЛЕННЫХ НА РОССИЙСКОМ РЫНКЕ,С ПОМОЩЬЮ ПРИБОРА МФ-10СП

Бакунов А.С., Кудрявцев Д.А., Мужицкий В.Ф.

Москва, ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр»

Анализируются существующие устройства и тест-образцы для проверки качества и чувствительности магнитных порошков и суспензий. Дается описание принципа работы и технические характеристики прибора МФ-10СП. Приведены практические результаты проверки чувствительности магнитных суспензий и аэрозолей на приборе МФ-10СП. Практические результаты сравниваются с данными производителя о чувствительности, полученными с использованием кольцевого образца Ketos tool steel ring. Показаны преимущества прибора МФ-10СП по сравнению с кольцевым образцом Ketos tool steel ring и остальными тест-образцами и устройствами для проверки качества и чувствительности магнитных порошков и суспензий.

В неразрушающей дефектоскопии для визуального выявления нарушений сплошности в изделиях, т.е. для обнаружения различных дефектов, применяют магнитные порошки. Исходя из достаточно большого расхода магнитного порошка при проведении контроля, экономически выгодно использовать магнитные порошки и суспензии несколько раз. Но так как обычно объект контроля не идеально чистый, то в порошок или суспензию попадают частицы грязи и ржавчины, а из-за того, что часть магнитного порошка оседает на объекте контроля, происходит уменьшение концентрации порошка в суспензии. В результате воздействия всех этих факторов чувствительность магнитного порошка уменьшается вплоть до значения, при котором не происходит выявления дефектов.

Существующие стандарты [1, 2] требуют регулярного контроля качества (чувствительности) магнитных порошков и суспензий. Для оценки чувствительности магнитных порошков и суспензий применяют различное оборудование, например пластиковые карточки с искусственным локальным магнитным полем на магнитной ленте [3, 4, 5]. Но данные карточки – скорее качественная характеристика магнитного порошка, она не позволяет сказать насколько один порошок чувствительнее другого. При использовании карточек возможны случаи, когда магнитный порошок при многократном применении уже не способен выявлять дефекты на объекте контроля, а карточка все еще показывает его годность. Кроме того, воздействие посторонних магнитных и радиационных полей может повредить магнитную ленту на карточке.

Для оценки чувствительности также применяют различные тест-образцы, например образец MTU, образец Бертхольда, кольцевой образец (ASME).

Тест-образец MTU представляет собой заранее намагниченный диск с дефектами. При нанесении на него суспензии происходит осаждение магнитного порошка над дефектами. По своим функциональным возможностям тест-образец MTU аналогичен магнитным карточкам и имеет те же недостатки.

Тест-образец Бертхольда [6] представляет собой диск, состоящий из 4-х секторов, стыки между которыми представляют собой два искусственных взаимно перпендикулярных дефекта. Для проверки качества суспензии образец устанавливают на проверяемую деталь и создают магнитное поле. При нанесении суспензии на образец над дефектами происходит осаждение магнитного порошка. Образец может быть эффективно использован только при контроле способом приложенного поля. Применение тест-образца Бертхольда эффективно только при ручном контроле, при автоматизированном контроле и при отсутствии доступа к месту намагничивания возникают трудности при использовании данного образца.

Образец кольцевой по ASME (Ketos tool steel ring) [6] предназначен для определения работоспособности дефектоскопа и качества суспензии. Данный образец рекомендован ASTM для проверки чувствительности порошков и суспензий (стандарт ASTM E-1444-94a). Образец представляет собой диск толщиной 7/8” (22,2 мм). Он имеет внешний диаметр 5” (127мм), внутренний – 1 ¼ “ (31,75 мм). Перпендикулярно плоскости диска на различном расстоянии от внешней цилиндрической поверхности просверлены 12 отверстий диаметром 1,78 мм каждое. Для проверки качества суспензии в отверстие в образце вставляют проводник диаметром 1” (25,4 мм) и пропускают по нему ток 2500А, в результате чего образуются поля рассеяния, убывающие по мере увеличения расстояния отверстия до цилиндрической поверхности образца. При нанесении на диск магнитной суспензии над отверстиями на цилиндрической поверхности происходит накопление магнитного порошка, образуя индикаторные линии. По числу индикаторных линий оценивают качество магнитной суспензии. Данный кольцевой образец позволяет сравнивать качество разных магнитных порошков и суспензий, оценивать качество рабочей суспензий. Однако оценка эта дискретна, сложно сравнить 2 близких по чувствительности порошка, или дать точную оценку качества суспензии в замкнутой рабочей системе, так как нередко работоспособную суспензию от выработавшей свой срок суспензии отделяют 1-2 показания на кольцевом образце, и определить на подобном образце момент негодности суспензии затруднительно. Помимо этого, для проверки качества магнитных суспензий на кольцевом образце требуется достаточно мощный и габаритный источник тока, что не всегда удобно.

Помимо этого, существуют и специальные приборы для проверки качества и чувствительности магнитных порошков и суспензий, например устройство намагничивающее стандартного образца МОН-721. Устройство МОН-721 состоит из магнитопровода с размещенным в его средней части блоком постоянных магнитов, который можно поворачивать вокруг оси с помощью рукоятки и фиксировать маховиком. С помощью прижимов в устройстве закрепляется стандартный образец с трещиной. Работа устройства заключается в следующем: в стандартном образце постоянными магнитами, закрепленными во вращающемся блоке, создается магнитный поток, который можно изменять при вращении рукоятки блока. Для каждого стандартного образца и для каждого дефектоскопического материала устанавливается своя величина магнитного потока, о которой судят по тангенциальной составляющей магнитного поля на поверхности стандартного образца. Качество дефектоскопических материалов оценивается по индикаторному рисунку над дефектом стандартного образца при фиксированном значении напряженности магнитного поля на его поверхности. Дефектоскопический материал считается годным для магнитопорошкового контроля, если индикаторный рисунок над искусственным дефектом при заданной намагниченности образца четко читается и не имеет разрывов. Одним из недостатков данного устройства является то, что значения напряженностей магнитного поля, характеризующие границу чувствительности для конкретного порошка или суспензии, приведены лишь для 5 наименований порошков, к тому же отсутствует методика определения граничных значений магнитного потока для других порошков и суспензий. Кроме того, порой сложно визуально точно установить – насколько четко читается индикаторный рисунок, чтобы дать однозначную оценку – пригодна ли суспензия для магнитопорошкового контроля или требуется ее замена, ведь оценка чувствительности с помощью устройства МОН-721 – опять же качественная оценка чувствительности, а не количественная. В результате возможны случаи, когда дефектоскопист может неправильно трактовать четкость выявления искусственного дефекта и преждевременно забраковать еще годную суспензию, либо признать годной отработавшую свой срок суспензию. Еще одним недостатком стоит признать и сложность сравнения чувствительностей двух суспензий, например рабочей и образцовой, либо просто разных суспензий для определения наиболее чувствительной. Ведь для этого необходимо многократно проверять чувствительность каждой суспензии при разных значениях напряженности магнитного поля с целью определения граничного значения напряженности, при котором начинается не выявление искусственного дефекта.

В ЗАО “НИИИН МНПО “Спектр” выпускается прибор для проверки качества магнитных порошков и суспензий МФ-10СП, позволяющий давать количественную оценку чувствительности магнитного порошка и суспензии [6]. В состав прибора входит электромагнит, предназначенный для создания равномерно убывающего магнитного поля рассеяния и состоящий из четырех катушек и магнитопровода. Внешний вид прибора МФ-10СП показан на рис. 1.

Основные технические характеристики прибора МФ-10СП приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные технические характеристики прибора МФ-10СП.

Принцип работы прибора основан на создании равномерно убывающего поля рассеяния вдоль двух протяженных искусственных несплошностей в виде щелей с шириной 50 и 100 мкм в магнитопроводе электромагнита, обработке поверхности магнитопровода с несплошностью испытуемым магнитным порошком (или суспензией) и измерением по шкале прибора в миллиметрах длины одного из индикаторных рисунков несплошностей в зависимости от размеров частиц магнитного порошка. В приборе имеется возможность регулировки и измерения намагничивающего тока в катушке электромагнита.

Условная чувствительность магнитного порошка (суспензий) определяется путем сравнительной оценки длины индикаторных рисунков, образуемых испытуемым магнитным порошком (суспензией), и магнитным порошком (суспензией), обеспечивающим необходимый условный уровень чувствительности магнитопорошкового метода неразрушающего контроля конкретных изделий. Регулярно замеряя изменение чувствительности порошка в процессе его эксплуатации, можно спрогнозировать момент, когда чувствительности порошка будет недостаточно для выявления дефектов и заранее заменить старый порошок на новый. Кроме того, прибор МФ-10СП позволяет оценить условные чувствительности различных порошков и сопоставить их друг с другом. Для проверки данной возможности были проведены сравнительные исследования чувствительности магнитных порошков фирм CIRCLE SYSTEMS, INC (США), MAGNAFLUX (Великобритания), HELLING (Германия), ELY CHEMICAL Co (Великобритания) на приборе МФ-10СП.

Для проверки чувствительности магнитных суспензий были взяты следующие магнитные порошки, применяемые для мокрого метода контроля:

CIRCLE SYSTEMS, INC

-          MI-GLOW-118 – люминесцирующий желто-зеленый цвет, предназначен для контроля изделий из чугуна и грубой обработки в среде легкого масла или воды. Средний размер частиц – 9 мкм;

-          MI-GLOW-218 - люминесцирующий желто-зеленый цвет, предназначен для контроля изделий с грубой обработкой поверхности в водной среде. Представляет собой смесь порошка MI-GLOW-118 со смачивающим веществом. Средний размер частиц – 9 мкм;

-          MI-GLOW-810 – люминесцирующий желто-зеленый цвет, предназначен для обнаружения очень мелких дефектов в водной среде. Представляет собой смесь порошка MI-GLOW-800 со смачивающим веществом. Средний размер частиц – 9 мкм;

-          MI-GLOW-850 – люминесцирующий оранжево-красный цвет, красный при обычном освещении, используется в водной среде. Средний размер частиц – 5 мкм

MAGNAFLUX

-          MAGNAGLO 20B – люминесцирующий желто-зеленый цвет, используется в водной среде. Средний размер частиц – 6-7 мкм

HELLING

-          LY-2500 – люминесцирующий желто-зеленый цвет, используется в масляной среде. Средний размер частиц – 4 мкм.

-          LY-1500 – люминесцирующий желто-зеленый цвет, используется в масляной среде. Средний размер частиц – 12,5 мкм.

Все магнитные порошки фирмы Helling предназначены для приготовления суспензий на масляной основе. Для приготовления суспензий на водной основе необходима специальная присадка (30 г/л) либо можно воспользоваться уже готовыми концентратами на водной основе.

ELY CHEMICAL Co

-          Lumor X (W) – люминесцирующий желто-зеленый цвет, используется в водной среде. Средний размер частиц – 6-7 мкм.

Результаты проверки чувствительности порошков на приборе МФ-10СП приведены в таблице 2.1. Все порошки разводились, тщательно размешивались в воде с концентрациями, рекомендуемыми производителем и приведенными в табл. 2.1. В табл. 2.1 также приведены данные производителя о чувствительности порошков при использовании образца Ketos tool steel ring.

Таблица 2.1. Показания длины осажденного порошка (из суспензии) на приборе МФ-10СП на трещине с раскрытием 50 мкм при силе тока 70 мА.

^*- концентрация выбрана из рекомендаций производителя на порошки.

Рассмотрим подробнее результаты проверки чувствительности магнитных суспензий на приборе МФ-10СП.

Из продукции CIRCLE SYSTEMS, INC наибольшей чувствительностью при минимальном расходе магнитного порошка обладают MI-GLOW-118 и MI-GLOW-218, что подтверждает возможность их применения для контроля изделий даже с грубой поверхностью (как в водной среде, так и в масле). Порошок MI-GLOW-810 также обладает высокой чувствительностью, особенно к мелким дефектам. Магнитный порошок MI-GLOW-850 при меньшей концентрации, чем MI-GLOW-810, обладает меньшей чувствительностью, так как предназначен для выявления крупных дефектов на грубых поверхностях. Кроме того, GLOW-850 способен выявлять дефекты и при естественном освещении.

Магнитная суспензия MAGNAGLO 20B фирмы MAGNAFLUX обладает достаточно высокой чувствительностью, но ей присущ и важный негативный фактор – сильное вспенивание при перемешивании, что влечет за собой необходимость добавления антипенных присадок.

Магнитные порошки фирмы HELLING показали высокую чувствительность и яркость, но для приготовления водной суспензии требуется добавление специальной присадки.

Магнитная суспензия Lumor X (W) фирмы ELY CHEMICAL Co продемонстрировала чувствительность чуть хуже, чем у самых чувствительных магнитных порошков остальных фирм-производителей, к тому же при худшей яркости свечения.

Для проверки чувствительности концентратов были взяты следующие магнитные жидкости производства CIRCLE SYSTEMS, INC:

-          MI-GLOW-778 – концентрат на водной основе, содержащий ингибиторы коррозии, противопенные и смачивающие добавки, а также вещества, регулирующие РН-фактор. Цвет – люминесцирующий желто-зеленый, в обычном свете – черный;

-          MI-GLOW-820 – концентрат на водной основе, содержащий ингибиторы коррозии, антикоррозионные добавки, смачивающие вещества и вещества, регулирующие РН-фактор. Цвет – не люминесцирующий черный.

Данные о чувствительности концентратов, полученные на приборе МФ-10СП, приведены в таблице 2.2. Баллоны с концентратами были тщательно взболтаны, затем концентрат разводился в воде в соотношении, рекомендованном производителем и указанном в таблице 2.2. В табл. 2.2 также приведены данные произодителя о чувствительности порошков при использовании образца Ketos tool steel ring.

Таблица 2.2. Показания длины осажденного порошка (из концентрата) на приборе МФ-10СП на трещине с раскрытием 50 мкм при силе тока 70 мА.

^*- концентрация выбрана из рекомендаций производителя на концентраты.

Из таблицы 2.2 видно, что у MI-GLOW-778 чувствительность больше чувствительности концентрата MI-GLOW-820, к тому же он может выявлять дефекты как в обычном свете, так и в ультрафиолетовом.

Для проверки возможности оценки качества аэрозолей на приборе МФ-10СП были исследованы следующие аэрозоли:

CIRCLE SYSTEMS, INC

-          Circle safe 778A – комбинация люминесцирующих желто-зеленых частиц и специального смачивающего средства в воде в аэрозольном баллоне. Разработан для обнаружения очень мелких дефектов на обработанных и не обработанных деталях из ферромагнитных материалов.

-          Circle safe 850A – комбинация люминесцирующих красных частиц и специального смачивающего средства в воде в аэрозольном баллоне. Предназначен для выявления дефектов как при обычном освещении, так и в ультрафиолете.

MAGNAFLUX

-          Magnaglo 14-HF – люминесцирующая аэрозоль желто-зеленого цвета на водной основе.

ELY CHEMICAL Co

-          Supramor 4B – нелюминесцирующая аэрозоль черного цвета на керосиновой основе.

Результаты проверки чувствительности аэрозолей на прибое МФ-10СП приведены в таблице 2.3. В табл. 2.3 также приведены данные производителя о чувствительности порошков при использовании образца Ketos tool steel ring.

Таблица 2.3. Показания длины осажденного порошка (из аэрозоля) на приборе МФ-10СП на трещине с раскрытием 50 мкм при силе тока 70 мА.

Из таблицы 2.3 видно, что чувствительность аэрозоля Circle safe 778A больше чувствительности аэрозоля Circle safe 850A, что подтверждает годность аэрозоля Circle safe 778A для обнаружения очень мелких дефектов. Использование Circle safe 850A предоставляет возможность обнаружения дефектов при обычном освещении благодаря яркому красному цвету.

Аэрозоль Magnaglo 14-HF продемонстрировала чувствительность на том же уровне что и Circle safe 778A при сопоставимой яркости свечения.

Чувствительность аэрозоля Supramor 4B находится на среднем уровне.

Исходя из проведенных исследований, можно сделать следующие выводы:

Из таблиц 2.1, 2.2 и 2.3 видно, что чувствительности порошков и суспензий, определенные с помощью прибора МФ-10СП, пропорциональны чувствительности, приведенной производителями порошков в технической документации и полученной с использованием Ketos tool steel ring. То есть вместо образца Ketos tool steel ring для проверки чувствительности магнитных порошков и суспензий можно использовать прибор МФ-10СП. При этом упрощается процедура определения чувствительности порошков из-за отсутствия необходимости применения дорогостоящего мощного крупногабаритного источника тока.

Помимо этого необходимо отметить, что существующие тест-образцы (образец MTU, образец Бертхольда, кольцевой образец (Ketos tool steel ring), пластиковые карточки, приборы типа устройства намагничивающего стандартного образца МОН-721) позволяют выявить лишь качественную характеристику магнитного порошка, они не позволяет сказать насколько один порошок чувствительнее другого. Подобные средства проверки качества магнитных порошков не позволяют определить границу непригодности различных порошков для конкретных задач в замкнутом цикле использования порошка или суспензии, они не позволяют спрогнозировать временной интервал, в течении которого суспензию можно использовать в замкнутом цикле при сохранении ее способности к выявлению дефектов. При использовании подобных средств возможны случаи, когда магнитный порошок при многократном применении уже не способен выявлять дефекты на объекте контроля, а данное средство проверки качества все еще показывает его годность. Всех этих недостатков лишен прибор для проверки качества магнитных порошков и суспензий МФ-10СП благодаря возможности оценивать чувствительность порошка по длине индикаторного рисунка над искусственными дефектами. С помощью прибора МФ-10СП можно сравнить чувствительности различных магнитных порошков и суспензий, а при многократном их использовании можно спрогнозировать момент, когда чувствительность порошка будет недостаточной для выявления дефектов и необходима будет замена отработанной суспензии на новую. Прибор для проверки качества магнитных порошков и суспензий МФ-10СП позволяет контролировать чувствительность и аэрозолей, и сухих порошков, и суспензий.

Список литературы.

1.      ASTM E-1444: Standard Practice for Magnetic Particle Examination.

2.      ASTM E-709: Standard Guide for Magnetic Particle Examination.

3.      William C. Chedister - The Magnetic Stripe Card: An Innovation Tool For Magnetic Particle Bath Control.- Materials Evaluation № 10, 1996.

4.      William C. Chedister – MT Bath Condition: Time for a Change.- Materials Evaluation № 6, 1999.

5.      CSC Special Bar Co. Improves Defect Detection by Using Magnetic Cards.- Metalproducing, № 2, 1996.

6.      Шелихов Г.С. – Магнитопорошковая дефектоскопия деталей и узлов. Практическое пособие. – М.: Государственное предприятие Научно-технический центр “Эксперт”, 1995.