Магнитопорошковый контроль сварных соединений металлоконструкций: принцип МПК, намагничивание, индикаторы, дефекты, уровни приемки и ограничения метода

Магнитопорошковый контроль сварных соединений металлоконструкций выявляет поверхностные и близкие к поверхности дефекты в ферромагнитных сталях. Метод применяют для обнаружения трещин, раскрытых несплошностей и других нарушений сплошности, способных создать локальное поле рассеяния при намагничивании контролируемого участка.

При изготовлении сварных металлоконструкций МПК используют там, где необходимо повысить достоверность оценки поверхности шва и околошовной зоны после визуального контроля. Это один из основных методов поиска трещин в сварных соединениях из ферромагнитных сталей, особенно если дефект тонкий, слабо заметен глазом или частично расположен под поверхностью.

Что такое магнитопорошковый контроль

Магнитопорошковый контроль, или МПК, — это метод неразрушающего контроля, основанный на намагничивании изделия и выявлении магнитных полей рассеяния, возникающих над поверхностными и близкими к поверхности несплошностями. На контролируемую зону наносят магнитный порошок или магнитную суспензию. Частицы концентрируются в местах поля рассеяния и образуют видимый индикаторный рисунок.

Для сварных соединений метод применяется:

• К металлу шва;
• К зоне термического влияния;
• К прилегающим участкам основного металла;
• К зонам ремонта, если после исправления требуется повторная оценка поверхности.

МПК не определяет автоматически природу дефекта. Он показывает индикацию, которую специалист должен сопоставить с геометрией шва, условиями намагничивания и установленным уровнем приемки.

Какую задачу МПК решает в системе контроля сварных соединений

Магнитопорошковый контроль занимает отдельное место в общей системе проверки качества сварки.

Он позволяет:

• Обнаруживать поверхностные трещины;
• Выявлять несплошности, расположенные близко к поверхности;
• Проверять сварной шов и околошовную зону после ВИК;
• Оценивать участки после ремонта;
• Контролировать соединения из ферромагнитных сталей там, где требуется более высокая чувствительность к трещиноподобным дефектам, чем дает обычный визуальный осмотр.

МПК не заменяет всю систему контроля. Он используется совместно с другими методами:

• ВИК — базовая проверка поверхности, геометрии и видимых дефектов;
• МПК — поиск поверхностных и близких к поверхности несплошностей в ферромагнитных материалах;
• ПВК — поиск поверхностных дефектов на более широком круге непористых материалов, включая немагнитные;
• УЗК и РК — контроль внутренних дефектов в объеме сварного соединения.

Как все эти методы соотносятся между собой, в какой последовательности их назначают, чем различаются объем контроля, критерии приемки и порядок действий при обнаружении дефектов, мы подробно разбираем в статье «Контроль сварных соединений металлоконструкций».

Нормативная база магнитопорошкового контроля

При разборе нормативной базы по магнитопорошковому контролю важно опираться на действующие стандарты, а не только на старые отраслевые методики.

ГОСТ ISO 17638-2018

Основной стандарт по магнитопорошковому контролю сварных соединений. Он определяет:

• Область применения метода;
• Требования к подготовке поверхности;
• Способы намагничивания;
• Магнитные индикаторы;
• Условия осмотра;
• Проверку чувствительности;
• Регистрацию индикаций;
• Размагничивание;
• Состав протокола контроля. Стандарт введен в действие с 1 июля 2019 года.

ГОСТ ISO 23278-2023

Стандарт устанавливает уровни приемки для индикаций, выявляемых магнитопорошковым методом в сварных соединениях из ферромагнитных сталей. Дата введения — 1 апреля 2024 года.

ГОСТ Р ИСО 3059-2015

Стандарт задает условия осмотра при магнитопорошковом и проникающем контроле:

• Освещенность при цветоконтрастном контроле;
• Требования к УФ-А-излучению при люминесцентном контроле;
• Требования к измерению освещенности и облученности;
• Ограничения на условия наблюдения.

На каком принципе работает МПК

Если в ферромагнитном материале нет дефекта, магнитный поток проходит через него сравнительно равномерно. Если в металле имеется трещина, непровар, поверхностная несплошность или дефект, расположенный близко к поверхности, магнитный поток искажается. В месте искажения возникает магнитное поле рассеяния. Частицы магнитного порошка или суспензии притягиваются к этой зоне и формируют индикаторный рисунок.

Метод особенно чувствителен к дефектам, которые:

• Расположены на поверхности или близко к ней;
• Имеют достаточную протяженность;
• Ориентированы так, что пересекают линии магнитного поля под благоприятным углом.

Результат зависит от направления поля, магнитных свойств материала, состояния поверхности и используемых индикаторов.

Почему метод применим только к ферромагнитным материалам

Магнитопорошковый контроль основан на создании магнитного потока и поля рассеяния. Поэтому он применим только к материалам, обладающим ферромагнитными свойствами. ГОСТ ISO 17638-2018 прямо распространяет метод на сварные соединения в ферромагнитных материалах.

МПК применим, например, к:

• Углеродистым сталям;
• Низколегированным конструкционным сталям;
• Ряду мартенситных и ферритных сталей.

МПК не применяется для контроля:

• Аустенитных нержавеющих сталей;
• Алюминиевых сплавов;
• Меди и ее сплавов;
• Титана;
• Других немагнитных материалов.

Для таких материалов при поиске поверхностных дефектов обычно рассматривают капиллярный контроль. Это принципиально иной метод, основанный не на магнитном поле, а на проникновении жидкого пенетранта в дефекты, раскрытые на поверхность.

Чем капиллярный контроль отличается от магнитопорошкового, в каких случаях ПВК предпочтительнее МПК и какие дефекты он выявляет, мы подробно разбираем в статье «Капиллярный контроль сварных соединений металлоконструкций».

Какие дефекты выявляет магнитопорошковый контроль

МПК предназначен прежде всего для выявления поверхностных и близких к поверхности несплошностей. В применении к сварным соединениям это:

• Трещины различного происхождения;
• Поверхностные несплошности в металле шва;
• Дефекты в зоне термического влияния;
• Близкие к поверхности непровары;
• Несплошности после ремонта;
• Отдельные дефекты, связанные с грубой обработкой или локальным повреждением поверхности.

Какие дефекты МПК не выявляет

Магнитопорошковый контроль не предназначен для достоверного выявления:

• Глубоко расположенных внутренних дефектов;
• Пор и включений в объеме шва, если они не создают достаточного поля рассеяния у поверхности;
• Несплошностей в немагнитных материалах;
• Дефектов, ориентация которых не позволяет сформировать заметное поле рассеяния при выбранной схеме намагничивания.

Из этого следует:

МПК не заменяет УЗК и РК, если задача состоит в оценке внутренней сплошности сварного соединения.

Что влияет на обнаружение дефекта: ориентация магнитного поля и положение несплошности

Чувствительность МПК зависит от того, как расположен дефект относительно магнитного поля. Наиболее благоприятно выявляются несплошности, которые ориентированы поперек магнитных силовых линий. Если поле направлено вдоль трещины, поле рассеяния выражено слабее и вероятность обнаружения снижается. Этот принцип лежит в основе выбора схемы намагничивания для продольных и поперечных дефектов.

Поэтому контроль одного сварного соединения может требовать намагничивания:

• В двух взаимно отличающихся направлениях;
• Разными способами;
• С изменением положения электромагнита или электроконтактов.

Основные способы намагничивания

ГОСТ ISO 17638-2018 предусматривает применение нескольких способов намагничивания, если в спецификации на контроль не указано иное:

• Ярмовые электромагниты;
• Генераторы тока с накладными электроконтактами;
• Проводники с током, намотанные на изделие или пропущенные через него;
• Катушки и гибкие кабели.

Оборудование для намагничивания

Стандарт предусматривает преимущественное применение намагничивания переменным током, если иное не задано в спецификации. Использование постоянного тока или постоянных магнитов должно быть отдельно указано в документации на контроль.

Применение переменного тока обеспечивает высокую чувствительность к поверхностным дефектам. В приложении А ГОСТ ISO 17638-2018 прямо указано, что переменный ток позволяет получить наибольшую чувствительность при обнаружении поверхностных несплошностей.

При использовании электроконтактов необходимо предотвращать:

• Перегрев;
• Возгорание;
• Дуговые прожоги на концах контактов.

Если такие повреждения возникли, пораженные участки должны быть дополнительно проконтролированы подходящим методом.

Проверка достаточности магнитного поля

Для формирования достоверной индикации поле должно быть достаточным. ГОСТ ISO 17638-2018 рекомендует, чтобы тангенциальная составляющая напряженности магнитного поля составляла от 2 до 6 кА/м.

Проверку намагниченности выполняют:

• С использованием контрольного образца с известным дефектом;
• Измерением тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля датчиком Холла;
• Другими предусмотренными процедурами.

Важно учитывать, что требуемая интенсивность намагничивания зависит от магнитной проницаемости материала. Для материалов с более низкой магнитной проницаемостью может потребоваться более высокая интенсивность поля. В приложении А стандарта это иллюстрируется на различии между магнитомягкими низколегированными сталями и магнитотвердыми мартенситными сталями.

Магнитные индикаторы: сухой порошок и суспензия

В качестве магнитных индикаторов используют:

• Сухие порошки;
• Суспензии.

Магнитная суспензия, как правило, обеспечивает более высокую чувствительность при выявлении поверхностных дефектов, чем сухой порошок. Это прямо отмечено в приложении А ГОСТ ISO 17638-2018.

Цветной и люминесцентный МПК

По способу визуализации индикаций применяют:

• Цветные контрастные магнитные индикаторы;
• Люминесцентные магнитные индикаторы.

ГОСТ ISO 17638-2018 указывает, что флуоресцентный магнитный индикатор обычно дает более высокую чувствительность, чем цветной контрастный, за счет высокой контрастности между темным фоном и светящейся индикацией. Однако чувствительность люминесцентного метода снижается при повышенной шероховатости поверхности, поскольку частицы могут прилипать к неровностям и повышать фон.

Если снизить освещенность или устранить фоновую флуоресценцию невозможно, стандарт допускает, что более высокой практической чувствительности можно добиться цветным дефектоскопическим материалом на фоне контрастного покрытия.

Подготовка поверхности и допустимость тонкого немагнитного покрытия

Контролируемые участки должны быть сухими, если не применяются средства, специально предназначенные для влажных поверхностей. Допускается локальная зачистка для улучшения интерпретации индикаций, однако любой способ подготовки поверхности не должен повреждать материал и ухудшать достоверность контроля.

На чувствительность МПК особенно влияют:

• Шероховатость;
• Подрезы;
• Неровности;
• Избыточное усиление шва;
• Состояние околошовной зоны.

В отдельных случаях может потребоваться:

• Зачистить подрезы и неровности;
• Уменьшить или удалить усиление шва, если это необходимо для требуемой чувствительности.

ГОСТ ISO 17638-2018 допускает контроль поверхностей, покрытых тонким немагнитным слоем краски, например грунтовкой, если:

• Покрытие равномерное;
• Его толщина не превышает 50 мкм.

При большей толщине покрытия чувствительность снижается, и перед продолжением контроля нужно подтвердить, что она остается достаточной.

Условия осмотра: освещенность и УФ-А-излучение

Условия наблюдения при МПК регулируются ГОСТ Р ИСО 3059-2015.

Для цветоконтрастного контроля

• Контроль проводят при дневном или искусственном белом свете;
• Освещенность контролируемой поверхности должна составлять 500 лк или более;
• В отдельных случаях может требоваться не менее 1000 лк.

Для люминесцентного контроля

• Используют УФ-А-источник с максимумом излучения 365 ± 5 нм;
• Для осмотра контролируемой поверхности интенсивность УФ-А-излучения должна быть не менее 5 Вт/м²;
• Освещенность белым светом на поверхности не должна превышать 20 лк.

Этапы проведения магнитопорошкового контроля

Общая последовательность МПК включает:

1. Изучение документации и критериев приемки;
2. Подготовку поверхности;
3. Выбор схемы намагничивания;
4. Проверку достаточности магнитного поля;
5. Нанесение магнитного индикатора;
6. Намагничивание и формирование индикаторного рисунка;
7. Осмотр индикаций;
8. Оценку по уровню приемки;
9. Регистрацию результата;
10. Размагничивание при необходимости.

Ложные индикации и причины ошибок интерпретации

ГОСТ ISO 17638-2018 прямо указывает, что ложные индикации могут возникать из-за:

• Изменения магнитной проницаемости;
• Значительного изменения размеров или формы;
• Особенностей зоны термического влияния;
• Неровностей поверхности.

Если существует подозрение, что истинная и ложная индикации накладываются друг на друга, поверхность шлифуют или применяют альтернативный метод контроля.

Линейные и нелинейные индикации

ГОСТ ISO 23278-2023 разделяет индикации на:

• Линейные — длина превышает ширину более чем в три раза;
• Нелинейные — длина меньше или равна утроенной ширине.

Уровни приемки 1, 2 и 3 по ГОСТ ISO 23278-2023

ГОСТ ISO 23278-2023 устанавливает уровни приемки для индикаций в сварных соединениях из ферромагнитных сталей:

• Уровень 1;
• Уровень 2;
• Уровень 3.

Для индикаций установлены следующие предельные размеры:

При этом стандарт уточняет:

• Ширина контролируемой поверхности должна включать сам сварной шов и по 10 мм основного металла с каждой стороны;
• Индикации, расположенные друг от друга на расстоянии меньше длины меньшей индикации, рассматривают как одну непрерывную индикацию;
• Уровни 2 и 3 могут быть указаны с буквой X, что означает применение требований уровня 1 к линейным индикациям.

Как уровни приемки при МПК, ПВК, УЗК и РК соотносятся с уровнями качества сварных соединений B, C и D, мы подробно разбираем в статье «Уровни качества и уровни приемки сварных соединений».

Что делают при недопустимых индикациях

ГОСТ ISO 23278-2023 допускает локальное шлифование для уменьшения или устранения несплошности, ставшей причиной недопустимой индикации, если это разрешено спецификацией на изделие. Все такие участки должны быть повторно проконтролированы и оценены тем же оборудованием, магнитным индикатором и способом.

Это означает, что исправление недопустимой индикации не заканчивается механической зачисткой. Требуется:

1. Устранить причину индикации допустимым способом;
2. Подготовить поверхность;
3. Повторить магнитопорошковый контроль;
4. Подтвердить соответствие требованиям приемки.

Порядок ремонта сварных соединений, правила удаления дефектного металла, повторной заварки и повторного контроля мы подробно разбираем в статье «Исправление дефектов сварных соединений металлоконструкций».

Когда требуется размагничивание

После контроля переменным током остаточная намагниченность обычно невелика, и размагничивание, как правило, не требуется. Однако если оно предусмотрено документацией или необходимо по условиям дальнейшей обработки, его выполняют установленным способом до заданного уровня.

ГОСТ ISO 17638-2018 отдельно указывает:
перед обработкой резанием рекомендуется остаточная намагниченность H < 0,4 кА/м.

Как регистрируют индикации

ГОСТ ISO 17638-2018 допускает несколько способов регистрации результатов магнитопорошкового контроля:

• Письменное описание;
• Чертеж;
• Фотография;
• Прозрачная клейкая лента;
• Прозрачный лак;
• Отслаиваемая контрастная краска;
• Видеозапись;
• Эпоксидная смесь магнитных частиц;
• Магнитная лента;
• Электронное сканирование.

Выбор способа регистрации зависит от требований к документированию контроля и необходимости последующей прослеживаемости дефектного участка.

Что должно быть в протоколе МПК

ГОСТ ISO 17638-2018 устанавливает минимальный состав протокола магнитопорошкового контроля. В нем фиксируют:

• Наименование организации, проводящей контроль;
• Объект контроля;
• Дату контроля;
• Основной металл и металл сварного шва;
• Термообработку после сварки, если она выполнялась;
• Тип сварного соединения;
• Толщину материала;
• Технологию сварки;
• Температуру объекта и индикатора при необходимости;
• Способ намагничивания;
• Вид тока;
• Магнитный индикатор;
• Условия осмотра;
• Уровень приемки;
• Описание и расположение регистрируемых индикаций;
• Итоговую оценку;
• Данные оператора контроля.

Связь МПК с ВИК, ПВК, УЗК и РК

МПК и ВИК

Магнитопорошковый контроль не отменяет базовый визуальный и измерительный контроль. Перед МПК поверхность должна быть доступна, очищена и предварительно оценена на наличие явных дефектов, геометрических отклонений и препятствий для достоверной интерпретации индикаторного рисунка.

Подробно, что именно проверяют до сварки, во время выполнения шва и после его завершения, мы разбираем в статье «Визуальный и измерительный контроль сварных соединений металлоконструкций».

МПК и ПВК

Оба метода применяют для поиска поверхностных дефектов, но работают они по разным физическим принципам.

• МПК подходит только для ферромагнитных материалов и может выявлять не только открытые, но и близкие к поверхности несплошности;
• ПВК применим к широкому кругу непористых материалов, включая аустенитные нержавеющие стали и другие немагнитные металлы, но выявляет только дефекты, имеющие выход на поверхность.

Более подробно различия между этими методами и область применения капиллярного контроля мы рассматриваем в статье «Капиллярный контроль сварных соединений металлоконструкций».

МПК и УЗК / РК

МПК не заменяет методы внутреннего контроля. Если требуется оценить внутреннюю сплошность соединения, применяют:

• УЗК — для поиска внутренних несплошностей акустическим методом;
• РК — для получения радиографического изображения внутренней структуры шва.

МПК остается методом контроля поверхности и приповерхностной зоны.

Что должно быть указано в документации

Чтобы магнитопорошковый контроль был управляемой процедурой, в документации должны быть заранее определены:

• Контролируемые соединения и участки;
• Материал конструкции;
• Применимость МПК;
• Способ намагничивания;
• Тип магнитного индикатора;
• Условия осмотра;
• Уровень приемки;
• Необходимость регистрации индикаций;
• Порядок действий при недопустимых результатах;
• Требования к повторному контролю после исправления.

Без этих данных контроль начинает зависеть от ситуативных решений на производстве и теряет необходимую прослеживаемость.

Типовые ошибки при назначении и выполнении МПК

Назначать МПК для немагнитных материалов

Метод применим только к ферромагнитным сталям и материалам.

Не учитывать ориентацию дефекта

Если схема намагничивания выбрана неправильно, трещиноподобный дефект может дать слабую или неустойчивую индикацию.

Проводить контроль по грубой или загрязненной поверхности

Шероховатость, ржавчина, окалина и неровности ухудшают чувствительность метода.

Игнорировать толщину покрытия

Тонкое немагнитное покрытие до 50 мкм может быть допустимо, но при большей толщине чувствительность нужно подтверждать отдельно.

Не проверять достаточность магнитного поля

Без подтверждения поля невозможно уверенно говорить о достоверности результата.

Считать любую индикацию дефектом

Индикация сначала должна быть оценена на предмет ложного срабатывания и соответствия уровню приемки.

Не фиксировать условия контроля в протоколе

Без данных о способе намагничивания, индикаторе и условиях осмотра результат становится неполным.

Не повторять контроль после исправления недопустимой индикации

Исправленный участок должен быть проконтролирован заново тем же методом, если это предусмотрено применимой процедурой и стандартом.

Чек-лист подготовки сварного соединения к магнитопорошковому контролю

Вывод

Магнитопорошковый контроль сварных соединений металлоконструкций — это один из наиболее эффективных методов поиска поверхностных и близких к поверхности дефектов в ферромагнитных сталях. Он особенно ценен для выявления трещиноподобных несплошностей в металле шва, зоне термического влияния и прилегающих участках основного металла.

Достоверный МПК строится на корректном выборе области применения, подготовке поверхности, правильной схеме намагничивания, достаточной напряженности магнитного поля, подходящем индикаторе, нормируемых условиях осмотра и оценке результата по заданному уровню приемки. Только при соблюдении всей этой цепочки метод дает не декоративный индикаторный рисунок, а технически обоснованный результат, пригодный для приемки сварной металлоконструкции.

---