Переменное и постоянное магнитное поле при магнитопорошковой дефектоскопии

Выбор между AC и DC в МПД влияет не на тип дефектоскопа, а на глубину намагничивания, тип выявляемых дефектов и технологию контроля. По ГОСТ Р 56512-2015 при намагничивании переменным или импульсным током намагничивается в основном поверхностный слой объекта, а при постоянном или выпрямленном токе — поверхностный и подповерхностный слои, что позволяет выявлять дефекты на глубине до 2-8 мм.

Что означает AC и DC в МПД

В практике магнитопорошковой дефектоскопии AC обычно означает переменное магнитное поле, создаваемое переменным током, а DC — постоянное магнитное поле, создаваемое постоянным током или выпрямленным. С точки зрения ГОСТ Р 56512-2015, это не отдельные методы МПД, а разные режимы намагничивания, которые используются внутри уже выбранной схемы: циркулярной, продольной, полюсной, кабельной или комбинированной. Стандарт прямо перечисляет допустимые виды тока и связывает их с разной глубиной намагничивания.

В чем ключевая разница между переменным и постоянным полем

Главная разница сформулирована в п. 12.10 ГОСТ Р 56512-2015: при намагничивании переменным или импульсным током намагничивается в основном поверхностный слой, что позволяет выявлять только поверхностные дефекты. При намагничивании постоянным или выпрямленным током намагничиваются поверхностный и подповерхностный слои, что позволяет выявлять как поверхностные, так и подповерхностные дефекты на глубине до 2 мм. Это и есть основное инженерное правило выбора AC и DC.

Почему переменное поле часто выбирают для поверхностных трещин

Если задача — максимально уверенно видеть поверхностные трещины, переменное поле часто оказывается лучшим выбором. Это особенно хорошо видно на сварных соединениях: ГОСТ ISO 17638-2018 прямо указывает, что использование переменного тока для намагничивания позволяет получить наибольшую чувствительность обнаружения поверхностных дефектов. Поэтому AC-ярма и AC-режимы часто становятся базовым выбором для локального контроля швов и других поверхностных дефектов.

Почему постоянное и выпрямленное поле выбирают для приповерхностной зоны

Когда есть риск, что дефект находится не строго на поверхности, а на некоторой глубже, преимущества переходят к постоянному или выпрямленному полю. ГОСТ Р 56512-2015 прямо связывает DC и выпрямленные токи с возможностью обнаруживать дефекты в подповерхностном слое на глубине до 2 мм и даже до 8 мм. Это не делает МПД объемным методом, но позволяет лучше работать в зоне под поверхностью, чем классический поверхностный AC-режим.

Что такое выпрямленный ток и почему его нельзя игнорировать

ГОСТ Р 56512-2015 отдельно перечисляет выпрямленный однополупериодный, выпрямленный двухполупериодный и выпрямленный трехфазный токи. Это важно, потому что в реальной аппаратуре именно выпрямленные режимы часто становятся компромиссом между производительностью, удобством питания и задачей контроля приповерхностных дефектов. С точки зрения стандарта выпрямленный ток по эффекту глубины относится к той же группе, что и постоянный: он работает по поверхностному и подповерхностному слоям.

Как AC и DC связаны со схемой намагничивания

Выбор переменного или постоянного поля нельзя рассматривать отдельно от самой схемы намагничивания. Например, при циркулярном намагничивании поле выбирают с учетом того, нужны ли только поверхностные продольные дефекты или также приповерхностная зона.

При продольном или полюсном намагничивании логика та же: AC усиливает работу по поверхности, DC и выпрямленные режимы добавляют чувствительность к приповерхностным несплошностям. Сам ГОСТ Р 56512-2015 сначала перечисляет виды намагничивания, а затем — виды тока, то есть рассматривает выбор поля как часть общей технологии контроля.

Для реализации этого способа может применяться дефектоскоп НЕВА-ПЭМ-2.

Когда рационально выбирать AC или DC поле как основной режим

Переменное поле особенно логично выбирать в следующих случаях:

• задача ориентирована именно на поверхностные трещины;
• нужен быстрый и понятный режим для локального контроля;
• контроль ведется ярмом, особенно на сварных соединениях;
• приоритет — максимальная чувствительность к поверхностным дефектам, а не к глубинным.

Для сварных соединений это подтверждает ГОСТ ISO 17638-2018, который прямо называет AC-намагничивание наиболее чувствительным к поверхностным дефектам.

Постоянное или выпрямленное поле особенно рационально выбирать, если:

• требуется работа по приповерхностной зоне;
• есть риск дефектов под поверхностью, но в пределах типовой глубины МПД;
• объект имеет покрытие или особенности геометрии, при которых поверхностного AC-режима может быть недостаточно;
• требуется более глубокое магнитное воздействие на контролируемый слой.

Эта логика прямо следует из ГОСТ Р 56512-2015, который связывает DC и выпрямленные режимы с работой по подповерхностным слоям.

В ГОСТ ISO 17638-2018 указано что использование намагничивания с помощью постоянного тока или постоянных магнитов должно быть указано в спецификации на контроль. Это важный инженерный акцент: для швов базовым режимом обычно остается AC, а переход к DC или постоянным магнитам должен быть обоснован задачей и закреплен в документации.

Как подбирать оборудование под AC и DC

Если задача ориентирована на AC, чаще используют ярмовые электромагниты или стационарные намагничивающие катушки и локальные схемы, где нужна высокая поверхностная чувствительность. Если нужен DC или выпрямленный ток, смотрят на генераторы тока, намагничивающие катушки. ГОСТ Р 53700-2009 требует, чтобы для такого оборудования были нормированы электрические характеристики, рабочий цикл и параметры поля, а для ярм, генераторов и катушек задает конкретные минимальные требования.

Для реализации этого способа может применяться установка НЕВА-ПМД-2000.

1) Портативные ярмовые электромагниты переменного тока

Для AC-ярма ГОСТ требует указывать:

• рекомендованное расстояние между полюсами — минимальное и максимальное;
• размеры поперечного сечения полюсов;
• требования к питанию: напряжение, ток, частота;
• возможные формы кривой тока;
• способ регулирования тока и его влияние на форму тока;
• рабочий цикл при максимальной мощности;
• максимальную длительность включения;
• тангенциальную составляющую напряженности поля Ht в контрольной точке;
• габариты, массу и степень защиты IP.

Минимальные требования ГОСТ: При температуре воздуха 30 °C и на максимальной мощности для портативного AC-ярма должны выполняться такие минимумы:

• длительность включения тока — не менее 5 с;
• температура поверхности рукоятки — не более 40 °C;
• тангенциальная составляющая напряженности поля при максимальном расстоянии между полюсами — не менее 2 кА/м (среднеквадратическое значение);
• подъемная сила — не менее 44 Н, что эквивалентно удержанию стальной пластины/бруска массой не менее 4,5 кг.

Как это проверяют по ГОСТ. Для ярма стандарт допускает три практических способа функционального контроля:

• измерение Ht на стальной пластине заданных размеров;
• проверка на подъем;
• проверка по силе отрыва от ферромагнитной плиты.

2) Генераторы тока

Для генератора тока ГОСТ требует нормировать:

• напряжение холостого хода U₀;
• ток короткого замыкания Iк;
• номинальный ток Iг;
• рабочий цикл при максимальной мощности, если он отличается от базового;
• максимальную длительность подачи тока, если она отличается от базовой;
• формы кривой тока;
• способ регулирования тока и его влияние на форму кривой;
• рабочий диапазон и ступени настройки;
• способ обеспечения постоянства тока, если он есть;
• тип, разрешение и точность амперметра выходного тока;
• требования к питанию при максимальном выходном токе;
• степень защиты IP, габариты, массу;
• тип размагничивания, если эта функция есть.

Как ГОСТ определяет номинальный ток: в стандарте номинальный ток генератора определен как максимальный ток при длительности подачи 5 с, если иное не задано отдельно.

Минимальные требования ГОСТ: При температуре воздуха 30 °C и на номинальном токе генератор должен обеспечивать длительность подачи тока не менее 5 с.

3) Стационарные средства намагничивания и катушки

В стационарных установках применяют средства намагничивания электрическим током и магнитным потоком, а магнитный поток может создаваться ручным электромагнитом или стационарной катушкой. Если в установке есть несколько направлений намагничивания, каждый контур должен управляться независимо, а само намагничивание должно быть достаточным для нужной выявляющей способности во всех направлениях.

Для стационарных средств намагничивания ГОСТ требует задавать:

• возможные типы намагничивания;
• формы кривой тока;
• способ регулирования тока и его влияние на форму тока;
• рабочий диапазон и уровни установки;
• способ поддержания постоянства тока;
• контроль тока(ов) намагничивания;
• диапазон продолжительности намагничивания;
• средства автоматизации;
• рабочий цикл при максимальной мощности;
• максимальную длительность подачи тока;
• тангенциальную составляющую напряженности поля Ht;
• U₀, Iк, Iг;
• размеры поперечного сечения полюсов;
• параметры креплений и зажима;
• давление сжатого воздуха, если применимо;
• максимальное расстояние между узлами зажима;
• максимальный диаметр и массу контролируемой детали;
• тип применяемых дефектоскопических материалов;
• схему расположения оборудования;
• тип, точность и разрешение измерительного прибора;
• требования к электропитанию;
• габариты и массу;
• для катушек отдельно: число витков, максимальное число ампер-витков, длину катушки, внутренний диаметр или размеры сторон прямоугольной катушки, а также напряженность поля в центре катушки.

Минимальные требования ГОСТ. При температуре воздуха 30 °C и номинальном токе для стационарных средств намагничивания должны выполняться минимум:

• длительность подачи тока — не менее 5 с;
• тангенциальная составляющая напряженности поля — не менее 2 кА/м;
• при необходимости — подтвержденная выявляющая способность.

Что важно для практического применения на участке

Независимо от того, выбран AC или DC режим намагничивания, сам процесс должен подтверждаться проверкой на контрольных образцах и соблюдением условий осмотра. ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011 устанавливает общие требования к подготовке поверхности, способам намагничивания, применению дефектоскопических материалов и интерпретации результатов. А  ГОСТ Р 56512-2015 связывает режимы тока с технологией контроля. Это означает, что выбор AC или DC — это только часть процедуры; вторая часть — подтверждение, что выбранный режим действительно обеспечивает нужную выявляющую способность на конкретной детали.

Метод используется, в частности, для задачи контроля в полевых условиях.

Часто задаваемые вопросы

Нужно подобрать режим AC или DC под вашу задачу МПД?

Поможем определить, когда достаточно переменного поля, когда нужен постоянный или выпрямленный режим, и как увязать это с геометрией детали, типом дефекта и применяемым оборудованием.