Что такое магнитометр для дефектоскопии

Магнитометр для дефектоскопии — это портативный прибор для измерения напряженности и индукции магнитного поля. В неразрушающем контроле он работает как контрольно-измерительный инструмент: без него нельзя убедиться, что намагничивающее устройство создает поле нужной силы. После контроля магнитометр позволяет убедиться, что деталь размагничена до допустимых значений. То есть, магнитометр не ищет дефекты сам — он гарантирует, что магнитопорошковый контроль проведен в правильных условиях и его результаты достоверны.

Назначение магнитометра

Главная задача магнитометра в дефектоскопии — измерение фактических значений магнитного поля при магнитопорошковом контроле (МПК). От того, достаточно ли сильно поле, зависит, проявятся ли над дефектами валики магнитного порошка. Если поле слабое — мелкие трещины останутся незамеченными. Если поле чрезмерно сильное — порошок налипнет по всей поверхности, и дефекты потеряются на фоне ложных индикаций. Магнитометр дает дефектоскописту точные цифры, а не оценку «на глаз».

Конкретно прибор решает несколько задач:

• Контроль напряженности поля при намагничивании. Перед нанесением магнитного порошка дефектоскопист измеряет тангенциальную составляющую напряженности на поверхности детали. Если значение не достигает требуемого минимума — меняют параметры намагничивающего устройства: увеличивают ток, подбирают другой электромагнит, сокращают зазор между полюсами и деталью. Это нужно, чтобы обеспечить четкую визуализацию дефектов: при недостаточной напряженности трещины не проявятся, при избыточной — порошок покроет всю поверхность и скроет дефекты.
• Проверка соотношения нормальной и тангенциальной составляющих. Для надежного выявления дефектов соотношение Hн/Hт должно быть не больше 3. Если нормальная составляющая значительно превышает тангенциальную, магнитное поле уходит вглубь материала, а не распространяется вдоль поверхности, и порошок не оседает над дефектами. Магнитометр выявляет эту проблему до начала контроля, а не после.
• Измерение остаточной намагниченности после размагничивания. После МПК деталь размагничивают и проверяют, что остаточное поле не превышает допустимых значений — как правило, не более 5 А/см или эквивалентного значения в микротеслах. Это важно для последующей обработки и эксплуатации. Остаточная намагниченность вызывает магнитное дутье при сварке, налипание металлической стружки на трущиеся поверхности, помехи в работе электронных приборов.
• Выявление участков спонтанной намагниченности. Метод магнитной памяти металла (МПМ) основан на измерении остаточных магнитных полей, которые самопроизвольно возникают в зонах концентрации напряжений. Магнитометр с чувствительным преобразователем обнаруживает эти участки — они часто совпадают с местами будущих или уже развивающихся дефектов.
• Контроль остаточной намагниченности торцов труб перед сваркой. В трубопроводном строительстве магнитное дутье отклоняет дугу, ухудшает формирование шва и может привести к дефектам корневого слоя. Магнитометром измеряют намагниченность кромок до сварки и при необходимости дополнительно размагничивают.

Использование магнитометра предусмотрено руководящими НТД и операционными технологическими картами, регламентирующими порядок магнитопорошкового контроля на опасных производственных объектах. Без этого прибора лаборатория не получит аттестацию по правилам СДАНК-01-2020.

Виды магнитометров для дефектоскопии

Термин «магнитометр» объединяет широкий класс приборов — от квантовых комплексов для космических исследований до карманных девайсов для дефектоскопии. Чтобы понять, чем они различаются, удобнее классифицировать их по нескольким признакам.

По типу измеряемого поля

Не каждый магнитометр работает со всеми видами магнитного поля. От этого зависит, в каких режимах МПК его можно применять:

• Для постоянного поля — базовый минимум, которого достаточно при контроле способом остаточной намагниченности. Например, ИМП-6 измеряет только постоянное поле в диапазоне от 10 до 19 900 А/м (до 200 А/см).
• Для постоянного и переменного поля — расширенный функционал: помимо постоянного, прибор фиксирует среднеквадратичное и пиковое значения переменного поля. Это позволяет работать при намагничивании переменным током, который наиболее эффективен для выявления поверхностных трещин.
• Для постоянного, переменного и импульсного поля — универсальные приборы. К ним относятся МФ-34ФМ МАГНОСКАН с диапазоном до 300 мТл (4 800 А/см) и МФ-23ИМ с диапазоном до 8 000 А/см. Импульсный режим нужен при контроле способом остаточной намагниченности с намагничивающими устройствами малого индуктивного сопротивления.

По типу первичного датчика

В зависимости от измеряемой величины и режима работы приборы оснащают разными преобразователями:

• Датчики Холла — основной тип для магнитопорошковой дефектоскопии. Полупроводниковая пластина генерирует напряжение, пропорциональное индукции поля. Применяются для измерения постоянного, переменного и импульсного поля. Универсальны, но чувствительны к температурным колебаниям, поэтому в конструкцию включают схему температурной компенсации.
• Магниторезистивные датчики — применяются для измерения остаточной намагниченности. В преобразователе установлены два датчика на одной оси на расстоянии 20 мм — дифференциальная (градиентометрическая) схема, которая подавляет внешние однородные поля, включая магнитное поле Земли.
• Феррозондовые датчики — реже встречаются в МПК, но лучше адаптированы к высоким температурам (до +45 °C) и обеспечивают более высокую локальность измерений. Применяются также в методе магнитной памяти металла благодаря высокой чувствительности к слабым полям.

По конструкции преобразователя

• Со встроенным преобразователем — зонд жестко соединен с корпусом электронного блока (например, ИМП-6). У прибора нет кабеля, который может зацепиться, но нельзя сменить датчик под другую задачу.
• Со съемными преобразователями — датчики подключаются через разъем Lemo. Один прибор работает с разными зондами: для напряженности поля, для остаточной намагниченности, для градиента. Большинство современных магнитометров (МФ-24ФМ, МФ-34ФМ МАГНОСКАН, ТЕХНОМАГ) построены по этой схеме. Прибор автоматически распознает тип подключенного преобразователя и переключает режим.

По набору дополнительных функций

Магнитометры отличаются не только измерительными возможностями, но и сервисными:

• Индикация результатов — от простого жидкокристаллического экрана с цифрами (ИМАГ-400Ц, МФ-23ИМ) до цветного дисплея с осциллограммой, переключением светлой и темной темы, отображением температуры преобразователя, заряда батареи, минимального и максимального зафиксированных значений (МФ-34ФМ МАГНОСКАН).
• Сигнализация — звуковая и/или световая индикация превышения порогового значения. У одних приборов порог настраивается через меню, у других — встроенным потенциометром, который вращают отверткой.
• Компенсация внешних полей — режим, в котором два датчика Холла на расстоянии 90 мм вычитают фоновое поле. Полезен при контроле малогабаритных слабо намагниченных объектов. На крупных деталях с широкими полюсами этот режим может занизить показания — тогда переключаются на прямые измерения.
• Индикация полярности — двухцветный светодиод, показывающий направление магнитного поля (ИМАГ-400Ц).
• Питание — от сменных батарей типа АА или встроенного литий-ионного аккумулятора. У некоторых моделей предусмотрен режим автоматического отключения при простое.

Индикаторы магнитного поля — отдельный класс

Помимо магнитометров, в сварочном производстве и НК применяют индикаторы магнитного поля — простейшие приборы, которые не показывают точное значение, а лишь сигнализируют об уровне намагниченности:

• слабый (0–2 мТл);
• средний (2–10 мТл);
• сильный (более 10 мТл).

Для полноценного магнитопорошкового контроля таких приборов недостаточно: НТД требуют фиксации конкретных численных значений, а не диапазонов.

Как магнитометр применяется в технологии магнитопорошкового контроля

Работа с магнитометром встроена в каждый этап МПК — от проверки готовности детали до финального размагничивания. Последовательность действий дефектоскописта как правило выглядит так:

1. Подготовка поверхности

Перед началом контроля поверхность детали зачищают от масла, грязи, окалины, ржавчины, лакокрасочных покрытий. Это нужно не только для оседания магнитного порошка, но и для корректной работы прибора: преобразователь должен плотно прилегать к металлу. Воздушный зазор, шероховатость, наплавки и неровности между чувствительным элементом и поверхностью ослабляют фиксируемое поле и искажает показания.

2. Намагничивание детали

После зачистки деталь или участок намагничивают. Способ зависит от геометрии объекта и ожидаемого направления дефектов: электромагниты, постоянные магниты, дефектоскопы, соленоиды, тороидальные обмотки, кабели, электроконтакты. Тип тока определяет глубину проникновения поля:

• переменный — поверхностный слой;
• постоянный — до 2 мм вглубь;
• импульсный — для контроля способом остаточной намагниченности (СОН).

3. Работа с магнитометром при намагничивании

Сразу после включения намагничивающего устройства дефектоскопист берет магнитометр и начинает измерения. Вот как это происходит на практике:

• Положение преобразователя. Зонд устанавливают торцом (ребром) на контролируемую поверхность — так, чтобы магнитные силовые линии были перпендикулярны чувствительному элементу. Это позволяет измерить тангенциальную составляющую, которая определяет, сформируются ли поля рассеяния над дефектами.
• Сканирование. Измерение выполняют в режиме непрерывного сканирования: зонд плавно перемещают вдоль поверхности, при необходимости слегка поворачивая, чтобы зафиксировать максимальное значение. Показания обновляются на дисплее в реальном времени.
• Оценка результата. Рабочая напряженность для магнитопорошковой дефектоскопии — 100–200 А/см. Если прибор показывает меньше — дефектоскопист корректирует параметры: увеличивает ток, меняет положение намагничивающего устройства, уменьшает зазор между полюсами и деталью. Затем — повторное измерение.
• Проверка нормальной составляющей. Тот же преобразователь устанавливают плашмя на поверхность — для измерения нормальной составляющей. Сравнивают с тангенциальной: соотношение Hн/Hт должно быть не больше 3. Если нормальная превышает тангенциальную более чем втрое — схему намагничивания меняют и измеряют заново.

Только после того, как магнитометр подтвердит правильные параметры поля, переходят к нанесению магнитного порошка.

4. Контроль остаточной намагниченности после размагничивания

После завершения магнитопорошкового контроля деталь размагничивают, после чего магнитометр снова вводят в эксплуатацию, но уже с другим преобразователем:

• Смена зонда. Для остаточной намагниченности используют магниторезистивный преобразователь с дифференциальной схемой — два датчика на расстоянии 20 мм. Этот зонд подавляет внешние однородные поля и фиксирует только локальную намагниченность детали.
• Выбор точек измерения. Зонд помещают в местах наибольшей концентрации поля: по боковым граням, в зонах резкого изменения сечения, на двугранных углах, кромках — там, где материал наиболее склонен к остаточной намагниченности.
• Сканирование. Перемещают зонд вдоль поверхности со скоростью не более 5 см/с. Прибор показывает значение со знаком «плюс» или «минус», что указывает на полярность поля.
• Оценка результата. Если показание превышает допустимое значение (как правило, 5 А/см) деталь размагничивают повторно и измеряют заново.

Таким образом, магнитометр сопровождает весь цикл МПК: до нанесения порошка — подтверждает готовность поля, после размагничивания — подтверждает, что деталь можно возвращать в эксплуатацию.