Метод контроля ACFM – вопросы и ответы

Электромагнитный контроль методом ACFM - FAQ

Метод ACFM – метод измерения полей переменного тока, позволяющий выявлять и контролировать параметры небольших плоскостных дефектов (микротрещин) в поверхностном и подповерхностном слоях металла труб и других металлических конструкций. Принцип работы метода: в исследуемом материале индуцируется электрический ток, измеряются характеристики магнитного поля. Моделирование распределения поля позволяет оценить размеры дефектов без калибровки. Технология обнаружения поверхностных микротрещин ACFM идеально подходит для обнаружения дефектов и определения их размеров, когда электрический контакт невозможен или нежелателен. С помощью этого метода можно легко определить размеры дефектов через слой ржавчины, краски, изоляции.

ACFM

Какой минимальный дефект можно обнаружить методом ACFM?

Ответ

Примерно от 2 мм длиной и 0,3 мм глубиной и до 10 мм длиной и 1,0 мм глубиной, в зависимости от свойств материала, качества поверхности и используемого преобразователя.

Метод ACFM был разработан для обнаружения и измерения эксплуатационных дефектов. Метод позволяет уменьшить количество ложных индикаций и позволяет работать на грубых поверхностях, с высокой степенью коррозии или через защитные покрытия. Метод ACFM не является высокочувствительным.

Многочисленные испытания, проводимые на протяжении многих лет, показали, что метод ACFM может обеспечить выявление наружных трещин длиной 10 мм и 1,0 мм глубиной в сварных соединениях, выполненных вручную в несколько проходов, или наружных трещин длиной 5 мм и 0,5 мм глубиной на поверхностях хорошего качества.

Важно учитывать нюансы других электромагнитных методов, которые показывают, что при ориентации на поиск мелких дефектов, можно пропустить большие дефекты. Происходит это из-за особенностей физических процессов, например, в вихретоковом контроле. Поэтому вопрос «Как не пропустить большой дефект?» тоже очень важен.

При использовании метода ACFM, чем глубже трещина, тем сильнее становится сигнал. Чувствительность можно увеличить если применить микро-карандашный преобразователь с высокой частотой. В случае если в ферритной стали трещина длиной до 22 мм 0,3 мм глубиной, то её можно обнаружить. Трещину длиной 4 мм до 0,5 мм глубиной можно выявить в цветных металлах. Такую чувствительность можно получить за счет высокого качества поверхности контроля, без какого-либо покрытия, при минимальном уровне зазора (например, резьбовые соединения).

Можно ли с помощью метода ACFM обнаружить подповерхностные дефекты и как их отличить от поверхностных?

Ответ

В целом в ферромагнитных материалах обнаружить подповерхностные дефекты нельзя. В цветных металлах, если дефекты залегают неглубоко – можно.

При использовании метода ACFM индуцированный ток в металле ограничивается тонким слоем на поверхности металла. Только дефекты в пределах этого слоя создают возмущения тока и соответственно могут быть обнаружены. Толщина этого слоя (так же известного, как скин-слой) намного меньше в ферромагнитных материалах, чем в цветных.

Скин-слой в ферромагнитных материалах настолько мал, что исключает возможность обнаружения подповерхностных дефектов. Однако, в цветных материалах толщина скин-слоя может составлять достаточную толщину, чтобы позволить выявить дефекты, залегающие на небольшой глубине и не выходящие на поверхность контроля.

Сигнал от дефектов, выходящих на поверхность контроля, более резкие, чем от подповерхностных дефектов. Необходимым условием обнаружения подповерхностного дефекта является его максимальная глубина залегания. Подповерхностный дефект должен занимать не менее половины толщины скин-слоя. Для обнаружения подповерхностных дефектов могут использоваться стандартные низкочастотные преобразователи. Однако, их использование должно быть продиктовано требованием нормативной документации, устанавливающей порядок обнаружения подповерхностных дефектов. 

Скин-слой в низкопроводящих металлах (например, аустенитная нержавейка, титан, никелевые сплавы, бронзы и др.) имеет толщину 5-8 мм (при частоте 5кГц). Толщина скин-слоя высокопроводящих металлов (например, алюминий, медь или вольфрам) имеет толщину 1-2 мм (при частоте 5кГц).

Форма сигнала от подповерхностного дефекта зависит от относительного количества металла над дефектом и протяжённостью самого дефекта. Обычно при этом сигнал Bx имеет восходящий характер (и, следовательно, восходящая петля сигнала «бабочка» на комплексной плоскости).

Объёмные дефекты, как точечная коррозия или пористость, создают слабее сигналы, чем плоскостные дефекты. В целом метод ACFM не рекомендован для поиска подповерхностной пористости.

Можно ли с помощью метода ACFM определить сквозную наклонную трещину?

Ответ

Нет, метод ACFM определяет только глубину распространения трещины.

Возмущение протекающего тока и, следовательно, величина сигнала в методе ACFM связаны с дополнительным расстоянием вдоль поверхности трещины. В ферритной стали толщина скин-слоя маленькая в сравнении с глубиной трещины, поэтому получить информацию угла наклона трещины не представляется возможным.

В материалах с толстым скин-слоем существует асимметрия интенсивности тока по обе стороны от наклонной трещины. Эта асимметрия, в принципе, может дать информацию о наклоне трещины (и, следовательно, о сквозном её характере), но это очень сложная практика и требует большого опыта.

Работает ли ACFM на поковках и отливках?

Ответ

Да, работает. Методом ACFM возможно обнаружить и измерить плоскостные дефекты в любом металле в независимости от способа формования. Метод ACFM относительно не чувствителен к шероховатой поверхности, поэтому поковки и отливки могут быть проконтролированы так же просто, как сварные соединения или поверхности после механической обработки.

Главная разница заключается в том, что поковки и отливки обычно имеют очень большие площади. На таких объектах контроля нет зон концентраторов напряжения, на которые можно было бы сфокусироваться при проведении контроля. Поэтому требуется проведение полного контроля всей площади вдоль и поперёк, что сложно для исполнения преобразователем карандашного типа. В этом ускорить контроль поможет использование матриц.

Главная проблема в поковках и отливках - это в процессе эксплуатации могут возникать трещины из-за пор или расслоений (отсутствуют в сварных или механически обработанных объектах).

Может ли метод ACFM применяться для контроля прямо по металлическому покрытию, накипи или ржавчине?

Ответ

Да, может. При использовании метода ACFM в целом нет ограничений при работе через ржавчину, поверхностный оксидный слой или какие-либо другие низко проводящие слои. Метод ACFM также работает через тонкий слой однородного металлического покрытия (например, цинковое гальваническое покрытие), даже если трещина не выходит на поверхность покрытия, а залегает под покрытием.

Проблемы могут возникать при неоднородном металлическом покрытии. Например, вручную нанесенное огнеупорное алюминиевое покрытие создаёт сильный фоновый шум, который может скрыть полезные сигналы. Например, если объект контроля имеет переменную толщину металла в разных зонах и постоянный везде слой покрытия, то при переходе на меньшую толщину, уровень полезного сигнала уменьшиться и может быть полностью скрыт за фоновым шумом. Это может привести к пропуску сигнала от дефекта.

Контроль таких объектов рекомендуется проводить после оценки характера изменения фонового шума в зависимости от толщины металла в конкретной зоне. Необходимо просканировать зоны с покрытием вдали от зон, где ожидаются трещины и понаблюдать за изменениями фонового шума. Фоновый шум довольно однообразный на одинаковых толщинах. Локализация трещин может быть выполнена путём сравнения между собой сигналов на примыкающих небольших областях сканирования. Для таких объектов лучше всего использовать матрицы.

Можно ли с помощью метода ACFM обнаружить трещины, которые распространяются на всю ширину контролируемой пластины?

Ответ

Да, можно. Законченая петля в сигнале «бабочка» на комплексной плоскости при перемещении преобразователя вдоль трещины с захватом её начала и конца - это признак наличия дефекта в просканированой зоне. Случается, что трещина выходит на край объекта контроля, в этом случае сканированием можно захватить только один конец трещины, сигнал «бабочка» на комплексной плоскости при этом выдасть только половину петли.

Когда трещина распространена по всей ширине плоского объекта с краями или трещина кольцевая на трубе, очевидно, что края таких трещин нельзя «поймать» преобразователем при сканировании объекта. Приёмник Bz не будет выдавать сигналов. Однако, если глубина трещины одинаковая, то это позволит зафиксировать небольшие сигналы приёмником Bx. Такого рода трещины выявляют путём сканирования зоны вдоль и поперёк чтобы увеличить вероятность прохождения преобразователя и приёмника Bx в поперечном направлении относительно трещины. Когда приёмник Bx от бездефектной зоны пересекает трещину, происходит резкое падение сигнала и сопоставление опорного сигнала бездефектной зоны с минимальным значением сигнала при прохождении через трещину.

На практике всё намного проще, длинные трещины в основном являются следствием усталости металла, особенно в сварных швах. При глубоком рассмотрении длинные трещины — это скорее кучное скопление мелких трещин, которые соединились между собой. Методом ACFM можно зафиксировать сигналы от концов этих мелких трещин. И это практически облегчает обнаружение и характер распространения длиной трещины.

Можно ли с помощью метода ACFM выявлять поперечные трещины?

Ответ

Направленный характер входного поля, создаваемое преобразователем ACFM означает, что оно не будет проходить через трещину, которая расположена поперек направления сканирования. На практике, часто получают восходящий сигнал «бабочка» на комплексной плоскости от поперечной трещины (из-за эффекта утечки магнитного потока), однако, только на это нельзя полагаться.

Процедура контроля должна предусматривать выполнение сканирования преобразователем, повёрнутым на 90o, для того чтобы обнаружить поперечные трещины. Как только наличие трещины зафиксировано, необходимо определить её размеры. Для этого преобразователем сканируют вдоль распространения трещины и наблюдают за поведением сигналов.

Быстрее и проще поперечные дефекты можно обнаружить с использованием матричных преобразователей, в которых возбуждается два поля, ориентированных друг к другу под прямым углом. Они позволяют обнаруживать различно ориентированные трещины за один проход.

Принцип работы метода ACFM