Магнитодинамический метод.

Этот метод используется для скоростного дефектоскопировапия рель­сов, лежащих в пути. Постоянное магнитное поле перемещается относи­тельно рельса со скоростью 60-70 км/ч. Оно возбуждается П-образными электромагнитами – по одному на каждую рельсовую нить пути. Намаг­ничивающие обмотки электромагнитов подключены к источнику постоян­ного тока. Между полюсами движущегося электромагнита и рабочей по­верхностью рельса есть воздушные зазоры 8-10 мм. Полюсные магнит­ные потоки (рис.9.2) частично рассеиваются, а в рельсе разветвляются на две части – межполюсную и заполюсную. Для обнаружения дефектов в рельсах используется межполюсной магнитный поток, составляющий примерно 60 % общего потока, возбуждаемого намагничивающим током в обмотках электро­магнита. Характерные свойства магнитодинамического метода в основном обусловлены особенностью намагничивания рельсов в дви­жущемся поле электромагнита. Магнитный поток, возникающий в рельсе в зоне влияния одного из полюсов движущегося электро­магнита, возрастает и убывает в зоне влияния другого полюса.

Рис. 9.2 Схема разделения магнитного потока в рельсе

Этот непрерывный процесс перемагничивания рельса полем движущегося электромагнита связан с явлением гистерезиса и образованием вихревых токов. Установлено, что увеличение скорости переме­щения электромагнита от 57 до 70 км/ч незначительно уменьшает индук­цию в поверхностном слое головки рельса и вместе с тем вызывает рез­кое уменьшение индукции в глубинных слоях головки. Такой сложный характер намагничивания рельса, резко меняющийся с увеличением ско­рости перемещения электромагнита относительно рельса, обусловлен действием вихревых токов.

Дефект в виде поперечной трещины в головке рельса является пре­пятствием для продольной составляющей вихревых токов. Трещины вызы­вают изменение контуров замкнутых вихревых токов и уменьшают их плотность. Это приводит в зоне дефекта к изменению магнитного поля вихревых токов внутри головки рельса и над ее поверхностью. Местное изменение поля вихревых токов над рабочей поверхностью головки рельса представляет собой вихретоковую составляющую магнитодинамического поля дефекта. При низких скоростях движения, когда интенсивность наводимых в рельсе вихревых токов невелика, определяющее значение в формировании магнитодинамического поля дефектов имеет фактор намагниченности. С увеличением скорости движения растет интенсивность наводимых в рель­сах вихревых токов, повышается их роль в формировании магнитодинамических полей дефектов, что сказывается на их значении и форме.

Магнитодинамические поля дефекта определяют искателем. В условиях перемещения электромагнита относительно рельса в качестве искателя может служить многовитковая катушка без магнитного сердечника. Ка­тушку устанавливают в полюсном пространстве электромагнита и вместе с ним перемещают над рабочей поверхностью головки рельса.

Вихретоковый метод.

Обнаружение дефектов в металлических деталях вихретоковым мето­дом базируется на законе электромагнитной индукции, по которому пе­ременное магнитное поле возбуждает в них вихревые токи. Последние замыкаются в толще металла и не могут быть использованы для обна­руже-ния дефектов. Поэтому вихретоковый метод основан на наблюдении за процессами, сопутствующими вихревым токам и наряду с этим про­исходящими вне контролируемой детали. Переменное магнитное поле в контролируемой детали создается намагничивающей катушкой, которая питается от источника переменного тока. Рассматривая вихретоковый ме­тод, следует иметь в виду, что переменное поле, даже при относительно небольшой частоте, проникает только в поверхностный слой детали. По закону электромагнитной индукции в поверхностном слое металла возникнут вихревые токи, замкнутые контуры их охватывают линии переменного магнитного поля. Вихревые токи, как и всякие электрические токи, создают свое магнитное поле, которое в отличие от поля катушки является вторичным. По правилу Ленца вторичное переменное поле в каждый момент времени противоположно первичному, т. е. ему противо­действует.

Взаимодействие поля вихревых токов (вторичного поля) с полем ка­тушки (первичное) изменяет ее электрические параметры. Увеличиваются потери энергии на нагревание детали вихревыми токами и возрастает ак­тивное сопротивление катушки. В зависимости от материала (магнитный или немагнитный), в котором возбуждаются вихревые токи, возрастает или уменьшается индуктивное сопротивление катушки. Следовательно, уровень вих­ревых токов в контролируемой детали косвенным образом может быть установлен по изменению электрических параметров намагничивающей катушки.

Индуктивное сопротивление намагничивающей катушки при контроле немагнитного материала (цветной металл) изменяется иначе, чем магнит­ного. В немагнитном металле противодействующее поле вихревых токов уменьшает первичное поле намагничивающей катушки, а в магнитном результирующий поток в намагничивающей катушке практически больше, чем первичный, благодаря магнитным свойствам вещества. Следовательно, в первом случае индуктивное сопротивление катушки уменьшается, а во втором – увеличивается.

Изменение электрических параметров намагничивающей катушки зави­сит от электрической проводимости и магнитной проницаемости ме­талла, над который устанавливается катушка, от частоты намагничиваю­щего тока, толщины слоя металла под катушкой. Чем больше электри­ческая проводимость металла и частота тока, тем в большей степени изменяются параметры катушки. Вместе с этим, чем больше частота тока и электрическая проводимость металла, тем меньше глубина проникновения вихревых токов.

Т рещина или другой дефект, нарушающие сплошности поверхностного слоя металла, – препятствие для вихревых токов (Рис. 9.3). Оно оказывает действие, аналогичное резкому уменьшению электрической про­водимости металла, что отражается на электрических параметрах намаг­ничивающей катушки.

Рис. 9.3. Распределение вихревых токов в контролируемом изделии:

а - на участке без дефектов; б- на участке с поперечной трещиной.

Толщина металла имеет значение лишь в тех слу­чаях, когда она меньше глубины проникания вихревых токов в данном металле. Выбор оптимальной частоты намагничивающего поля для дефектоскопирования металла с определенной электрической проводимостью и маг­нитными свойствами зависит в основном от глубины залегания трещин, которые должны быть обнаружены. Так как контролируется только слой металла, прилегающий к поверхности детали, то для обнаружения трещин с минимальной глубиной залегания используют достаточно большую час­тоту с тем, чтобы глубина проникания вихревых токов не превышала долей миллиметра. Недостаток метода при накладной намагничивающей катушке – большая чувствительность к изменению расстояния между ка­тушкой и поверхностью детали. Поэтому наличие промежуточных слоев (окисные пленки, защитные покрытия и др.), неровности на поверхности испытуемой детали существенно изменяет электрические параметры на­магничивающей катушки. Среди других известных схем практическую ценность для дефектоскопирования токовихревым методом представляет схема с двумя катушка­ми — намагничивающей и измерительной. Катушки жестко связаны и в целом представляют устройство, напоминающее обычную катушку нак­ладного типа. При установке такого устройства на поверхности метал­лической детали в ней возникают вихревые токи. Витки намагничиваю­щей катушки охватывают результирующий поток, вызванный взаимодей­ствием намагничивающего поля и поля вихревых токов. Система, состоящая из двух катушек, как и мостовая, позволяет дефектоскопировать на основании значения и фазы э. д. с. в измерительной катушке. Опыт показал, что при контроле изделий из ферромагнитных материалов токовихревыми системами накладного типа могут возникать помехи, снижающие надежность выявления недопустимых дефектов. По­мехи наблюдаются главным образом в местах, где нарушена структура металла, например из-за обезуглероженности или наклепа. То и другое приводит к заметным изменениям электрических и ферромагнитных свойств металла. Применительно к контролю изделий из ферромагнитных металлов более надежный способ отстройки от помех, вызванных структурной неоднородностью материала, – использование особенностей, возникающих в резуль-тате воздействия трещины на распределение вихревых токов в металле. Целесообразно в связи с особенностями вихретокового поля в зоне трещины применять токовихревую систему, вытянутую вдоль трещины. Измерительная катушка системы, ориентированная на вертикальную сос­тавляющую поля, должна быть встроена в сердечник намагничивающей катушки и иметь небольшие размеры в поперечном к трещине направ­лении.