1.3. Физическая сущность магнитного вида контроля

Рассмотрим бездефектный ферромагнетик с однородными магнитными свойствами и магнитной проницаемость . Поместим данный ферромагнетик во внешнее продольное равномерно распределенное магнитное поле Н_е (рис. 1). В результате ферромагнетик намагничивается и в соответствии с его основной кривой намагничивания (рис. 2) приобретает магнитную индукцию В₀, линии которой равномерно распределяются внутри образца и не выходят на его поверхность.

Рис. 1. Намагничивание бездефектного ферромагнетика

Рис. 2. Основная кривая намагничивания ферромагнетика

Если ферромагнитный образец имеет дефект в виде длиной трещины (например, прямоугольного сечения), проходящей перпендикулярно направлению поля В₀, то происходит перераспределение магнитного потока в зоне расположения трещины. Это происходит вследствие того, что магнитная проницаемость дефектного участка много меньше магнитной проницаемости образца.

Перераспределение магнитного потока в зоне дефекта происходит расчленением его на составные части, проходящие через:

• трещину;

• воздушные пути над дефектом;

• под трещиной по металлу образца.

По этой причине в зоне трещины появляются положительные и отрицательные «магнитные заряды», расположенные как на поверхности, так и внутри образца (рис. 3). Данное явление называется магнитной поверхностной и объемной поляризацией металла в зоне дефекта.

Рис. 3. Образование неоднородности магнитного поля при наличии трещины

Каждый положительный «магнитный заряд» при магнитной поляризации создает магнитное поле, направленное из него как из центра. Магнитное поле «вываливается» наружу (за поверхность) образца. Суммарное поле «магнитных зарядов» образует магнитное поле дефекта H_д, направленное в туже сторону, что и внешнее магнитное поле Н_е.

В результате результирующее магнитное поле над трещиной становится неоднородным как в продольном (тангенциальном), так и в перпендикулярном (нормальном) по отношению к поверхности образца направлениях [2]. На рис. 4 показан качественный вид зависимости тангенциальной и нормальной составляющих магнитного поля над трещиной.

Рис. 4. Составляющие магнитного поля рассеивания над трещиной: а) тангенциальная; б) нормальная

Возникновение магнитного поля дефекта над поверхностью намагниченной детали свидетельствует о том, что она дефектна. Остается это поле обнаружить каким-либо способом, что предопределяет суть и содержание каждого метода магнитного контроля.

1.4. Способы намагничивания деталей

Необходимое условие применения магнитного вида неразрушающего контроля является намагничивание объекта контроля. Направление намагничивания должно быть перпендикулярно ориентации дефекта, что обеспечивает наибольшее магнитное поле рассеивания дефекта.

Для создания оптимальных условий контроля применяют три способа намагничивания [4]:

• циркулярное;

• продольное (или полюсное);

• комбинированное.

Циркулярное намагничивание осуществляется: при пропускании тока по контролируемой детали (рис. 5, а), при пропускании тока через проводник (стержень), помещенный в отверстие детали (рис. 5, б); при пропускании тока по детали с помощью контактов установленных на деталь (рис. 5, в); путем индуцирования тока в контролируемой детали (рис. 5, г). Устройство для индуцирования тока представляет собой трансформатор, вторичной обмоткой которого (или частью сердечника) служит контролируемая деталь.

Рис. 5. Способы циркулярного намагничивания

Для контролируемой детали циркулярное магнитное поле является поперечным, поэтому в нем сильнее поляризуются стенки трещин, вытянутых вдоль оси детали.

Продольное намагничивание осуществляется с помощью электромагнитов (рис. 6, б), постоянных магнитов (рис. 6, а) или соленоидов (рис. 6, в).

Рис. 6. Способы продольного намагничивания

При продольном намагничивании замкнуты силовые линии пересекают поверхность контролируемой детали в зонах входа и выхода. В этих зонах образуются магнитные полюсы, с ярко выраженной неоднородностью поля, не связанной с какими-либо дефектами. Образование на поверхности детали полюсов является нежелательным, т.к. затрудняет выявление дефектов в этих зонах.

Продольное намагничивание создает наибольшее магнитное поле рассеивания у дефектов, ориентированных перпендикулярно к линиям продольного магнитного поля, например трещин вытянутых по длине детали.

Комбинированное намагничивание осуществляется при одновременном намагничивании контролируемой детали двумя или несколькими изменяющимися магнитными полями. При этом можно применять любое сочетание видов тока. В результате возникает результирующее поле, величина которого зависит от параметров каждого из приложенных полей.

Комбинированное намагничивание можно осуществлять: пропусканием тока по детали и с помощью электромагнита (рис. 7, а); пропусканием тока по детали и с помощью соленоида (рис. 7, б); путем индуктирования тока в детали и током, проходящим по проводнику, помещенному в отверстие детали (рис. 7, в); пропусканием двух (или более) сдвинутых по фазе токов по детали во взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 7, г).

При циркулярном и продольном намагничиваниях контролируемых деталей используют постоянный, переменный, однополупериодный выпрямленный и импульсный токи.

При комбинированном намагничивании используют следующие комбинации токов:

• постоянный и переменный;

• постоянный и однополупериодный выпрямленный;

• постоянный и импульсный;

• переменный и переменный;

• переменный и однополупериодный выпрямленный;

• переменный и импульсный (кроме схемы рис. 7, г);

• однополупериодный выпрямленный и импульсный;

• однополупериодный выпрямленный и однополупериодный выпрямленный;

• импульсный и импульсный.

Рис. 7. Способы комбинированного намагничивания

Каждый из способов намагничивания и средств его осуществления является эффективным тогда, когда обеспечивается достаточное значение напряженности магнитного поля детали и создается выгодное направления линий этого поля по отношению к ориентации трещин.