IV. Современные методы неразрушающего контроля

К современным методам неразрушающего контроля деталей от­носятся следующие распространенные методы, применяемые на же­лезнодорожном транспорте: визуально-оптический; магнитопорош­ковый; феррозондовый; вихретоковый; ультразвуковой.

Глава 12. Магнитные свойства деталей тягового подвижного состава

12.1. Физические основы магнитного контроля

Методы магнитного неразрушающего контроля применяются только для деталей, выполненных из ферромагнитных материалов (сталь, сплавы и др.). К ферромагнитным относятся материалы, ко­торые способны намагничиваться, находясь во внешнем магнит­ном поле Н.

В ферромагнитных материалах существуют намагни­ченные до насыщения микроскопические области — домены (об­ласти самопроизвольного намагничивания). Если внешнее магнитное поле отсутствует, то весь объем кристаллов разделен поровну между доменами с противоположно направленными век­торами спонтанной намагниченности, а его общая намагничен­ность относительно внешней среды равна нулю. Если ферромаг­нитный материал внести в магнитное поле Н, его доменная струк­тура меняется. Происходит увеличение объема доменов, вектор спонтанной намагниченности которых наиболее близок к направ­лению вектора Н, за счет сокращения объема других доменов (их упорядоченного расположения). Благодаря этому появляется на­магниченность материала в целом, возрастающая по мере увели­чения поля. Таким образом, перестройка доменной структуры под действием внешнего поля приводит к появлению и изменению об­щей намагниченности ферромагнетика, т.е. к его намагничиванию и появлению результирующего магнитного момента.

Результирующий магнитный момент единицы объема называет­ся намагниченностью вещества, характеризуемой вектором J. Намаг­ниченность (А/м) вещества J однородно намагниченного образца с объемом V и магнитным потоком М определяется: J = М1 V.

Между намагниченностью J и напряженностью внешнего магнит­ного поля Н существует зависимость:

Напряженность магнитного поля (Н) характеризуется величиной намагничивающей силы, приходящейся на единицу длины магнитной линии, и измеряется в амперах на метр (А/м).

1

Для ферромагнитных материалов магнитная восприимчивость зависит от способа изготов­ления, термической обработки металла, химических примесей в нем, а также от предшествующей «магнитной истории» данного образца металла (т.е. от того, находился ли ранее образец в магнитном поле), от величины и направления магнитного поля. При этом сказываются явления «гистерезиса», означающие, что между намагниченностью J и напряженностью имеется определенная взаимосвязь.

При включении внешнего магнитного поля число и размеры об­ластей намагниченности растут, принимая однонаправленность внутреннего магнитного поля. Если выключить внешнее поле, то однажды возникшая упорядоченность направлений намагничивания отдельных областей частично сохраняется (остаточная намагничен­ность) до тех пор, пока ее не уничтожат новые факторы: повышение температуры или магнитное поле противоположного направления (поле размагничивания).

Намагниченность J можно рассматривать как собственное маг­нитное поле (внутреннее магнитное поле), возникающее в металле при суммарном действии доменов. Взаимодействие двух полей со­здает результирующее поле В, называемое магнитной индукцией. Величина магнитной индукции В определяется по формуле:

Магнитная индукция В измеряется в веберах на квадратный метр (Вб/м²) — тесла.

Если в формулу, определяющую магнитную индукцию В, подста­вить значение J, то

Если индукцию рассматривать как плотность силовых магнит­ных линий, проходящих через единицу площади, то для произволь­ного однородного намагниченного образца можно определить пол­ный магнитный поток Ф (в веберах), проходящий через сечение об­разца S:

Изменения магнитного потока в образце или детали при их перемагничивании позволяют измерить магнитные свойства металлов и сплавов в постоянных или переменных полях.