ММК / Magnitka_konspekt.pdf-295613653

чит, что в этом случае необходимо измерить магнитные характеристики материала детали, ввести данные в программу вручную и затем продолжить расчет.

Выбор параметров ОК ( база готовых эскизов с указанием размеров

иположения зон контроля, вида намагничивания, направления

ивида дефектов )

Способы намагничивания (продольное, циркулярное, комбинированное) и расчетные формулы Hs, HПП, IЦ и учет размагничивающего фактора.

Структурная схема системы автоматизированной разработки технологических карт магнитопорошковой дефектоскопии

Для более комфортной работы с базой данных магнитных характеристик необходимо спроектировать ее таким образом, чтобы в ней были заложены зависимости магнитных характеристик сталей от ре-

121

жимов термообработки. В принципе такие исследования проводились в 50–70 годы в нашей стране, есть соответствующие публикации, например, в журнале «Дефектоскопия», в которых необходимые сведения представлены в графическом виде. Для решения этой задачи предлагается [2] структура подобной базы данных, в которой известные графические зависимости разбиваются методом кусочно-линейной аппроксимации на прямолинейные участки, для каждого из которых вычисляются коэффициенты уравнения прямой, заложенные в программу. Это позволяет получить данные о магнитных свойствах стали по запросу, путем введения значений температуры закалки и отпуска и затем ввести эти данные в программу расчета.

Список литературы к главе 5

1.Каюмов Р.Н., Прохоров В.В., Толмачев И.И. Система автоматизированной разработки технологических карт магнитопорошковой дефектоскопии. Современные техника и технологии: Труды XIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых – Томск: ТПУ, 2007

2.Сыщиков Р.А., Толмачев И.И. Разработка базы данных магнитных характеристик сталей для магнитной дефектоскопии. Современные техника и технологии: Труды XIII Международной научнопрактической конференции студентов и молодых ученых – Томск:

ТПУ, 2007

122

Встречающиеся на практике конструкции ИП и их расположение относительно объекта контроля можно свести к четырем основным вариантам (рис. 6.1). Индукционные преобразователи типа полемер могут регистрировать тангенциальную составляющую поля Hx (рис. 6.1, а) или нормальную составляющую поля Hy (рис. 6.1, б).

Если два полемера объединить в единую конструкцию, а их обмотки включить последовательно-встречно, то мы получим ИП, реагирующий на градиент поля – градиентометр – соответственно для градиента тангенциальной составляющей по направлению х (рис. 6.1, в) и для градиента нормальной составляющей поля по направлению y (рис. 6.1, г).

Рис. 6.1. Конструкции и расположение индукционного преобразователя относительно изделия:

а– для тангенциальной составляющей поля;

б– для нормальной составляющей поля;

в– для градиента тангенциальной составляющей в направлении х;

г– для градиента нормальной составляющей в направлении х

124

Если ИП находится в переменном гармоническом поле Hx Hmx sin t , то сигнал на выходе присутствует даже у неподвиж-

ного ИП и определяется как

Из (6.3) следует, что чувствительность полемера к магнитному полю

растет с ростом частоты измеряемого поля. Произведение WS называют постоянной катушки преобразователя, которая определяется экспериментально. Выражения (6.1) и (6.2) справедливы также для полемеров, регистрирующих нормальную составляющую поля Hy. Очевидно, что увеличить чувствительность ИП можно, увеличивая постоянную преобразователя WS, но это вызовет рост габаритных размеров ИП, и такой преобразователь будет давать усредненную (интегральную) оценку напряженности магнитного поля по поверхности объекта контроля, что не всегда приемлемо, особенно в задачах контроля качества, где обычно стремятся уменьшить площадь (локальность) контроля. Особенно ярко эта проблема выражена в задачах магнитной дефектоскопии, где применяются ИП с площадью сечения обмотки S несколько миллиметров квадратных, т. к. этотразмердолженбытьсопоставимсплощадьюреальныхдефектов.

Для ИП градиентометрического типа в постоянном магнитном поле (катушки намотаны на магнитных сердечниках) выходная ЭДС определяется как

где т – магнитная проницаемость сердечника (проницаемость тела); 1 и 2 – углы между осью катушек и вектором напряженности измеряемого магнитного поля; H1 и H2 – напряженность магнитного поля в местах расположения катушек.

Магнитная индукционная головка представляет собой разно-

видность ИП (рис. 6.2). Она состоит из катушки, находящейся на кольцевом магнитопроводе с рабочим зазором. Локальный магнитный поток Фr носителя 1 через головку разветвляется на поток ФR, проходящий через кольцевой сердечник 2 и сцепляющийся с обмоткой 3 (полезный поток), и поток рассеяния Фs, минующий сердечник. Эффективность сердечника магнитной головки

125

где ls – средняя длина магнитных силовых линий в зазоре, имеющем площадь поперечного сечения Qs; lс – средняя длина магнитных силовых линий в сердечнике головки, площадь поперечного сечения которого равна Qс; C – средняя магнитная проницаемость сердечника головки. В

качестве материалов для сердечников головок используют пермаллой или ферриты (специальные магнитные материалы с очень высокой магнитной проницаемостью). Выходной сигнал магнитной головки пропорционален градиенту поля и скорости перемещения головки относительно источника поля. Головки характеризуются не только чувствительностью, но и частотной характеристикой, при этом в частотном спектре могут быть существенно подавлены низшие гармонические составляющие сигнала.

Фr

1

3

Рис. 6.2. Разветвление локального магнитного потока Фr в магнитной индукционной головке

Вращающийся индукционный преобразователь применяют для преобразования постоянных магнитных полей (рис. 6.3). Преобразователь состоит из собственно катушки, устанавливаемой вблизи поверхности изделия и приводимой во вращение от двигателя. Катушка устанавливается так, чтобы магнитные силовые линии поля были перпендикулярны оси вращения. При этом в катушке будет индуцироваться переменная ЭДС

пропорциональная угловой частоте вращения , постоянной катушки WS и максимальному значению напряженности поля Hm в плоскости вращения.

Порог чувствительности преобразователя при постоянной катушки, равной 100 витков*см2 и скорости вращения 3000 об/мин, составляет около 10–3 А/см. Применяют такие преобразователи для измерения постоянных магнитных полей в зазорах электрических машин и аппаратов.

126

Рис. 6.3. Вращающийся индукционный преобразователь:

1 – двигатель; 2 – токосъемники; 3 – катушка; 4 – индикатор; 5 – объект контроля

Вибрирующий индукционный преобразователь. Недостаток всех рассмотренных выше ИП при контроле напряженности магнитного поля на поверхности плоского образца заключается в том, что напряженность поля быстро убывает при удалении от поверхности образца. Так, напряженность поля на расстоянии 0,5 мм от поверхности на 2…3 % меньше, чем на поверхности. Следовательно, чем больше размеры (высота) катушки, тем меньше амплитуда сигнала и больше погрешность измерения. С целью устранения этого недостатка применяют вибрирующие катушки, выходной сигнал которых пропорционален амплитуде и частоте вибрации катушки.

6.1.2. Способы намагничивания деталей в индукционном контроле

Для намагничивания изделий используют циркулярное и полюсное намагничивание. Циркулярное намагничивание применяют при контроле труб и выполняют его путем пропускания тока по проводнику, проходящему через трубу (рис. 3.12, в). При таком способе намагничивания требуются мощные источники тока, кроме того, возникают затруднения при автоматизации контроля, связанные с необходимостью продевания проводника через трубу.

С целью снижения мощности источника тока намагничивание осуществляется кратковременными импульсами – это приводит к тому, что считывание полей рассеяния производится в остаточном поле, а такое считывание дает хорошие результаты только на изделиях из магнитотвердого материала, имеющего большие значения остаточной индукции и коэрцитивной силы. От недостатков, присущих рассмотренному способу намагничивания, несколько свободен способ намагничивания небольшого участка изделия (рис. 3.12, б). При этом

127

электроконтакты выполняются в виде прижимных роликов, катящихся по поверхности детали. Благодаря уменьшению длины намагничиваемого участка удается снизить мощность, расходуемую намагничиваемым устройством, но она все же остается достаточно высокой.

Дальнейшее снижение мощности намагничивающего устройства достигается применением для намагничивания переменного тока. При этом в результате проявления поверхностного эффекта ток протекает только в поверхностном слое изделия, вследствие чего при неизменной величине тока происходит увеличение его плотности именно в той части изделия, в которой необходимо обнаружить дефекты. Намагничивание изделия путем пропускания по нему тока через прижимные ролики находит применение при контроле изделий с чистой поверхностью и небольшими поперечными размерами. В случае контроля горячекатаных изделий слой непроводящей окалины затрудняет пропускание тока и ухудшает тем самым условия контроля.

В современных разработках индукционных и феррозондовых дефектоскопов получил распространение способ поперечного полюсного намагничивания вращающимся электромагнитом (рис. 6.4). Намагничиваемый участок изделия имеет при этом небольшую протяженность в направлении оси и, следовательно, требует меньшую мощность для намагничивания. Индукционные или феррозондовые преобразователи (обычно два) располагаются вплоскости, перпендикулярнойосиэлектромагнита.

Магнитопровод

N Обмотка

Пвр

Магнитный преобразователь

S

Рис. 6.4. Поперечное полюсное намагничивание вращающимся электромагнитом

Обмотка электромагнита питается постоянным или переменным током, причем последнее предпочтительнее, т. к. переменный ток в обмотку электромагнита можно подавать с помощью специального трансформатора, у которого первичная обмотка неподвижна и соединена с питающей сетью, а вторичная обмотка размещена на электро-

128

магните и вращается вместе с ним и с магнитными преобразователями. Такая конструкция носит название вращающийся трансформатор.

Теоретически и экспериментально доказано, что выявляемость дефектов улучшается при одновременном намагничивании постоянным и переменным полями. Дополнительное постоянное поле смещает рабочую точку на кривой намагничивания, вследствие чего уменьшается влияние на выходной сигнал преобразователя магнитных неоднородностей поверхности изделия. Величина постоянного поля подбирается в каждом конкретном случае (магнитные свойства материала детали и шероховатость поверхности) из условия получения максимального отношения сигнал/шум. Один из вариантов комбинированного намагничивания показан на рис. 6.5. Круглые намагничивающие катушки 1 коаксиальны с изделием, включены согласно и создают постоянное магнитное поле, направленное по оси изделия 4. Электромагнит 2, обмотка которого питается переменным током, вращается вместе с магнитным преобразователем 3 вокруг оси изделия и создает поперечное полюсное намагничивание.

Рис. 6.5. Комбинированное намагничивание длинномерных деталей в индукционных и феррозондовых дефектоскопах

При циркулярном намагничивании протяженных изделий над их поверхностью на бездефектных участках нормальная составляющая поля отсутствует и появляется только над дефектом. По этой причине индукционный преобразователь обычно располагается над изделием таким образом, что его ось перпендикулярна поверхности изделия, и он регистрирует только нормальную составляющую поля. Анализ нормальной составляющей поля на модели дефекта и экспериментальные исследования показали, что поле дефекта в направлении поверхности детали простирается на расстояние, примерно равное ширине дефекта. В направлении нормали поле также затухает очень быстро. Следова-

129

тельно, преобразователь для регистрации поля рассеяния дефекта должен иметь малые размеры и находиться как можно ближе к поверхности детали. Но с уменьшением размеров преобразователя возрастают технологические трудности его изготовления, и, как следует из (6.2), уменьшается абсолютное значение ЭДС. С целью увеличения абсолютной чувствительности преобразователя при заданных его размерах применяют ферритовые сердечники, вставляемые в катушку. При этом сигнал

возрастает в т раз (магнитная проницаемость короткого сердечника т определяется в большей мере его геометрическими размерами и в меньшей степени проницаемостью материала, из которого он сделан).

С целью повышения достоверности контроля и определения азимута дефекта (т. е. точного положения дефекта по сечению детали), в дефектоскопе может быть применен индукционный преобразователь, состоящий из нескольких катушек, объединенных в группы, подключенных каждая к своему каналу обработки информации.

В процессе поступательного движения изделия и вращательного движения преобразователя сканирование поверхности осуществляется по винтовой линии. Для проверки всей поверхности изделия необходимо, чтобы шаг сканирования не превышал диаметра катушки индукционного преобразователя – это накладывает ограничения на скорость поступательного движения изделия, тем самым ограничивая производительность контроля. Например, при диаметре катушки преобразователя 2 мм и скорости вращения 3000 об/мин, шаг сканирования не более 2 мм будет обеспечен при скорости поступательного движения изделия не более 0,1 м/с. Современные технологии проката металлов используют гораздо более высокие скорости (до десятков м/c при прокатке тонких прутков) – значит, в этом варианте контроль нельзя проводить непосредственно в технологическом процессе производства, и уж тем более не стоит замедлять ради контроля скорость производства.

Если преобразователь содержит m катушек, расположенных по периметру изделия, то скорость контроля может быть увеличена в m раз. Такой же результат достигается установкой m катушек в линию по направлению оси изделия.

Сигнал, снимаемый с индукционного преобразователя, кроме информации о дефекте содержит также информацию об изменении зазора, о наличии поверхностных неоднородностей магнитных свойств и об индустриальных помехах. С целью выделения полезной информации на фоне мешающих факторов в индукционных дефектоскопах используют следующие характерные признаки сигнала: частотный спектр; форма импульсов; периодическая повторяемость импульсов в многоэлементном преобразователе.

130