Учебно-методический комплекс по учебной дисциплине Контроль и испытания продукции для направления специальности 1-54 01 01-01 Метрология, стандартизация и сертификация (машиностроение и приборостроение)

181

отнести толщину пластин, оболочек и диэлектрических покрытий на

проводящем и непроводящем основаниях, поперечные размеры линейно-

протяженных проводящих и диэлектрических изделий (нитей, стержней,

лент, прутков), локализацию проводящих и диэлектрических включений

и др. (рис. 2.40). Следует отметить, что информативные параметры ЭП

зависят также от его конструкции и электрических характеристик среды,

в которую помещен объект контроля. Первое обстоятельство учитывается при оптимизации конструкции ЭП, второе обычно является причиной

возникновения мешающих контролю факторов. В качестве первичного

информативного параметра наиболее целесообразно использовать емкость ЭП и тангенс угла потерь. Однако для изучения анизотропных свойств объекта контроля необходимо пользоваться диаграммой зависимости диэлектрических параметров от направления вектора напряженности поля,

созданного в объекте контроля.

По назначению электроемкостные методы контроля могут быть

Накладные ЭП характеризуются большой неоднородностью

электродов и быстрым затуханием поля по мере удаления от электродов.

В связи с этим использование накладных ЭП обычно требует осуществления мер по компенсации влияния контактных условий (шероховатость поверхности, ее загрязнение и пр.).

182

Рис. 2.40. Конструкция проходных ЭП с измерением емкости:

а-в–полной; г-д–частичной; е, ж–перекрестной; 1–высокопотенциальный электрод; 2–низкопотенциальный электрод; 3–объект контроля; 4 и 5–

охранные электроды; 6–индикатор; 7–источник питания Для контроля размеров поперечного сечения линейно-протяжных

изделий (например, проволоки, ленты, полосы, фольги, прутов и пр.)

применяют проходные ЭП. В зависимости от схемы включения электродов и объекта контроля конструкции ЭП бывают двух- и трехзажимными.

Их работа основана на измерении полной или частичной емкости. Контроль может осуществляться и по так называемой схеме с перекрестной емкостью.

Контроль твердых дисперсных (сыпучих) материалов допускает большую свободу в выборе конструкции ЭП, так как контролируемая среда может принять любую форму в соответствии с применяемой конструкцией ЭП.

Чаще всего ЭП выполняют в виде сосуда, заполняемого контролируемой средой, или в виде преобразователя, погружаемого в эту среду.

Контролируемыми параметрами в данном случае являются степень

184

автогенераторные схемы, измерители добротности с вынесенным резонансным контуром, схемы преобразования на основе операционного усилителя, схемы сравнения токов или напряжений или специальные схемы компенсации влияния подводящих проводов.

2.4.9 Магнитные методы неразрушающего контроля

Магнитные методы контроля основаны на регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектами, или на определении магнитных свойств контролируемых изделий. Эти методы позволяют обнаружить дефекты типа несплошности материала (трещины, волосовины,

закаты), а также определить механические характеристики ферромагнитных сталей и чугунов по изменению их магнитных характеристик. МНК применяются только для контроля деталей и изделий, изготовленных из ферромагнитных материалов, находящихся в намагниченном состоянии.

МНК основаны на регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектами, поэтому эти методы позволяют определять только поверхностные и подповерхностные дефекты, залегающие в ферромагнетиках на глубинах, не превосходящих 15 мм.

Дефекты наиболее легко обнаруживаются, когда направление намагничивания контролируемой детали перпендикулярно направлению дефекта. Для оптимального выявления дефектов при МНК намагничивание контролируемых изделий производят в двух направлениях, а деталей сложной формы — в нескольких направлениях. На рис. 2.41 приведена схема образования магнитного поля над дефектом.

185

Рис. 2.41. Схема образования магнитного поля над дефектом После намагничивания изделия осуществляется проявление дефектов,

состоящее в фиксировании магнитного поля над дефектом каким-либо методом: порошковым, феррозондовым, магнитографическим и другими методами. При этом контроль (выявление) дефектов осуществляется двумя способами:

1.Контроль дефектов на остаточной намагниченности контролируемого изделия, пригодный только для магнитотвердых материалов с коэрцитивной силой Нс больше 800 А/м (больше 10 Э). В этом случае проявление дефектов осуществляется после намагничивания контролируемого изделия и удаления его из намагничивающего поля.

2.Контроль дефектов в приложенном магнитном поле,

применяемый для магнитомягких материалов, у которых коэрцитивная сила

Hс < 800 А/м (10 Э). В этом случае проявление дефектов осуществляется после намагничивания контролируемого изделия без его удаления из намагничивающего поля, т.к. без приложенного внешнего магнитного поля над дефектами образуются слабые магнитные поля рассеяния, не позволяющие выявить дефект. Этим способом контролируют детали сложной формы, а также в том случае, когда мощности источника питания недостаточно для намагничивания всей детали вследствие ее больших размеров; в приложенном магнитном поле рабочая индукция поля достигается при почти в четыре раза меньшей напряженности магнитного поля. После МНК обязательно проводится размагничивание проконтролированного изделия.

Качество МНК существенно зависит от способа намагничивания контролируемого изделия. С целью получения максимальной чувствительности и разрешающей способности магнитного метода неразрушающего контроля применяются различные виды намагничивания материалов, среди которых пять основных: продольное (полюсное),

186

циркулярное, комбинированное, параллельное, способом магнитного контакта.

Продольным (полюсным) намагничиванием называется такое намагничивание, при котором магнитные силовые линии часть пути проходят по изделию, а часть–по воздуху. Это намагничивание осуществляется путем помещения контролируемого протяженного изделия правильной формы (цилиндрического, прямоугольного и т.п.) либо между полюсами постоянного магнита (электромагнита), либо в соленоид. После удаления изделия из намагничивающего поля за счет остаточной намагниченности в изделии возникают два магнитных полюса, N и S, как показано на рис. 2.42, поэтому такой метод намагничивания назван полюсным.

Рис. 2.42. Схема спектра магнитного поля вокруг полюсно намагниченной детали

Циркулярный метод намагничивания осуществляется либо пропусканием тока по толстому медному стержню или проводу, протянутому через деталь (рис. 2.43), либо пропусканием тока непосредственно через деталь (рис. 2.44).

187

Рис. 2.43. Схема циркулярного намагничивания детали пропусканием тока по стержню:

1–трещина; 2–поле рассеяния над трещиной; 3–стержень; 4–магнитные линии; 5–деталь

Рис. 2.44. Схема циркулярного намагничивания полем тока, пропускаемого через деталь

Последний способ применяется для контроля сплошных протяженных деталей, цилиндрических полых толстостенных деталей при выявлении дефектов на внешней поверхности цилиндра, при контроле сварных швов путем пропускания тока через шов. Прижимные контакты для пропускания тока через деталь называются электрокарандашами.

Комбинированным называется намагничивание, при котором магнитное поле возбуждается одновременно действием двух или трех источников полей, например, продольным полем электромагнита и одного или двух циркулярных полей прямого тока. Комбинированное намагничивание обеспечивает максимальную выявляемость дефектов,

особенно в деталях сложной формы.

На рис. 2.45 приведен пример схемы комбинированного намагничивания.

188

Рис. 2.45.Схема комбинированного намагничивания детали

контролируемой детали, как показано на рис. 2.46, а. Для увеличения намагничивания изделия применяются дополнительные магнитопроводы

в виде полуколец, закрепленных на токоведущем кабеле на расстоянии 3–

5 мм друг от друга и плотно прижатых к изделию (рис. 2.46, б).

Рис. 2.46. Схема параллельного намагничивания детали:

1–кабель с током; 2–контролируемое изделие; 3–щель; 4–дополнительные магнитопроводы

Способом магнитного контакта называется намагничивание контролируемого изделия прямолинейным или подковообразным постоянным магнитом (электромагнитом) путем перемещения одного из полюсов магнита по поверхности изделия. Между контролируемой поверхностью и прижимаемым к ней полюсом магнита следует обеспечить хороший магнитный контакт. Второй полюс магнита должен быть удален на возможно большее расстояние от контролируемой поверхности, чтобы уменьшить его размагничивающее действие. На рис. 2.47 показан пример

189

применения способа магнитного контакта при намагничивании цилиндрической детали.

Рис. 2.47. Схема намагничивания участка детали способом магнитного контакта

Выбор способа намагничивания зависит, в частности, от направления распространения дефектов по детали. Выбирают такой способ намагничивания, при котором угол между векторами напряженности магнитного поля и направлением распространения дефектов близок к 90°,

при этом достигается наибольшая чувствительность метода. Если неизвестно направление распространения трещин или деталь имеет сложную форму,

намагничивание проводят в двух и более направлениях, нанося суспензию и осматривая деталь после каждого намагничивания. Для выявления различно ориентированных дефектов одной операцией намагничивания рекомендуется применять комбинированное намагничивание.

При магнитном контроле применяются различные способы регистрации дефектов. Их выбор обусловлен следующими факторами:

1)геометрией контролируемого изделия;

2)необходимой чувствительностью контроля;

3)заданной разрешающей способностью контроля;

4)производительностью контроля.

В соответствии с указанными требованиями применяются четыре основных способа регистрации дефектов при МНК:

1)порошковый способ;

2)магнитографический способ;

3)феррозондовый способ;

190

4)способ преобразователей Холла и магниторезисторов.

Порошковый способ регистрации дефектов состоит в нанесении порошка ферромагнитного материала на намагниченное контролируемое изделие и в регистрации скоплений этого порошка вблизи дефектов. Ширина полоски из осевшего порошка значительно больше ширины трещины,

волосовины, поэтому магнитопорошковым способом могут быть выявлены мельчайшие трещины и другие поверхностные дефекты, невидимые при визуальном осмотре.

В качестве ферромагнитного материала наиболее часто используются черные порошки окислов магнетита Fe3O4, представляющего смесь закиси железа FeO и окиси железа Fe2O3. Несколько реже используется ферромагнитная окись железа Fe2O3. Для получения буровато-красных порошков используется красная гамма окись железа γ — Fe2O3. Для изготовления светлых порошков используются специально приготовленные смеси железного и никелевого порошков и алюминиевой пудры.

Применяются два способа нанесения ферромагнитного порошка на контролируемое изделие. «Сухой» способ состоит в нанесении на изделие высокодисперсного порошка с размерами частиц 0,1–10 мкм в воздушной взвеси, получаемой распылением порошка в специальных установках. Этот способ применяют для обнаружения подповерхностных дефектов, а также дефектов под слоем немагнитного покрытия толщиной до 200 мкм.

Другой способ нанесения сухого порошка на изделие применяется для грубо дисперсионных порошков с размером частиц от 0,05 до 2 мм. В этом случае порошок наносится с помощью пульверизатора, резиновой груши или качающегося сита. Этот способ применяется для обнаружения относительно крупных поверхностных и подповерхностных дефектов, а также для контроля деталей с грубо обработанной поверхностью.

«Мокрый» способ нанесения магнитного порошка на поверхность намагниченного контролируемого изделия осуществляют путем полива изделия суспензией магнитного порошка или путем погружения изделия