V. Магнитные поля рассеяния трещин, непроваров и других дефектов, выходящих на поверхность

Трещина, основание которой находится значительно ниже зоны равномерного магнитного поля, называется бесконечно глубокой. Учитывая малое раскрытие трещин (в несколько мкм), бесконечно глубокой может быть признана трещина, имеющая глубину, измеряемую в долях мм. Принято оценивать нормальную Н_у и тангенциальную Н_х составляющие измеряемого детектором магнитного поля дефекта. Из рис. 66, 67 следует, что на расстоянии, соизмеримом с раскрытием дефекта, геометрия силовых линий мало отличается от полуокружностей, т.е. для реальных дефектов, расположенных на расстоянии нескольких микрон от поверхности детали по характеру сечения поля нельзя судить о форме сечения дефекта [25].

Рис. 66. Магнитное поле над дефектом, выходящим на поверхность: X/S, Y/S – координаты; S – ширина раскрытия дефекта.

Не вызывает сомнений теоретическая возможность определения при магнитном контроле протяженности и формы дефекта в плане. При правильных измерениях и вычислениях максимальных значений составляющих напряженности Н_хм и Н_ум в зависимости от напряженности поля намагничивания Н₀ можно определить глубину (высоту) дефекта. Для оценки глубины залегания подповерхностного дефекта, кроме того следует знать расстояние между экстремальными значениями нормальной составляющей Н_ун. Точные измерения в сочетании с расчетами позволяют судить о расположении и характере крупного внутреннего дефекта. В зоне расположения внешнего дефекта на границе выхода трещины имеется магнитное насыщение. Насыщение кромок приводит к кажущемуся дополнительному раскрытию трещины, которое способствует ее лучшему экспериментальному обнаружению. Используя теорию векторного магнитного потенциала, можно получить точные аналитические выражения для картин магнитных полей иблизи дефектов и построить графики распределения отдельных его составляющих.

На рис. 67 показан в увеличенном масштабе краевой эффект устья трещины. Все линейные размеры даны в относительных единицах.

Рис. 67. Силовые линии у края бесконечно широкого и глубокого дефекта.

Из рис. 66, 67 следует, что вблизи границ дефекта возникают значительные увеличения потока рассеяния. В центре бесконечно глубокой трещины (х = 0, у = 0) тангенциальная составляющая Н_х = 0,83H_s. С удалением от поверхности величина H/H_s убывает и на расстоянии y/s, равном 1,5, составляет на оси трещины приблизительно 0,2.

Измерения с помощью микрозондов тангенциальной составляющей H_x/H_s дают разные графики распределения поля (рис. 68) для горизонтального расположения зондов на удалении 0,025; 0,1; 0,5. При малом расстоянии от поверхности выявляются два четких максимума, при y/s > 0,1 эти экстремальные значения Н_х уже не обнаруживаются. Точные два максимума, убывая по величине и смещаясь к оси трещины, сливаются в один. Подобная картина имеет место для нормальной (рис. 69) составляющей Н_y/H_s.

Рис. 68. Распределение тангенциальной Рис. 69. Нормальная составляющая магнитного

составляющей магнитного поля рассеяния поля рассеяния Н_x/H_s на расстояниях

Н_x/Н_s на удалении y/S = 0,025; 0,1; 0,5 над поверхностной

у/S = 0,025; 0,05; 0,1; 0,25; 1,0; 2,0 от трещиной.

поверхности детали с глубокой трещиной.

Здесь оба экстремальных значения с ростом y/s смещаются к большим значениям x/s. Аналитическое исследование поля внутри трещины и снаружи показали, что напряженность Н_х быстро убывает. В пределах расстояния y/s, соизмеримого с y/s = ±1, величина Н_s-Н_х/ Н_s изменяется от 0,05 до 71%. Уже на глубине, равной половине ширины s, напряженность Н_х отличается от постоянного значения в глубине только на 1%. Амплитуда поля рассеяния определяется про» изведением sH_s.

Размагничивающий фактор N для сквозной щели в трубе N = s/Dπ. Напряженность поля внутри щели H_s = Н_а[1 + s/(Dπ - s)]/[l/μ + s/(Dπ - s)], где Н_а — напряженность приложенного поля; D = D_a + D_i/2 — средний диаметр трубы, имеющей сквозную щель шириной s. Для компонент напряженности поля трещины конечной глубины Т:

Эти выражения практически совпадают с известными формулами д-ра Ф.Ферстера, записанными по аналогии с магнитным полем проводов с током, располагаемых по краям трещины:

где b — расстояние каждого провода от оси трещины, высота которой равна h.

Поля рассеяния реальных дефектов типа трещин, которые обнаруживаются магнитными методами, имеют очень малые размеры. Поэтому для исследования этих полей создаются модели, с помощью которых изучаются возможности того или иного метода индикации магнитных полей дефектов.