Література:

1, стор. 59-65; 2, стор.91-104;

ГОСТ 21104-75 Контроль неразрушающий. Феррозондовый метод;

ГОСТ 21105-87 Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод;

ГОСТ 18442-80 Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования;

ДСТУ Б В.2.6-4-95 Конструкції будинків і споруд. Конструкції залізобетонні. Магнітний метод визначення товщини захисного шару бетону і розташування арматури.

1.4. Магнітні методи контролю базуються на реєстрації магнітних полів розсіювання, що виникають над дефектами, або на визначенні магнітних властивостей досліджуваних виробів .

Серед них можна виділити найбільш уживані у практиці: магнітопорошковий, магнітографічний, ферозондовий. Менш уживаними, але ціка­вими є такі: перетворювач Холла, пондеромоторний, з використанням ефекту Баркгаузена, магнітних позначок та ін.

Магнітопорошковий метод  найбільш розповсюджений для знаходження дефектів, що порушують суцільність металу. Він дозволяє виявити неметалічні та шлакові включення, пустоти, розшарування, дефекти зварювання та тріщини.

Якщо досліджувану деталь помістити в магнітне поле, то в резуль­таті орієнтації магнітних полів доменів за напрямом зовнішнього магніт­ного поля вона намагнічується.

Магнітний потік у бездефектній зоні не міняє напряму. Якщо на його шляху зустрічаються ділянки з пониженою магнітною проникливі­стю через відкритий або прихований дефекти, то частина магнітних ліній виходить за межі деталі (рис.38). Там, де вони виходять з деталі і входять в неї, виникають місцеві магнітні полюси М, N і магнітне поле над дефектом. Після зняття зовнішнього магнітного поля магнітне поле над дефектом та місцеві полюси залишаються (залишкова індукція).

Для виявлення таких магнітних полів на досліджувані ділянки виро­бу наносять феромагнітні частинки (порошок), які орієнтуються за маг­нітними силовими лініями поля, через що виникає малюнок, який харак­теризує тип дефекту. Так, зовнішня тріщина утворює чітке скупчення порошку вздовж своїх країв. Внутрішні тріщини ініціюють розмиті сму­ги, орієнтовані вздовж них.

а) б)

Рис. 38. Схема утворення магнітного поля над дефектом: а  прихований дефект; б  відкритий

Магнітопорошковий метод дозволяє виявити тріщини з шириною розкриття 0,001мм, глибиною 0,01мм і більше. Однак він використовуєть­ся тільки для повільних тріщин і дуже незручний для вимірювання під час дослідження.

Магнітографічний метод контролю полягає в записуванні магнітних полів розсіювання над дефектом на магнітну стрічку шляхом намагнічування досліджуваної ділянки деталі разом з притиснутою до її поверхні магнітною стрічкою з подальшим відтворенням і розшифруванням отри­маного запису (рис. 39).

Рис. 39. Магнітографічний метод контролю: 1  електромагніт; 2  магнітна стрічка; 3  дефект; 4  деталь, що контролюється

Неабияке значення має напрям силових ліній магнітного поля стосовно орієнтації тріщини. Тріщини, паралельні силовим лініям магнітного поля, не взаємодіють з ними зовсім. Найбільш чітко відображаються тріщини, перпендикулярні до таких ліній.

Для запису на магнітну стрічку розкриття тріщини необхідно, щоб вона переміщалась відносно зразка, наприклад, в напрямі, перпендикуляр­ному росту тріщини. Використовуючи імпульсне намагнічування зразка з деякою частотою, отримаємо на стрічці ряд послідовних магнітних зоб­ражень розкриття (росту) тріщини.

Відтворюють запис за допомогою магнітофона з подальшим перетво­ренням сигналу і візуальним спостереженням його на екрані осцилографа.

Ферозондовий метод базується на перетворенні градієнта магнітно­го поля в електричний сигнал. Ним можна виявити поверхневі дефекти глибиною 0,1 мм та приховані на глибині до 10 мм.

Ферозонд (магнітоскоп) (рис.40) являє собою магнітний підсилю­вач з розімкнутим магнітопроводом, в якому під час дії зовнішнього магнітного поля виникає ЕРС.

За відсутності дефекту магнітні силові лінії не виходять на поверхню досліджуваного об'єкта і не взаємодіють з магнітоскопом. В зоні дефек­ту силові лінії огинають його і виходять на поверхню об'єкта. При суміщенні дефекту з розімкнутим магнітопроводом у магнітоскопі вини­кає ЕРС, що реєструється приладом.

Ферозондовим методом можна вимірювати та контролювати товщи­ну деталей на поточних лініях. Принцип роботи такого устаткування показано на рис.41.

Рис. 40. Схема магнітоскопа: 1  електромагніт; 2  ферозонд; 3  дефект: 4  дослідний зразок

З однієї сторони виробу та справа встановлено постійні магніти. Між ними розміщені два ферозонди, з яких сигнали надходять на вимірювальну схему (міст), яка балансується. При заданій товщині виробу струм нульовий. У разі відхилення товщини схема розбалансовується і струм набуває якогось значення. Шкала приладу може бути проградуйована у відповідних одиницях.

Пондемоторний метод використовується для контролю товщини немагнітного покриття на матеріалах, що намагнічуються. Принцип дії приладу (магнітний товщиномір) базується на зміні зусиль відриву магніту від матеріалу залежно від товщини покриття. Величину зусилля можна визначити пружинним динамометром або вимірюючи струм намагнічування електромагніту. Шкала приладу проградуйована в одиницях товщини покриття.

Метод, оснований на ефекті Холла, застосовують для виявлення дефектів та в приладах для вимірювання товщини, контролю структури та механічних властивостей. Ефект Холла полягає в тому, що коли прямокутну пластинку з напівпровідникового матеріалу помістити в магнітне поле перпендикулярно до вектора напруженості і пропустити крізь неї струм в напрямі двох протилежних граней, то на двох інших гранях виникне ЕРС, пропорційна напруженості магнітного поля. Використовуючи такі пластинки як давачі, розташувавши в одній площині значну їх кількість, можна створити екран, який, подібно рентгенівському, відображатиме матеріал з дефектами, “просвічений” магнітним полем.

Рис. 41. Схема визначення товщини виробу: 1  ферозонд; 2  постійний магніт; 3  виріб; 4  прилад

Цікавим методом дослідження процесів руйнування є метод з використанням ефекту Баркгаузена. Суть його полягає у стрибкоподібній зміні намагнічування феромагнітних матеріалів за неперервної зміни зовнішніх умов, наприклад магнітного поля. Причиною ефекту є різноманітні неоднорідності в кристалічній структурі феромагнетик, що заважають перебудові магнітної структури. Так, ріст тріщини супроводжується пружним розвантаженням ділянки, в яку входить кінець тріщини. Отже, якщо феромагнітний зразок намагнітити до насичення, то ріст тріщини супроводжуватиметься стрибкоподібною зміною намагнічування в ділянці, що межує з кінцем тріщини. Давачі, розташовані в ділянці тріщини, виробляють імпульси, які можна аналізувати, обробивши їх на ЕОМ.

Перспективним для визначення напружень у матеріалах є також метод магнітних позначок. При цьому методі на елемент до його деформування зовнішнім магнітним полем наносять позначки, які розміщені на деякій відстані одна від одної. За зміною відстані між позначками судять про деформації обєкта, а потім переходять до оцінювання напружень.

1.5. До електромагнітних неруйнівних методів контролю матеріалів можна віднести метод електромагнітної індукції та метод поглинання електромагнітних хвиль. Їх використовують для виявлення арматури в бетоні, а також вологості в самій конструкції.

Принцип методу електромагнітної індукції полягає ось в чому. Бетон складається з матеріалів з низькими магнітними характеристиками, а також містить арматуру з високими магнітними параметрами і, частково, речовини, що відносяться до феромагнетиків. Тому магнітне поле, яке у виробі з бетону було рівномірним, з введенням арматури міняє малюнок, концентруючи солові лінії вздовж стрижня арматури.

Прилади для виявлення арматури в бетоні, основані на методі електромагнітної індукції, називаються тахометрами або конверметрами. Принцип дії такого приладу показано на рис. 42.

На спільному магнітопроводі, виготовленому з мякого феромагнітного матеріалу, розміщені котушки індуктивності. Ліва котушка живиться змінним струмом з генератора і створює магнітне поле, силові лінії якого перетинають котушку індуктивності приймача. В ній індукується змінний струм, величина якого реєструється приймачем і змінюється залежно від відстані арматури до магнітопроводу.

Рис. 42. Схема тахометра: 1  генератор; 2  приймач;  магнітопровід; 4  котушка генератора; 5  котушка приймача; 6  металева арматура; 7  бетонний виріб

Методом електромагнітної індукції можна виміряти товщину захисного шару арматури у залізобетонній конструкції. Серед вітчизняних приладів, що працюють на такому методі слід відзначити прилад ВЗС (вимірювач захисного шару), та прилад Максимова для визначення напружень у металі.

Метод ґрунтується на виникненні магнітної анізотропії під дією прикладених напружень. Магнітний потік середньої котушки (рис. 43), потрапляючи в досліджуваний матеріал, розподіляється по чотирьом напрямках. При однаковій магнітний проникності ці потоки будуть рівні. При наявності магнітної анізотропії потоки будуть різними, що реєструється приладом.

Вимірювальна схема побудована так, що електрорушійна сила котушок може визначатися як у кожній діагоналі, так і по їхній різниці чи сумі. Метод дозволяє визначити напрямок головних напружень у металі і при відповідному таруванні приладу величину цих напружень.

До нових приладів можна віднести вимірювач параметрів армування ИПА-МГ4 , який дозволяє визначити діаметр арматурного стрижня (3...40 мм) при відомому захисному шарі, визначити захисний шар при відомому діаметрі (3...40 мм при діаметрі 3...10 мм і 5...100 мм при діаметрі 12...40 мм), а також визначити осі арматурного стрижня); прилад “Пошук-2.3” для вимірювання товщини захисного шару бетону, визначення розташування і діаметра арматури в межах діаметрів 3...50 мм класів АІ-АІY (особливістю приладу є повна обробка даних за допомогою мікроЕОМ).

2

3

4

Рис. 43. Прилад Максимова: 1  електромагніт; 2 металевий зразок, що досліджується; 3  котушки; 4  діагоналі магнітних силових ліній котушок

Метод поглинання електромагнітних хвиль побудований на властивості матеріалів, залежно від діелектричної постійної, по-різному поглинати електромагнітні хвилі, що пронизують матеріал.

Для визначення вологості деревини й піску застосовують термоелектричний метод, який базується на функціональній залежності теплопровідності матеріалу і його вологості. Діелектричний метод засновано на вимірі електроємності конденсатора, між пластинами якого розміщується проба піску різної вологості.

Для визначення вмісту води у бетонній суміші також використовується електричний метод. Прилад для цього складається з двох електродів і вібратора. Для визначення вмісту води коробку з електродами й вібратором частково занурюють у бетонну суміш і вмикають струм. Під дією коливань напруги електродів починає утворюватись цементне тісто. Величина струму, що проходить через це тісто, є показником кількості води, яка міститься в бетонній суміші.

У дефектоскопії найбільш широко використовуються електричні методи: електростатичний, термоелектричний і електроіндуктивний.

Електростатичний метод заснований на взаємодії дрібних частинок з електростатичним полем. Метод використовується для пошуку поверхневих тріщин в елементах, що поміщені в електростатичне поле. Поверхня елемента посипається подрібненою крейдою. В результаті неоднорідності поля частки крейди концентруються біля країв тріщини.

Термоелектричний метод базується на вимірюванні електроіндукційної сили, що виникає в замкнутому колі при нагріванні місця контакту двох різнорідних матеріалів. Якщо один із матеріалів прийняти за еталон, то при заданій різниці гарячого і холодного контактів величина електрорушійної сили буде визначатися хімічним складом другого матеріалу, котрий випробується. Цим методом звичайно визначають марку матеріалу, наприклад сталі.

Електроіндуктивний метод ґрунтується на збудженні віхрових струмів змінним магнітним полем датчика. Цей метод використовують для виявлення та оцінювання розмірів дефектів типу несуцільності, вимірювання фізико-механічних характеристик матеріалів, вимірювання розмірів деталей і їх динамічних характеристик.

1.6. Використання інфрачервоної техніки для діагностики стану конструкцій побудовано на використанні інфрачервоного випромінювання, яке являє собою електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між червоним кінцем видимого спектра з довжиною хвилі = 0,74 мкм та короткохвильовим радіовипромінюванням із довжиною хвилі =1...2 мм.. Інфрачервоне випромінювання використовується для знаходження непрозорих для видимого світла включень. Інфрачервоне зображення дефекту можна отримати в прохідному, віддзеркаленому і власному випромінюванні обєкта.

Приймачі інфрачервоного випромінювання перетворюють його енергію в інші, які можуть бути зафіксовані й заміряні звичайним способом, наприклад в електричну, з підключенням та виведенням інформації на монітор ЕОМ. У теплових приймачах реєструється підвищення температури теплочутливого елемента. У фотоелектричних приймачах поглинання інфрачервоного випромінювання призводить до виникнення або зміни електричного струму (напруги). Фотоелектричні приймачі мають селективні властивості, тобто вони чутливі лише у визначеній області спектра. На спеціальних пластинках в інфрачервоному випромінюванні можуть бути отримані фотографії.

Ця властивість дає можливість дистанційно аналізувати якість огороджуючих конструкцій.

Для перетворення інфрачервоного випромінювання в таке, що видно, використовують тепловізори або термовізори. В цих приладах різниця температур відтворюється на екрані телевізора візуально: більш світлі ділянки відповідають поверхням із більш високою температурою. Тепловізори дозволяють оцінити якість швів огороджуючих конструкцій, а також їх теплофізичні характеристики.