Намагничивание контролируемых изделий

Проведение магнитного неразрушающего контроля связано с необходимостью предварительного намагничивания контролируемых изделий. Для этих целей применяются разные режимы намагничивания и разнообразные по конструкции намагничивающие устройства [14, 15]. При намагничивании ферромагнитных изделий следует учитывать, что дефект лучше выявляется в том случае, если силовые линии поля намагничивания перпендикулярны плоскости дефекта.

Выбор режима намагничивания предусматривает выбор величины и рода тока, способа контроля (в приложенном поле или по остаточной намагниченности), а также направления намагничивающего поля (способа намагничивания).

Постоянный ток целесообразно использовать для намагничивания небольших по толщине изделий. Так, намагничивание с помощью постоянного тока применяется для обнаружения дефектов в стальных трубах. В этом случае намагничивается все поперечное сечение материала трубы, благодаря чему возможен контроль дефектов как на внешней, так и на внутренней поверхности трубы. Способность обнаруживать внутренние дефекты уменьшается с увеличением толщины стенки. Для деталей с толщиной стенки более 20 мм создание необходимой индукции в материале требует громоздких намагничивающих устройств.

Переменный ток является наиболее эффективным для обнаружения поверхностных дефектов, особенно усталостных трещин. При высокочастотном намагничивании магнитный поток концентрируется на поверхности материала, следуя контурам трещины, поэтому магнитное сопротивление в области дефекта возрастает, что приводит к увеличению потока рассеяния вне дефекта, а, следовательно, к улучшению выявляемости небольших дефектов поверхности вплоть до глубины 0, 1 мм.

Теоретические расчеты и практические испытания показывают, что метод высокочастотного намагничивания дает еще лучшие результаты, если на испытуемый объект воздействовать дополнительно постоянным полем определенной величины. В этом случае влияние неоднородностей магнитной проницаемости вследствие холодных деформаций становится минимальным [16].

Увеличение глубины промагничивания достигается путем многократного намагничивания импульсами одного направления (импульсное намагничивание), при этом стабилизируется величина дифференциальной проницаемости в верхнем слое намагничиваемого изделия.

Контроль по остаточной намагниченности заключается в том, что деталь предварительно намагничивают, а затем после удаления ее из магнитного поля индикатором сканируют ее поверхность. Поверхностные дефекты надежно выявляются при таком способе намагничивания лишь для материалов с высокими значениями В_r. и Н_с (Н_с ³ 800 А/м). В каждом конкретном случае в зависимости от размеров и формы ожидаемых дефектов необходима для их выявления также и различная минимальная величина остаточной индукции, которая может наводиться как постоянным, так и переменным полем. Стабильность остаточной намагниченности в значительной степени зависит от конструктивных особенностей намагничивающих устройств.

Контролю в приложенном магнитном поле подвергаются магнитомягкие материалы с малыми значениями В_r. и Н_с, а также изделия сложной формы или имеющие большой размагничивающий фактор. При контроле массивных изделий намагничивают лишь отдельные участки. В приложенном поле существенно снижается относительный уровень шумов [15].

Для выявления поперечных дефектов используется продольное (полюсное) намагничивание с помощью постоянного магнита (рис.2.7, а), электромагнита (рис.2.7, б) или соленоида (рис.2.7, в), представляющего собой однослойную или многослойную спираль. В результате сложения полей отдельных витков наибольшая интенсивность намагничивающего поля образуется вдоль продольной оси соленоида.

Для деталей, имеющих форму тел вращения, применяется циркулярное намагничивание. В этом случае лучше всего выявляются продольные дефекты и дефекты, расположенные под небольшими углами к осям деталей. Циркулярное намагничивание обычно осуществляют пропусканием тока большой силы непосредственно через деталь или проводник (кабель), проходящий через отверстие в объекте контроля (рис.2.8). Чаще всего таким способом намагничивают изделия в форме стержней, труб, колец.

а) б) в)

Рис.2.7. Способы продольного намагничивания:

а) постоянным магнитом; б) электромагнитом; б) соленоидом

а)

б)

Рис.2.8. Способы циркулярного намагничивания: а) пропусканием тока по детали; б) с помощью провода с током, помещаемого в отверстие детали

Циркулярное намагничивание также может быть реализовано с помощью контактов, устанавливаемых на деталь (рис.2.9, а) или путем индуцирования тока в детали (рис.2.9, б). В последнем случае объект контроля рассматривается как вторичная обмотка трансформатора.

На рис. 2.10 показаны для примера варианты возможной технической реализации различных способов намагничивания. На рис.2.10, а магнитный поток создан двумя стационарными круговыми катушками, размещенными в продольном направлении для обнаружения поперечно-ориентированных дефектов. На рис.2.10, б поток намагничивания создан в круговом контуре с двумя вращающимися ярмами для обнаружения продольных дефектов. Датчики магнитного поля фиксируют потоки рассеяния, появляющиеся на дефектах.

а)

б)

2.9. Циркулярное намагничивание с помощью контактов,

устанавливаемых на деталь (а)

и путем индуцирования тока в детали (б)

а) б)

Рис.2.10. К обнаружению дефектов в намагниченном изделии: а) поперечно-ориентированных дефектов; б) продольно ориентированных дефектов

Для выявления дефектов различной ориентации применяется комбинированное намагничивание, осуществляемое путем одновременного намагничивания детали двумя или несколькими изменяющимися магнитными полями. Различные способы комбинированного намагничивания представлены на рис.2.11.

Намагничивающие устройства и системы, которые используются в неразрушающем контроле, подразделяются на стационарные электромагнитные намагничивающие устройства, приставные намагничивающие системы и намагничивающие устройства стандартных образцов. Стационарные электромагнитные намагничивающие устройства предназначены, как правило, для намагничивания узкого круга изделий. Приставные намагничивающие системы могут быть как специализированными, так и универсальными, предназначенными для намагничивания любых деталей сложной формы. Намагничивающие системы стандартных образцов предназначены для создания магнитного потока заданной величины в стандартных образцах, содержащих искусственные дефекты, и используются при метрологической поверке соответствующих приборов контроля.

На рис.2.12, 2.13 показаны некоторые конструкции намагничивающих устройств, которые используются при проведении неразрушающего контроля [17].

а)

б)

в)

Рис.2.11. Различные способы комбинированного намагничивания:

а) пропусканием тока по детали и с помощью электромагнита;

б) пропусканием двух (или более) сдвинутых по фазе токов по детали во взаимно перпендикулярных направлениях; в) путем индуцирования тока в детали и током, проходящим по проводнику, помещенному

в отверстие детали

Рис.2.12. Конструкции намагничивающих устройств

Рис.2.13. Намагничивающее устройство с гибким магнитопроводом