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.