Влияние скорости намагничивания и скорости снятия внешнего поля

На выявляемость дефектов при контроле способом остаточ­ной намагниченности существенное влияние оказывает ско­рость уменьшения намагничивающего поля. Этот фактор в книге [5] демонстирируется на примере намагничивания цилиндрического образца длиной 500 мм, диаметром 65 мм.

При медленном уменьшении намагничивающего поля тангенциальная составляющая напряженности поля на ци­линдрической поверхности образца монотонно уменьшает­ся от значения приложенного поля Н_ПП, изменяет знак и достигает значения соответствующего остаточной намагни­ченности; трещины на средней части цилиндрической по­верхности выявляются слабо, а на участках, прилегающих к торцевым поверхностям, не выявляются даже крупные трещины; картины поля в различных сечениях идентичны по длине образца; вектор магнитной индукции в сечении образца не меняет знака (рис. 147, 1-3).

При быстром уменьшении намагничивающего поля тан­генциальная составляющая (направленная по продольной оси образца) индукции в сечении образца (на расстоянии d от цилиндрической поверхности) изменяет знак, что можно ви­деть по картине поля в сечении образца. Направление маг­нитных силовых линий на торцевой поверхности изменяется на противоположное (рис. 147, 1'-3'). В результате на рас­стоянии d от цилиндрической поверхности на торце по ок­ружности образуется поле рассеяния. При наложении экрана на

торец образца и нанесении магнитного порошка его, выз­ванное полем рассеяния (рис. 147, 1'), осаждение происхо­дит в виде кольца. На рис. 147, 2' показан образец сбоку и осаждение порошка на экране, установленном по диаметраль­ной плоскости. На рис. 147, 2', У видно изменение направле­ния магнитных силовых линий на противоположное. Аналогичные картины поля наблюдаются в сечениях по всей длине образца. Тангенциальная составляющая напряженнос­ти Н_Т на цилиндрической поверхности, в средней части об­разца, при выключении тока в соленоиде изменяет свой знак и достигает значения, которое значительно больше напряжен­ности приложенного поля. Затем она уменьшается до значе­ния, соответствующего остаточной намагниченности Н_Т.ОП. Значительное увеличение напряженности поля в процессе выключения тока в соленоиде можно объяснить тем, что в образце индуцируется ток, пропорциональный скорости из­менения магнитного потока.

Рис. 147. Картины поля в сечениях образца: 1-3 — после медленно­го снятия поля; 1'-3' — после быстрого снятия поля; 1,1'— вид сбоку (в диаметральной плоскости); 3, 3' — схемы поля (вид сбо­ку); d — расстояние по радиусу от цилиндрической поверхности об­разца до области изменения знака вектора магнитной индукции.

Массивный образец в этом слу­чае играет роль короткозамкнутого витка, в котором индуцируется ток большой силы. Магнитное поле этого тока вследствие скин-эффекта концентрируется в поверх­ностном слое образца и значительно намагничивает его. Магнитный поток сильно намагниченного поверхнйстного слоя замыкается на внутренние слои. Образуется замкну­тый контур магнитного потока Ф_э с малым размагничиваю­щим фактором (рис. 148).

Вектор намагниченности слоя, прилегающего к повер­хностному слою детали, меняет свое направление на про­тивоположное. Вокруг образца образуется рассеяный поток Ф_ц. Напряженность поля на цилиндрической поверхности значительно меньше напряженности поля в тех же точках при намагничивании образца в медленно убывающем поле.

Рис. 148. Распределение магнитных линий в образце и картины поля на торцевых поверхностях: а — при медленном снятии поля; б — при быстром снятии поля.

Итак, при медленном уменьшении поля в соленоиде вихревые токи в детали практически не возникают, вектор остаточной индукции в точках на цилиндрической поверх­ности составляет с образующей относительно большой угол (60... 90°). При этом магнитный поток проходит вдоль по­лости трещины. В результате трещины не выявляются или выявляются плохо.

При намагничивании цилиндрического образца в солено­иде с постоянным полем и быстрым его уменьшением возникают вихревые токи. Намагничивающее поле соленоида, возбужда­ющее в образце вихревые токи, симметрично относительно его продольной оси. Поэтому плоскости, в которых возникают вихревые токи, перпендикулярны продольной оси образца, а век­торы напряженности поля вихревых токов параллельны его цилиндрической поверхности. В результате вектор индукции в рассматриваемой точке составляет с плоскостью, проходящей вдоль полости трещины, прямой угол или близкий к нему, т.е. магнитный поток пересекает трещины под углом близким к прямому. Этот фактор также способствует четкому выявлению дефектов. На рис. 149 показаны трещины на образце, выяв­ленные на остаточной намагниченности при намагничивании постоянным полем напряженностью 180 А/см с выключением тока двумя способами. Видно, что при быстром уменьшении поля трещины выявляются четко. При медленном снятии поля мелкие трещины не выявлены.

Магнитные характеристики материала (целого кольца) отличаются от характеристики разрезанного кольца на вели­чину размагничивающего поля Н_р=NJ.

На рис. 150 показана кривая намагничивания целого кольца В_м(Н) и кольца с зазором

Для получения характеристики В_Д(Н) разрезанного кольца сдвигают на величину размагничивающего поля соответствующие точки кривой В_м(Н). Отрезки Н₁, Н₂, Н₃,..., пропорциональ­ные размагничивающему полю, заключены между осью ординат и лучом ON, проведенным под углом α; tg α=N=Н_р/J.

Рис. 149- Шлифовочные трещины на образце, выявленные: а — способом остаточной намагниченности при быстром снятии поля; б — при медленном снятии поля.

Для получения точки 1' точку 1 сдвигают по горизонтали на величину Н_р1. Для получения точки 2' точку 2 сдвигают на величину Н_р2 и т.д. Соединив точки 1', 2', 3'... получают кривую намагничивания В_Д(Н) детали — разрезанного кольца.

Из сравнения кривых В_м(Н) и В_Д(Н) следует:

для получения индукции В₁ в разрезанном кольце нуж­но создать поле Н₂, которое больше H₁ т.е. Н₁ < Н₂;

при напряженности H₁ в целом кольце индукция будет равна В₁, а в разрезанном — В₂; причем В₂ < В₁;

для получения заданной ин­дукции в детали при полюсном намагничивании необходимо уве­личивать внешнее поле на вели­чину размагничивающего поля.

Рис. 150. Магнитные характе­ристики материала (целого кольца) В_м и детали (разрезан­ного кольца). В_Д, Н_р1 — размаг­ничивающее поле.

Действию размагничивающего фактора можно дать следующее физическое объяснение (рис. 151). Магнитное поле детали А направлено навстречу полю детали Б и частично размаг­ничивает ее, а магнитное поле детали Б частично размагничивает деталь А. На рис. 151, б показана зависимость напряженности поля на торцевой поверхности стержня из стали 30ХГСНА от количества намагниченных таких же стержней, приставленных один к другому. Видно, что напряженность поля при этом на первом стержне уменьшалась более чем в три раза.

Полюсно намагниченную деталь большого диаметра можно мысленно представить состоящей из большого числа парал­лельных стержней (рис. 151, в), которые размагничивают друг друга. Следовательно, чем больше диаметр детали (при неизменной длине), тем до меньшей остаточной на­магниченности намагнитится деталь.

Для уменьшения влияния размагничивающего фактора используют такие методические приемы:

составляют однотипные детали в цепочки торцевыми поверхностями друг к другу (рис. 152);

зажимают, например с помощью немагнитных струбци­нок контролируемую деталь между двумя стержнями, ко­торые в этом случае называют удлинителями;

Рис. 151. Схема взаимного размагничивания двух полюсно намагниченных деталей А и Б (а), зависимость напряженности на полюсе от количества вместе составленных стержней (б) и схема расположения воображаемых стержней в толстой 1 и тонкой 2 деталях (в).

намагничивают детали переменным полем про­мышленной частоты;

намагничивают детали переменным полем повы­шенной частоты;

намагничивают детали импульсным полем.

При составлении дета­лей в цепочки для намагни­чивания добиваются того, чтобы отношение общей длины цепочки к диаметру было не менее 2...5. Если форма сечения детали сложная, то вместо диа­метра для расчета удлине­ния используют (S — сечение детали).

Эффективность магнитного контроля деталей, составлен­ных в цепочки, достигается лишь в том случае, если детали оказываются охваченными общим магнитным потоком.

Рис. 152. Схемы расположения дета­лей для намагничивания: а — цилиндрических деталей, составленных в цепочку, 1...5 — намагничиваемые детали; б — детали, помещенной между удлинителями: 1 — деталь; 2 — удлинители; в — ушковых болтов в цепочку.