2 Разработка оборудования для контроля

2.1 Анализ литературных источников с целью разработки или модернизации оборудования для контроля

В практике магнитографического контроля получили применение следующие типы намагничивающих устройств:

Подвижные намагничивающие устройства (ПНУ), применяемые при контроле труб диаметром свыше 150 мм и листовых конструкций толщиной до 16 мм.

Устройства, используемые для контроля стыков труб небольших диаметров типа намагничивающие клещи(НК), пояса(НП) и вилки(НВ).

Дисковые магниты (ДМ), используемые для контроля листовых конструкций и труб с толщиной стенки до 5-6 мм (рисунок 2.1), состоит из двух дисков и соединяющего их стержня. На стержне размещена обмотка, концы которой выведены к зажимам, изолированным от магнитопровода. Токопровод состоит из двух изолированных друг от друга скоб, имеющих втулки, соединенные с концами обмотки. Для передвижения и регулировки направления магнита по шву служит ручка, внутри которой пропущены провода, присоединенные через регулирующее устройство (реостат) к источнику питания.

Между дисками поверх защитного кожуха обмотки помещено кольцо из мягкой резины, предназначенное для прижима магнитной ленты к поверхности шва. На корпусе магнита размещен также выключатель.

Рисунок 2.1 - Дисковый электромагнит

Питание дискового магнита производится через регулирующее устройство, состоящее из реостата и амперметра, собранных в одном кожухе. С помощью реостата устанавливается необходимый ток в зависимости от толщины контролируемого металла.

Для оценки эффективности подвижных намагничивающих устройств имеет значение «растекание» потока магнитной индукции. Под условным термином «растекание» потока понимается уменьшение индукции в контролируемом изделии непосредственно в месте расположения намагничивающего устройства и на некотором расстоянии от его поперечной оси.

Сравнение величины «растекания» потока при намагничивании изделий с помощью дисковых магнитов различных типоразмеров показало, что все они дают примерно одинаковые результаты; однако с уменьшением сечения полюсов и увеличением расстояния между полюсами «растекание» потока несколько увеличивается.

Как уже отмечалось выше, с помощью дисковых магнитов ДМ-60, вследствие значительного «растекания» магнитного потока, можно контролировать изделия с толщиной стенки до 6 мм. Рекомендуемые режимы намагничивания приведены ниже.

Толщина металла в мм 4 5 6

Ток в А 6 9 12

Подвижные намагничивающие устройства.

В подвижных намагничивающих устройствах ПНУ (рисунок 2.2) применен принцип одновременного создания однородного магнитного потока на участке значительной протяженности. Устройство состоит из двух стальных полюсов, скрепленных стальными сердечниками, на которых размещаются одна или две катушки. Стальной каркас с катушками опирается на четыре колеса из немагнитного материала (дюралюминия). Колеса расположены таким образом, что при установке намагничивающею устройства на контролируемое изделие между полюсными наконечниками и поверхностью изделия образуется воздушный зазор в 2-3 мм. На одном из полюсов магнита размещены и клеммы токоподвода, и пакетный выключатель. Устройство перемещается вдоль контролируемого шва таким образом, чтобы возбуждаемый при включении тока магнитный поток пересекал продольную ось шва под прямым углом.

Рисунок 2.2 – Устройство ПНУ (внешний вид)

Благодаря значительной длине магнитопровода (150-200 мм) ПНУ обеспечивает одновременное намагничивание участка шва с минимальным «растеканием» магнитного потока и эффективное выявление дефектов. Воздушный зазор хотя и вызывает потери потока, но позволяет легко перемещать ПНУ по поверхности изделия.

Устройства ПНУ, для намагничивания стыков труб, имеют полюса с кривизной соответствующего радиуса; в устройствах для намагничивания листовых конструкций полюса делаются плоскими.

Устройства ПНУ были пригодны для контроля труб ограниченного диапазона диаметров. В дальнейшем эти устройства были модернизированы путем уменьшения расстояния между парами колес, замены двух обмоток одной и внесения некоторых конструктивных изменений. Благодаря этому модернизированные устройства давали возможность намагничивать трубы в широком диапазоне диаметров.

Рисунок 2.3 – Модернизированные намагничивающие устройства ПНУ-М1 (а) и ПНУ-М2 (б)

Для удобства эксплуатации величина воздушного зазора должна обеспечивать свободное перемещение намагничивающего устройства через усиление пересекающих швов, величина которого обычно не превышает 2,0-2,5 мм. В связи с этим воздушный зазор устройств типа ПНУ принят равным 3мм.

Опыты показали, что уменьшение индукции (свыше 5-6%) вследствие «растекания» потока имеет место при смещении намагничивающего устройства ПНУ от места расположения дефекта свыше 60-70 мм. Поэтому с учетом небольшого запаса длина полюсов устройства должна быть не менее 160-200 мм.

Подвижные намагничивающие устройства ПНУ рассчитывают по законам магнитной цепи графико-аналитическим способом.

При определении сечения магнитопровода длина полюсов намагничивающего устройства, исходя из результатов экспериментов по определению «растекания» потока, принимается равной 150-200 мм; высота полюсов выбирается из конструктивных соображений, а длина сердечника, равная расстоянию между полюсами, определяется шириной магнитной ленты для магнитографического контроля (35 мм) и удобным для эксплуатации расстоянием между полюсами магнита и краями ленты.

Намагничивающие клещи.

Неподвижное устройство типа НК (намагничивающие клещи) предназначено для труб небольших диаметров и представляет шарнирно раскрывающийся электромагнит, позволяющий одновременно намагничивать контролируемый стык по всему периметру.

Рисунок 2.4 – Намагничивающие клещи НК

Намагничивающие клещи (рисунок 2.4) состоят из двух раздельных каркасов-полуколец, соединенных между собой шарниром. На каркасах размешены обмотки электромагнита, соединенные последовательно. Клещи снабжены рукоятками, дающими возможность устанавливать и снимать их с контролируемого стыка.

Устройства типа НК позволяют контролировать стыки труб определенных диаметров; для контроля стыков труб нескольких диаметров должны применяться устройства НК различных типоразмеров.

Намагничивающие устройства типа НК рассчитывают аналогично устройствам ПНУ по законам магнитной цепи. Однако ввиду того, что в устройстве НК полюса непосредственно прилегают к поверхности намагничиваемого изделия, влияние воздушного зазора не учитывается.

Магнитные пояса.

Намагничивающие устройства МП, условно называемые магнитными поясами, разработаны лабораторией треста ЗапСантехмонтаж БССР и предназначены для магнитографического контроля стыков труб и других изделий цилиндрической формы небольшого диаметра с толщиной стенки до 3-4 мм.

Устройства МП имеют импульсный источник тока и состоят (рисунок 15) из двух последовательно соединенных катушек с 30 витками каждая (провода ПМВГ 0,75 мм). Концы витков припаяны к 30 штырьковым разъемам. Катушки пояса располагают на расстоянии 20 мм по обе стороны от контролируемого стыка. При включении тока в зоне шва возникает магнитный поток, направленный перпендикулярно к плоскости продольного разреза сварного стыка. Основные достоинства устройства МП заключаются в одновременном намагничивании стыка по всему его периметру, в универсальности, позволяющей применять одно и то же устройство для намагничивания стальных труб диаметром от 48 до 133 мм, и портативности источника тока.

Намагничивающие вилки. Намагничивающая вилка НВ (рисунок 16) предназначена для контроля стыков труб небольших диаметров и состоит из стального каркаса и рукоятки. Полюса вилки охватывают контролируемый стык на половину длины его окружности. Поэтому контроль стыков труб с помощью вилки производится с двух сторон.

Рисунок 2.5 – Магнитный пояс, расположенный на стыке

Рисунок 2.6 – Намагничивающая вилка

Намагничивающие вилки удобно применять в тех случаях, когда имеется односторонний доступ к контролируемым швам (например, к стыкам труб поверхностей нагрева паровых котлов)[2].

При одностороннем контроле сварного шва для повышения чувствительности метода можно использовать подмагничивающую систему в виде подковообразного магнита либо в виде двух пластин прямоугольного сечения, рабочие поверхности которых расположены на одинаковых расстояниях от зоны перехода шва к основному металлу, причем расстояние между концентраторами магнитной индукции выбирают из условия возникновения максимально допустимых помех на сигналограмме [2].

Для оценки эффективности подвижных намагничивающих устройств имеет значение «растекание» потока магнитной индукции. Опыт показал, что с уменьшением сечения полюсов и увеличением расстояния между полюсами «растекание» потока несколько увеличивается. «Растекание» потока имеет место и при смещении намагничивающего устройства от места расположения дефекта, поэтому следует увеличить длину полюсов (160-200 мм)[2].

Таким образом, для повышения чувствительности контроля следует использовать электромагниты в виде двух пластин с длинной полюсов не менее 160 мм.