Часть II. Магнитный контроль 146

4. Магнитная дефектоскопия 146

4.1. Граничные условия 146

и , (2.1) 146

, (2.2) 146

. (2.3) 146

Рис. 2.1. Поле и индукция на границе раздела двух сред () 146

Рис. 2.2. Преломление линии индукции () 147

. (2.4) 147

4.2. Рассеяние магнитного потока дефектом сплошности 148

а б 148

Рис. 2.3. Рассеяние магнитного потока 148

Рис. 2.4. Обтекание дефекта магнитным потоком 149

4.3. Намагничивание изделий 150

Таблица 2.1 150

Примечание 150

Таблица 2.2 151

Номер 151

Название системы 151

Примечание 151

Таблица 2.3 152

Примечание 152

Таблица 2.5 153

4.4. Расчеты полей дефектов 155

Рис. 2.5. Цилиндрический дефект Рис. 2.6. Соотношение декартовых 156

; (2.5) 156

; (2.6) 156

; (2.7) 156

или . (2.8) 157

. (2.9) 157

. (2.10) 157

, (2.11) 157

, (2.12) 157

. (2.13) 157

, (2.14) 158

, (2.15) 158

. (2.16) 159

. (2.17) 159

, (2.18) 160

, (2.19) 160

, (2.20) 160

. (2.21) 160

, (2.22) 160

. (2.23) 160

, (2.24) 160

. (2.25) 160

, (2.26) 161

, (2.27) 161

, (2.28) 161

. (2.29) 161

. (2.30) 161

, (2.31) 162

, (2.32) 162

. (2.33) 162

. (2.34) 162

Поле трещины. Наиболее часто встречающийся поверхностный дефект - трещина с выходом на поверхность. Формы трещин обычно достаточно сложные, но для расчётов их можно упростить и свести к трём модификациям (рис. 2.7). Но даже и для таких форм расчёты не могут быть выполнены точно в связи со сложностью граничных условий. 163

Рис. 2.7. Простейшие модели поверхностных дефектов 163

, (2.35) 164

, (2.36) 164

, (2.37) 164

Рис. 2.8. Полюса на гранях Рис. 2.9. К расчёту поля трещины 164

, (2.38) 166

. (2.39) 166

= . (2.40) 166

Рис. 2.10. Составляющие Рис. 2.11. Поле рассеяния трещины 166

поля трещины 166

. (2.41) 167

. (2.42) 167

, (2.43) 167

, (2.44) 168

. (2.45) 168

; (2.46) 168

. (2.47) 168

, (2.48) 169

. (2.49) 169

Рис. 2.12. Суперпозиция полей двух токов 170

Рис. 2.13. Мелкий (а), средний (б) и глубокий (в) дефекты 170

Рис. 2.14. Составляющая поля косорасположенного дефекта 171

Рис. 2.15. Дефекты сложной формы 171

, (2.50) 172

, (2.51) 172

Рис. 2.16. Эллипсоид в безграничном пространстве 173

. (2.52) 173

, (2.53) 173

. (2.54) 174

. (2.55) 174

. (2.56) 174

. (2.57) 174

. (2.58) 174

. (2.59) 175

. (2.60) 175

. (2.61) 175

. (2.62) 176

4.5. Mагнитопорошковая дефектоскопия 177

Рис. 2.17. Пара сил, действующих Рис. 2.18. К расчёту сил в неоднородном 178

. (2.63) 179

. (2.64) 179

, (2.65) 179

. (2.66) 179

. (2.67) 180

; . (2.68) 180

, (2.69) 181

(2.70) 181

, (2.71) 181

. (2.72) 182

Рис. 2.19. Порошинки в магнитном поле дефекта 182

, (2.73) 182

. (2.74) 183

. (2.75) 183

Рис. 2.20. Распределение сил, действующих на порошинку 184

на высоте и 184

, (2.76) 185

. (2.77) 185

Рис. 2.21. Порошинки в магнитном поле 186

Рис. 2.22. Зависимость длины цепочек от времени воздействия поля: 187

4.6. Индукционная дефектоскопия 191

, (2.78) 191

Рис. 2.23. Катушка (1) с сердечником (2) в магнитном поле 192

. (2.79) 192

, (2.80) 192

, (2.81) 192

, (2.82) 192

. (2.83) 192

Рис. 2.24. Схемы индукционного контроля: 194

, (2.84) 194

Рис. 2.25. Скорость движения катушки > 195

а б 196

Рис. 2.26. Зависимость сигнала от локальности поля 196

Рис. 2.27. Сигналы рельсового дефектоскопа: 196

4.7. Феррозондовый метод дефектоскопии 197

Рис. 2.28. Феррозонд-полемер 198

Рис. 2.29. Принцип работы феррозонда-полемера 200

Рис. 2.30. Феррозонд-градиентометр 201

Рис. 2.31. Принцип действия феррозонда-градиентометра 201

, (2.85) 202

. (2.86) 203

, (2.87) 203

. (2.88) 203

, (2.89) 203

, . (2.90) 204

; . (2.91) 204

. (2.92) 204

, (2.93) 205

; 205

. (2.94) 205

. (2.95) 205

(). (2.96) 205

Рис. 2.32. Расположение сердечников зондов относительно 206

4.8. Магнитографическая дефектоскопия 207

Рис. 2.33. Процесс магнитографической дефектоскопии: 208

Рис. 2.34. Кривая намагничивания (1) и зависимость остаточной 209

намагниченности ленты от поля (2) 209

Рис. 2.35. Запись поля дефекта (а) на ленты с характеристиками 1 и 2 (б), 210

Рис. 2.36. Топография исходного (а) и отображённого лентой МК-2 (б) полей: 213

Рис. 2.37. Запись поля щели глубиной 2 мм и шириной 0,25 мм 214

4.9. Холловские и другие методы магнитной дефектоскопии 214

Рис. 2.38. Датчик Холла 215

, (2.97) 215

4.10. Магнитная толщинометрия 217

Рис. 2.39. Методы магнитной толщинометрии: 219

1 - немагнитное покрытие (или изделие); 2 - магнитная основа (изделие); 3 - источник поля; 4 - преобразователь; 5 - сердечник; 6 - генератор; 7 - измеритель; 8 – электромагнит. 219

5. Магнитный структурно-фазовый анализ металлов и сплавов 220

5.1. Структурная чувствительность физико-механических свойств 221

Таблица 2.6 222

Магнитные 222

5.2. Контроль механических свойств изделий, упрочняемых 225

холодной пластической деформацией 225

Рис. 2.40. Деформация в зависимости от напряжения 227

Рис. 2.41. Некоторые виды кривых напряжение – деформация 228

Рис. 2.42. Дислокационная схема пластического сдвига 231

, (2.98) 234

Рис. 2.43. Зависимость магнитных свойств стали с содержанием углерода 235

0,07 % от степени холодной пластической деформации 235

Рис. 2.44. Схема изменения строения деформированного металла при нагреве 238

Рис. 2.45. Изменение механических свойств холоднодеформированного железа в зависимости от температуры отжига 240

Рис. 2.46 Зависимость прочностных и магнитных свойств холодно- 242

деформированной феррито-перлитной стали с содержанием углерода 0,08 % 242

от температуры отжига 242

5.3. Контроль качества термической обработки стальных изделий 243

Рис. 2.47. “Стальной” участок диаграммы состояний сплава Fe – C 245

248

Рис. 2.48. Зависимость твердости закаленных углеродистых сталей с различным содержанием углерода от температуры отпуска 248

, (2.99) 249

, (2.100) 249

250

Рис. 2.49. Зависимость твердости и магнитных свойств стали 50Г 250

от температуры закалки 250

Рис. 2.50. Зависимость твердости и магнитных свойств стали ШХ15 252

от температуры закалки 252

Рис. 2.51. Зависимость твердости и магнитных свойств стали 30Х13 253

от температуры закалки 253

Рис. 2.52. Зависимость твердости и магнитных свойств стали 09Г2 255

от температуры отпуска 255

Рис. 2.53. Зависимость твердости и магнитных свойств стали 50Г 256

от температуры отпуска 256

Рис. 2.54. Зависимость твердости и магнитных свойств стали ШХ15 256

от температуры отпуска 256

Рис. 2.55. Фрагмент нисходящей ветви петли гистерезиса 257

Рис. 2.56. Зависимость твердости и магнитных свойств стали 30Х13 258

от температуры отпуска 258

5.4. Контроль качества поверхностного упрочнения стальных изделий 258

Рис. 2.57. Обобщенная зависимость относительных значений показаний 262

коэрцитиметра от относительных значений глубины закаленного слоя 262

( - показания коэрцитиметра на полностью закаленном изделии) 262

, (2.101) 263

5.5. Фазовый магнитный анализ 263

, (2.102) 266

, (2.103) 266

(2.104) 267

Рис. 2.58. Магнитограммы отожженных углеродистых сталей: 269

1 – сталь 10; 2 - 20; 3 - 30; 4 - У7; 5 - У9; 6 - У10 269

(2.105) 269

(2.106) 269

(2.107) 270

(2.108) 270

(2.109) 271

(2.110) 271

(2.111) 272

(2.112) 272

(2.113) 272

(2.114) 273

(2.115) 273

5.6. Устройства магнитного контроля структуры, состава и механических свойств материалов и изделий 273

Рис. 2.59. Конструкции приставных преобразователей коэрцитиметров 275

, (2.116) 276

Рис. 2.60. К определению коэрцитивной силы по величине остаточной 277

индукции деталей с большим коэффициентом размагничивания 277

Рис. 2.61. Блок-схема установки для измерения параметров 280