4.5. Mагнитопорошковая дефектоскопия

Индикатором магнитных полей рассеяния в магнитопорошковой дефектоскопии служат ферромагнитные частицы. Размер таких частиц обычно составляет 0,5 - 50 мкм (порошок). При нанесении порошка на поверхность изделия он находится во взвешенном состоянии в воздухе (сухой способ) либо в жидкости (мокрый способ). Жидкость со взвешенным в ней порошком называют суспензией.

Магнитопорошковый метод является одним из самых чувствительных методов магнитной дефектоскопии: с его помощью могут быть выявлены поверхностные дефекты глубиной от 0,01 мм и шириной от 1 мкм. Выявляемость внутренних (подповерхностных) дефектов несколько хуже: обнаружение дефектов, залегающих на глубине более 2 - 3 мм, является проблематичным. О наличии дефекта судят по оседанию порошка над дефектом (валик).

Для понимания процесса образования валика рассмотрим силы, действующие на ферромагнитные частицы вблизи дефекта.

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

на магнит магнитном поле

Ферромагнитная частица в неоднородном магнитном поле. В п. 2.2было показано действие магнитного поля на постоянный магнит. Момент сил, действующий на цилиндрический постоянный магнит длиной в магнитном поле , направленном под некоторым угломк его оси (рис. 2.17),

. (2.63)

Считая, что фиктивные заряды расположены на торцах магнита магнитный моментпо аналогии с электрическим диполем можно представить в виде:

. (2.64)

Из рис. 2.17 видно, что можно представить как момент пары сил с плечом , то есть

, (2.65)

откуда

. (2.66)

Таким образом, на фиктивный магнитный заряд в магнитном поледействует сила, пропорциональная произведению этих величин. Здесь сила измеряется в ньютонах [H], магнитный заряд - в амперметрах [A^.м], поле - в амперах на метр [А/м].

Представление в виде (2.66) позволяет определить силы, действующие на магнит в неоднородном поле. В однородном поле на магнетик действует лишь пара сил, которая стремится его повернуть осью по направлению поля. На опыте же мы наблюдаем движение магнитов в магнитном поле. Это движение возможно только в неоднородном магнитном поле. Пусть на рис. 2.18 напряжённость поляменяется в направлении. Если в точкенапряжённость поля равна, то в точке

. (2.67)

Силы, действующие на магнит в точках и:

; . (2.68)

Пусть ,, тогда на магнит действует пара сил с моментом, а также сила, направленная в сторону увеличения градиента (здесь - вдоль оси):

, (2.69)

где учтено, что . Эта сила и заставляет магнит двигаться. Ею объясняется и притяжение железа магнитом: железо намагничивается в поле магнита и начинает двигаться, поскольку поле магнита неоднородно.

В общем случае

(2.70)

Ненамагниченная ферромагнитная частица, внесённая в магнитное поле, поляризуется. Мерой поляризации служит намагниченность , определяемая по (1.6). Суммарный магнитный момент, как это следует из (1.6) и (1.7), можно выразить через и объём частицы:

, (2.71)

где - магнитная восприимчивость частицы (восприимчивость тела). При этом, если частица удлинённая, она под действием момента повернётся вдоль поля. Если она круглая, то поляризуется так, что заряды и будут лежать на линии вдоль поля. Из (2.70) и (2.71) имеем

. (2.72)

На рис. 2.19 показаны магнитно-силовые линии над дефектом и поляризация порошинок. Стрелочками дано направление сил, действующих на порошинки: они направлены в сторону увеличения градиента, то есть к дефекту. Это приводит к образованию над дефектом так называемого "валика", хорошо видимого, поскольку ширина валика значительно больше ширины дефекта и он по контрасту, цвету или свечению отличается от поверхности изделия.

Рис. 2.19. Порошинки в магнитном поле дефекта

(размеры порошинок - не в масштабе)

В том случае, когда суммарное поле состоит из намагничивающего поляи поля дефекта,

, (2.73)

откуда видно, что во многих случаях может вносить достаточный вклад в величину .

Для двумерного случая, показанного на рис. 2.19, принимая можно вычислитьи. Поскольку, то

,

а, следовательно, сила

. (2.74)

Аналогично можно получить

. (2.75)

Формулы (2.74) и (2.75) позволяют определить модуль и направление сил, действующих на магнитную частицу, для многих моделей дефектов.

Например, для дефекта, аппроксимируемого двумя дипольными нитями (формулы (2.44) и (2.45)), эти вычисления являются достаточно простыми. Распределение сил, действующих на порошинки на уровне (т.е. на высоте, равной 1/4 ширины дефекта) и, показано на рис. 2.20. Из этого рисунка видно, что:

1) основную роль играет составляющая ;

2) вблизи дефекта сила максимальна у края дефекта;

Рис. 2.20. Распределение сил, действующих на порошинку