- •Оглавление
- •Часть I. Физические основы электромагнитного 22
- •Часть II. Магнитный контроль 146
- •Часть III. Вихретоковый контроль 281
- •Часть I. Физические основы электромагнитного 6
- •Часть II. Магнитный контроль 96
- •Часть III. Вихретоковый контроль 213
- •От автора
- •Часть I. Физические основы электромагнитного контроля
- •1. Металлы – объекты электромагнитного контроля
- •Плоскость сдвига (с)
- •2. Электрические и магнитные поля в вакууме и веществе
- •2.1. Электрическое поле
- •2.2. Магнитное поле
- •Проводникам
- •2.3. Закон электромагнитной индукции
- •2.4. Система уравнений Максвелла
- •3. Ферромагнетизм
- •3.1. Поведение ферромагнетиков во внешних магнитных полях
- •Намагничивания
- •Коэрцитивной силы по индукции
- •И кобальта от температуры
- •3.2. Энергии ферромагнитного кристалла
- •Намагничивания вдоль кристаллографических осей.
- •3.3. Доменная структура ферромагнетиков
- •3.4. Процессы намагничивания
- •(Скачок Баркгаузена)
- •3.5. Зависимость магнитных свойств ферромагнетика от дефектов структуры
- •Рекордсмены магнитных материалов
- •3.6. Намагничивание магнетиков конечных размеров
- •3.7. Магнитные свойства тела и вещества
- •3.8. Магнитные цепи
- •(Для участка цепи) , (1.130) (для узла цепи) , (1.131)
- •Часть II. Магнитный контроль
- •4. Магнитная дефектоскопия
- •4.1. Граничные условия
- •4.2. Рассеяние магнитного потока дефектом сплошности
- •4.3. Намагничивание изделий
- •Полюсное намагничивание
- •Циркулярное намагничивание
- •Комбинированное намагничивание
- •Намагничивание переменными полями
- •Схемы размагничивания
- •4.4. Расчеты полей дефектов
- •Поля трещины
- •4.5. Mагнитопорошковая дефектоскопия
- •На высоте и
- •4.6. Индукционная дефектоскопия
- •4.7. Феррозондовый метод дефектоскопии
- •4.8. Магнитографическая дефектоскопия
- •Намагниченности ленты от поля (2)
- •4.9. Холловские и другие методы магнитной дефектоскопии
- •4.10. Магнитная толщинометрия
- •5. Магнитный структурно-фазовый анализ металлов и сплавов
- •5.1. Структурная чувствительность физико-механических свойств
- •Структурная чувствительность физико-механических свойств металлов
- •5.2. Контроль механических свойств изделий, упрочняемых холодной пластической деформацией
- •0,07 % От степени холодной пластической деформации
- •Деформированной феррито-перлитной стали с содержанием углерода 0,08 % от температуры отжига
- •5.3. Контроль качества термической обработки стальных изделий
- •От температуры закалки
- •От температуры отпуска
- •5.4. Контроль качества поверхностного упрочнения стальных изделий
- •Коэрцитиметра от относительных значений глубины закаленного слоя
- •5.5. Фазовый магнитный анализ
- •5.6. Устройства магнитного контроля структуры, состава и механических свойств материалов и изделий
- •Индукции деталей с большим коэффициентом размагничивания
- •Часть III. Вихретоковый контроль
- •6. Возбуждение вихревых токов. Скин-эффект.
- •7. Вихретоковый контроль. Вихретоковые преобразователи.
- •8. Сигнал втп. Обобщенный параметр контроля.
- •Сопротивлений витка с переменным током на проводящем полупространстве
- •9. Контроль цилиндрических объектов наружным проходным втп с однородным полем. Выбор наилучших условий контроля.
- •10. Вихретоковый контроль с помощью накладных преобразователей
- •11. Способы ослабления влияния мешающих параметров
- •12. Приборы вихретокового контроля
- •Заключение
- •Список литературы
- •Дополнительная литература
4.6. Индукционная дефектоскопия
Пассивные и активные преобразователи. По закону Фарадеяво всяком замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукциичерез площадь, ограниченную этим контуром, возникает э. д. с., равная
, (2.78)
где - число витков контура; знак " - " указывает на то, чтоувеличивается при уменьшении и уменьшается при возрастании(правило Ленца).
Рис. 2.23. Катушка (1) с сердечником (2) в магнитном поле
В общем случае контур может иметь магнитный сердечник с некоторой проницаемостью , а полеможет быть направлено под некоторым угломк нормали контура (оси x на рис. 2.23). Тогда магнитный поток равен
. (2.79)
Существует 4 варианта возникновения э. д. с. в контуре:
, (2.80)
, (2.81)
, (2.82)
. (2.83)
Во всех четырёх случаях контур является преобразователем магнитного поля в электрический сигнал, но только в трёх последних могут быть измерены как переменные, так и постоянные поля, а в первом - только переменные.
В случае (2.81) необходимо менять площадь катушки - это возможно за счёт приклеивания катушки к подложке, обладающей пьезо- или электрострикционными свойствами; в случае (2.82) катушка вращается в магнитном поле, такие преобразователи называют индукторами; наконец, в случае (2.83) необходимо менять проницаемость сердечника в катушке (феррозондовые преобразователи). В трех рассмотренных случаях к катушке надо подводить дополнительную энергию, поэтому такие преобразователи называются активными.
В случае (2.80) э. д. с. возникает только за счёт энергии измеряемого поля, поэтому такой преобразователь называется пассивным. В дефектоскопии часто приходится иметь дело с переменными полями (во времени или пространстве), поэтому пассивные преобразователи широко используются, имея важные преимущества в простоте изготовления и эксплуатации.
При намагничивании изделия переменным полем могут быть измерены тангенциальная и нормальнаякомпоненты поля дефекта или с помощью комбинации двух катушек - его градиент. Для контроля значительной площади изделия необходимо ручное или автоматическое сканирование. Важным моментом является также и площадь поперечного сечения катушки: приследует. Однако при большом по сравнению с размерами дефектов увеличениипадает чувствительность к полям этих дефектов вследствие их малой локализации.
При намагничивании постоянным полем необходимо движение катушки относительно объекта контроля. Наиболее удобными объектами контроля являются три типа изделий: плоские длинные изделия с поперечными дефектами, когда достаточно осуществить только продольное перемещение катушки (или системы катушек); цилиндрические изделия с продольными дефектами, когда осуществляется вращение преобразователей по окружности изделия, и плоские изделия с продольными дефектами - в этом случае осуществляется вращение катушки в плоскости объекта (рис. 2.24).
Рис. 2.24. Схемы индукционного контроля:
1 - объект контроля; 2 – дефект (движение катушки по стрелке).
Есть несколько особенностей, которые следует учитывать при организации такого контроля. Пусть для определённости катушка движется вдоль оси x. Как следует из (2.80), при и
, (2.84)
где скорость . Видно, что индукционная катушка реагирует только на изменение поля, а не на его абсолютную величину. Для дефектоскопии этот факт является скорее положительным, так как поле дефекта является локальным и по (2.84) может быть выявлено на фоне большого намагничивающего поля. Кроме того, как следует из (2.84), для того, чтобы иметь однозначную связь между градиентом измеряемого поля (то есть поля дефекта) и выходным сигналом, необходимо иметь.
Одним из наиболее удачных примеров применения указанного метода является контроль уложенных рельсов с помощью вагонов-дефектоскопов. Поскольку скорость вагона-дефектоскопа невозможно поддерживать постоянной на всех участках пути, то возникают трудности, показанные на рис. 2.25: сигналы от одного и того же дефекта могут сильно различаться в зависимости от .
Рис. 2.25. Скорость движения катушки >
На рис. 2.26 показан другой вывод, следующий из (2.84): два поля равной амплитуды, но разной протяжённости вдоль при дадут совершенно разный вклад в величину. Мы уже отмечали этот факт как положительный: можно считать поле на рис. 2.26а полем трещины, а на рис. 2.26б - полем лунки (если и дефекта, то не опасного).
а б
Рис. 2.26. Зависимость сигнала от локальности поля
Рис. 2.27. Сигналы рельсового дефектоскопа:
1 - от подкладок; 2 – от стыкового соединения рельсов; 3 – от дефекта.
В рельсах, уложенных в пути, развиваются усталостные трещины (преимущественно в головке рельса), имеющие большую площадь в поперечном сечении рельса и очень малые размеры в направлении длины рельса. Для выявления таких дефектов целесообразно намагничивать рельс вдоль его длины и считывать поле рассеяния движущейся индукционной катушкой. Вагоны-дефектоскопы снабжены мощными электромагнитами, создающими постоянное магнитное поле, направленное вдоль рельса. Между полюсами электромагнитов располагается индукционная катушка. Если записать сигнал с катушки (например, на фотоплёнку), то запись схематически будет выглядеть, как показано на рис. 2.27.