ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 198
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
В таком случае эффективно намагничиваются все поверхности полой детали, однако магнитное поле при этом замкнуто в детали и выявляет только продольные дефекты (почему это происходит подробно изложено в разделе 5). Существуют и другие способы намагничивания, получившие меньшее распространение.
Контрольные вопросы
1.
Что такое соленоид?
2.
Из каких компонентов состоит электромагнит?
3.
От каких параметров зависит напряженность поля в центре катушки с
током?
4.
Что такое постоянный магнит?
5.
Как распределяется напряженность магнитного поля в проводнике с
током и около него?
6.
Чем отличаются прямое и наведенное намагничивание?
7.
Назовите достоинства и недостатки постоянных магнитов для
намагничивания?
36
4. ВИДЫ ТОКОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В МАГНИТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
При проведении магнитопорошкового контроля намагничивание деталей осуществляют с помощью:
− переменного синусоидального тока;
− однополупериодного выпрямленного тока;
− двухполупериодного выпрямленного тока;
− выпрямленного однополупериодного и двухполупериодного трехфазного тока;
− постоянного тока;
− импульсного тока.
В таблице 3 приведены основные параметры применяемых для намагничивания токов.
Для получения переменного магнитного поля, как правило, используют переменный синусоидальный ток промышленной частоты (50Гц) или повышенной частоты (100 ÷ 400Гц).
Для получения постоянного магнитного поля используют постоянный или выпрямленный ток.
Наиболее распространены переменный и постоянный токи при проведении магнитопорошкового контроля, но часто так же используют импульсный ток.
Импульсный ток – одиночные импульсы малой длительности постоянного или переменного тока.
При контроле способом приложенного поля рекомендуется использование переменного, постоянного и выпрямленных токов. Накопление порошка над дефектом определяется действующим значением тока.
При контроле способом остаточной намагниченности рекомендуется использование импульсного тока, но можно использовать постоянный и выпрямленные токи. При этом измеряют амплитудное значение импульсного тока, т. е. остаточная намагниченность определяется амплитудой намагничивающего тока.
37
Таблица 3 – Виды токов, применяемых для намагничивания и их основные характеристики
Форма волны
Пиковое
значение
Среднее
значение
Действующее
значение
Переменный ток
I
0
I
707
,
0
)
2
(
I
=
Переменный однополупериодный выпрямленный ток
I
I
318
,
0
)
( π
I
=
I
5
,
0
Переменный двухполупериодный выпрямленный ток
I
I
637
,
0
)
2
(
I
π
=
I
707
,
0
)
2
(
I
=
Трехфазный однополупериодный выпрямленный ток
I
I
826
,
0
I
840
,
0
Трехфазный двухполупериодный выпрямленный ток
I
I
955
,
0
)
3
(
I
π
=
Импульсный ток
I
-
-
38
Переменный ток
Ввиду больших преимуществ переменного тока перед постоянным током он быстро вошел в употребление и теперь применяется почти повсеместно.
Пользование переменного тока дает ряд преимуществ:
− доступен и удобен, так как используется в бытовых и промышленных сетях;
− может применяться при любом способе намагничивания;
− силу переменного тока можно менять в широких пределах;
− не требует специального ухода за таким оборудованием, как аккумуляторы.
Переменный ток является широко распространенным источником питания,с помощью которого получают другие виды электрического тока.
Большие намагничивающие токи можно получить при помощи понижающих трансформаторов, когда напряжение на соленоиде меньше напряжения сети.
Поэтому блок питания таких намагничивающих устройств включает трансформатор, который является достаточно громоздким и сложным компонентом.
Намагничивание детали переменным током, приводит к образованию на поверхности детали вихревых токов. Из-за малой величины электрического сопротивления металлических магнитопроводов вихревые токи могут достигать значительных величин. В свою очередь вихревые токи в контролируемой детали образуют собственное магнитное поле, которое направлено навстречу потоку, их создавшему.
Взаимодействие встречных магнитных потоков (намагничивающего устройства и индуцированного вихревыми токами, возникшими в детали вследствие закона электромагнитной индукции) приводит к поверхностному эффекту (скин-эффекту), т. е. резкому уменьшению проникновения переменного электромагнитного поля в глубь материала. Потому переменное магнитное поле внутри ферромагнитного объекта сильно уменьшается и характеризуется глубиной
39
проникновения, т.е. глубиной проникновения магнитного поля при его уменьшении в е раз, то есть примерно в 2,71 раза.
Глубина проникновения переменного поля в приложенном поле с частотой
50 Гц составляет, примерно, 2÷3мм в зависимости от марки стали и формы детали.
Для поля с частотой 400Гц ≈ 0,8 мм.
Увеличение частоты поля приводит к уменьшению размагничивающего фактора и улучшению выявления дефектов на деталях сложной формы или с малым удлинением.
Переменный ток более эффективен по сравнению с постоянным током для контроля деталей с малым удлинением, как при контроле в приложенном поле, так и способом остаточной намагниченности.
Под действием вихревых токов контролируемая деталь нагревается.
Можно считать, что нагрев стали до 100 °С не вреден для нее. Но если при этом все же возникает какая-либо опасность или трудность, и ток такой силы действительно необходим, то надо применять импульсный ток, сокращая время включения тока.
Достоинства переменного тока:
- легко доступен;
- не оставляет остаточной намагниченности (остаточная намагниченность низкая);
- оборудование можно сделать достаточно легким;
- выявляются в основном поверхностные дефекты, такие как усталостные трещины, которые всегда развиваются с поверхности.
Недостатки переменного тока:
- в приложенном поле происходит нагрев детали за счет вихревых токов; возможно наличие прижогов (применение электроконтактов), которые опасны как зародыши дефектов;
- не проникает глубоко в металл для обнаружения подповерхностных дефектов.
40
Глубина проникновения переменного поля в приложенном поле с частотой
50 Гц составляет, примерно, 2÷3мм в зависимости от марки стали и формы детали.
Для поля с частотой 400Гц ≈ 0,8 мм.
Увеличение частоты поля приводит к уменьшению размагничивающего фактора и улучшению выявления дефектов на деталях сложной формы или с малым удлинением.
Переменный ток более эффективен по сравнению с постоянным током для контроля деталей с малым удлинением, как при контроле в приложенном поле, так и способом остаточной намагниченности.
Под действием вихревых токов контролируемая деталь нагревается.
Можно считать, что нагрев стали до 100 °С не вреден для нее. Но если при этом все же возникает какая-либо опасность или трудность, и ток такой силы действительно необходим, то надо применять импульсный ток, сокращая время включения тока.
Достоинства переменного тока:
- легко доступен;
- не оставляет остаточной намагниченности (остаточная намагниченность низкая);
- оборудование можно сделать достаточно легким;
- выявляются в основном поверхностные дефекты, такие как усталостные трещины, которые всегда развиваются с поверхности.
Недостатки переменного тока:
- в приложенном поле происходит нагрев детали за счет вихревых токов; возможно наличие прижогов (применение электроконтактов), которые опасны как зародыши дефектов;
- не проникает глубоко в металл для обнаружения подповерхностных дефектов.
40
Однако переменный ток вполне применим для продольного намагничивания деталей в соленоидах или электромагнитах. Сердечники электромагнитов в таких случаях должны быть шихтованными.
Переменный ток высокого напряжения легко превратить в ток низкого напряжения соответствующими понижающими трансформаторами. Они сравнительно просты и эффективны и являются лучшим средством получения сильных токов для циркулярного намагничивания.
Постоянный и выпрямленные токи
Постоянный ток протекает по проводнику в одном направлении и имеет не изменяющуюся во времени величину, что создает устойчивые поля в проводниках и катушках.
Постоянный ток может быть получен с помощью:
− выпрямителей, преобразующих переменный ток в постоянный;
− электрических генераторов постоянного тока;
− гальванических элементов (батарей).
Достоинства постоянного тока:
− постоянный ток создает магнитное поле, глубоко проникающее в металл;
− постоянный ток и выпрямленные токи применяют для выявления как поверхностных, так и подповерхностных дефектов. Считают, что постоянный ток наиболее удобен для выявления подповерхностных дефектов (на расстоянии 1 ÷ 3 мм).
− оборудование на аккумуляторных батареях может использовать слаботочные зарядные устройства для их зарядки, а на выходе выдавать большие токи.
Недостатки постоянного тока:
− детали с толщиной стенки более 20 ÷ 25 мм не следует намагничивать постоянным током, так как такие детали после контроля практически невозможно размагнитить;
− аккумуляторные батареи требуют постоянного обслуживания, чтобы они не разряжались; их периодическая замена связана с большими расходами.
41
1 2 3 4 5 6 7 8
Однополупериодный выпрямленный ток
Однополупериодный выпрямитель отсекает все отрицательные полупериодны и оставляет только положительные:
В результате получается пульсирующий ток, который обладает теми же достоинствами, что и постоянный, и вместе с тем имеет дополнительное достоинство: пульсирующий характер тока обеспечивает подвижность магнитных частиц в сухом порошке.
Использование однополупериодного выпрямленного тока и сухого магнитного порошка считается наилучшей комбинацией для выявления подповерхностных дефектов. По этой причине однополупериодный выпрямленный ток используется при контроле сварных швов и литья.
С помощью портативных устройств можно получить выход до 3000 А.
Двухполупериодный выпрямленный ток.
Двухполупериодные выпрямители обеспечивают преобразование переменного тока в постоянный ток. Вместо отсечения отрицательного импульса переменного тока, как это имеет место в однополупериодных выпрямителях, мостовая схема позволяет получить на выходе второй положительный полупериод.
Трехфазный однополупериодный выпрямленный и трехфазный
двухполупериодный выпрямленный ток
В промышленности широко используется трехфазный переменный ток. При этом три полупериода следуют друг за другом с фазовой задержкой в 120 0
. Если в каждой фазе поставить двухполупериодный выпрямитель, то на выходе получится слабо пульсирующий постоянный ток.
Импульсный ток
Импульсный ток – одиночные импульсы малой длительности постоянного или переменного тока. При этом ток включается только на очень малый промежуток времени порядка тысячных долей секунды.
Преимущество мгновенного намагничивания состоит в том, что при нем можно применять сильный ток от небольших установок.
42
Импульсный ток глубоко не проникает в материал детали. Выявляются в основном поверхностные дефекты, такие как усталостные трещины, которые всегда развиваются с поверхности.
В приложенном переменном или импульсном поле могут быть обнаружены как поверхностные, так и неглубоко залегающие подповерхностные дефекты.
Применение импульсного намагничивания обеспечивает отсутствие (сводит к минимуму) прижоги на поверхности детали, опасные как зародыши дефектов.
Достоинства импульсного тока:
- глубоко не проникает в материал детали, поэтому им эффективно выявляются в приложенном поле поверхностные дефекты;
- применяют для контроля деталей с малым удлинением;
- не происходит сильный нагрев детали;
- не оставляет прижогов на поверхности металла;
- можно применять сильный ток от небольших установок.
Недостатки импульсного тока:
- имеет малую глубину проникновения и поэтому плохо выявляет подповерхностные дефекты.
Импульсный ток в виде одиночных импульсов однополупериодного тока одного направления эффективен для контроля способом остаточной намагниченности ( СОН ) с применением кабелей, электроконтактов и других устройств, имеющих небольшие индуктивные сопротивления.
Контрольные вопросы
1.
Перечислите виды токов, применяемых для намагничивания.
2.
В каких случаях целесообразно применять для намагничивания
переменный ток?
3.
Какие достоинства и недостатки имеет переменный ток?
4.
В каких случаях целесообразно применять для намагничивания
постоянный ток?
5.
Какие достоинства и недостатки постоянного тока?
43
6.
В каких случаях целесообразно применять для намагничивания
импульсный ток?
7.
Какие достоинства и недостатки имеет импульсный ток?
8.
Какой вид тока наиболее экономичен и почему?
44
5.
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ МАГНИТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
5.1. Поле рассеяния дефекта
Если бездефектный однородный образец ферромагнетика с магнитной проницаемостью µ поместить в продольное постоянное магнитное поле Н
, он намагнитится и в соответствии со своей кривой намагничивания приобретет магнитную индукцию В, линии которой распределяются равномерно внутри образца, образуют магнитный поток Ф и выходят из поверхности образца только на полюсах (рисунок 22). То, что силовые линии в большинстве своем проходят по ферромагнетику объясняется тем, что внешняя среда (воздух) имеет магнитную проницаемость, значительно меньшую магнитной проницаемости
µ ферромагнетика, а плотность силовых линий пропорциональна магнитной проницаемости материала, через который они проходят.
Рисунок 22 – Намагничивание ферромагнетика без дефекта
Если в продольное равномерно распределенное магнитное поле поместить образец ферромагнетика с поверхностной трещиной, ориентированной перпендикулярно направлению поля, то произойдет перераспределение магнитного потока как в пределах профиля трещины, так и в окружающей ее зоне. В части сечения образца, прерванного трещиной, плотность линий существенно снизится.
Это приведет к тому, что часть линий индукции, расположенных ниже основания трещины, уплотнится. Значительно меньшая часть линий пойдет через воздушный зазор – полость трещины. Оставшаяся часть магнитных линий неизбежно
Ферромагнитный материал
S
N
Внешнее магнитное поле
Д
45
преодолеет трещину снаружи по воздуху, как показано на рисунке 23. Участки на детали, из которых выходят и в которые входят силовые линии являются магнитными полюсами. Тогда, если на поверхность намагниченного объекта нанести ферромагнитные частицы в виде порошка, эти частицы будут притягиваться к полюсам.
Рисунок 23 – Поле рассеяния над дефектом
Поле рассеяния дефекта максимально, если трещина расположена перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Если угол α между силовыми линиями и трещиной меньше 30 0
(трещина Т
2 на рисунке 24), то поле дефекта может быть недостаточным для выявления дефекта, так как оно пропорционально sin(
α
), который для 30 ° равен 0,5, то есть первоначальное искажение поля уменьшается в 2 раза. При α < 10 0
(трещина 3 на рисунке 24) - sin(α)<0,17, поле ослабевает почти в 6 раз и дефекты не выявляются, так как силы притяжения будут скорее всего недостаточны для того, чтобы задержать частицы порошка на дефекте.
Что же происходит с магнитными частицами порошка, попадающего на намагниченную деталь?
Ферромагнитный материал
S
N
N
S
Внешнее магнитное поле
Трещина
Поле рассеяния трещины
Д
46
Рисунок 23 – Поле рассеяния над дефектом
Поле рассеяния дефекта максимально, если трещина расположена перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Если угол α между силовыми линиями и трещиной меньше 30 0
(трещина Т
2 на рисунке 24), то поле дефекта может быть недостаточным для выявления дефекта, так как оно пропорционально sin(
α
), который для 30 ° равен 0,5, то есть первоначальное искажение поля уменьшается в 2 раза. При α < 10 0
(трещина 3 на рисунке 24) - sin(α)<0,17, поле ослабевает почти в 6 раз и дефекты не выявляются, так как силы притяжения будут скорее всего недостаточны для того, чтобы задержать частицы порошка на дефекте.
Что же происходит с магнитными частицами порошка, попадающего на намагниченную деталь?
Ферромагнитный материал
S
N
N
S
Внешнее магнитное поле
Трещина
Поле рассеяния трещины
Д
46