Каневский. И. Н. Каневский Е. Н. Сальникова
 Скачать 3.53 Mb.
|
|
5 94 95 как показано на рис. 5.14, и наводит в катушках 2 ЭДС индукции Е. Для регистрации сигналов Е применяется осциллографическая трубка с электронными блоками, такими же, как в магнитофонах. На рис. 5.15 показана структурная схема магнитографичес- кого дефектоскопа. Здесь 1 – лентопротяжный механизм, 2 – усили- тель, 3 – генератор развертки, 4 – электронно-лучевая трубка, 5 – стирающее устройство, 6 – блок питания, 7 – магнитная лента, МГ – воспроизводящая головка. Для индикации сигналов применяются магнитографические дефектоскопы МД-9, МД-11, МДУ-2У, МД-10ИМ и др. МДУ-2У имеет двойную индикацию (импульсная индикация и видеоиндика- ция сигналов от дефекта), линейную скорость воспроизведения 12500 мм/с, время одноразовой разверстки кадров 3 с, коэф- фициенты усиления каналов импульсной индикации 12 ⋅ 10 4 , видеоиндикации - 9 ⋅ 10 4 , число строк в кадре 300 при ширине зоны воспроизведения на ленте не менее 28 мм. Некоторые данные по приборам МНК приведены в приложении. Перед воспроизведением дефектоскоп настраивают по эталонной магнитограмме с записью магнитного поля дефекта минимально допустимых размеров. Затем регистрируются все де- фекты, амплитуда импульса от которых превышает амплитуду импульса от эталонного дефекта. Чувствительность магнитографического метода контроля опре- деляется как отношение вертикального размера (глубины) S ∆ мини- мально выявляемого дефекта к толщине S основного металла КО: S / S K ∆ = Магнитографией уверенно выявляются плоскостные де- фекты (трещины, непровары), а также протяженные дефекты в виде цепочки шлака, ориентированные поперек направления магнитного потока. Чувствительность магнитографического метода к поверхностным дефектам такая же или несколько хуже, чем у магнитопорошкового. С увеличением глубины залегания де- фекта его выявляемость ухудшается (практически возможно обнаружение дефекта с вертикальным размером не менее 10-15% толщины изделия на глубине залегания до 20-25 мм). Округлые внутренние дефекты выявляются значительно хуже. Уверенно обнаруживаются внутренние плоскостные дефекты, когда их вертикальный размер составляет % 10 8 S ÷ ≈ ∆ толщины сварного о шва; внутренние округлые дефекты возможно обнаружить только при % 20 S ≈ ∆ Феррозондовый способ регистрации дефектов в намагничен- ных материалах осуществляется с помощью магниточувствитель- ных приемников – феррозондов, состоящих из одинаковых магнит- ных сердечников с четырьмя обмотками, в которых наводится ЭДС магнитным полем, рассеянным дефектами в контролируемом изделии. Сердечники феррозондов изготавливаются из магнито- мягких материалов, которые обладают малой коэрцитивной силой; обычно это пермоллой. Схема феррозонда показана на рис. 5.16. Феррозонд состоит из двух параллельных сердечников С 1 и С 2 – полузондов, каждый из которых имеет по две обмотки: одну – возбуждающую перемен- ное магнитное поле (обмотки 1 n ′ и 1 n ′′ ), которым намагничиваются ся Рис. 5.15. Блок-схема магнитографического дефектоскопа: 1 – лентопротяжный механизм; 2 – усилитель; 3 – генератор развертки; 4 – электронно-лучевая трубка; 5 – стирающее устройство; 6 – блок питания; 7 – магнитная лента 96 97 сердечники, и другую – индикаторную (обмотки 2 n ′ и 2 n ′′ ), для регистрации ЭДС, наведенной магнитным полем, рассеянным дефектом. В зависимости от схемы соединения обмоток феррозонда последним можно производить измерения либо напряженности H r магнитного поля, либо градиента этого поля H r r ∆ . В первом ом случае феррозонд называется полемером, а во втором случае – градиентомером. На рис. 5.17 показаны схемы соединения обмоток феррозондов. У полемера (рис. 5.17, а) одинаковые первичные обмотки включены встречно, их магнитные поля компенсируют друг друга, индукции 1 В и 2 В в полузондах одинаковы, поэтому ЭДС во вто- о- ричных обмотках равны нулю. При воздействии на феррозонд рассеянного дефектом постоянного магнитного поля Н r симметрия в намагниченности сердечников С 1 и С 2 нарушается, индукции 1 В и 2 В различны, и в обмотках 2 n ′ и 2 n ′′ наводится ЭДС ) ( 2 1 2 B B dt d е + = , пропор- Рис. 5.16. Схема феррозонда для измерения напряженности магнитного поля Рис. 5.17. Схема феррозонда-полемера (а) и феррозонда-градиентомера (б) циональная рассеянному полю. Так как индикаторные обмотки 2 n ′ и 2 n ′′ соединены последовательно, то их ЭДС складываются и на выходе феррозонда появляется ЭДС , частота которой в два раза выше частоты возбуждающего поля. Эта ЭДС пропор- циональна сумме полей 2 1 Н Н + , действующих на сердечники полузондов: ) ( 2 1 2 H H k е + = µ У феррозонда-градиентомера (рис.5.17, б) намагничиваю- щие обмотки 1 n ′ и 1 n ′′ включены последовательно. Наводимое ими переменное поле намагничивает сердечники С 1 и С 2 полузондов, возбуждая ЭДС в индикаторных обмотках 2 n ′ и 2 n ′′ . Однако послед- д- ние включены встречно, поэтому ЭДС на выходе феррозонда равна нулю. При воздействии постоянного магнитного поля рассеяния Н r индукции 1 В и 2 В становятся различными, на выходе ферро- зонда появляется ЭДС ( ) 2 1 2 – = B B dt d e . Эта ЭДС пропор- 98 99 циональна разности магнитных полей 1 Н r и 2 Н r , действующих на сердечники полузондов, и поэтому H k H H k е r r r r ∇ ≈ − = µ µ ) ( 2 1 2 Здесь и выше µ – магнитная проницаемость материала сердеч- ников, k – коэффициент пропорциональности, зависящий отт взаимоиндукции обмоток. По сравнению с феррозондом – поле- мером на показания градиентомера не влияют посторонние магнитные поля, имеющие гораздо меньший градиент, чем поле дефекта. На рис 5.18 приведена структурная схема феррозондового прибора с выходом по второй гармонике. Сигнал с феррозонда 1 после резонансного усилителя 2 подается на детектор 3. Феррозонд возбуждается генератором 4, работающим на частоте f. Так как на выходе феррозонда появляется сигнал с частотой 2f, то усилитель 2 настроен на эту частоту. Сигнал с генератора 4 через удвоитель частоты 5 подается также на детектор 3, где создает опорное напряжение. С детектора 3 сигнал поступает на индикатор И, показания которого пропорциональны либо напряженности магнитного поля, рассеянного дефектом, либо градиенту этого поля – в зависимости от схемы включения обмоток феррозонда (рис. 5.17, а, б). Феррозонды, применяемые в промышленности, имеют дос- таточно малые размеры – диаметром от 2 до 6 мм. Серийно выпускаются феррозонды типов ФП, ФГ и ФГК. Они имеют следующие характеристики: чувствительность поле- мера около 20 мВ/(А/см), градиентомера – 3,5 мВ/(А/см); рабочая частота 100 или 130 кГц, длина сердечника 2 мм, диаметр сердеч- ника 0,1 мм, диаметр рабочей части феррозонда 5 мм. Градиенто- меры обладают более высокой чувствительностью и большей помехозащищенностью, чем полемеры. Для автоматического конт- роля и сортировки стальных деталей по твердости применяется, например, установка УФСТ-61. Технические характеристики неко- торых приборов МНК приведены в приложении. Способ регистрации дефектов с помощью преобразова- телей Холла и магниторезисторов. Принцип действия преобра- зователя Холла основан на возникновении ЭДС U у между гранями А и В прямоугольной пластины из полупроводникового материала (рис. 5.19), по которому протекает ток I в направлении, перпенди- кулярном АВ, когда плоскость пластины пересекается постоянным магнитным полем с индукцией Z B Рис. 5.18. Структурная схема феррозондового прибора с выходом по второй гармонике Рис. 5.19. Схема работы датчика Холла В 100 101 Магнитное поле Z B представляет поле рассеяния на дефек- тах. Величина ЭДС Холла U у связана с индукцией Z B формулой U y = – В В Z , где постоянная h I R в H / = , H R – постоянная Холла для данного материала в ОмМм/Тл; h – толщина в м; I – про- текающий через пластину ток в А. Если магнитная индукция Z B измеряется в теслах, то значение U у получается в вольтах. Так как выходное напряжение датчика пропорционально составляющей поля, нормальной к его плоскости, возможно измерение экстре- мальных значений напряженности. Преобразователь имеет линей- ную зависимость выходного напряжения от напряженности поля в широких пределах. Основными полупроводниковыми материалами, исполь- зуемыми при промышленном изготовлении преобразователей Холла, являются кремний Si, германий Ge, арсенид галлия GaAs. Кремниевые датчики (преобразователи) Холла обозначаются буквами ДХК, германиевые – ДХГ, арсенид-галиевые – ХАГ. Токи I, протекающие через преобразователи разных типов, лежат в пределах от 4 до 25 мА; пределы измеряемых магнитных полей составляют 10 -4 Тл; габаритные размеры колеблются в следующих пределах: толщина от 0,02 до 0,7 мм; длина от 2 до 11 мм, ширина от 2 до 7 мм. Такие размеры датчиков Холла позволяют проводить измерения в узких зазорах, отверстиях небольшого диаметра. При измерении рассеянных дефектами сильных магнитных полей с индукцией больше 0,2 Тл применяются полупроводни- ковые преобразователи – магниторезисторы из антимонида индия InSb и арсенида индия InAs. Принцип действия этих преобразова- телей основан на возрастании омического сопротивления полу- проводникового материала при внесении его в магнитное поле. 5.3. Размагничивание изделий После контроля изделие необходимо размагнитить, так как остаточная намагниченность может вызвать нежелательные последствия. Например, поверхности плохо размагниченных под- шипников, других вращающихся и соприкасающихся при работе деталей притягивают ферромагнитные продукты износа, что вызы- вает ускоренный выход деталей из строя. При быстром вращении намагниченных деталей в соседних массивных деталях могут возбуждаться значительные вихревые токи. Неразмагниченные детали могут нарушить ход часов и тому подобных механизмов. Любое размагничивание (кроме нагревания КО выше темпе- ратуры Кюри) сводится к периодическому изменению величины и направления магнитного поля, в котором находится КО, с посте- пенным уменьшением этого поля до нуля. На рис. 5.20 представлен график изменения индукции в детали при размагничивании. Когда напряженность размагничивающего поля достигнет нулевого значения, остаточная индукция в детали будет также близка к нулю. Обычно применяют следующие способы размагничивания: - медленное протаскивание намагниченного КО через отверстие катушки, питаемой переменным током частоты 50 Гц. Деталь удаляют на расстояние не менее 1 м от катушки. В этом случае переменное поле, обладая ограниченной глубиной проник- новения, эффективно размагничивает только поверхностный слой детали; Рис. 5.20. График изменения индукции в детали при размагничивании 102 103 - пропускание переменного тока, равного намагничиваю- щему, непосредственно через деталь с постепенным уменьшением его до нуля; - коммутацию постоянного тока в соленоиде или в обмотках электромагнита с постепенным снижением тока до нуля; - использование электромагнита, питаемого переменным то- ком, постепенно снижаемым до нуля. Лучший результат достигается с использованием тех же средств, что применялись при намагничивании. Начальное поле размагничивания должно быть не меньше поля, действовавшего при намагничивании. Ток не должен выключаться, когда деталь находится в сфере влияния поля; направления намагничивающего и размагничивающего полей должны совпадать. Для качественного контроля размагничивания можно использовать притяжение малых магнитных масс. С этой целью подводят нижний конец цепочки из 6-10 канцелярских скрепок к детали и по отклонению цепочки от вертикального положения (вследствие ее притяжения к детали) судят о размагниченности детали. 5.4. Приборы и установки для МНК Основным прибором МНК является магнитный дефектоскоп. Универсальный магнитный дефектоскоп У-604-68 (рис. 5.21). Контролируемая деталь помещается в зажимное уст- ройство ЗУ, подсоединенное ко вторичной обмотке силового трансформатора Тр. Блок германиевых вентилей ВП обеспечивает намагничивание контролируемой детали выпрямленным одно- полупериодным током. Если вентили ВП шунтируются контактами К 4 , намагничивание осуществляется переменным током. Первичная обмотка понижающего трансформатора Тр под- ключена к сети переменного тока 380/220В через магнитные усили- тели МУ1 и МУ2. С помощью потенциометра R изменяется ток от нуля до максимальной величины. При размагничивании детали выключают ток управления усилителей, в результате чего возникает переходный процесс в виде затухающей синусоиды и деталь размагничивается в течение 5 -6 с. В комплект дефектоскопа входят ванночка, соленоиды диа- метром 110 и 210 мм, намагничивающий кабель сечением 70 мм 2 и длиной 3 м, а также стержни для намагничивания. Наибольший ток, потребляемый от однофазной сети с напря- жением 220В, составляет 500А, наибольший выпрямленный одно- полупериодный ток – 10000А, переменный – 7500 А. Наименьший ток при намагничивании – 40...60А. Наибольшая напряженность поля в соленоиде диаметром 110 мм равна 64000А/м (800 Э), в соленоиде диаметром 210 мм – 48000 А/м (600 Э). Дефектоскоп снабжен гидравлической системой с насосом для перемешивания суспензии во избежание оседания магнитного порошка на дно бачка и подачи суспензии по шлангу на проверяе- мые детали. Габариты универсального магнитного дефектоскопа У-604-68: длина 2800 мм, ширина 950 мм, высота с приборным щитком 1775 мм. Универсальный магнитный дефектоскоп УМД – 9000. Схема дефектоскопа показана на рис. 5.22. Рис.5.21. Принципиальная схема дефектоскопа У-604-68 Рис. 5.22. Принципиальная схема универсального магнитного дефектоскопа УМД-9000 104 105 Силовой трансформатор ТР питается от сети переменного тока через автотрансформатор АТ, который позволяет регулировать ток во вторичной обмотке Тр. К последней с помощью переключа- теля П подключается либо зажимное устройство ЗУ, либо соленоид С. Контактор К служит для выключения тока при остаточном намагничивании. Наибольший намагничивающий ток 9000 А при питании от сети напряжением 380 В, максимальная длина контролируемых деталей до 1700 мм, диаметр – до 900 мм. Габаритные размеры: 2500х910х570 мм. Передвижной магнитный дефектоскоп ДМП-2. Схема дефектоскопа показана на рис. 5.23. Силовой понижающий трансформатор Тр подключен к сети через регулирующий силу тока автотрансформатор АТ. Со вторич- ной обмотки трансформатора Тр через двухполупериодный выпря- митель В1 на клеммы 1 подается постоянный ток силой до 350А для циркулярного намагничивания при помощи электрокаранда- шей. На клеммы 2 подается переменный ток силой до 1300А для циркулярного намагничивания при помощи магнитных присосок. Клеммы 3 служат для питания постоянным током электро- магнита, в приложенном поле которого осуществляется контроль. В комплект дефектоскопа входит переносной бачок с насо- сом для подачи суспензии по шлангу к контролируемым деталям. Габариты дефектоскопа: 720х490х910 мм, вес – 265 кг. Дополнительные сведения по аппаратуре магнитного конт- роля приведены также в приложении И. Рис. 5.23. Принципиальная схема передвижного дефектоскопа ДМП-2: 1, 2 – клеммы питания для циркулярного намагничивания; 3 – клеммы питания для намагничивания приложенным полем Вопросы для самопроверки 1. Для изделий из каких материалов можно применять МНК? Какие дефекты можно обнаружить этими видами конт- роля? 2. Назовите основные способы и приемы намагничивания. Чем определяется выбор способа намагничивания? 3. Изобразите направление силовых линий магнитного поля при полюсном и циркулярном намагничивании. 4. Что такое электрокарандаш? Каково его назначение? Какие требования, на ваш взгляд, должны предъявляться к мате- риалу для него? 5. Почему полюс магнита при параллельном намагничива- нии перемещают в направлении, перпендикулярном пред- полагаемому направлению дефектов? 6. Какой способ намагничивания предпочтительнее, на ваш взгляд, для контроля продольных трещин на цилиндри- ческих и конических поверхностях? Для выявления тре- щин на торцевой, боковой внутренней и внешней поверх- ностях тонкостенных колец? Поперечных трещин на внут- ренней поверхности толстостенного стакана? Обоснуйте свой ответ, нарисуйте выбранный способ намагничивания, схему расположения детали и направление трещины. 7. От каких факторов зависит глубина проникновения маг- нитного поля? 8. Нарисуйте направления результирующего магнитного поля для комбинированного намагничивания, представленного схемами на рис. 5.8, а, б. 9. Перечислите основные операции, необходимые для про- ведения МНК. 10. Назовите основные виды регистрации дефектов при МНК. Каким образом можно сохранить результаты контроля для последующего анализа? 11. Поясните, почему при порошковой дефектоскопии над дефектом возникает валик из частиц магнитного порошка. 12. Принцип работы феррозонда. В чем отличие феррозонда – полемера от феррозонда – градиентомера? 106 107 13. Известно, что в детали цилиндрической формы из аусте- нитной стали имеется подповерхностный дефект, ориенти- рованный вдоль оси детали. Какой способ намагничива- ния вы выберете? В каком поле будете проводить контроль? Что изменится, если деталь выполнена из конструкцион- ной стали? 14. От каких факторов зависит чувствительность магнито- порошкового вида МНК? Магнитографического МНК? 6. ТОКОВИХРЕВОЙ КОНТРОЛЬ (ТВК) Токовихревой контроль основан на анализе изменения электромагнитного поля вихревых токов под действием тех или иных неоднородностей КО. Так как вихревые токи могу возбуж- даться в электропроводящих материалах, этот метод контроля может быть использован для любых металлов. Возбудителем вихревых токов может быть поле движу- щегося магнита, переменное поле тока в проводе, волна радио- излучения. Чаще всего вблизи поверхности контролируемого изде- лия помещается возбуждающая вихревые токи катушка индук- тивности с переменным током или комбинация нескольких катушек. В свою очередь, электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них электро- движущую силу или изменяя их полное сопротивление. Сигнал может формироваться в той же обмотке, по которой идет возбуж- дающий ток, или же используется дополнительная катушка или катушки. Для контроля все изделие или его часть помещают в поле датчика (рис. 6.1). Рис. 6.1. Линии напряженности магнитных полей Н 0 , Н в и плотности вихревых токов д при контроле накладным (а) и проходным (б) датчиком 108 109 Вихревые токи возбуждают переменным магнитным пото- ком Ф 0 . Информацию о свойствах изделия датчик получает через магнитный поток Ф в , созданный вихревыми токами с плотностью д. Векторы напряженности возбуждающего поля Н 0 и поля вихре- вых токов Н в направлены навстречу друг другу; электродвижущая сила в обмотке датчика пропорциональна разности потоков Ф 0 - Ф в Регистрируя напряжение на катушке или ее сопротивление, можно получить сведения о контролируемом изделии. Напряжение и сопротивление катушки зависят от многих параметров, что обусловливает широкие возможности ТВК (дефектоскопия, толщинометрия, структурометрия, сортировка металла по маркам, контроль состояния поверхности и т.д.). С другой стороны, это обстоятельство затрудняет разделение информации о различных параметрах объекта и требует использования специальных спо- собов фильтрации шумов. Для анализа изменения электромагнитного поля обычно используют активное и индуктивное сопротивление катушки, амплитуду напряжения, сдвиг фаз измеряемого и опорного напря- жений. Глубина проникновения вихревых токов зависит от частоты электромагнитных колебаний, электрических и магнитных харак- теристик металла, формы катушки и поверхности изделия. Обычно она колеблется от долей миллиметра до 1-3 мм. Чувствительность метода зависит от многих факторов; при благоприятных условиях удается выявить трещины глубиной 0,1-0,2 мм протяженностью 1-2 мм, расположенные на глубине до 1 мм. ТВК можно проводить без контакта между катушкой и металлом, зазор может составлять от долей миллиметра до нес- кольких миллиметров. Это позволяет свободно перемещать пре- образователь, что существенно для автоматизации процесса конт- роля. Выходной величиной ТВК является электрический сигнал, что позволяет автоматически регистрировать результаты контроля. Еще одно преимущество метода – возможность осуществления контроля с большой скоростью, соизмеримой со скоростью меха- нической обработки КО. |