стальная трубная заготовка. Повышение уровня надежности и увеличение ресурса машин и других объектов техники возможно только при условии выпуска продукции высокого качества во всех отраслях машиностроения

• Название: Повышение уровня надежности и увеличение ресурса машин и других объектов техники возможно только при условии выпуска продукции высокого качества во всех отраслях машиностроения
• Анкор: стальная трубная заготовка
• Дата: 17.12.2021
• Размер: 1.55 Mb.
• Имя файла: 1Zapiska_kopia.docx
• Тип: Документы; #306528
• страница: 2 из 3

Нс = 1600—2400 А/м) и остаточной индукцией (В_r=0,6-0,7 Тл).

Феррозондовые дефектоскопы, работающие на частотах 100 кГц очень чувствительны. С помощью таких дефектоскопов, в изделиях из магнитомягких материалов могут выявляться поверх­ностные дефекты (микро- и макротрещины и риски глубиной 0,01 мм и более, тонкие пленки и др.), внутренние дефекты на глубине до 8 мм, а более крупные дефекты на глубине до 15 мм. Этим методом удается обнаруживать трещины глубиной 0,5 мм на внутренней поверхности труб толщиной 6-8 мм. Для обеспечения высокой чувствительности и достоверности феррозондового метода поверхность контролируемых изделий должна иметь хорошую чистоту обработки. Кроме того, на результаты контроля могут влиять структурные неоднородности материала изделия.

Контроль можно проводить как в процессе намагничивания деталей (т. е. в приложенном поле), так и на остаточной индукции, после предварительного намагничивания изделия до насыщения. Контроль в режиме остаточной намагниченности более прост и удобен.

Феррозондовый метод получил достаточно широкое распространение. За рубежом наибольший успех в данной области достигнут в институте Ф. Ферстера в ФРГ, который разрабатывает феррозондовую дефектоскопическую аппаратуру и автоматизированные установки для многих машиностроительных и металлургических заводов.

В отечественной промышленности феррозондовые дефектоскопы (типов ФДП) и установки (типов ФДУ) применяются для контроля сплошности стальных труб, заготовок, прутков, деталей шарикоподшипников и многих других изделий машиностроительных за­водов.

Привлекательны высокая чувствительность и возможность автоматизации контроля.

Кроме дефектоскопии, феррозонды находят применение для магнитных измерений, толщинометрии и структуроскопии. С помощью феррозондов можно выявлять ферромагнитные примеси в немагнитных массах и средах, определять степень размагниченности деталей (например, после магнитного контроля).

Индукционный метод. Индукционный метод – это метод магнитного неразрушающего контроля, основанный на регистрации магнитных полей объекта контроля индукционными преобразователями. При его реализации используют дефектоскопы, снабженные преобразователями-полемерами или градиентометрами. Иногда для этих целей применяют многоэлементные преобразователи, содержащие несколько электрических катушек с сердечниками или без них.

Анализ литературных источников показал, что для обнаружения дефектов в сварных швах изделий наиболее подходящими являются акустические, магнитные (магнитографический), радиационные методы. Для решения поставленной задачи в данной работе выбран магнитографический метод, вследствие его высокой чувствительности и производительности.
1.4 Анализ литературных источников с целью выбора способа контроля
В предыдущем пункте на основе анализа литературных источников был выбран магнитографический метод контроля. Исходя из поставленной в курсовой работе задачи, контроль направлен на поиск протяжённых и компактных дефектов в объекте контроля.

В сварных соединениях из низкоуглеродистых и ряда низколегированных сталей дефекты сплошности (непровары, подрезы, трещины, цепочки пор) ориентированы вдоль продольной оси шва. При магнитографическом контроле рекомендуют такие соединения намагничивать в поперечном направлении, так как вектор напряжённости внешнего поля будет ориентирован перпендикулярно направлению распространения дефектов и их выявляемость поэтому будет наилучшей [8].

При намагничивании сварного соединения в поперечном направлении выпуклость шва создает значительную неоднородность поля в зоне контроля. Объясняется это тем, что на его выступающей поверхности образуются магнитные полюсы, которые создают в шве и его окрестностях поле, направленное навстречу внешнему. Чем меньше ширина В и больше высота С валика шва, тем слабее намагничен шов. Особенно малая индукция в плоскости симметрии шва. Поэтому выявляемость дефектов, расположенных в указанном сечении шва, наихудшая. Расчетным и экспериментальным путем было показано, что при неизменном значении напряженности намагничивающего поля одинаковым значениям обобщенного параметра шва =В/С всегда соответствуют одинаковые значения напряженности поля в плоскости симметрии шва [9,10]. То есть. предварительный режим намагничивания при магнитографическом контроле необходимо устанавливать в зависимости от . Чувствительность магнитографического контроля сварных соединений зависит не только от величины поля дефекта, но и от его градиента. При этом влияние размеров валика шва на чувствительность метода наиболее точно можно учесть с помощью обобщенного параметра R₀=B²/8C -радиуса кривизны валика шва в плоскости его симметрии. Чем меньше R_, тем ниже чувствительность контроля сварных соединений [11].

На магнитную ленту в процессе магнитографического контроля стыковых сварных соединений (при поперечном намагничивании) записывается в основном суперпозиция магнитных полей следующих видов: тангенциальные составляющие внешнего намагничивающего поля H_о, поля изделия (без валика шва) Н_и, поле валика шва Н_1 и поле дефекта Н_d (полями, обусловленными термическими неоднородностям, неоднородностями химического состава и чешуйчатостью при контроле сварных соединений изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, выполненных автоматической сваркой под флюсом, можно пренебречь). Поле дефекта с увеличением глубины залегания дефекта претерпевает не только количественное, но и качественное изменение. Начиная с некоторой глубины залегания дефекта H_d из колоколообразной трансформируется в дугообразную, максимум которой смещается к краям валика шва [12]. Это обусловливает появление в шве областей качественно разной выявляемости дефектов [12].

Если дефект расположен в корне шва, то максимумы делокализованного поля дефекта могут совпадать с краями валика шва, и на сигналограмме будет наблюдаться лишь изменение амплитуд помех, обусловленных валиком шва. Эта особенность использована для разработки способа намагничивания при контроле односторонних сварных соединений [13]. Сущность способа состоит в следующем. На поверхность контролируемого объекта с обратной стороны шва укладывают пластину прямоугольного сечения, а затем две пластины со скосом кромки, стык которых расположен в плоскости симметрии шва. Толщину пластины прямоугольного сечения выбирают такой, чтобы стык пластин со скосом кромки находился в области корня шва. В этом случае “ложный” сигнал от стыка на сигналограмме либо будет отсутствовать, либо такие сигналы не будут превышать фон помех. Итак, стык пластин со скосом кромки создает дополнительное поле, которое подмагничивает шов, однако сам стык как дефект не обнаруживается. Дефекты же сплошности сварного соединения располагаются ближе к поверхности сильно намагниченного шва, а потому будут создавать значительные поля рассеяния и могут быть уверенно обнаружены.

Описанный способ позволяет значительно повысить чувствительность контроля сварных соединений, однако имеет существенный недостаток: необходим подход к обратной стороне шва. Кроме того, способ магнитографического контроля целесообразно использовать при отсутствии обратного валика шва.

Чувствительность контроля сварных швов значительно повышается, если концентраторы магнитной индукции расположить на высоте С+ от поверхности контролируемого изделия на расстоянии друг от друга, равном ширине шва, где С - высота валика шва, 0  4мм [14,15]. При этом вследствие того, что на валик шва воздействует неоднородное дополнительное подмагничивающее поле (у середины шва сильнее, чем у краев), шов в поперечном направлении оказывается намагниченным более равномерно. Это приводит к повышению достоверности метода.

С уменьшением расстояния между концентраторами магнитной индукции создаваемая ими напряженность поля вначале возрастает, достигая максимального значения при l=4..5 мм, а затем убывает. При описанном выше способе магнитографического контроля максимальное значение напряженности намагничивающего поля ограничивается шириной шва: если расстояние между рабочими гранями концентраторов магнитной индукции будет меньше, чем ширина шва, то на сигналограмме будут наблюдаться помехи, величина которых может превосходить сигналы от недопустимых дефектов. Предложено расстояние между рабочими гранями концентраторов магнитной индукции в намагничивающем устройстве установить 6 - 8 мм, а при контроле судить только о качестве участка шва, находящегося в плоскости симметрии валика и его окрестностях (2мм), т.к. по статистическим данным около 90 % дефектов сплошности располагается в плоскости симметрии шва [16]. О качестве остального шва можно судить и по результатам традиционного способа магнитографического контроля: шов у краев намагничен обычно достаточно для уверенного обнаружения дефектов.

Предлагается концентраторы магнитной индукции расположить на расстоянии 4  5 мм друг от друга и перемещать вместе с намагничивающим устройством вдоль шва, ориентируя ось симметрии подмагничивающей системы под углом не более 10° к продольной оси шва [17]. Магнитную ленту необходимо при этом располагать с обратной стороны шва. В этом случае могут обнаруживаться непровары величиной 5% и более от толщины основного металла.

Описанные выше способы магнитографического контроля предназначены для обнаружения протяженных дефектов в шве (трещин, непроваров, подрезов, цепочек пор). Чувствительность метода при этом максимальна, т.к. вектор напряженности намагничивающего поля перпендикулярен направлению распространения дефекта. Локальные дефекты (одиночные поры, шлаковые включения) не имеют такой преимущественной ориентации: в плоскости изделия они имеют округлую форму. Чувствительность контроля реальных сварных швов на наличие таких дефектов составляет 80  100 % от толщины основного металла.

Повысить чувствительность контроля швов на наличие пор и шлаковых включений можно, если шов намагнитить под углом к его продольной оси [18]. При этом вследствие снижения размагничивающего фактора, сварной шов окажется намагниченным значительно сильнее. Максимальная амплитуда сигнала, обусловленного дефектом, будет иметь место, если ленту считывать вдоль линии намагничивания.

Идеальные условия для обнаружения одиночных пор и шлаковых включений будут созданы, если шов вместе с прижатой к его поверхности лентой намагничивать вдоль продольной оси [19]. При этом приблизительно в 4-5 раз повышается чувствительность контроля, отсутствуют помехи, обусловленные валиком шва, в 20-25 раз снижается потребляемая мощность, получается сигналограмма, удобная для расшифровки и дальнейшей обработки.

Для отстройки от помех, обусловленных валиком шва и поверхностными неровностями известен также способ магнитографического контроля [20]. После намагничивания сварного шва постоянным магнитным полем (при этом на ленту запишутся как полезные поля, так и помехи) необходимо произвести повторное намагничивание сварного шва и ленты магнитным полем, не проникающим глубоко в металл шва и вызывающим образование помех, обусловленных только валиком шва и полей от поверхностных дефектов. При повторном намагничивании направление вектора напряженности поля противоположно первоначальному, а его величина выбирается такой, чтобы компенсировать помехи за счет наложения их полей.

При отстройке от помех, обусловленных валиком шва, указанным способом теряется информация о наружных дефектах, а амплитуда сигнала от внутреннего дефекта уменьшается. Кроме того, полная отстройка от помех, обусловленных валиком шва, имеет место только в некоторых частных случаях.

Для уверенного обнаружения дефектов, создающих поля рассеяния, совпадающие с краем валика шва предложено дополнительно проводить контроль при режиме 0,2Н_СН_п0,4Н_С, где Н_С–коэрцитивная сила ленты [21]. При этом помехи, обусловленные валиком шва, не создают магнитного контраста записи на ленте, т.к. в этом случае магнитная лента работает на участке обратимого намагничивания.

Для повышения достоверности контроля путем подавления сигнала валика сварного шва предложен способ магнитографического контроля, заключающийся в следующем: на сварной шов укладывают магнитную ленту, намагничивают ее совместно с изделием магнитным полем, направленным перпендикулярно сварному шву, величину которого выбирают равной полю насыщения ленты [22]. Со снятой со шва ленты считывают тангенциальную составляющую поля записи при построчном сканировании ленты в поперечном длине шва направлении. Восстанавливают по значениям поля в характерных точках теоретическое поле для каждой строки сканирования, вычитают величину восстановленного поля из считанного для каждой строки сканирования и используют разностный сигнал в качестве информативного

Известен способ магнитографического контроля многослойных нахлесточных и стыковых сварных соединений, заключающийся в том, что контролируемое сварное соединение совместно с уложенной на его поверхность магнитной лентой намагничивают П-образным электромагнитом и определяют его качество по результату сравнения магнитограммы с магнитограммой, полученной аналогичным образом на контрольном образце [23]. Предварительно на контрольном образце и контролируемом соединении выделяют в поперечном относительно соединения направлении зоны наиболее вероятного расположения дефектов, сравнение осуществляют по соответствующим зонам, а параметры дефекта определяют, считая, что дефект расположен тем глубже, чем ближе к плоскости симметрии соединения он находится. Данное изобретение призвано повысить достоверность контроля сварных соединений многослойных изделий.

Для повышения достоверности контроля сварных соединений за счет более точного определения координат расположения дефекта предложен способ, суть которого состоит в намагничивании шва с прилегающей околошовной зоной, считывании топографии магнитного рельефа контролируемого участка в околошовной зоне и определении по магнитограмме наличия дефектов [24]. О положении дефекта судят по результату сравнения амплитуд сигналов, считанных на одинаковых расстояниях от краев шва, считая, что расстояние от центра дефекта до краев шва обратно пропорционально амплитудам сигналов.

Ещё один способ увеличения достоверности магнитографического контроля сварных швов заключается в сравнении поля записи (поля магнитограммы) контролируемого шва с полем записи эталонного бездефектного шва [25].

В способе магнитографического контроля стыковых сварных швов двумя лентами увеличение эффективности магнитографического контроля сварных швов достигается путем оптимизации магнитных свойств носителя и характеристик преобразователя поля записи [26]. Этот способ заключается в том, что контролируемое изделие намагничивают вместе с двумя магнитными лентами, разделенными немагнитной прокладкой и уложенными немагнитными основами друг к другу на его поверхность, поперечным к шву постоянным магнитным полем H_o, и снятые с изделия ленты считывают двумя преобразователями. Ленты используют с разными магнитными свойствами и выбирают так, чтобы насыщающее поле первой более магнитожесткой ленты было максимально возможным, после насыщения второй ленты было близким стартовому полю первой, первую ленту укладывают ближе к поверхности изделия, снятые с изделия ленты считывают в поперечном их длине направлении двумя преобразователями, первый из которых максимально приближен к поверхности ленты, а второй имеет линейную характеристику и находится на некотором удалении от ленты.

Для повышения достоверности контроля ферромагнитных изделий можно также выбрать магнитную ленту такого типа, чтобы рабочая точка ее характеристики превышала значение коэрцитивной силы ферромагнитного слоя ленты на 20 - 70 А/см. Так как при этом запись как положительного максимума, так и отрицательных минимумов полей дефектов будет происходить на линейном возрастающем участке характеристики ленты, то амплитуда сигнала будет практически линейно связана с тангенциальной составляющей поля дефекта. Крутизна характеристики ленты на этом участке будет больше и для отрицательных минимумов, поэтому общая амплитуда сигнала от дефекта увеличится. Поскольку дефекты, а следовательно, и образуемые ими поля рассеяния могут быть разные по величине, а при разбраковке изделий ориентируются на наименьший недопустимый по ТУ дефект (обычно 10% от толщины), то рабочую точку характеристики ленты целесообразно выбрать выше линейного участка характеристики на величину отрицательных минимумов полей от наименьших недопустимых дефектов, расположенных в корне шва [27].

Для магнитографического контроля изделий с поверхностью малой кривизны и сварных швов со снятым усилением из магнитомягких сталей используют способ магнитографического контроля изделий с поверхностью малой кривизны из магнитомягких сталей, основанный на задании оптимального стандартного значения намагничивающего поля H_o и снижении собственных шумов ленты [28]. Контролируемое изделие намагничивают совместно с магнитной лентой, уложенной на его поверхность, постоянным магнитным полем H_o, а затем по результатам считывания магнитограммы определяют качество изделия. Используют ленты со стартовым полем H_b не ниже 250-300 А/см, из всех подходящих лент выбирают ленту с наибольшим значением насыщающего поля H_s, а величину H_o выбирают равной величине H_b.

Для повышения производительности и мобильности магнитографического контроля ферромагнитных изделий, расширения области применения, снижения затрат электроэнергии в способе магнитографического контроля ферронагнитных изделий предложено намагничивание объекта контроля вместе с лентой [29]. Его осуществляют путем перемещения полюса постоянного магнита или электромагнита непосредственно на поверхности ленты, ориентируя магнит таким образом, чтобы обеспечивался линейный контакт между полюсом магнита и лентой. Способ может быть применён при контроле качества изделий из ферромагнитных материалов, например гибов труб, шеек коленчатых валов, фасонных изделий, несущих конструкций и т.д.

Известен также способ, при котором магнитное состояние пленки детектируется методом локального ферромагнитного резонанса [30]. В данном способе индикаторный блок, основу которого составляет магнитная пленка, располагают над поверхностью контролируемого материала, воздействуют на пленку магнитным полем (генерируемым устройством контроля), определяют магнитное состояние пленки и используют его для обнаружения дефектов. При этом магнитное состояние пленки, как уже говорилось, регистрируется локальным методом ферромагнитного резонанса (ФМР). Дефектность материала определяется из анализа сигнала ФМР при сканировании поверхности материала индикаторным блоком. Этот способ позволяет примененять для изготовления индикаторных пленок материалы, не обладающие высокими магнитооптическими характеристиками, но имеющие более приемлемые магнитные параметры. Кроме того, на основе предлагаемого способа реализуются устройства, работающие на тангенциальной компоненте магнитного поля.

Вывод: анализ литературных источников показал, что целесообразно производить раздельный контроль сварных швов на наличие протяжённых и компактных дефектов. В первом случае сварной шов намагничивается в поперечном направлении, используя при неблагоприятных размерах выпуклости шва ( , где b – ширина выпуклости, с – высота выпуклости) - концентраторы магнитной индукции. Во втором случае сварной шов намагничивается в продольном направлении для нахождения компактных дефектов.

3 Разработка оборудования для контроля
3.1 Анализ литературных источников с целью разработки или модернизации оборудования для контроля
При магнитографической дефектоскопии изделий из ферромагнитных
материалов используют специальные намагничивающие устройства,
подразделяющиеся на подвижные и неподвижные.

Первоначально для поперечного намагничивания контролируемых
объектов с толщиной стенки до 12 мм использовали дисковые магниты. Их
основным недостатком являлось значительные потери ("растекание")
магнитного потока вследствие малой площади контакта полюсов с
поверхностью контролируемого изделия, что заметно ухудшало условия
образования и выявления полей дефектов.

В дальнейшем в практике магнитографического контроля нашли
применение следующие типы намагничивающих устройств:
намагничивающие клещи, представляющие собой шарнирно
раскрывающийся электромагнит, состоящий из двух стальных каркасов-
полуколец, на которых размещены обмотки. Намагничивающие клещи
предназначены для контроля стыков диаметром не более 114 мм [8].

Намагничивающие вилки, состоящие из стального магнитопровода и
рукоятки и предназначенные для контроля стыков труб небольших
диаметров (57... 89 мм).

Разъемные катушки, применяемые для контроля качества изделий
небольшого диаметра. Они дают возможность намагничивать
труднодоступные участки объекта контроля, причем намагничивание
осуществляется по всему периметру шва одновременно. Использование
катушек возможно при наличии двустороннего доступа к объекту, так как
при этом часть магнитного потока, создаваемого катушками, замыкается по
воздуху, то эффективность их применения падает.

Подвижные намагничивающие устройства получили наиболее широкое распространение для контроля протяженных сварных швов. Устройство состоит из двух удлиненных стальных полюсов, скрепленных стальными сердечниками, на которых размещены одна или две катушки.

Стальной каркас с катушками опирается на четыре колеса из
немагнитного материала. Последние расположены таким образом, что при установке намагничивающего устройства на контролируемое изделие между его поверхностью и полюсами образуется воздушный зазор, который позволяет легко перемещать НУ по данной поверхности, хотя и вызывает дополнительные потери магнитного потока, что снижает значение магнитной индукции в изделии и ухудшает выявление дефектов. Для уменьшения рассеяния магнитного потока в намагничивающем устройстве применяют ферромагнитные колеса [22].

Для крепления колес к каркасу применяют также двойные оси, которые позволяют плавно регулировать величину зазора между полюсами
намагничивающего устройства и поверхностью изделия. При этом величину зазора устанавливают минимальной.

С целью исключения влияния воздушного зазора на величину
индукции в контролируемом сечении, создано намагничивающее устройство "шагун", которое перемещаясь вдоль сварного стыка шаг за шагом позволяет его намагничивать до высокой индукции [8]. "Шагун" представляет собой электромагнит с фасонными полюсными наконечниками, подвешенный к раме тележки посредством рессор. Сила упругой деформации последних превышает притягивающую силу электромагнита и дает возможность отрывать его полюсы от поверхности проверяемого изделия после отключения намагничивающего тока. При контроле "шагун" удерживается на этой поверхности в любых пространственных положениях с помощью силы притяжения, создаваемого небольшим постоянным током в обмотке электромагнита. Устройства типа "шагун" не исключают "растекание" магнитного потока в изделии и имеют значительную массу (36 кг) [5,8].

Известно намагничивающее устройство для магнитографической дефектоскопии, содержащее установленный на колесах с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном создаваемому полю, электромагнит с П-образным сердечником.

Недостатком этого устройства является низкая чувствительность магнитографического контроля швов на наличие пор и шлаковых включений.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является намагничивающее устройство для магнитографической дефектоскопии, содержащее установленный на колесах с возможностью перемещения в направлении создаваемого поля электромагнит с П-образным сердечником, полюсы которого имеют в средней части проемы.

Недостатком такого устройства является низкая чувствительность контроля протяженных швов на наличие дефектов округлой формы, а также трещин, расположенных поперек шва, при намагничивании зоны контроля путем непрерывного перемещения намагничивающего устройства вдоль шва, что обусловлено следующим. При перемещении намагничивающего устройства, имеющего малую высоту проемов в полюсах, вдоль шва магнитная лента и сварной шов подвергаются практически перпендикулярному намагничиванию, что приводит к образованию значительного фона помех от поверхностных неровностей, амплитуда которых может в несколько раз превышать амплитуду полезного сигнала. Поэтому отношение амплитуд сигнал-шум может быть невелико.

Целью изобретения является повышение чувствительности контроля протяженных швов на наличие дефектов округлой формы, а также трещин, расположенных поперек шва, за счет увеличения отношения амплитуд сигнал-шум[34].

Вывод: для обнаружения протяженных дефектов целесообразно использовать намагничивающее устройство, полюсы которого содержат проёмы для прохождения в них магнитной ленты, позволяя намагничивать шов в поперечном направлении. Для намагничивания контролируемой зоны наиболее рационально использовать цепочку электромагнитов с толщиной полюса в 2-3 раза превышающей толщину стенки трубы.
3.2 Компоновка оборудования для контроля
Для обнаружения протяжённых и компактных дефектов, целесообразно выполнить установку из цепочки электромагнитов, позволяющих намагничивать одновременно весь шов. Это позволит уменьшить растекание магнитного потока и повысить производительность контроля.
3.3 Расчет оптимального режима намагничивания
Для намагничивания объекта контроля используется электромагнит постоянного тока.

Для расчета намагничивающего устройства необходимо знать оптимальное значение индукции в контролируемых сечениях объекта контроля.

Расчет оптимального режима сводится к получению магнитной характеристики исследуемого материала в виде графика функции _r=f(B) и отысканию максимального приращения производной на падающей ветви данной функции. Кривая намагничивания материала контролируемого изделия B=f(H) представлена на рисунке 3.3.1.

Рисунок 3.3.1 – Кривая намагничивания материала изделия

Используя данные этой кривой, строим зависимость _r=f(B):
, (3.3.1)

где ₀ =4··10^-7, Гн/м.

Рисунок 3.3.2 – Зависимость относительной магнитной проницаемости от индукции в контролируемом сечении
Расчет оптимального режима сводится к отысканию максимального приращения производной на падающей (правой) ветви данной кривой. Максимальное приращение производной _r /  и находится вместе перегиба кривой функции _r (В) на ее ниспадающей ветви (в этой точке ²_r / ² = 0).

Простейший способ найти – заменить табличные значения функции соответствующим интерполяционным многочленом:

, (3.3.2)

где а, b, c, d – неизвестные коэффициенты.
,

,

. (3.3.3)
Чтобы определить значения b_ср и а_ср, можно решить ряд систем уравнений, подставляя численные значения В из кривой:
(3.3.4)
Вычислив b_ср и а_ср и подставив в (3.3.2), получим значение В_опт :

В_опт=1,352 Тл.

Следует отметить, что расчетное значение В_опт ниже значения, полученного экспериментально, на 10 – 20%. Это нужно учесть в окончательном результате:

В нашем случае В1_опт=1,352∙1,2=1,622 Тл ≈ 1,6 Тл.
3.4 Расчет электромагнита намагничивающего устройства
Для намагничивания объекта контроля используется электромагнит постоянного тока.
Схема намагничивающего устройства представлена на рисунке 3.4.1

Рисунок 3.4.1 – Расчётная схема намагничивающего устройства
Электромагнит представляет собой магнитную цепь (рисунок 3.4.2) и цель расчёта – определить величину намагничивающей силы, необходимой для создания в изделии необходимой индукции.

Выбираем следующие параметры намагничивающего устройства (рисунок 3.3.1): толщина стенки изделия b=5 мм; толщина полюсов d=14 мм; расстояние между полюсами L=80 мм; высоту полюса возьмём равной h=110 мм; ширину полюса выберем С=200 мм; суммарный зазор =1мм. Расчёт выполняют, принимая допущение, что растекание магнитного потока в изделии отсутствует.


Рисунок 3.4.2 – Схема магнитной цепи
Из закона Кирхгофа следует:

, (3.4.1)

где H_i,l_i – падение магнитного напряжения на участке цепи l_i.

Рассмотрим сумму падений магнитных напряжений в изделии U_и, в зазорах Uy и в магнитопроводе U_п:
, (3.4.2)

где H_и и В_и взяты из кривой намагничивания изделия (рисунок 2.3.1).

Построим зависимость U_и(Ф_и) по формулам (3.3.2) (рисунок 3.3.3).

Зависимость U_у(Ф_и) строится по формуле (3.3.3):

(3.4.3)

где Н₀ – напряжённость поля в зазоре;

 - толщина суммарного зазора (=1мм).

Нетрудно заметить, что для построения прямой достаточно рассмотреть одно значение Ф_и (рисунок 3.3.3).

Рисунок 3.4.3 – Зависимость магнитных напряжений в зазоре и в изделии от магнитного потока в изделии
Магнитное напряжение в магнитопроводе в зависимости от потока в нём выражается формулами:

(3.4.4)

Значения B и H так же определяют по кривой намагничивания (рисунок 3.3.1). Строим зависимость U_п (Ф_п) (рисунок 3.4.4).


Рисунок 3.4.4 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока в нём
Чтобы пересчитать U_п в зависимости от Ф_и, запишем уравнение Кирхгофа для точки М эквивалентной электрической схемы (рисунок 3.4.2):

, (3.4.5)

где F – магнитный поток рассеяния, шунтирующий изделие и переходной участок.

Так как отношение потоков Ф_и и F обратно пропорционально магнитным сопротивлениям R_и+R_у и R_F, то:

(3.4.6)

где R_F – магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами электромагнита.

, (3.4.7)

где G_F – проводимость участка между параллельными призмами (полюсами намагничивающего устройства).

(3.4.8)

Получаем:

, (3.4.9)

где R_F постоянно.

(3.4.10)

(3.4.11)

где l_и – длина средней линии в изделии;

В_и и Н_и соответствуют оптимальному режиму намагничивания.

Строим график зависимости U_п(Ф_и)

Рисунок 3.4.5 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока в изделии
Далее суммируем данные на графиках U_и, U_у и U_п, получаем U_ и строим график U_(Ф_и) (рисунок 3.4.6). Зная сечение изделия, строим вторую ось B_и, т.е. аналогичную зависимость U_(B_и), где B_и= Ф_и/S_и.


Рисунок 3.4.6 – Зависимость суммарного магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока и индукции в изделии

По известному значению оптимальной индукции В1_опт=1,622 Тл в контролируемом сечении определяем =300А. Затем с учетом коэффициента заполнения К_з=0,4 и площади S окна, занимаемого всеми витками катушки, в сечении, перпендикулярном осям витков (S составляет приблизительно 80% площади окна, образованного П-образным сердечником и намагничиваемым изделием) определяем число витков обмоточного провода, задаваясь различными диаметрами (d от 0.5 до 3.5 мм):
, (3.4.12)
При d=1мм витков.

При d=2мм витков.

При d=3мм витка.
Определяем величину тока в катушке по известным намагничивающей силе и числу витков - :

 ,

 ,

 .

Определяем электрическое сопротивление обмотки:
, (3.4.13)

где -средняя линия витка провода в катушке, 0,631 м;

- удельное электрическое сопротивление провода,  Ом/м².

Ом,

Ом,

Ом.

Определяем потребляемую мощность:
. (3.4.14)

 Вт,

 Вт,

 Вт.

Так как потребляемые мощности приблизительно одинаковы, то диаметр провода выбираем исходя из приемлемого числа витков катушки (4003.5 Разработка оборудования для контроля. Описание устройств и принципа их действия
Для магнитографического контроля сварных соединений труб на наличие протяженных и компактных дефектов принято использовать намагничивающее устройство, позволяющее намагничивать весь сварной шов с помощью одной установки.

Устройство для контроля дефектов содержит 4 электромагнита. Цепочка электромагнитов закреплена с помощью двух стальных уголков. Подвижность установки обеспечивается благодаря пружинным опорам. Установка закрепляется на полу, с помощью фундаментных болтов.

Принцип действия состоит в следyющем: протянуть магнитную ленту в межполюсном пространстве намагничивающего устройства ферромагнитным слоем наружу. С помощью собственных прилагаемых усилий, объект контроля прижимается к цепочке электромагнитов. Включается источник питания электромагнитов и происходит намагничивание шва и магнитной ленты. Далее считывается запись с ленты и отмечаются места с дефектами на объекте контроля.
4 Разработка методики контроля
Методика магнитографического контроля сварных швов труб на наличие протяженных и компактных дефектов, включает следующие операции:

1) Произвести внешний осмотр шва трубы и отметить наружные недопустимые дефекты. Шов должен соответствовать требованиям СниП Ш-42-80 или другому нормативно-техническому документу, утвержденному в установленном порядке. С поверхности контролируемых сварных швов и около шовных зон должна быть удалена грязь и другие посторонние наслоения, затрудняющие плотное прилегание магнитной ленты.

2) Произвести настройку дефектоскопа по эталонной ленте. Браковочный уровень на шкале импульсной индикации или на диаграмме регистратора должен соответствовать минимальной величине недопустимого дефекта, регламентированного нормативно-технической документацией.

3) Размагнитить магнитную ленту при помощи соленоида.

4)Протянуть магнитную ленту в межполюсном пространстве намагничивающего устройства ферромагнитным слоем наружу.

5) Уложить трубу на роликовые опоры таким образом, чтобы сварной шов оказался в крайнем нижнем положении.

6) Осуществить привязку магнитной ленты к объекту контроля (отметить начало шва, номер изделия).

7) С помощью собственных прилагаемых усилий прижать объект контроля к сварному шву, магнитная лента прижмется ко шву за счет силы упругости поролоновой подушки.

8) Включить на 2-3 секунды рабочий ток в катушках намагничивающего устройства.

9) Объект контроля возвратится в исходное положение благодаря пружинным опорам.

10) Извлечь магнитную ленту.

11) Проверить магнитную ленту на наличие дефектов на дефектоскопе МДУ-2У отмечая обнаруживаемые дефекты на объекте контроля.

5 Метрологическое обеспечение средств контроля
Испытательные образцы продольных сварных швов должны быть изготовлены для каждой толщины стенки и марки стали труб и сварены тем же методом и по той же технологии (сварочная проволока, флюс, режим сварки), что и продольные швы труб, качество которых подлежит контролю магнитографическим методом.

Если на данном объекте применяются трубы различной поставки из сталей с одинаковыми или близкими магнитными свойствами, то допускается изготовление одного общего испытательного образца для труб из этих сталей с одинаковой толщиной стенки.

В качестве испытательного образца может служить обечайка или ее часть длинной не менее 1/3 окружности, сваренная из двух частей трубы того же диаметра, что и контролируемый объект.

Сварка продольного шва испытательного образца должна производиться таким образом, чтобы поверхность шва удовлетворяла требованиям п.1.4 ГОСТ-25225-82 и в некоторых участках шва имелись внутренние дефекты (непровар или цепочка шлаковых включений, преимущественно в корне шва) протяженностью не менее 40 мм и величиной, соответствующей минимальному браковочному уровню.

Допускается использование сварочных испытательных образцов по п.2 ГОСТ-25225-82 с искусственными дефектами в виде канавок шириной 2-2,5 мм и длинной не менее 40-50 мм профрезированные по середине стыкового шва со стороны его корня. При наличии подварки корня шва внутренний валик усиления в местах фрезировки должен соответствовать минимальному браковочному уровню для заданий толщины стенки трубы, установленному нормативно-технической документации.

Испытательные образцы применяют для изготовления эталонных лент. При этом используют рабочие намагничивающие устройства и рабочие режимы намагничивания. Дефектоскоп настраивают по эталонной ленте. Если при контроле объекта амплитуда сигнала, обусловленная дефектом, превышает браковочный уровень, то дефект считают недопустимым.