Методичка по магнитному контролю. Руководство по разработке технологической карты по магнитопорошковому контролю, приведены тесты для подготовки к сдаче экзаменов по магнитному контролю
 Скачать 3.16 Mb.
|
|
Как устроены измерительные приборы с вращающимися индукционными преобразователями? Прибор содержит, например, закрепленный на длинном валу индукционный преобразователь, который вращается двигателем. Катушка преобразователя устанавливается так, чтобы магнитные силовые линии поля были перпендикулярны оси ее вращения. При этом в катушке индуцируется переменная ЭДС Е = 0 WS mx H sint. Погрешность измерения таким прибором определяется погрешностью измерения индуцированной ЭДС, степенью постоянства частоты вращения, напряжением наводки от двигателя, шумами и вибрациями в скользящих контактах. Для измерения слабых магнитных полей используют преобразователь Барнетта. В нем одновитковый медный ротор вращается струей сжатого воздуха. Индуцированные в витке вихревые токи создают свой переменный магнитный поток, пропорциональный измеряемому постоянному магнитному потоку 0 Ф . В свою очередь, этот поток индуцирует в неподвижной много- витковой обмотке синусоидальную ЭДС, которая также пропорциональна потоку 0 Ф . Высокая чувствительность измерения достигается за счет применения бесконтактного токосъема, компенсационного способа измерения и высокой частоты вращения преобразователя (до 30000 об/мин, т. е. 500 об/c). Такой прибор обеспечивает измерение магнитных потоков, соответствующих индукции в диапазоне 10 –10 ...10 –2 Тл. 88 Какие недостатки имеют приборы, основанные на применении вибрирующих индукционных преобразователей? Напряженность поля убывает с увеличением расстояния от поверхности намагниченного объекта. На некотором расстоянии напряженность поля становится равной напряженности поля Земли или окружающего пространства. Для измерения напряженности магнитного поля непосредственно у поверхности намагниченного объекта применяют вибрирующие индукционные преобра- зователи. Катушка такого преобразователя имеет малую толщину намотки. Катушку располагают на расстоянии d поверхности объекта и сообщают колебания в направлении нормали к поверхности (рис. 3.1). Рис. 3.1. Прибор с вращающимся индукционным преобразователем: 1 – электродвигатель; 2 – токосъемные скользящие контакты; 3 – индукционный преобразователь; 4 – измерительный прибор; 5 – объект контроля При этом вектор напряженности поля должен быть перпендикулярен плоскости катушки. Среднее значение ЭДС в катушке пропорционально напряженности поля на расстоянии d от поверхности образца. Длина катушки должна быть такой, чтобы вторая ее сторона находилась вне зоны действия поля образца. Приборы для измерения магнитных потоков при помощи вибрирующих индукционных преобразователей обладают значительными погрешностями, связанными с нестабильностью амплитуды вибраций. Относительная погреш- ность измерений достигает 3...5 %. 1 4 5 2 3 89 Каковы особенности устройства индукционных приборов, предназначенных для измерения переменных и импульсных магнитных потоков? Для измерения переменных магнитных потоков применяют исключительно пассивные индукционные магнитные преобразователи. Если магнитный поток во времени изменяется по синусоидальному закону, то в приборе применяют вольтметр переменного тока, который показывает действующее напряжение на концах обмотки преобразователя. То есть если t Ф t Ф m ω sin ) ( , то вольтметр покажет напряжение ω 2 m wФ U . Зависимость результатов измерения от частоты является недостатком такой простейшей схемы измерения, т. к. не позволяет заранее проградуировать шкалу прибора в единицах магнитного потока. Чтобы устранить этот недостаток, между индукционным преобразователем и вольтметром включают пассивную интегрирующую RC- цепь с коэффициентом передачи 2 1 ( ) 1 (ω ) K T Напряжение на выходе этой цепи имеет вид 2 ω 1 (ω ) m wФ U T При выборе постоянной времени T = RC цепи так, чтобы на самой низкой частоте измерения выполнялось неравенство ( 2 ) 1, T показания вольтметра не будут зависеть от частоты: T wФ U m Прибор обеспечивает измерение магнитных полей, соответствующих индукции в диапазоне от 10 –14 до 10 –3 Tл, при работе на частотах 25 Гц и выше. Что собой представляют пондеромоторные преобразователи? Эти преобразователи основаны на пондеромоторном взаимодействии магнитного поля и рамки, по которой течет ток. Преобразователь работает следующим образом. Луч света от источника 1, пройдя диафрагму 2, попадает на зеркальце 3, закрепленное вместе с рамкой 4, на растяжке 5, отразившись от которого падает на шкалу 6 (рис. 3.2). При изменении напряженности поля происходит поворот рамки 6 и закрепленного на растяжке зеркальца, а следовательно, и перемещение светового «зайчика» по шкале. Угол отклонения рамки пропорционален напряженности измеряемого магнитного поля. Преобразователи такого типа применяют для дефектоскопии рельсов, для измерения напряженности магнитного поля в узких воздушных зазорах магнитов. Их используют для измерения как постоянных, так и переменных магнитных полей. В последнем 90 случае по рамке пропускают переменный ток той частоты, что и частота измеряемого поля. Порог реагирования – от 1 до 10 А/м. Рис. 3.2. Пондеромоторный преобразователь: 1 – источник света; 2 – диафрагма; 3 – зеркальце; 4 – рамка с током; 5 – растяжка; 6 – шкала В чем сущность эффекта Холла? Эффект Холла заключается в появлении ЭДС между противоположными сторонами пластинки, если через нее пропустить ток, а пластинку поместить в магнитное поле (рис. 3.3). Рис. 3.3. Преобразователь Холла Эффект Холла проявляется в металлах и полупроводниках, однако в полупроводниках ЭДС Холла значительно выше. Поэтому в качестве материала преобразователей используют полупроводники, такие как германий, индий и др. Эффект Холла объясняется действием силы Лоренца (действием магнит- ного поля на движущийся электрический заряд). ЭДС Холла определяется по формуле x U = – x R IB/d, где x R – постоянная Холла; I – ток в преобразователе; d – толщина пластины; В – измеряемая индукция. 4 5 3 1 2 6 91 Постоянная Холла определяется экспериментально. Основными достоинст- вами преобразователей Холла являются пропорциональность ЭДС Холла напряженности магнитного поля, сравнительно малые размеры преобразователя (чувствительный элемент может достигать сотых долей квадратного миллиметра), широкий диапазон измеряемых полей (напряженность поля от 10 до 10 7 А/м), возможность измерения как постоянных, так и переменных магнитных полей. Обычно если измеряют постоянное магнитное поле, то запитывают преобразователь переменным током (и наоборот), что позволяет облегчить измерения и увеличить чувствительность контроля. Для усиления ЭДС Холла используют электронные усилители. Какие преобразователи называют магниторезистивными? В основе преобразователей этого типа лежит эффект Гаусса, заклю- чающийся в изменении электрического сопротивления проводника или полупроводника при помещении его в магнитное поле. Особенно сильно это проявляется у висмута. Поэтому висмутовую спираль используют для измерения напряженности магнитных полей. Измерение заключается в следующем. Спираль помещают в магнитное поле и с помощью электрического моста или потенциометра постоянного тока измеряют ее электрическое сопротивление при 18 °С. Имеет место линейная зависимость электрического сопротивления спирали от напряженности магнитного поля. Как устроен феррозонд-полемер и в чем его отличие от феррозонда- градиентометра? Феррозонд-полемер состоит из двух полузондов, каждый из которых имеет магнитомягкий (пермаллоевый) сердечник и две обмотки – первичную и вторичную (рис. 3.4). Рис. 3.4. Расположение обмоток в феррозонде-полемере 92 Первичная обмотка служит для возбуждения переменного магнитного поля, которое перемагничивает сердечник, а вторичная обмотка – индикаторная. Возбуждающие катушки соединены последовательно, однако расположены так, что создаваемые ими переменные поля всегда имеют противоположное направление, но равную величину. Схема феррозонда-градиентометра отличается тем, что первичная обмотка феррозонда-полемера сделана вторичной. 3.3. Виды, способы и схемы намагничивания объектов Какие виды намагничивания Вы знаете? Согласно ГОСТ 21105–87, при магнитопорошковом методе конт- роля применяют четыре виданамагничивания: циркулярный, продольный (полюсный), комбинированный и во вращающемся магнитном поле (табл. 3.1). Направление напряженности поля в воздухе или магнитной индукции в среде при намагничивании объекта пропусканием тока по тороидальной обмотке, нанесенной на его поверхность, или при помощи соленоида показано в соответствии с правилом буравчика. Нельзя стрелками показывать направление магнитного потока, т. к. магнитный поток – величина скалярная, которая показывает число магнитных силовых линий, проходящих через данную площадь. Табл. 3.1. Виды, способы и схемы намагничивания Вид намагничивания Способ намагничивания Схема намагничивания Циркулярный Пропусканием тока по всему объекту Пропусканием тока по части объекта Пропусканием тока по проводнику, помещенному в сквозное отверстиев объекте Путем индуцирования тока в объекте Пропусканием тока по тороидальной обмотке 93 Окончание табл. 3.1 Вид намагничивания Способ намагничивания Схема намагничивания Продольный (полюсный) При помощи постоянного магнита При помощи электро- магнита При помощи соленоида Перемещением постоян- ного магнита по объекту Комбинированный Пропусканием тока по объекту и при помощи электромагнита Пропусканием тока по объекту и при помощи соленоида Пропусканием по объекту двух токов во взаимно перпендикулярных направлениях Индуцированием тока в объекте и пропусканием тока по проводнику, помещенному в сквозное отверстие в объекте Во вращающемся магнитном поле При помощи соленоида вращающегося магнитного поля 94 Чем руководствуются при выборе вида и способа намагничивания? Вид и способ намагничивания выбирают в зависимости от размеров и формы объекта, материала и толщины покрытия, ориентации дефектов, подлежащих выявлению. Дефекты сплошности обнаруживаются лучше всего, если вектор напряженности внешнего намагничивающего поля перпендикулярен направлению распространения дефектов. Чувствительность метода значительно ухудшается при 30°, а при 0° почти не удается обнаружить даже крупные дефекты. Как намагничивают объект, если ориентация дефектов в нем не известна? При обнаружении разноориентированных дефектов или если ориентация дефектов не известна, применяют намагничивание как минимум в двух взаимно перпендикулярных направлениях, комбинированное намагничивание, а также намагничивание во вращающемся магнитном поле. Какой вид имеют силовые линии магнитного поля при циркулярном намагничивании? Магнитные силовые линии при циркулярном намагничивании имеют вид концентрических окружностей, расположенных в плоскости, перпендикулярной направлению тока. При намагничивании цилиндрических изделий с дефектами магнитный поток выходит из детали только в местах расположения дефекта. При контроле полых цилиндров ток пропускают через кабель, стержень из меди, алюминия, латуни. При таком намагничивании внутренняя поверхность цилиндра намагничивается сильнее наружной поверхности. Для более равно- мерного намагничивания полых деталей стержень, по которому пропускают ток, центрируют с помощью неэлектропроводящих втулок. Иногда ток пропускают через торцевые поверхности трубки. В этом случае максимальное значение напряженности поля имеет место на наружной поверхности. Напряженность поля на внутренней поверхности полого цилиндра будет равна нулю. Последний способ циркулярного намагничивания целесообразно применять при обнаружении дефектов наружной поверхности. Почему при циркулярном намагничивании рекомендуют применять импульсный ток? Для создания высокой напряженности магнитного поля при намагни- чивании деталей путем пропускания по ним тока необходимы большие плотности тока. В этом случае целесообразно применять импульсный ток. Он обеспечивает меньшую вероятность прижогов, которые опасны как зародыши дефектов. Увеличение глубины промагничивания достигается повтор- ным 3–5-кратным намагничиванием импульсами одного направления. Это 95 объясняется тем, что магнитная дифференциальная проницаемость верхнего слоя детали достигает стабильной величины после 3...5 импульсов тока. Какие способы циркулярного намагничивания Вы знаете? Согласно ГОСТ 21105–87, применяют следующие способы циркулярного намагничивания: пропусканием тока по всему объекту, по части объекта, по проводнику, помещенному в сквозное отверстие в детали, путем индуцирования тока в объекте, пропусканием тока по тороидальной обмотке (см. табл. 3.1). По каким формулам определяют значение намагничивающего тока при циркулярном намагничивании объектов, имеющих поперечное сечение простой формы, а также крупногабаритных объектов? Максимальное (амплитудное) значение тока выбирают в зависимости от требуемой напряженности mp H магнитного поля на контролируемой поверх- ности, формы и размеров сечения объекта контроля по формулам: для деталей цилиндрической формы I = 3 mp H d; для объектов прямоугольного сечения I = 2 mp H a, если a/b 10; I = 2 mp H ( а + b), если 0,1 < a/b (рис. 3.5). для изделий сложного профиля I = 3 mp H экв D , где экв D – диаметр круга, площадь которого равна площади поперечного сечения контроли- руемого объекта; для участков крупногабаритных объектов 2 2 1,5 тр I Н l с (рис. 3.6). Рис. 3.5. К объяснению циркулярного намагничивания пластины или бруска Рис. 3.6. Определение зоны контроля при циркулярном намагничивании крупногабаритных объектов 96 Стрелками показано расположение электроконтактов. В приведенных выше формулах mp H – требуемая напряженность намагни- чивающего поля; d – диаметр цилиндрического объекта; а и b – длина и ширина прямоугольного сечения намагничиваемого изделия; D – диаметр эквива- лентного круга, т. е. имеющего такую же площадь, как и сечение контро- лируемого объекта; l – длина контролируемого участка (расстояние между местами установки электроконтактов); с – ширина контролируемого участка. Единицы измерения входящих в формулы величин должны быть согласованы. С какой целью при циркулярном намагничивании в процессе магнитопорошковой дефектоскопии иногда применяют мягкие металлические прокладки? Чтобы избежать прижогов в местах соединения токоподводящих кабелей с объектом контроля за счет уменьшения плотности тока (а значит, и температуры мест контакта), контакт токоподводящих кабелей следует осуществлять через мягкие прокладки, например, свинцовые пластины, латунные сетки и т. д. Какие способы продольного (полюсного) намагничивания Вам известны? При продольном (полюсном) намагничивании объекты контроля намагни- чивают при помощи постоянного магнита, электромагнита, соленоида, а также перемещением постоянного магнита по объекту (см. табл. 3.1). При полюсном намагничивании магнитные силовые линии поля часть своего пути проходят по воздуху, а часть – по намагничиваемому изделию. После отключения внешнего намагничивающего поля на краях объекта остаются магнитные полюсы (рис. 3.7). Силовые линии магнитного поля, конечно, замкнутые. S N Рис. 3.7. Линии магнитной индукции внутри и вне продольно (полюсно) намагниченной детали 97 Можно ли рассчитать режим при полюсном намагничивании? При полюсном намагничивании на краях намагничиваемого изделия возникают магнитные полюсы, которые создают внутри объекта контроля и у его поверхности магнитное поле, направленное навстречу внешнему полю (см. рис. 1.23). Истинная напряженность i H магнитного поля на поверхности детали будет отличаться от напряженности внешнего поля 0 H на величину размагничивающего поля H ( i H = 0 H – H ). Точное значение размагничи- вающего поля можно вычислить только для эллипсоидов вращения. Поэтому при дефектоскопии реальных объектов с использованием полюсного намагни- чивания тангенциальную составляющую напряженности поля у поверхности контролируемой детали следует измерять. Как на практике измеряют напряженность поля у поверхности |