Как изменится топография результирующего магнитного поля на
поверхности сварного соединения, если сварной шов намагнитить под углом
к его продольной оси?
Если сварной шов намагнитить под углом к продольной оси, то он будет намагничен сильнее по сравнению со случаем его намагничивания в поперечном направлении (рис. 5.19). Это обусловлено снижением размагничивающего фактора выпуклости шва. Последнее объясняется тем, что ширина шва вдоль этого направления больше его ширины в поперечном направлении (рис. 5.20).
201
Размагничивающее действие выпуклости шва обусловлено появлением магнитных полюсов на поверхности шва при намагничивании объекта, которые создают внутри соединения магнитное поле, направленное навстречу внешне- му полю [10, 11].
Рис. 5.19. Изменение топографии тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля на поверхности сварного соединения: 1 – при намагничивании шва в поперечном направлении; 2 – при намагничивании под углом к продольной оси шва
Рис. 5.20. К пояснению влияния направления намагничивания шва на обнаружение компактных дефектов при магнитном контроле: 1 – поперек шва; 2 – под углом к продольной оси шва; 3 – вдоль продольной оси шва; заштрихованы сечения выпуклости шва
Почему при намагничивании сварного соединения вдоль продольной оси
шва и считывании записи с магнитной ленты вдоль линии намагничивания
одиночные поры и шлаковые включения обнаруживаются лучше, чем при
намагничивании шва в поперечном направлении?
При намагничивании сварного соединения вдоль продольной оси шва полностью исчезает размагничивающее действие выпуклости (валика) шва.
Сварной шов оказывается намагниченным в продольном направлении до уровня основного металла. При этом возрастает тангенциальная составляющая поля компактного дефекта, т. к. она пропорциональна напряженности поля,
202
действующего в зоне дефекта. Это приводит к увеличению чувстви- тельности контроля.
На рис. 5.21 схематично показан вид сигналограмм на экране магнито- графического дефектоскопа при намагничивании сварного шва в поперечном
(см. рис. 5.21,
а,
б) и в продольном направлениях (см. рис. 5.21,
в,
г).
а)
б)
в)
г)
Рис. 5.21. Вид сигналограмм на экране магнитографического дефектоскопа в зависимости от направления намагничивания сварного шва:
а – при намагничивании в поперечном направлении бездефектного шва;
б – при намагничивании в поперечном направлении шва со сквозной порой (
d = 1,5 мм;
дh = 130 % от толщины основного металла);
в – при намагничивании в
продольном направлении бездефектного шва;
г – при намагничивании в продольном направлении шва с порой, находящейся в корне шва
(
d = 1,5 мм;
дh = 40 % от толщины основного металла)
Как видно из рисунков, если в сварном шве отсутствуют дефекты сплошности, то при традиционном способе магнитографического контроля краям шва соответствуют помехи на экране дефектоскопа (см. рис. 5.21,
а). При намагничивании шва в продольном направлении такие помехи отсутствуют, т. к. выпуклость шва не создает возмущения магнитного потока (см. рис. 5.21,
в).
Амплитуда сигнала, обусловленного дефектом, при продольном намагничи- вании значительно больше (см. рис. 5.21,
г,
б). Так, если при намагничивании шва в поперечном направлении могут не обнаруживаться поры и шлаковые включения, находящиеся в корне шва, величиной 80...90 % от толщины основного металла, то при намагничивании шва вдоль его продольной оси – от 15 до 20 %. То есть чувствительность метода возрастает в 4–5 раз по сравне- нию с традиционным методом магнитографического контроля [10–12].
Что такое разрешающая способность метода?Разрешающая способность метода определяется минимальным расстоянием между двумя уверенно
различаемыми дефектами в изделии при нормальных настройке дефектоскопа и условий контроля.
203
Объект контроля намагничивают вдоль цепочки пор. Запись с
магнитной ленты считывают вдоль направления остаточной
намагниченности ленты. Почему происходит повышение разрешающей
способности метода по сравнению со случаем намагничивания объекта
поперек цепочки пор?
При режимах, характерных для магнитного контроля, магнитные поля рассеяния компактных дефектов вытягиваются перпендикулярно вектору напряженности намагничивающего поля. Линии равных значений напряжен- ности магнитного поля на поверхности объекта контроля имеют вид эллипсов (рис. 5.22).
X
Y
Y
H
0 1
1 2
Y
2
Рис. 5.22. Ориентация полей компактных дефектов при намагничивании объекта контроля вдоль цепочки несплошностей: 1 – дефект; 2 – линии равных значений напряженности магнитного поля в зоне компактных дефектов
Большие оси эллипсов перпендикулярны вектору напряженности намагни- чивающего поля. Поэтому при намагничивании изделия вдоль цепочки несплошностей (см. рис. 5.22) поля компактных дефектов будут ориентированы поперек цепочки и станут перекрываться при меньшем расстоянии между дефектами по сравнению со случаем намагничивания изделия поперек цепочки дефектов (рис. 5.23).
X
H
0
Y
Y
Y
Рис. 5.23. Ориентация полей компактных дефектов при намагничивании объекта контроля поперек цепочки несплошностей
При этом разрешающая способность метода возрастает в 10–40 раз, удается различить две находящиеся под краской или заполненные шлаком поры наружной поверхности даже в том случае, если они перекрываются [11, 12, 22].
204
Что собой представляют концентраторы магнитной индукции и когда их рекомендуют применять при магнитографическом контроле сварных соединений?Концентраторы магнитной индукции представляют собой две пластины прямоугольного сечения из магнитомягкого материала (чаще всего из стали Ст 3, 09Г2 и др.), крепящиеся к полюсам
намагничивающего устройства таким образом, что их рабочие поверхности располагаются по разные стороны выпуклости шва. Они позволяют повысить напряженность магнитного поля, а значит, и индукцию в зоне контроля. Концентраторы магнитной индукции рекомендуют использовать при контроле сварных швов с неблагоприят- ной выпуклостью (обычно при отношении ширины выпуклости шва к ее высоте менее 7).
Для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов предложено осуществлять намагничивание контролируемого изделия постоянным магнитом путем его перемещения над поверхностью ленты,уложенной на контролируемую поверхность. За счет чего обеспечи- вается высокая чувствительность метода контроля при небольшой массе магнита?Высокая чувствительность метода при малой массе магнита (20...50 г) достигается вследствие значительного увеличения напряженности поля, действующего в зоне дефекта, при приближении к нему полюса магнита за счет контроля в приложенном поле, а также небольшого фона помех, т. к. пере- мещаемый над поверхностью магнитной ленты магнит равномерно намагни- чивает ее по всей площади. Способ позволяет повысить удобство, произ- водительность и мобильность магнитографического метода контроля различных объектов. При этом снижается потребление электроэнергии и расширяется область применения метода за счет возможности контроля труднодоступных мест изделий, небольших деталей, а также объектов, находящихся во взрывоопасных помещениях, шахтах, под водой и т. д. [13–15].
Укажите назначение, область применения и преимущества способа магнитографического контроля, основанного на намагничивании объекта с уложенной на его поверхность магнитной лентой перемещаемым постоянным магнитом через ленту. Назначение и область применения. Объектами контроля являются изделия из ферромагнитных материалов, преимущественно несварные, например, отводы труб, шейки коленчатых валов, винты морских и речных судов,
лопатки турбин и лопасти вертолетов, буровое оборудование, главные балки несущих конструкций и т. д. на предприятиях общего, химического, энергетического, транспортного машиностроения.
205
Обнаруживаются поверхностные и подповерхностные дефекты сплошности в деталях при их изготовлении, при ремонте, а также в труднодоступных местах изделий. Упрощается контроль объектов, находящихся на большой высоте, под водой, деталей без извлечения из узла, в том числе находящихся во взрывоопасных цехах, шахтах и т. д. Контроль может осуществляться как в приложенном поле, так и на остаточной намагниченности объекта. Важной особенностью является применение для намагничивания изделия постоянных магнитов массой 20...50 г, что в 100–200 раз легче традиционных электро- магнитов. Это позволяет повысить удобство и мобильность метода, расширить область его применения. Для контроля используются серийные магнито- графические дефектоскопы российского производства либо серийное считывающее устройство дефектоскопа совмещают с компьютером.
Преимущества способа:высокая мобильность, низкая трудоемкость, высокая производительность, обнаружение подповерхностных трещин, отсутствие источников питания намагничивающих устройств, незначительное влияние состояния контролируемой поверхности, применение серийного оборудования, простота конструкции, удобство в обслуживании, отсутствие необходимости высокой квалификации персонала, простота расшифровки записи с ленты.
Преимущества по сравнению с методами капиллярной дефектоскопии: появляется
возможность обнаружения подповерхностных дефектов, не тре- буется механическая подготовка объекта контроля; более высокая чувстви- тельность при обнаружении поверхностных трещин, более высокая произво- дительность.
Преимущество по сравнению с магнитопорошковой дефек-тоскопией: не требуется механическая подготовка поверхности объекта контроля; более высокая производительность [13–15].
Техническая характеристика. Минимальное раскрытие обнаруживаемых трещин – 4 мкм.
Масса намагничивающего устройства – от 20 до 50 г.
Ширина магнитной ленты – 35, 50, 75 мм.
Время считывания записи с 1 м магнитной ленты – от 15 до 20 с.
Время на контроль участка 1000
× 75 мм – от 1 до 3 мин.
Обнаруживаются трещины поверхностные и подповерхностные, располо- женные на глубине до 2...3 мм.
206
Почему при магнитографическом контроле с намагничиванием объекта перемещаемым постоянным магнитом через магнитную ленту можно создать условия, при которых от опасного дефекта (трещины, узкие несплавления) на экране дефектоскопа будет наблюдаться двуполярный сигнал, а от неопасного (риски, углубления от поверхностных неровностей)несколько искаженный однополярный сигнал?При намагничивании объекта вместе с уложенной на его поверхность магнитной лентой перемещаемым постоянным магнитом через магнитную ленту на объект (и ленту) действуют одновременно тангенциальная и нормальная составляющие внешнего поля. Причем нормальная составляющая в несколько раз больше тангенциальной. Если в объекте имеется поверхностная трещина, то в формировании магнитного поля рассеяния дефекта участвует только тангенциальная составляющая внешнего поля, т. к. трещина не имеет «дна».
Тангенциальная составляющая поля дефекта, которая воздействует на ленту, имеет колоколообразный вид. Если запись происходит на линейном участке характеристики ленты, а искажения в тракте воспроизведения дефектоскопа невелики, то на экране будет наблюдаться двуполярный сигнал, т. к. боль- шинство дефектоскопов оснащены дифференциальными индукционными магнитными головками, ЭДС в которых индуцируется при изменении остаточного магнитного потока на ленте (приблизительно сигнал имеет вид производной от колоколообразной кривой) (рис. 5.24,
а).
В случае широкого поверхностного дефекта (риски, углубления) под действием нормальной составляющей поля постоянного магнита на «дне» углубления возникает магнитный полюс. От магнитного полюса «дна»
формируется поле рассеяния, силовые линии по разные стороны от плоскости симметрии которого будут иметь противоположное направление. Это подтверждается экспериментально: при изменении направления считывания записи с ленты на противоположное полярность сигнала от углубления не изменяется. Тангенциальная составляющая этого поля рассеяния на поверхности объекта будет иметь синусоидальную форму. На это поле рассеяния налагается незначительное поле, создаваемое краями углубления. Оно возникает под действием слабой тангенциальной составляющей внешнего поля и имеет колоколообразную форму. Тангенциальная составляющая результирующего поля рассеяния углубления на поверхности объекта принимает несколько искаженную синусоидальную форму. Поэтому при считывании записи с ленты на экране дефектоскопа будет наблюдаться остроконечный импульс с двумя отрицательными полуволнами по разные его стороны. Симметрия его будет незначительно искажена из-за разной амплитуды отрицательных полуволн
(несколько искаженный однополярный сигнал) (рис. 5.24,
б) [15–17].
207
а)
б)
Рис. 5.24. Вид сигналограммы при магнитографическом контроле с намагничиванием объекта перемещаемым постоянным магнитом через уложенную на его поверхность магнитную ленту:
а – при обнаружении дефекта в виде трещины или узкого несплавления;
б – при обнаружении широкого поверхностного дефекта (риски, углубления)
Почему появилась необходимость в новых информативных параметрах сигнала, обусловленного дефектом, при магнитографическом контроле с намагничиванием объекта перемещаемым постоянным магнитом через магнитную ленту, уложенную на его поверхность?Для большинства объектов трещины и несплавления являются недопустимыми дефектами. Поэтому определять их параметры (глубину, протяженность) нет необходимости. Допустимость остальных дефектов для данного объекта определяют путем сравнения сигнала, обусловленного ими, с браковочным уровнем. По этой причине, чтобы отличить трещины и узкие несплавления от других дефектов, введены такие информативные параметры сигнала, как
сигнал двуполярный, если дефект имеет вид трещины или узкого несплавления, и
сигнал однополярный (несколько искаженный), если дефект имеет вид риски, углубления от поверхностных неровностей или несквозного непровара. Это важно при дефектоскопии объектов, длительное время нахо- дившихся в эксплуатации и подвергнутых коррозии, т. к. при их контроле на экране дефектоскопа наблюдается большое количество импульсов. Трещины можно обнаружить по наличию среди них двуполярных импульсов [16, 17].
Почему при магнитографической дефектоскопии с намагничиванием объекта перемещаемым постоянным магнитом через магнитную ленту сигнал на экране дефектоскопа, обусловленный дефектом разной глубины,может приобрести трансформированный вид или иметь разную полярность полуволн?При намагничивании контролируемого объекта наклоненным к его поверхности перемещаемым постоянным магнитом через магнитоноситель тангенциальная составляющая внешнего поля направлена сначала в одну, а
затем в противоположную сторону, а напряженности этих полей отличаются по модулю. Характер записи поля рассеяния дефекта на магнитоноситель при изменении глубины дефекта в этом случае проанализирован на рис. 5.25 и 5.26.
208
Рис. 5.25. К пояснению записи на магнитоноситель полей рассеяния дефектов малой, средней и большой глубины при тангенциальном намагничивании объекта контроля сначала в одном, а затем противоположном направлении
Как видно из рис. 5.25, при намагничивании
в одном направлении, большей величине поля рассеяния дефекта соответствует большая остаточная намагни- ченность ленты, т. к. запись полей рассеяния дефектов происходит на возрас- тающей кривой первоначального намагничивания ее магнитной характеристики.
При намагничивании
в противоположном направлении вследствие гистерезисных явлений в ленте и записи полей на ниспадающей ветви петли гистерезиса ленты ее участки, находившиеся в поле рассеяния дефекта большей напряженности по мере роста крутизны ветви петли гистерезиса, приобретают меньшую остаточную намагниченность, чем участки, находившиеся в слабом поле. Большему дефекту будет соответствовать меньший размах сигнала.
Поэтому остаточная намагниченность ленты в зоне действия поля несплошности малой глубины имеет колоколообразную, а средней глубины – седлообразную форму (см. рис. 5.26,
а, б, I). Соответствующие им сигнало- граммы имеют двуполярный и трансформированный вид (см. рис. 5.26,
а, б, II).
При большой глубине несплошности – двуполярный вид (см. рис. 5.26,
в, II).
Полярность полуволн сигнала зависит от того, большую или меньшую остаточную намагниченность приобрела лента в месте действия поля рассеяния дефекта по сравнению с ее остаточной намагниченностью, обусловленной внешним полем (см. рис. 5.25 и 5.26,
а, в, I).
H
H
0
H
d
H
′
d1
H
′′
d1
M
–
H
02
–
H
d2
–
H
′′
d2
–
H
′
d2
M
′′
rd2 max
M
r02
M
′
rd2 max
M
rd2 max
M
r01
M
rd1 max
209
I
II
III
Рис. 5.26. Характер изменения остаточной намагниченности ленты и сигнала от дефекта с увеличением его глубины при намагничивании объекта контроля параллельно поверхности сначала в одном, а затем в противоположном направлении:
а–в – остаточная намагниченность магнитной ленты и вид сигналограммы при обнаружении дефектов малой, средней и большой глубины соответственно; I – изменение остаточной намагниченности ленты в зоне действия поля рассеяния дефекта; II, III – теоретические и экспериментальные сигналограммы соответственно
Таким образом, из рис. 5.26, II и III видно, что при действии только тангенциальной составляющей внешнего поля,
изменяющего направление на противоположное, вследствие гистерезисных явлений в магнитной ленте сигнал о наличии дефекта при увеличении его глубины может приобрести трансформированный вид или сменить полярность полуволн. Так как остаточная намагниченность ленты в зоне действия поля рассеяния дефекта зависит от величины намагничивающего и (или) размагничивающего поля, величины поля рассеяния дефекта и крутизны магнитной характеристики ленты, то от этих факторов зависит вид сигнала (однополярный, двуполярный, трансформи- рованный), обусловленного дефектом.
Это подтверждается экспериментально при моделировании исследуемого способа магнитографического контроля путем намагничивания контроли-
x M Mr02
∆
Mrd2
m ax
а)
Mrd2
m ax
x M Mr02
M′
rd2
m ax
∆
M′
rd2
m ax
б)
x M Mr02
M′
′
rd2
m
∆
M′
rd2
ma
M′
rd2
min
в)
( )
dxxMddxdHArdp2
′′
≈
τ
M′
rd2min
210
руемой зоны образца полем электромагнита сначала в одном, а затем в противоположном направлении. Для экспериментов использовали образец из стали Ст 3, в котором была профрезерована канавка шириной 0,8 мм, в том числе с монотонно возрастающей глубиной. Образец с уложенной на его поверхность магнитной лентой типа И4732-35 намагничивали перпен- дикулярно направлению распространения несплошности электромагнитом с П-образным сердечником сначала в одном, а затем в противоположном направлении. Запись с ленты считывали на дефектоскопе МДУ-2У [16–18].
Скачать 3.16 Mb.