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.
|
|
Совпадают ли результаты расчета оптимальной индукции в контролируемых сечениях изделия с результатами, получаемыми экспериментально? Следует отметить, что расчетное значение опт В ниже значения, полу- ченного экспериментально, на 10...20 %. Это нужно учитывать в оконча- тельном результате. 5.12. Расчет намагничивающих устройств Что такое магнитное напряжение и как его определяют? Аналогично электрическому напряжению для электрических полей при расчете магнитного поля используют понятие магнитного напряжения (обозначается т U ). Если напряженность магнитного поля одинакова во всех точках данной силовой линии, то магнитное напряжение между двумя точками этой магнитной линии равно произведению напряженности магнитного поля на отрезок длины магнитной линии: т U = Hl. Это может быть, например, протяженность участка между двумя точками одной из кольцевых магнитных силовых линий прямолинейного проводника с током или силовой линии однородного магнитного поля. При определении магнитного напряжения между двумя точками однородного поля, находящимися на расстоянии l друг от друга, но расположенными на разных магнитных линиях, т U = Hl, где Hl – проекция вектора напряженности магнитного поля на отрезок l. В общем случае, когда в различных точках пути l напряженность магнитного поля неодинаковая, т U = l H dl ∫ В отличие от электростатического поля величина U m зависит от выбранного пути между начальной и конечной точками. Как определить магнитное напряжение на участке магнитной цепи длиной l и сечением S? Магнитное напряжение на любом участке магнитной цепи т U = Hl= 0 0 μ μ μ μ m r r B Ф l l ФR S = = , 240 где m R – магнитное сопротивление участка магнитной цепи, 0 μ μ m r l R S = Эта зависимость для расчета магнитной цепи может применяться только при условии, что магнитная проницаемость зависит от напряженности магнитного поля. Что такое магнитодвижущая сила? Иногда в расчетах приходится определять магнитное напряжение по произвольно проведенному в магнитном поле замкнутому контуру. Магнитное напряжение, вычисленное по замкнутому контуру, называется намагни- чивающей, или магнитодвижущей, силой F. То есть l F H dl = ∫ Магнитодвижущая сила характеризует намагничивающее действие электрического тока и измеряется в ампер-витках. Например, для случая намагничивания образца в виде тороида (или кольцеобразного образца) с равно- мерно нанесенной на его поверхность намагничивающей обмоткой имеем 0 , μ μ cр m r l F Iw Ф ФR S = = = где m R – магнитное сопротивление среды, 0 μ μ cр m r l R S = Эта формула является математическим выражением основного закона магнитной цепи. Какие основные законы используют при расчете магнитных цепей? При расчетах магнитных цепей обычно используют первый закон Кирхгофа для магнитной цепи, который вытекает из свойств непрерывности магнитного потока и магнитных силовых линий: алгебраическая сумма магнитных потоков в точке разветвления равна нулю, т. е. 0. i Ф = ∑ Из закона полного тока можно сформулировать второй закон Кирхгофа для магнитной цепи: алгебраическая сумма магнитных напряжений на отдель- ных участках цепи равна алгебраической сумме намагничивающих сил: ( ) . m i i U F Iw = = ∑ ∑ ∑ Приведите методику расчета электромагнита устройства для намагничивания постоянным полем изделий в процессе магнитного контроля. Расчет выполнен по методике, изложенной в [7]. Схема намагничивающего устройства изображена на рис. 5.54, а эквивалентная расчетная – на рис. 5.55. 241 Цель расчета – определить величину намагничивающей силы IW устройства для создания в изделии необходимой индукции. С учетом технических, технологических и экономических требований для магнитных приспособлений могут быть рекомендованы стали Ст 3, 10, 20 и сталь Армко. Толщина полюсов намагничивающего устройства должна быть в 2–3 раза больше толщины стенки намагничиваемого изделия [6, 7]. Если же толщина стенки изделия 1...2 мм, то толщина полюсов – 10...20 мм. Остальные размеры намагничивающего устройства выбирают конструк- тивно, исходя из существующих разработок. Например, расстояние L между полюсами электромагнита – не менее 70 мм, высота h – не менее 100 мм. Расчет выполняют, принимая допущение, что растекание магнитного потока в изделии отсутствует, т. е. размеры проекции устройства на изделие и изделия равны. Из закона Кирхгофа следует, что i i IW H l = ∑ , где i i H l – падение магнитного напряжения на участке магнитной цепи i l . Рассматриваем сумму падений магнитных напряжений в изделии и U , в зазорах y U , в магнитопроводе n U : А А – А L d h b C δ/2 А Рис. 5.54. Расчетная схема электромагнита намагничивающего устройства Рис. 5.55. Эквивалентная электрическая схема электромагнита намагничивающего устройства 242 ( ) ; ; и и и и и и и и U H l H L b d Ф B S S bc = = + + = = (5.8) Строим кривую намагничивания материала изделия (см. рис. 5.52). Используя выражения (5.8), по шести-восьми значениям и H и и B , взятым с кривой намагничивания, строим график зависимости и U = f ( и Ф ), а затем график зависимости y U = f ( и Ф ) в той же системе координат (рис. 5.56). Рис. 5.56. Графики зависимостей магнитных напряжений в зазоре y U и в изделии и U от магнитного потока в изделии и Ф 0 0 и y п Ф U H S = δ = δ µ , (5.9) где 0 H – напряженность поля в зазоре; δ – толщина суммарного зазора. Таким образом, для построения прямой достаточно рассмотреть одно значение и Ф . Затем строится график зависимости магнитного напряжения в магнито- проводе от магнитного потока в нем n U = f ( и Ф ) (рис. 5.57). U U п Ф и 0 Рис. 5.57. Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока в нем U и U y U и Ф U n U n Ф 243 ( ) 2 ; п п п п п п п п U H l H h L Ф B S B cd = = + = = (5.10) Значения В и Н определяют по кривой намагничивания материала магнитопровода. Чтобы пересчитать п U в зависимости от и Ф , запишем уравнение Кирхгофа для точки М эквивалентной электрической схемы (см. рис. 5.55). 0 п и Ф Ф F − − = , (5.11) где F – магнитный поток рассеяния, шунтирующий изделие и пере- ходный участок. Так как отношение потоков и Ф и F обратно пропорционально магнитным сопротивлениям и y R R + и F R , то ; , и y и y и и F F R R R R F F Ф Ф R R + + = = (5.12) где F R – магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами электромагнита, Гн -1 1 F F R G = , (5.13) где F G – проводимость участка между параллельными призмами (полюсами намагничивающего устройства). ( ) 1 0 F F F F F G R h x y − = = µ + , (5.14) где ; F h h d = − 2 2 0,52 ln 1 ; π F C d x L L = + + + F 2 0, 26 ln 1 0,15 0,5 . π C d y C L d L = + + + + 244 Из формул (5.11) и (5.12) 1 п и и y F Ф Ф R R R = + + , (5.15) где F R получаем из выражений (5.13) и (5.14) – оно постоянно; y R также постоянно. 0 y П R S δ = µ ; 0 и и и и и и и и l H l R S B S = = µ µ , где и l – длина средней линии в изделии. Значения и B и и H соответствуют оптимальному режиму намагничивания. Путем пересчета с использованием формулы (5.15) значений п Ф получают график зависимости п U = f ( и Ф ) (рис. 5.58). Затем, суммируя u U , y U и п U , получают график зависимости U Σ = f ( и Ф ) (рис. 5.59). Зная сечение изделия, строят вторую ось и H , т. е. аналогичный график зависимости U Σ = f ( и B ), где и и и Ф B S = U U п Ф и 0 Рис. 5.58. График зависимости магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока в изделии Рис. 5.59. График зависимости суммарного магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока и индукции в изделии U n U u Ф 245 По известному значению оптимальной индукции опт B в контролируемом сечении объекта определяют 1 U = I . W (см. рис. 5.59). Затем с учетом коэффи- циента заполнения з K = 0,4 и площади S окна, занимаемого всеми витками катушки, в сечении, перпендикулярном осям витков ( S составляет прибли- зительно 80 % площади окна, образованного П-образным сердечником и намаг- ничиваемым изделием), определяют число витков обмоточного провода, задаваясь различными его диаметрами 1 d (от 0,5 до 3,5 мм): 2 1 / 4 з SK W d = π Определяют величину тока в катушке по известным значениям намагни- чивающей силы и числу витков: 1 U I W = . При этом следует помнить, что расчет выполнен для случая контроля плоских изделий и не учитывает растекание магнитного потока в изделии. Для намагничивания сварных соединений с выпуклостью шва ток нужно увеличить в 6–8 раз. Должно также выполняться ограничение по плотности тока j ≤ 12 А/мм 2 . Определяют электрическое сопротивление обмотки 2 1 , / 4 ср l W R d ρ = π и потребляемую мощность R I P 2 1 = в каждом случае (здесь ср l – средняя длина витка провода в катушке; ρ – удельное электрическое сопротивление). ср l ≈ 2с + 2d + 2πr, где r = 0,4 (h – d). Если потребляемые мощности одинаковы, т. е. обмотки нагреваются независимо от того, провод какого диаметра использован для намотки катушки, то диаметр провода выбирают, исходя из приемлемого числа витков катушки. Обычно 400 ≤ W ≤ 1600. 246 6. ИНДУКЦИОННЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ Сущность, область применения и особенности метода. Требования к первичным преобразователям. Повышение селективности метода. Типы приборов. 6.1. Сущность, область применения и особенности метода. Требования к первичным преобразователям Какой метод контроля называют индукционным? 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. Для контроля каких объектов применяют индукционные дефектоскопы? Индукционные дефектоскопы применяют в основном для контроля протяженных изделий в виде труб, прутков, осей, валов. Эти объекты должны обеспечивать возможность относительного перемещения преобразователя, ориентированного перпендикулярно его продольной оси и находящегося на минимальном расстоянии от контролируемой поверхности, с высокой скоростью. Во избежание пропуска дефектов должна обеспечиваться также возможность сканирования всей поверхности объекта одноэлементным или многоэлементным преобразователем. Какие виды намагничивания изделий применяют при индукционной дефектоскопии? При индукционной дефектоскопии нашли применение полюсное и циркулярное намагничивание. Вид, способ и схема намагничивания зависят от магнитных характеристик материала объекта контроля, формы и конструктивных особенностей изделия, статистических данных относительно вида, типа, мест расположения и ориентации несплошностей, подлежащих обнаружению, а также от поставленных задач. Контролируют ли изделия индукционным методом на остаточной намагниченности объекта? На остаточной намагниченности контролируют только изделия из магнитожестких материалов (имеющих большие значения остаточной индукции 247 и коэрцитивной силы, т. е. широкую петлю гистерезиса). В этом случае поля рассеяния дефектов имеют достаточно большую величину. Контроль на остаточной намагниченности объекта более удобен в осуществлении, т. к. позволяет разделить контрольные операции и использовать средства малой механизации. При этом наблюдается меньше помех от неоднородности структуры металла, повышенной шероховатости поверхности, рисок и т. д., хотя при этом помехи, вызванные наклепом, могут оказаться соизмеримыми с сигналами, обусловленными дефектами сплошности. За счет чего снижают мощность намагничивающих устройств в индукционной дефектоскопии? Снижение мощности намагничивающих устройств достигается приме- нением для намагничивания переменного тока. При этом вследствие поверхностного эффекта ток протекает только в поверхностном слое объекта, т. е. происходит увеличение плотности тока в той части объекта контроля, в которой необходимо обнаруживать дефекты. Почему ось индукционного преобразователя обычно ориентируют перпендикулярно поверхности контролируемого изделия? При циркулярном намагничивании цилиндрических изделий нормальная составляющая поля дефекта появляется у поверхности объекта только над несплошностью. Если ось преобразователя ориентирована перпендикулярно поверхности изделия, то индукционный преобразователь будет реагировать только на нормальную составляющую поля. Какие требования предъявляют к конструкциям индукционных преобразователей и к их расположению относительно объекта контроля? При удалении от дефекта намагниченного объекта его поле рассеяния убывает очень быстро. Поэтому преобразователь должен иметь малые размеры и располагаться, по возможности, ближе к изделию. Однако с уменьшением размеров преобразователя возникают трудности его изготовления, а также уменьшается ЭДС. Для увеличения чувствительности преобразователей применяют ферромагнитные сердечники, помещаемые в катушку. Однако в этом случае его амплитудная характеристика в области высоких напряженностей магнитных полей становится нелинейной. Какой должен быть шаг сканирования для качественного контроля цилиндрических изделий индукционным методом? При дефектоскопии цилиндрических изделий индукционный преобразо- ватель совершает одновременно поступательное и вращательное движение относительно объекта контроля. Сканирование поверхности осуществляется по 248 винтовой линии. Для исключения пропуска дефектов необходимо, чтобы шаг сканирования не превышал диаметра катушки одноэлементного преобразо- вателя. Это снижает производительность контроля. Для увеличения произво- дительности применяют преобразователи, содержащие несколько катушек (многоэлементные преобразователи), расположенных на прямой вдоль оси изделия или равномерно по периметру изделия. |