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.
|
|
Почему распределение коэффициента диффузного отражения света от пленки r(x) можно использовать для количественной оценки дефектов в ферромагнитных объектах? На рис. 8.1 приведено сравнение полученного расчетным и экспери- ментальным путями [31, 37] распределения коэффициента диффузного отражения света r(х) от пленки в зоне индикаторного рисунка дефекта наружной поверхности ( б), а также экспериментально измеренной в [40] тангенциальной составляющей поля ( в) в зоне этого дефекта (в обоих случаях внешнего поля 0 H = 300 А/см, напряженность поля в металле в зоне дефек- та 90 А/см, толщина пластины s = 8 мм, ширина дефекта 2b = 1,6 мм, глубина h = 3,6 мм). Как видно из рисунка, распределение коэффициента диффузного отражения света от пленки r(x) вдоль направления магнитного поля при намагничивании параллельно контролируемой поверхности объекта изменяется аналогично распределению тангенциальной составляющей напряженности суперпозиции полей вдоль этого же направления. Это позволяет использовать r(x) для количественной оценки дефектов в ферромагнитных объектах (см. рис. 8.1). Как 258 показали исследования, основные закономерности, полученные для тангенциальной составляющей магнитного поля дефекта справедливы и для коэффициента диффузного отражения света от визуализирующей магнитные поля пленки в зоне дефекта. Рис. 8.1. Сравнение распределений расчетного ( а) и экспериментального коэффициента диффузного отражения света r(х) от пленки в зоне индикаторного рисунка дефекта наружной поверхности ( б) [31, 37], а также экспериментально измеренной в [40] тангенциальной составляющей поля ( в) в зоне этого дефекта (режим намагничивания: 0 H = 300 А/см; напряженность поля в металле в зоне дефекта 90 А/см; толщина пластины s = 8 мм; ширина протяженного дефекта 2 b = 1,6 мм; глубина h = 3,6 мм) Что выбрано в качестве информационных параметров глубины залегания дефекта и его величины при магнитной дефектоскопии ферромагнитных объектов с использованием визуализирующей магнитные поля пленки? Характер изменения коэффициента диффузного отражения света от пленки в зоне индикаторного рисунка дефекта имеет вид остроконечного импульса с двумя минимумами. Максимальное значение приращения коэффициента диффузного отражения света при дефектоскопии ферромагнитных объектов коррелирует с глубиной дефекта наружной и внутренней поверхности стенки объекта и диаметром внутреннего дефекта, а расстояние между его миниму- мами – с глубиной залегания внутреннего дефекта. Это позволяет по предварительно построенным экспериментальным зависимостям определить глубину плоских дефектов наружной и внутренней поверхности, а также диаметр и глубину залегания внутреннего дефекта. Таким образом, определены информационные параметры распределения коэффициента диффузного отражения света от пленки в зоне индикаторных рисунков дефектов – расстояние l между минимумами r(x) и его максимальное приращение m r , позволяющие установить глубину залегания дефектов и их величину соответственно [31, 37, 39]. 259 Какие условия нужно создать для достижения высокой достоверности дефектоскопии ферромагнитных объектов методом визуализирующей магнитные поля пленки? Для достижения высокой достоверности магнитного контроля при использовании в качестве носителя информации визуализирующей магнитные поля пленки необходимо обеспечить: режим намагничивания, не допускающий намагничивания пленки в зоне дефекта выше ее магнитного насыщения; освещение пленки пучком параллельных лучей зеленого цвета; угол наблю- дения, не превышающий ±40° к нормали к поверхности пленки; фотографиро- вание в приложенном поле изображений индикаторных рисунков дефектов при постоянной чувствительности матрицы цифровой камеры не ранее 2 с после включения намагничивающего тока в катушке электромагнита с исключением посторонних источников прямого и отраженного светового излучения; получение изображений индикаторных рисунков дефектов при разной глубине их залегания; построение графиков зависимостей расстояния между минимумами коэффициента диффузного отражения света от пленки r(x) в зоне индикаторного рисунка дефекта и его приращения ∆ r соответственно от глубины залегания дефекта и его величины. Следует помнить, что границы области удовлетворительной выявляемости дефектов в изделии зависят от режима намагничивания, величины дефекта, расстояния между полюсами электромагнита, а также от того, находятся электромагнит и пленка с одной или с разных сторон стенки объекта. Каковы достоинства визуализирующей магнитные поля пленки при дефектоскопии ферромагнитных объектов? Визуализирующая магнитные поля пленка позволяет осуществлять дефектоскопию ферромагнитных объектов с грубой поверхностью, например стального литья без предварительной механической подготовки поверхности, определять глубину залегания и величину дефекта в объектах с толщиной стенки до 30 мм. Это объясняется тем, что пленка чувствительна как к тангенциальной, так и к нормальной составляющей магнитного поля. Достоинством является наглядность, возможность наблюдения индикаторных рисунков дефектов одновременно на больших площадях и их количественной оценки. Что собой представляют индикаторные рисунки дефектов на визуализирующей магнитные поля пленке? На рис. 8.2 изображены индикаторные рисунки на пленке разноориен- тированных трещин в объекте при контроле способом остаточной намагниченности ( а) и способом приложенного поля (б). Намагничивание диска из стали 65Г в первом случае осуществляли перемещаемым постоянным 260 магнитом до укладки пленки на его поверхность, во втором – через уложенную на образец пленку. а ) б ) Рис. 8.2. Индикаторный рисунок поверхностных трещин на диске: а – при контроле на остаточной намагниченности; б – в приложенном поле перемещаемого над пленкой постоянного магнита На рис. 8.3 приведены индикаторные рисунки шлаковых включений размером 3,2; 4 и 4,8 мм, находящихся в образце толщиной 12 мм на глуби- не 6 мм от поверхности [31, 38]. Рис. 8.3. Индикаторные рисунки шлаковых включений размером 3,2; 4 и 4,8 мм, находящихся в образце толщиной 12 мм на глубине 6 мм от поверхности Какое устройство используют для определения глубины залегания и величины дефекта в объекте? Для определения глубины залегания и величины дефекта используют устройство, изображенное на рис. 8.4. Устройство содержит постоянный магнит или запитанный от источника постоянного тока электромагнит 1 с П-образным сердечником, на котором располагается контролируемый обра- зец 2 с уложенной на его поверхность магнитной пленкой 3, визуализирующей магнитные поля, оптическую систему, выполненную с возможностью 261 формирования и направления на пленку параллельных пучков светового излучения заданного цвета (светодиод 4, его источник питания 5, светофильтр 6 и конденсор 7, помещенные в корпус 8). Рис. 8.4. Устройство для определения величины и глубины залегания дефекта в объекте Кроме того, оно содержит устройство обработки изображений 9, созданных цифровой камерой 10, выполненное с возможностью вычисления коэффициента отражения пленки, соответствующего каждому пикселю каждого изображения, и определения глубины залегания и величины дефектов в объекте с учетом результатов указанного вычисления [31, 35]. На рис. 8.4 показано падающее 11 и отраженное от пленки 12 световое излучение. Опишите способ измерения величины и глубины залегания дефекта в ферромагнитном объекте с помощью визуализирующей магнитные поля пленки. Чтобы определить глубину залегания дефекта и его величину в объекте, на контролируемый объект укладывают визуализирующую магнитные поля пленку, намагничивают ее вместе с объектом постоянным магнитным полем, освещают магнитную пленку параллельным пучком светового излучения заданного цвета, фиксируют с помощью цифровой камеры сформировавшиеся на пленке индикаторные рисунки дефектов в объекте, копируют полученные цифровые изображения на носитель информации, далее попиксельно определяют на каждом из них значения интенсивности указанного цвета, пропорциональные по величине отраженному от магнитной пленки световому излучению, затем определяют для каждого изображения значения интен- 262 сивности падающего на пленку светового излучения, вычисляют соответст- вующий каждому указанному пикселю коэффициент отражения магнитной пленки r, строят для каждого изображения график зависимости r(x) указанного коэффициента отражения от расстояния x, отсчитываемого от плоскости симметрии индикаторного рисунка дефекта в поперечном направлении, выводят его на монитор в виде характеризующего дефект остроконечного импульса, измеряют расстояние l между минимумами этого импульса и находят глуби- ну 0 з h залегания дефекта в объекте по заранее построенному графику зависимости указанной глубины залегания от l,а затем измеряют максимальное приращение m r указанного коэффициента отражения в пределах указанного импульса и находят величину d дефекта по графику зависимости d( m r ), соответствующему найденной величине 0 з h и выбранному из семейства заранее построенных аналогичных графиков, каждый из которых соответствует своей глубине залегания дефекта в объекте [31, 35]. Какова разрешающая способность магнитной дефектоскопии с использованием визуализирующей магнитные поля пленки? Установлено, что дефекты наружной поверхности по отношению к визуа- лизирующей пленке можно различить, когда они находятся на минимальном расстоянии друг от друга. С увеличением глубины залегания дефекта разрешающая способность метода контроля падает. Разрешающая способность метода при обнаружении дефектов внутренней поверхности по отношению к уложенной на поверхность образца визуализирующей пленке уменьшается при увеличении толщины стенки образца. Так, минимальное расстояние между двумя уверенно различаемыми протяженными дефектами внутренней поверхности составляет от 1,5 до 2 мм в образцах толщиной 6, 8 и 10 мм соответственно [31, 37]. Для исследований использовали образцы с протяженными искусственными дефектами шириной 0,2 мм, выполненными электроэрозионным методом. Прорези пересекали друг друга под углом 5°. Определяли, при каком минимальном расстоянии между канавками они различались отдельно. Изобразите индикаторный рисунок дефекта на визуализирующей магнитные поля пленке и соответствующий график зависимости коэффициента диффузного отражения света от пленки поперек дефекта. На рис. 8.5 изображен индикаторный рисунок дефекта ( а) и соответст- вующая ему экспериментально полученная зависимость распределения коэффициента диффузного отражения света пленки ( б) от расстояния поперек плоского дефекта внутренней поверхности пластины толщиной 6 мм. Ширина протяженного дефекта – 1,5 мм, глубина – 3 мм [31, 37, 39] 263 Рис. 8.5. Изображение индикаторного рисунка дефекта ( а) и соответствующей ему зависимости распределения коэффициента диффузного отражения света пленки ( б) от расстояния поперек плоского дефекта внутренней поверхности пластины толщиной 6 мм: ширина дефекта – 1,5 мм, глубина – 3 мм 264 9. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ 9.1. Лабораторная работа № 1. Построение основной кривой намагничивания материала Цель работы: приобрести практические навыки измерений и усвоить методику определения основной кривой намагничивания вещества. 9.1.1. Основные теоретические положения Основная кривая намагничивания (индукции) – кривая, представляющая собой геометрическое место вершин симметричных петель магнитного гистерезиса, которые получаются при последовательно возрастающих макси- мальных значениях напряженности магнитного поля. Каждая точка основной кривой намагничивания фиксируется после многократного коммутирования намагничивающего тока для получения установившегося цикла. Комму- тационная (основная) кривая намагничивания является исходной для получения таких характеристик ферромагнитных материалов, как начальная, дифферен- циальная, максимальная магнитная проницаемость и др. Методика выполнения измерений при определении основной кривой намагничивания материалов с коэрцитивной силой до 4 кА/м регламентируется ГОСТ 8.377–80. Измерения выполняют на образцах кольцеобразной формы с отношением наружного диаметра к его внутреннему диаметру не более 1,3. На кольцевые образцы должны быть нанесены изолированным медным проводом две обмотки: измерительная и намагничивающая. Обмотки друг от друга и образец от обмоток изолируют лентой из изоляционного материала (лакоткань и т. д.). Число витков измерительной обмотки выбирают в соответствии с чувствительностью баллистического гальванометра или веберметра таким, чтобы при измерении минимальной магнитной индукции на основной кривой намагничивания относительная погрешность отсчета на баллистическом гальванометре была не более 0,5 % (отклонение указателя аналогового веберметра находилось бы во второй половине шкалы). Отводимые от обмотки провода должны быть перевиты. Намагничивающая обмотка должна быть расположена равномерно по длине окружности образца поверх измерительной обмотки. Число витков 1 W намагничивающей обмотки вычисляют по формуле 1 ( ) , 2 H B H D D W I (9.1) 265 где H – максимальное значение напряженности поля, которое требуется создать в образце, А/м; I – максимальный ток, не вызывающий нагревания обмотки и, как следствие, нагревания образца. Кольцевые образцы размагничивают перед экспериментами посредством перемагничивания их в переменном поле с амплитудой, равномерно убывающей от определенного максимального значения. Максимальная амплитуда размагничивающего поля должна превышать коэрцитивную силу материала образца не менее чем в 50 раз для сплавов по ГОСТ 10160–75 и не менее чем в 10 раз для остальных материалов. Конечная амплитуда, при которой разрывается цепь размагничивающего тока, должна быть не более 0,1 А/м для сплавов по ГОСТ 10160–75 и не более 0,005 c H для остальных материалов. Основную кривую намагничивания определяют начиная с наименьшего требуемого значения напряженности поля, постепенно переходя к большим значениям. Не допускается возврат от больших значений к меньшим. Приборы и оборудование 1. Микровольтампервеберметр с дополнительным пультом управления. 2. Кольцевой образец из стали. 3. Обмоточный медный провод диаметром 0,5 мм длиной 7 м и диамет- ром 0,2 мм длиной 1,5 м. 4. Изоляционная лента или лакоткань. 5. Штангенциркуль. 6. Кусачки. 7. Шкурка для зачистки проводов. 8. Челнок. Порядок выполнения работы 1. Подготовка образцов. Подготовку образцов произвести следующим образом: – измерить параметры исследуемого размагниченного кольцевого образца: h – толщину образца; н D – наружный диаметр; в D – внутренний диаметр; – нанести на поверхность кольцевого образца слой изоляции. Повторить замеры параметров согласно предыдущему пункту; – нанести на изолированный образец два витка ( 2 W = 2) изолированного медного провода диаметром d = 0,2 мм. Отводимые от образца провода свить, концы проводов зачистить; – определить требуемое число витков намагничивающей обмотки 2 W по формуле (9.1) для случая H = 50 А/см, I = 6 А; 266 – витки измерительной обмотки, нанесенные на образец, покрыть изолентой. Нанести равномерно по всей поверхности кольцевого образца намагничивающую обмотку. Отводимые от образца провода свить, концы проводов очистить от лака. 2. Выполнение измерений. Измерения провести в следующем порядке: – собрать установку для измерения статических магнитных характеристик материалов (см. принципиальную электрическую схему на пульте управления); – подключить измерительную обмотку к соответствующим клеммам микровольтампервеберметра типа Ф18. Перевести переключатель прибора на предел измерения магнитного потока. Проверить установку нуля прибора, для этого перевести соответствующий тумблер в положение «нуль». В случае, если стрелка прибора начнет «сползать», включить тумблер «сухой элемент» и с помощью реостатов «грубо» и «точно» остановить стрелку. Замечание. Если контактные концы измерительной катушки плохо зачищены или имеется обрыв провода, то стрелка прибора будет занимать крайнее положение; – при включенном тумблере 2 S произвести 10...12 коммутационных переключений тока, включить тумблер 3 S , тумблер на панели прибора перевести в положение «измерение». Переключателем 2 S изменить направление протекания тока и произвести отсчет по шкале прибора (стрелка прибора должна отклоняться вправо); – увеличить ток в намагничивающей катушке на 0,5 А, повто- рить измерения. Замечание. Для расчетов необходимо использовать величину намагни- чивающего тока по показаниям амперметра в момент измерения магнитного потока; – определить напряженность поля, создаваемого намагничивающей катушкой, по формуле 1 1 2 ср W I H R , (9.2) где 1 W – число витков первичной (намагничивающей) катушки; I – ток в намагничивающей катушке, А; ср R – средний радиус кольцевого образца, 4 н в ср D D R ; – определить величину индукции в образце при соответствующих значениях тока по формуле 267 |