Магнитный контроль

В магнитном контроле, как и в любом другом виде, задача состоит, чтобы рассказать существуют ли дефекты или нет.

Дефект – это каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией.

Дефекты делятся на:

1. Устранимые (возвращение на стадию до переработки)

2. Не устранимые (должны изыматься из использования)

3. Явные (ВИК)

а) Критические

б) значительные

в) малозначительные

4. Скрытые

а) Критические

б) значительные

в) малозначительные

ВИК – визуальные измерительный контроль

Любой вид контроля должны проводить обученные специалисты.

Гост ПБ-03-440-03 (правила безопасности)

Гост ПБ-03-372-02 (правила безопасности для лабораторий)

Гост РД-03-606-03 (рабочая документация)

Критические дефекты – это те дефекты, которые приведут деталь к выходу из строя. Контроль должен быть сплошной и неоднократный.

Значительные дефекты – необходим сплошной контроль, выборочный контроль возможен, если поломка (значение риска) не опасны для потребителя.

Малозначительные дефекты - не влияют на качество работы объекта (выборочный контроль)(либо неответственная деталь – выход из строя не повлияют на ход работы)

Этапы возникновения.

1. Конструктивные – из-за несоответствия требованиям технического задания.

2. Производственный этап – нарушение технологического процесса – должен контролироваться на стадии производства (литьё, химическая, механическая, термообработки)

3. Эксплуатационные:

а) Износ – изменение геометрии в следствии (например) трения.

б) Коррозия – наиболее распространенный

в) Усталостное разрушение

г) Неправильная эксплуатация

Общая характеристика средств неразрушающего контроля.

Измерительные и индикаторные устройства, где используют взаимодействие физических полей либо веществ с объектом.

Гост 18353-79

Виды контроля:

1. МК – магнитный контроль

2. АК – Акустический контроль

3. КПВ – контроль проникающими веществами

4. ВК – вихретоковый контроль

5. радиоволновой

6. ТК – тепловой контроль

7. ОК – оптический контроль

8. РК – рентгеновский + радиационный контроль

Магнитный контроль – можно осуществлять если хотя бы какая то часть состоит из магнитного материала. Находит дефекты до 2 мкм (при шероховатости поверхности 2.5мкм).

Акустический контроль – лучше для глубинных дефектов

Основные задачи МНК.

1. Дефектоскопия (нахождение дефектов несплошностей)

Всегда в МК обнаружение дефектов типа несплошностей по регистрации полей рассеяния. Мы регистрируем силовую линию, вышедшую за пределы ОК. Оценивая эти поля рассеяния, мы и обнаруживаем дефекты.

2. Структуроскопия

Структураскопия основана на экспериментально определяемой корреляции связи между магнитными параметрами и физико-механическими.(твердость, химический состав, режимы термообработки)

3. Толщинометрия

Измеряет толщину ферромагнитного листа например.

Основные физические величины:

1. Магнитный момент. Элементарные токи. Ток создает элемент магнитного момента. M=IS

2. Намагниченность

Где внешняя восприимчивость.

3. Магнитная индукция.

4. Магнитная проницаемость

С точки зрения магнитных свойств все вещества делятся на 3 типа:

1) Парамагнетики – намагниченность совпадает по направлению с

Paramagnetic materials

χ>0 χ≈10^-5

Al; Na; Ti;…

Al: μ_r = 1+χ=1.000021

2) Диамагнетики – при помещении в магнитное поле , направление противоположно

Для технического приложения (МНК) – эти вещества немагнитные, т.е. нельзя применять МНК и у них.

Diamagnetic materials

χ<0 χ≈10^-5

Cu; Zn; Ag;…

Cu: μ_r = 1+χ=0.999991

3) Ферромагнетики- те вещества, у которых магнитная восприимчивость , следовательно при помещении образца во внешнее поле, намагниченность направления в том же направлении и намагниченность большая. принимает значения до , а материал, который используется в конструкции – эта величина до . Материалы: Fe, Ni, Co. Чаще всего используют конструкционные стали. Сплавы этих материалов с другими тоже являются ферромагнитными. Гадилиний тоже относится, но он редкоземельный и он не при всех температурах работает.

Для ферромагнитных материалов μ_r≈100÷100 000

Для низкоуглеродистых сталей μ_r обычно 1000÷2000

Доменная структура ферромагнитных материалов. Кривая намагничивания и петли гистерезиса.

Главное особенностью является не линейность характеристики B от Н.

Здесь выделяется несколько характерных областей. Полностью размагничиваем все магнитные моменты компенсируют друг друга. Далее: Ферромагнит помещаем во внешнее магнитное поле. Домены в материале находятся под влиянием механических и магнитных сил связи с другими доменами. Материал размагничен, следовательно магнитный момент скомпенсирован.

I – магнитный момент который близок к направлению магнитного поля начинает увеличиваться.

I-II – линейная область

II – релеевская область

- постоянная релея

В первых двух областях изменяется только магнитный момент доменов. Когда любые домены параллельны полю, часть увеличивается, а часть уменьшается, но почти все увеличиваются. Когда максимальное, В увеличивается за счет внешнего магнитного поля и оканчивается переориентацией доменов.

V) Намагниченность почти не возрастает. В возрастает только за счет внешнего МП.

Начинаем уменьшать внешнее МП. Намагниченные домены ведут себя как частицы, между которыми существуют силы трения и тогда получается, что при уменьшении зависимость В от Н не идет по этой же линии гистерезиса.

Домены не поворачиваются сразу же в другое положение , поэтому Н принимает значение противоположного значение, что полностью размагничивает материал (Ф=0)

остаточная магнитная индукция.

Нс – коэрцитивная сила (Напряженность поля, в котором Н поместили в ф/м, чтоб магнитная индукция (средняя по сечению)=0)

Вх – индукция насыщения. Строго не фиксируется, это техническое насыщение. Техническое насыщение достигнуто, если при увеличении внешнего намагничивания поля и его последующем снятии изменяется не более чем на 3-5%.

Применение МК для контроля твердости (сталей).

Если сталь твердая в механическом отношении: кристаллы (домены) плотно упакованы в ней, их трудно переориентировать, следовательно Нс большая. На этом основан магнитный контроль твердости. Коэрцитиметрия (измерение Нс). Оценка магнитного влияния внутренних механических направлений.

Магнитная стабилизация.

Чтобы размагнитить, можно довести до точки Кюри, но для задач МНК это неприменимо.

Некоторые домены повернуты, а не повернуты те, у которых сила трения была очень большой.

Для материалов из конструкционных сталей считается, что 3х перемагничивающих циклов достаточно для стабилизации. Используют при контроле канатов, магнитный порошок (с использованием постоянных магнитов), дефектоскопия и контроль трубопроводов.

Определение магнитных характеристик ферромагнитных материалов.

1. Цели определения магнитных характеристик в магнитном контроле.

а) Исследование магнитных свойств материалов

б) Произодственный контроль параметров материалов (на изготовление любого материала из ферромагнитных сталей используют сталь из заводов, где идет анализ свойств и определение магнитной характеристики) и определяют контроле пригодность.

в) Производственный контроль изделий. Измеряя магнитные свойства определяем механические свойства.

г) Контроль магнитных свойств изделий при эксплуатации детали. Исследование того, насколько меняются свойства деталей в результате эксплуатаций.

2) Классификация этапов определения магнитных характеристик.

a) Условие перемагничивания объекта

- в замкнутой магнитной цепи

- в разомкнутой магнитной цепи (обязателен учет коэффициента размагничивания)

б) Способ изменения внешнего магнитного поля

(изменения зависимости Н(t))

3) Способ измерения В и Н.

(способ преобразования измеряемых величин в сигнал на регистрирующее устройство)

4) Способ регистрации полученных результатов.

Если бы объект бесконечно протяженный, то в нем бы действовало , но он конечный, поэтому стал другим. (они все коллинеарны)

Для объекта это свойство материала. Фактически мы не можем померить.

Практически Hi внутри померить нельзя, мы определяем , - оно известно, его и создаем.

Вводится понятие коэффициента размагничивания – во сколько раз уменьшится . Этот коэффициент рассчитывается строго аналитически для материала в форме шара (или эллипсоида). Для всех остальных приходится использовать приближенные формулы.

Способы задания внешнего поля. (2 основных и 3-ий комбинированный)

1. С импульсным изменением внешнего поля.

Простой способ задания и хорошо отработана система

Вертикальная часть ступеньки – это недостаток, т.к. возникают вихревые токи.

Этот метод очень часто применяют.

, т.е. будет погрешность.

2. С непрерывно медленно изменяющимся внешним полем.

Достоинства: нет погрешности от вихревых токов.

Недостатки: трудные условия для измерения (только индуктивными преобразователями).

3. Комбинированное перемагничивание.

Состоит из 2х этапов: 1) Импульсное намагничивание до насыщения

2. плавное непрерывное перемагничивание

Существует перемагничивание постоянным и переменным полем. У переменного поля будут вихревые токи, и будет возникать погрешность. С использованием баллистического метода (для точного определения магнитных характеристик) очень грамодский и сложный, однако очень точный.

Лекция 4

Форма объекта исследования.

1. В виде кольца

. Есть симметрия и нет погрешности эксперимента. Недостатком является разное Н1 и Н2, если свойства материала были бы линейны, то проблемы бы не было. Если материал изотропный и однородный, то проблем не будет. В качестве материалов используются химически чистые вещества, сплавы после закалки и прокатки.

2. Длинный образец

. Если достаточно велико, то влияние размагничивающих факторов становится достаточно мало. . Если материал не изотропный, тогда часто применяют, но, вообще-то говоря, очень редко используют этот метод.

3. Использование магнитопровода.

Используют конструкционной и электротехнической сталей. , где - погрешность. Нмп можем найти зная индукцию.

Образец не сложен в изготовлении, может быть применен для анизотропных образцов.

Самым главным источником погрешности является немагнитный зазор. На нем происходят основные потери.

ФЕРРОГРАФ

КАРТИНКА

n- число витков.

Образец надо брать тонким. На осциллографе – динамическая петля гистерезиса, на переменном токе – вихревые токи, которые вносят погрешности и петля становится более широкая и зависит от частоты.

Глубина проникновения . Таким образом сечение должно быть миллиметровым.

Электрическая схема баллистической установки.

КАРТИНКА

С помощью R1 можем менять напряженность поля Н. Установили некоторую напряженность, размыкаем К и смещаемся по петле.

С помощью А2 узнаем точку, куда попадаем. А по петле Н пройти, чтоб магнитная стабилизация с помощью П1 произошла.

Ключ нужен, чтобы попасть в нужную точку.

БГ – баллистический гальванометр. при - может меняться, т.е. необходимо откалибровать, т.е. получить значение баллистической постоянной. Если ток по первой обмотке не проходит, то вторая обмотка просто вносит дополнительное сопротивление. А когда импульс тока по первой обмотке – то с помощью М можно определить наводимую ЭДС в значении - и определить баллистическую постоянную. КЗ БГ – это чтобы на 0 его установить. БГ не имеет противодействующего момента в своей подвижной системе. Если нет тормозящего момента, то подобно маятнику будет раскачиваться достаточно долго. Чтобы ускорить этот процесс, внешнюю цепь закорачивают.

ЭТАПЫ:

1. Предварительное размагничивание образца.

А) смотрим марку материала и в справочнике ориентировочно определяем значение Hs (чтобы определить диапазон)

Б) отключаем БГ (иначе он будет дергаться при размагничивании и может сгореть)

В) П2 включаем на образец

Г) П1 установили в к-л положение, т.е. вправо.

Д) К замыкаем

Е) по А1 установили ток, соответствующий значению Hs или больше. (через закон полного тока)

Ж) размагничиваем.

На переменном токе размагничивается только поверхностный слой с глубиной не превышающий глубину поглащения.

2. Устанавливаем требуемое значение тока (т.е. напряженности поля в образце)

3. Как только ток меняем, необходимо проводить стабилизацию.

4. Подключаем БГ (к измерительной обмотке, там нет тока пока)

Где -первый отброс стрелки.

5. Отсчет показаний БГ

6. Увеличиваем ток и, начиная с пункта 3, все повторяется.

БГ показывает Обязательно должно выполняться условие

Включили на первую обмотку, в ней наводятся ЭДС.

Проинтегрируем данное выражение , получаем, что . М известно, отклонение пропорционально импульсу тока. Определяем для этой цепи. (который определяет БГ)

Погрешности измерения:

1. Погрешность определения магнитной индукции.

2. Погрешность определения

3. Погрешность определения напряженности.

Суммарная погрешность установки: погрешность определения кривой B(H)=6-8%

Если объект находится между полюсов или в соленоиде, то

Существуют переменные ЭМП: ВТ пока малы, , тогда 1сл) Переменное поле (нет постоянного) Н мала, укладывается в начальный линейный участок. Здесь надо определить , т.к. участок практически линеен. 2сл) Переменное и постоянное поле (с помощью ПМ не создается, а с помощью соленоида создается) . а) Если велико настолько, что в пределах синусоиды нелинейность существенна, то получается гармонический ряд. - метод высших гармоник.

б) мало, тогда участок почти линеен, можно использовать метод суперпозиции.

в) Есть ВТ, будем иметь следующее , тогда

- это у нас получается Эллипс. Соответственно чем больше будет частота, тем больше будет влияние эллипса.

Постоянная составляющая никак не скажется на ВТ датчике, только упадет значение

1. Магнитный порошок (МП).

В чистом виде не является преобразователем. Способ получения информации: визуализация магнитных полей рассеяния. 80% всего магнитного контроля осуществляется с помощью МП.

2) Магнитография (МГ)

Используют для визуализации магнитных полей рассеяния над дефектом. Доступен для последовательной обработки и остается документ испытания.

3) Феррозондовые преобразователи – устройство, которое преобразует Н в электрический сигнал. Обладает высокой чувствительностью (Самой лучшей из всех) при применении в НК.

4) Гальваномагнитные преобразователи (ГМ). Это фактически есть ПХ- преобразователи Холла. В основном применяют в толщинометрии (чувствительность не очень высокая)

5) Индукционные преобразователи (И) – физически – это катушка. Применяют в дефектоскопии чаще, чем в чем то другом).

6) Пондеромоторный (ПМ)

Используется эффект возникновения сил в ЭМП. Применяют для толщинометрии.

7) Магниторезистивный (МР) – преобразует В и Н в величину электрического сопротивления. Применяют редко из-за низкой чувствительности, однако этот метод не требует отдельного источника питания по сравнению с ПХ.

8) Магнитооптический (МО) – преобразует поле в видимое изображение. (Очень высокая чувствительность и высокая разрешающая способность)

Индукционный преобразователь

Этот индукционный преобразователь дает усредненное значение по сечению

Если возбуждающий ток синусоидальный, то имеет смысл использовать индукционный преобразователь. А если ток равен

1А – это сразу говорит о том, что индукционный преобразователь не подходит, т.к.

С постоянным током нельзя использовать индукционный преобразователь.

Чем выше гармоники, тем выше амплитуда на выходе и погрешность будет нарастать.

От изменения температуры будет меняться площадь сечения.

= конструктивные, внешние условия, с какой точностью задается параметр. Индукционный преобразователь работает в режиме ХХ.