3.2. Направление намагничивания объекта контроля
Чувствительность магнитного метода дефектоскопии существенно зависит от угла ά между направлениями намагничивания и распространения трещины на детали (объекта).
Если угол ά между направлением намагничивания и направлением трещины равен:
80...90°, то обеспечивается максимальная чувствительность метода;
30...80°, то гарантируется выявляемость дефектов;
10...30°, то выявление трещин не гарантируется;
0...10°, то трещины не выявляются.
При угле между направлением трещины и направлением намагничивания, равном 0...10°, трещина выявляется, если она имеет зигзагообразный вид.
При угле ά < 30° можно обеспечить высокую чувствительность контроля при условии соответствующего увеличения напряженности намагничивающего поля.
Вектор напряженности намагничивающего поля Hр можно разложить на составляющие Н1 и H2 (Рис. 5). Составляющая H2 на формирование поля дефекта оказывает незначительное влияние. Поле рассеяния формируется под действием составляющей H1, поэтому для обеспечения высокой чувствительности контроля при уменьшении угла ά необходимо сохранить заданное значение составляющей H1 путем увеличения намагничивающего поля Hр. При этом вектор Hр равен заданному значению H1, умноженному на sinά. Так, например, если заданное значение Н1 = 300А/м, то при ά = 10° Hр
= 1740А/м.
|
H2 |
|
|
α |
Hp |
H |
|
|
|
|
|
|
|
H1 |
2
1
Рис. 5 Схема разложения вектора намагничивающего поля на две составляющих
H1 - вектор, направленный перпендикулярно к трещине; H2 - вектор, направленный по трещине; Н - напряженность намагничивающего поля; Hр - напряженность намагничивающего поля с учетом коэффициента размагничивания
11
3.3.Магнитные преобразователи
Вподавляющем большинстве случаев при магнитном контроле приходится иметь дело с измерением или индикацией магнитных полей вблизи поверхности изделий. Для этого применяют различные магнитные преобразователи, из которых наиболее широкое распространение получили индукционные, феррозондовые, холловские и магниторезистивные. В магнитопорошковых и магнитографических установках применяют различные порошки и ленты.
Пассивный индукционный преобразователь представляет собой катушку (контур) с определенным числом витков. В соответствии со знаком электромагнитной индукции на концах катушки возникает мгновенная электродвижущая сила (ЭДС).
Феррозондовые преобразователи - устройства для измерения напряженности магнитного поля, действие которых основано на нелинейности кривых намагничивания сердечников из магнитных материалов. Простейший феррозонд состоит из сердечника с двумя обмотками - возбуждения и индикаторной обмотки.
Вмагниторезисторах используется эффект Гаусса, суть которого заключается в изменении сопротивления проводника или полупроводника с электрическим током при внесении их в магнитное поле. Магниторезисторы изготовляют из материалов с высокой чувствительностью к эффекту Гаусса; к ним относятся антимония индия (InSb), арсенид индия (InAs), эвтектические сплавы типа InSb-NiSb и InSb-GaSb, а также германий (Gе), теллурий (HgTe) и селенид ртути (HgSe).
Магнитные порошки служат для визуального определения магнитных полей рассеяния над дефектами в магнитопорошковой дефектоскопии.
Магнитные индикаторы - это магнитные суспензии, порошки, полимеризующиеся смеси, применяемые для регистрации магнитных полей рассеяния над дефектами при магнитопорошковом контроле.
3.4.Преобразователь Холла
Преобразователь Холла работает по принципу возникновения ЭДС в результате искривления пути носителей тока в металлах и полупроводниках, находящихся в магнитном поле под действием силы Лоренца (Рис. 6). Схема показывает направление приложенного тока I, индукции магнитного поля Вz и ЭДС напряжения Uy в преобразователе Холла.
Напряжение (В) на выходе преобразователя Uy при поперечном эффекте Холла:
12
Uy RhH I Bz ,
RH - постоянная Холла, Ом·м/Тл; h - толщина холловской пластины, м;
I - управляющий ток преобразователя Холла, Bz , - магнитная индукция, Тл.
Bz
A
I
Uy
B
Рис. 6. Схема работы преобразователя Холла
Промышленность серийно выпускает кремниевые, германиевые и арсе- нид-галлиевые преобразователи Холла.
Коэффициент передачи преобразователей Холла при полях с индукцией меньше 0.1 Тл изменяется по квадратичному закону. В области > 1,0 Тл коэффициент передачи увеличивается незначительно (наступает насыщение).
Магниторезисторы имеют более высокий коэффициент передачи в полях с индукцией выше 0,2 Тл, поэтому ими следует пользоваться при измерении сильных магнитных полей. Чувствительность по напряжению магниторезисторов к слабым магнитным полям меньше, чем у преобразователей Холла.
3.5. Упрощенный способ расчета магнитной цепи
При расчете магнитных полей различных систем удобно пользоваться понятием магнитная цепь. Это – область пространства, электромагнитные процессы в которой можно описать при помощи понятия магнитодвижущей силы (м. д. с.), магнитного потока, и разности скалярных магнитных потенциалов. Понятие магнитная цепь соответствует понятию «электрическая цепь» постоянного тока, причем м. д. с. и разность скалярных магнитных
13
потенциалов являются аналогами электродвижущей силы (э. д. с.) и разности электрических потенциалов (падения напряжения). Магнитный поток – аналог электрического тока. Вводится также понятие магнитного сопротивления.
Магнитные цепи представляют в виде эквивалентных электрических схем, или схем замещения. Для простейшей магнитной цепи (Рис. 4), состоящей из магнитопровода с магнитным сопротивлением R1 l1/ 0S1, кон-
тролируемого образца с магнитным сопротивлением R2 l2 / 0S2 и источ-
ника магнитного поля WI магнитный поток можно считать постоянным (не учитываются другие особенности магнитной цепи лабораторной установки). Закон Ома для такой цепи примет вид:
WI Ф(R1 R2) Ф(l1/ 0 S1 l2 / 0 S2)
где W - количество витков намагничивающей обмотки; I - ток намагничивающей обмотки; Ф - магнитный поток; l1, l2 - длина магнитной цепи магнитопровода и образца; S1, S2 - сечение магнитопровода и образца
По аналогии с электрическими цепями произведение ФR называют падением магнитного напряжения, или разностью скалярных магнитных потенциалов на участке цени. Для сложных разветвленных магнитных цепей используют законы Кирхгофа.
R1
WI
R2
Рис. 7. Схема замещения магнитной цепи лабораторной установки
При известной заданной магнитной проницаемости магнетиков, входящих в магнитную цепь, расчет цепи производится аналитически. Если же магнетики представлены нелинейными характеристиками – кривыми намагничивания B(H ) , то расчет, как правило, производится графоаналитическим
способом с привлечением кривых намагничивания в координатах «поток – м. д. с.». Последние получают из характеристик B(H ) путем умножения
значений индукции на площадь поперечного сечения S участка цепи, а напряженности H - на длину участка l .
14