Магнитопорошковая дефектоскопия Магнитопорошковый метод позволяет контролировать полуфабрикаты изд

Работа добавлена на сайт samzan.net:

2.5.2. Магнитопорошковая дефектоскопия

Магнитопорошковый метод позволяет контролировать полуфабрикаты ,изделия, сварные соединения и наплавки любых размеров и форм, изготовленные из ферромагнитных материалов с относительной магнитной проницаемостью не менее 40 (ГОСТ 21105–87). Чувствительность магнитопорошкового метода определяется следующими характеристиками:

магнитной индукцией насыщения Bs;

остаточной магнитной индукцией Br;

коэрцитивной силой Hc;

шероховатостью поверхности объекта контроля;

формой и размером объекта контроля;

напряженностью намагничивающего поля;

толщиной немагнитных покрытий;

формой, размером и ориентацией дефекта;

ориентацией намагничивающего поля по отношению к плоскости

дефекта;

качеством дефектоскопических средств;

освещенностью поверхности объекта.

В зависимости от размеров выявляемых поверхностных несплошностей устанавливаются три условных уровня чувствительности, определяемых минимальной шириной раскрытия и протяженностью условного дефекта. При этом под условным дефектом понимается поверхностный дефект в форме плоской щели с параллельными стенками, ориентированный перпендикулярно к контролируемой поверхности и направлению магнитного поля. Условные уровни чувствительности (по ГОСТ 21105-87) приведены ниже (табл. 2.3)

Таблица 2.3

Условный уровень чувствительности	Ширина раскрытия дефекта, мкм	Протяженность дефекта, мм	Шероховатость поверхности, мкм
А	2,0	0,5	Rа 2.5
Б	10,0	0,5	Rа 10,0
В	25,0	0,5	Rа 10,0

Следует заметить, что требуемого уровня чувствительности можно достичь лишь в том случае, когда поверхность детали обработана с шероховатостью не хуже чем та, которая приведена выше.

Магнитопорошковый контроль проводится по технологическим картам контроля, в которых указываются следующие сведения:

номер документа, по которому проводится контроль;
обозначение типов изделий;
наименование изделия;
объём контроля;
эскиз детали с указанием габаритных размеров;
условный уровень чувствительности;
вид и способ намагничивания;
значение намагничивающего тока или напряженности поля;
средства контроля;
тип магнитного индикатора;
метрологическое обеспечение контроля;
необходимость размагничивания.

В качестве индикаторов несплошностей используются чёрные и цветные магнитные, магнитолюминесцентные порошки .При этом перед проведением контроля порошки должны тоже проходить контроль качества.

Технология магнитопорошкового контроля

При проведении магнитопорошкового контроля выполняют следующие операции:

подготовка поверхности объекта контроля;
выбор способа и режима контроля;
намагничивание объекта контроля;
нанесение магнитного индикатора;
оценка результатов контроля;
отметка дефектного места;
размагничивание объекта (если необходимо).

Смысл каждой из операций понятен из ее названия. Обратим внимание на некоторые особенности их выполнения.

1.При подготовке детали к контролю – очистке поверхности от грязи, ржавчины, смазки и т. п. – можно не убирать тонкие защитные покрытия. Если намагничивание предполагается циркулярное (пропусканием тока по поверхности детали), то в местах подведения контактов изолирующее покрытие, конечно, должно быть удалено. При полной зачистке поверхности детали диапазон применяемых технических средств весьма широк – от промывки мыльным раствором или зачистки очень мягкой наждачной бумагой до зачистки грубым напильником или шлифовальной машинкой. Применимость того или иного способа подготовки определяются индивидуально для различных групп изделий, в зависимости от требований к детали на стадии изготовления или от условий эксплуатации. Так, очевидно, что если деталь в зоне контроля шлифована или полирована по высокому классу чистоты поверхности и требуется выявить дефекты очень малого размера, то грубая обработка поверхности (напильник, наждачная бумага) исключаются.

При контроле деталей с темной поверхностью (резьбовые канавки, водо- и паропроводы, работающие при высоких температурах) для усиления контраста допускается покрывать участок детали тонким слоем белой краски. Толщина покрытия до 20 мкм не снижает чувствительность контроля и допускается по ГОСТ 21105-87.

2.Выбор способа и режима контроля проводится в зависимости от магнитных свойств контролируемого металла и требуемой чувствительности. Магнитопорошковый контроль осуществляется способом остаточной намагниченности (СОН) или способом приложенного поля (СПП).При способе СОН намагничивание детали и нанесение магнитного индикатора производится раздельно во времени. Требуемый уровень чувствительности при контроле СОН определяется по известным магнитным характеристикам материала объекта контроля (коэрцитивной силе Hс, остаточной индукции Br). Напряженность магнитного поля при контроле СОН определяется с учетом достижения магнитного технического насыщения материала. Контроль магнитомягких материалов, коэрцитивная сила которых Hc<10А/см, проводится только способом СПП – при этом способе намагничивание детали и нанесение магнитного индикатора производится одновременно. Для контроля материалов, коэрцитивная сила которых Hc>10А/см и остаточная индукция Br>0,5Тл, могут применяться оба способа. При контроле СПП напряженность магнитного поля, необходимая для обеспечения требуемого уровня чувствительности, определяется исходя из коэрцитивной силы Hc материала объекта контроля:

Условный уровень чувствительности	Формула
А	42+1,1Нс (2.30)
Б	20+1,1Нс (2.31)
В	15+1,1Нс (2.32)

При выборе условного уровня чувствительности необходимо помнить что этот уровень определяется прежде всего состоянием поверхности детали и уже во вторую очередь ее магнитными свойствами. После того как выбран требуемый уровень условной чувствительности, для объекта контроля по его магнитным характеристикам определяют способ контроля: СОН или СПП.

На практике СОН редко применяется из-за более низкой чувствительности по сравнению с СПП, т.к. при СОН чувствительность определяется остаточной индукцией материала, а это величина нерегулируемая.

Для расчета режима контроля при СПП определяют требуемое значение намагничивающего приложенного поля Hпр по известному значению коэрцитивной силы Hс. Затем для выбранного способа намагничивания и форме объекта контроля рассчитывают ток намагничивания.

При циркулярном намагничивании, максимальное значение намагничивающего тока, для получения заданной напряженности магнитного поля Hпр в А/см определяется по формуле:

для объектов цилиндрической формы с круглым сечением

I=3HпрD, (2.33)

где D-диаметр круглого сечения, см. При циркулярном намагничивании отверстий при помощи кабеля или металлического стержня в этой формуле D -диаметр отверстия.

Для объектов с прямоугольным сечением

I=2Hпра при а/b>10 (2.34)

I=2Hпр(а+b) при а/б<10, (2.35)

где а и b -длина и ширина прямоугольного сечения, см;

Для участков крупногабаритных объектов

I=KHпр, (2.36)

гдеL-расстояние между электроконтактами или длина контролируемого участка, см; C-ширина контролируемого участка, см; K-коэффициент, учитывающий род тока и расстояние между электроконтактами. Для действующего значения переменного тока K=1,8, а при использовании выпрямленного тока -K=1,5. С целью упрощения и удобства пользования этой формулой расчета тока циркулярного намагничивания участков крупногабаритных изделий можно использовать условие, когда C=0,6L. Тогда формула примет вид:

для переменного тока I=2,1HпрL; (2.37)

для выпрямленного тока I=1,7HпрL. (2.38)

На практике расстояние между электроконтактами L выбирают в диапазоне от 75 до 250 мм.

При циркулярном намагничивании изделий кольцевой (тороидальной) формы с помощью гибкого кабеля, навитого на деталь, с числом витков W, намагничивающий ток через маловитковую обмотку, необходимый для достижения заданной напряженности поля Hпр, рассчитываается по формуле:

I=DHпр/W, (2.39)

где D-внешний диаметр объекта контроля, см

Hпр-приложенное поле.

Для продольного намагничивания трубчатых изделий разомкнутой формы, с помощью гибкого токового кабеля навитого на изделие, намагничивающий ток, пропускаемый по обмотке (не более 10 витков), рассчитывается по формуле:

I=L(Hпр+NJ)/W, (2.40)

где L-длина участка изделия (трубы), занятого обмоткой, между секциями обмоток и по обе стороны от краёв обмотки или секций соленоида. Общая длина участка не должна превышать 50 см. Длина участка между двумя секциями обмоток (3+3 витка) берется не более 20 см; N-размагничивающий фактор, зависящий от отношения длины изделия к его диаметру или к корню квадратному из сечения трубы; J--намагниченность материала изделия, равная ориентировочно для магнитомягких сталей 1000 А/см, при поле Hпр и индукции в материале 1,2Тл, но не менее 0,8Тл; NJ=Hр-размагничивающее поле полюсов контролируемого изделия. Это поле направлено навстречу внешнему полю источника поля. Значение размагничивающего фактора N для разных отношений L/D(L/S) приведены ниже: (где L-длина изделия, см; D-диаметр изделия, см; -эквивалентное сечение детали)

	5	10	15	20	25	35
N	0,5	0,2	0,1	0,07	0,05	0,03

Намагниченность материала изделия рассчитывается по формуле:

J=(B - Hпр)/4, (2.41)

где B--индукция материала, необходимая для обеспечения чувствительности контроля.

Зная размеры объекта контроля, определяем размагничивающий фактор N. После этого находим размагничивающее поле полюсов Hр=JN. Суммарное поле источника поля (соленоида), необходимое для эффективного намагничивания и контроля данного изделия с учетом размагничивающего фактора, определится так: H=Hпр+Hр. После того как рассчитан ток намагничивания, производится собственно намагничивание объекта контроля.

Если необходимо продольно намагнитить короткую деталь, обладающую большим размагничивающим фактором, то на практике возможно использование следующих приемов. Если короткая деталь имеет ровные торцы, то необходимо плотно прижать торцами друг к другу несколько деталей (так, чтобы отношение длины к диаметру всей конструкции было более 10) и затем намагнитить все детали вместе. Если деталь имеет сложную форму, то для намагничивания изготавливают специальные удлиняющие наконечники из магнитомягкой стали, которые также увеличивают соотношение длины к диаметру в момент намагничивания.

В целом логика всех расчетов в магнитопорошковой дефектоскопии такова: формулы 2.30 – 2.32 дают минимальное значение напряженности поля на поверхности детали (СПП), необходимое для достижения соответствующей чувствительности контроля. Затем необходимо выбрать намагничивающее устройство (электромагнит или соленоид), который обеспечивает такое значение напряженности поля (а на практике, как правило, эта напряженность в 2…5 раз выше). Либо необходимо рассчитать ток циркулярного намагничивания, который обеспечит необходимую напряженность и затем выбрать дефектоскоп, который гарантирует такое или большее значение тока.

При контроле по СОН необходимо, чтобы намагничивающее устройство хотя бы кратковременно (десятки миллисекунд) обеспечило на поверхности детали напряженность поля технического насыщения для данной марки стали (эти значения лежат в диапазоне 50-200 А/см для большинства марок сталей). Затем намагничивание можно выключить и приступить к нанесению магнитного индикатора и к расшифровке изображения. Недостаток способа СОН заключается в том, что реальные значения остаточной индукции и коэрцитивной силы для данной марки стали могут значительно отличаться от приведенных в справочнике, т.к. на эти параметры сильно влияет режим термообработки. В результате, если для справочных данных (сталь в состоянии поставки) способ СОН применим, то на изделии из этой стали, прошедшей термообработку, при контроле поле рассеяния дефекта может оказаться недостаточным для обнаружения дефектов с заданным условным уровнем чувствительности.

3. Когда объект контроля будет намагничен, на его поверхность наносят магнитный индикатор. Магнитный индикатор на контролируемую поверхность наносится сухим или мокрым способом в виде порошка или суспензии. При сухом способе магнитный порошок напыляется на контролируемую поверхность с одновременным удалением его с бездефектной поверхности слабым потоком воздуха или другим способом. Сухой способ в ряде случаев обладает более высокой чувствительностью – отложения порошка возникают даже над подповерхностными дефектами (картина отложения порошка при этом отличается меньшей контрастностью и более размытыми границами по сравнению с индикацией поверхностного дефекта). При мокром способе магнитная суспензия наносится на контролируемую поверхность путем погружения в ванну, распыления или полива слабой струёй, не смывающей осевший порошок над несплошностью, с обязательным стеканием её с поверхности. Наиболее часто применяют простую водную суспензию - 255 грамм магнитного порошка на литр воды. Использование слишком жесткой воды может привести к коагуляции суспензии на поверхности детали, что затрудняет расшифровку результатов контроля. Для смягчения воды в нее добавляют поверхностно активные вещества, снижающие поверхностное натяжение воды (это может быть простой стиральный порошок или хозяйственное мыло). Кроме того, в рецептуру суспензии могут входить антикоррозионные и антивспенивающие присадки.

Основной недостаток водной суспензии – она непригодна для работы при отрицательных температурах. Поэтому используют также суспензии керосиновые, масляные и керосино-масляные. Достоинством керосиновых суспензий является то, что керосин обладает очень хорошей смачиваемостью и проникающей способностью (что используется, например, для контроля герметичности сосудов). Поскольку керосин является горючим материалом, то при использовании его в качестве суспензии запрещается циркулярное намагничивание электроконтактами, во избежание загорания суспензии при искрении в зоне электроконтакта. Применение масляной суспензии конечно удорожает процесс контроля, но за счет более высокой вязкости масляная суспензия более медленно стекает с поверхности объекта контроля, что при прочих равных иногда дает отложение порошка на более мелких дефектах.

4.Затем производится оценка результатов контроля. Результаты контроля оцениваются по наличию на поверхности индикаторного следа в виде чёткого плотного валика магнитного порошка, видимого невооруженным глазом или с использованием лупы до 6-кратного увеличения. При этом длина индикаторного следа линейной несплошности равна протяженности выявленного дефекта. Каждая выявленная несплошность должна быть отмечена краской или другим способом. Освещенность поверхности объекта контроля должна быть не менее 1000 люкс. Необходимо также помнить, что порошок может залегать в таких местах, где на самом деле дефектов нет. Ниже перечисленные следы порошка являются ложными:

индикации, вызванные контактом с другим ферромагнетиком или магнитом (так называемая магнитная запись), исчезающие после размагничивания;

индикации, вызванные наличием внутренних механических напряжений;

индикации, вызванные наличием вкраплений немагнитного материала;

размытые нечеткие индикации, вызванные переходом одного сечения изделия к другому;

размытые нечеткие индикации, вызванные местными изменениями магнитных свойств металла (например, по границам сварных швов) ;

индикации в виде широких групп мелких и параллельных осаждений порошка, вызванные избыточным намагничивающим полем.

5.Заключительным этапом контроля является размагничивание и составление отчетной документации.

Необходимость размагничивания, проверка степени размагничивания, а также допустимая норма остаточной намагниченности объекта контроля устанавливаются производственно-технологической документацией. Размагничивание осуществляется путем воздействия на деталь знакопеременного магнитного поля с убывающей до нуля амплитудой. Напряженность начального магнитного поля должна быть не менее величины намагничивающего поля, а в случае отсутствия данных о начальном значении поля--не менее пяти значений коэрцитивной силы материала изделия. Степень размагничивания определяется с помощью измерителей или градиентометров магнитных полей.

2.5.3. Магнитопорошковые дефектоскопы

Магнитопорошковый дефектоскоп – устройство для выяв-ления нарушений сплошности в изделиях с использованием в качестве индикаторов магнитных порошков. Основные узлы дефектоскопа:

источники намагничивающего тока;
устройства для подвода тока к детали;
устройства полюсного намагничивания (соленоиды, электромагниты);
устройства для нанесения на деталь порошка или суспензии;
осветительные устройства;
измерители тока или напряженности магнитного поля;
контрольный образец с магнитограммой.

В зависимости от назначения в дефектоскопе могут быть не все из пере-численных узлов (например, в магнитопорошковом дефектоскопе на постоянных магнитах), но могут быть и дополнительные узлы (например, устройства комбинированного намагничивания, дефектоотметчики).

Конструктивно дефектоскопы оформляются в трех вариантах: стационарные универсальные; передвижные и переносные; специализированные.

Стационарные универсальные дефектоскопы получили широкое распространение на предприятиях крупносерийного производства разнотипных деталей, с производительностью контроля от десятков до сотен деталей в час. Известны десятки типов стационарных универсальных дефектоскопов. В России можно отметить популярные модели МД-10П (при использовании импульсного тока до 20 КА напряженность поля при полюсном намагничивании может достигать 350 А/см) и МДС-5 ( при токе до 7,5 КА напряженность не менее 80 А/см). Дефектоскопы такого типа обладают значительным весом (до 1 тонны) и стационарно монтируются в цеховых условиях.

Передвижные и переносные дефектоскопы предназначены для намагничивания и контроля деталей в условиях, когда невозможно использовать стационарные дефектоскопы, например, при намагничивании крупногабаритных деталей по частям или в случае работы в полевых условиях. Как правило, такие дефектоскопы снабжаются комплектом материалов для контроля (сухие порошки и устройства для их напыления, сосуды с суспензией и т.д.). Дефектоскопы этого типа позволяют производить циркулярное намагничивание с помощью токовых контактов, помещаемых на участке детали, продольное намагничивание с помощью кабеля, навиваемого на деталь, или иногда с помощью электромагнита. Среди наиболее популярных моделей можно отметить дефектоскоп МД-50П (импульсный ток до 5 КА создает напряженность поля при полюсном намагничивании до 160 А/см) и ПМД-70 (импульсный ток до 1,5 КА создает напряженность поля до 80 А/см). Вес дефектоскопов находится в диапазоне 20-200 кг, что позволяет либо транспортировать их по цеху либо использовать в полевых условиях.

Известно большое количество типов специализированных дефекто-скопов. Как правило, это автоматизированные установки, в которых все операции, кроме осмотра, автоматизированы. Они предназначены для контроля деталей одного типа при крупносерийном производстве. Значительное число таких дефектоскопов разработано для нужд подшипниковой промышленности, где необходимо контролировать большое число однотипных стальных деталей –роликов, внутренних и наружных колец подшипников.

В России на сегодняшний день находятся в эксплуатации и выпускаются более 15 типов магнитопорошковых дефектоскопов хорошего качества, что практически полностью закрывает потребности внутреннего рынка. Лидерами по производству аналогичной аппаратуры на Западе являются фирмы Tiede и Karl Deutsch (Германия) и Magnaflux (США).

2.5.4. Метрологическое обеспечение магнитопорошкового контроля

Процесс магнитопорошковой дефектоскопии обеспечивают 4 группы технических устройств и принадлежностей: намагничивающие устройства; магнитный порошок; магнитная суспензия и собственно контрольный образец. Техническое описание дефектоскопа, как правило, содержит описание процедуры проверки работоспособности дефектоскопа при помощи контрольного образца, входящего в комплект дефектоскопа. Суть этой процедуры обычно заключается в намагничивании контрольного образца, нанесении магнитного индикатора и в сравнении полученной картины отложения магнитного порошка с дефектограммой (или фотографией) отложения порошка, которая прилагается к контрольному образцу и считается эталонной картиной отложения. Если результат проверки дает картину отложения, совпадающую с дефектограммой, то все компоненты , обеспечивающие контроль, имеют нормальные параметры и свойства и можно приступать к контролю. Если же индикация на контрольном образце не соответствует дефектограмме, то отклонение параметров может быть в любой из вышеперечисленных групп и задача распадается на четыре случая.

1. Проверка параметров намагничивающего устройства. Обычно это непосредственно измерение напряженности магнитного поля внутри намагничивающего устройства (например, в соленоиде без объекта контроля) или измерение напряженности на поверхности объекта контроля при включенном намагничивающем устройстве (например, между полюсами электромагнита). При использовании циркулярного намагничивания обычно измеряется значение тока в гибком кабеле или между замкнутыми электроконтактами. Полученные результаты измерения сравниваются с паспортными значениями и в случае, если они ниже, необходимо искать неисправность в намагничивающих устройствах. Подобная процедура проводится с магнитопорошковыми дефектоскопами ежегодно во время поверки аппаратуры контроля. При этом важно отметить, что вся аппаратура, используемая для поверки приборов контроля качества должна быть, в свою очередь, также поверена и иметь соответствующее клеймо государственного поверителя.

2.Магнитный порошок, используемый в процедуре контроля, должен обладать определенными механическими и магнитными свойствами. Механические свойства порошка связаны с его дисперсностью и определяют подвижность частиц как при сухом так и при мокром способе контроля. Чем больше размер частиц порошка, тем большая часть порошка будет оседать на поверхности детали в виде фонового покрытия, не участвуя в процедуре контроля. Для проверки механических свойств порошка можно использовать простую методику, которая получила название метод отстоя. В стеклянную колбу с внутренним диаметром 10 мм и с длиной рабочей части 400 мм наливают технический спирт и 3 грамма порошка. Содержимое колбы взбалтывают и затем колбу ставят в вертикальное положение для отстоя. Частицы порошка постепенно начинают оседать, образуя четкую границу раздела (светлая и темная часть). Ровно через 3 минуты необходимо измерить высоту нижней (неотстоенной) части. Если высота этой части превышает 180 мм, значит дисперсность порошка в норме, если же этот размер менее 180 мм, значит механические свойства порошка неудовлетворительны.

3. Качество магнитной суспензии определяется концентрацией магнитного порошка в суспензии (для водных суспензий (255) г/л , для магнитолюминесцентных суспензий (5  1) г/л), физическими свойствами основы (вода, масло, керосин) и собственно магнитными свойствами порошка. Существуют специальные приборы для количественной оценки магнитных индикаторов (как порошков, так и суспензий). В основу принципа действия прибора положено использование модели магнитного поля рассеяния, равномерно убывающего по длине искусственного дефекта в контрольном образце. Образец содержит две ферромагнитные пластины, стыкованные друг с другом через тонкую диэлектрическую прокладку (толщина около 50 мкм), в результате чего на стыке образуется искусственный прямолинейный дефект. Образец намагничивается таким образом, что напряженность поля на поверхности дефекта линейно падает от одного края к другому. При нанесении суспензии или порошка над дефектом образуется валик, по длине которого определяют чувствительность суспензии или порошка. На таком принципе основано действие прибора МФ-10СП, в котором полная длина искусственного дефекта составляет 140 мм, а большинство порошков и суспензий дают длину отложения порошка 80-100 мм. Известны также приборы, в которых колба с суспензией помещается в катушку индуктивности, которая включена в контур автогенератора. В зависимости от магнитных свойств порошка и концентрации порошка в суспензии меняется амплитуда и частота генератора. Так, прибор АКС-1М, работающий по этому принципу, имеет стрелочный прибор, отградуированный в концентрации содержания порошка в суспензии (до 50 г/л), имеет КО для калибровки прибора (30 г/л) и снабжен проходной выносной катушкой для измерения концентрации порошка при автоматизированной подаче суспензии в зону контроля. Таким образом с помощью подобных приборов можно сравнивать качество магнитного порошка разных фирм-производителей, сравнивать различные рецептуры суспензий либо вести контроль качества суспензии непосредственно во время процесса контроля (во избежание обеднения суспензии с последующим снижением чувствительности.

4. Собственно контрольный образец (КО) также является участником технологического процесса контроля качества изделия. Нормативной документацией разрешается использовать КО двух типов:

детали с реальными дефектами, выбранные из технологического потока или из числа деталей, бывших в эксплуатации;
специально изготовленные образцы с искусственными дефектами.

В любом из вариантов КО должен быть аттестован, т.е. должен иметь паспорт с указанием марки стали, магнитных свойств стали, количества дефектов и их расположения на образце, размеры дефектов и к нему должна прилагаться дефектограмма, фотография или эскиз расположения индикаций. Контрольные образцы в магнитной дефектоскопии должны поверяться ежегодно организацией, которая имеет лицензию на данный вид деятельности.

Если в качестве КО выбирается деталь с дефектом, то для оценки размеров дефекта используют специальные инструментальные микроскопы, причем объективно можно указать только длину и раскрытие дефекта, информация о глубине дефекта при этом отсутствует (это основной недостаток КО данного типа).

В случае изготовления КО с искусственными трещинами существует технология, позволяющая задавать у трещин определенную глубину. Стальную пластину подвергают односторонней азотации (выдерживают в атмосфере азота при повышенном давлении и температуре в течение суток). При этом расчетная глубина азотации пластины известна, причем металл в азотированном слое более твердый и более хрупкий. Затем пластину изгибают, в результате чего в ней образуется трещина, причем в глубину эта трещина ограничена толщиной азотированного слоя. Раскрытие трещины определяют при помощи микроскопа. По этому принципу изготавливают КО для оценки выявляющей способности магнитных индикаторов по условному уровню чувствительности А, Б и В с трещинами, раскрытие которых составляет соответственно 2, 10 и 25 мкм (не строго указанные значения, но близко к ним), длина трещины 20 мм, а глубина 0,3 мм (т.е. считается равной глубине азотации).

Описанная технология производства КО далеко не единственная, можно упомянуть получившие распространение в европейских странах КО с постоянным магнитом с линейным протяженным дефектом ( фирма Karl Deutsch) и тест-образец Бертхольда или американский кольцевой образец (по стандарту ASME).

Для изготовления дефектограмм в последние годы кроме, фотографирования, чаще всего применяют технологию с использованием прозрачной липкой ленты (скотч):

образец намагничивают и выявляют трещины, используя обычную суспензию;
поверхность тщательно высушивают и на область отложений порошка накладывают липкую ленту, плотно прижимая ее к поверхности детали;
снимают ленту с образца вместе с прилипшими частицами порошка;
дефектограмму размещают между пластинами из оргстекла или другого прозрачного материала, для большей контрастности изображения между пластинами необходимо проложить листок белой бумаги.

Как правило, на дефектограмме выделяют участок с наиболее четкими и характерными индикациями, по которому и необходимо проводить сравнение.

2.6.Индукционная и феррозондовая дефектоскопия

В индукционный и феррозондовой дефектоскопии для преобразования напряженности поля рассеяния дефекта в электрический сигнал используют индукционные катушки и феррозонды. Индукционные и феррозондовые дефектоскопы применяют, в основном, для контроля протяженных изделий в виде прутков, труб непосредственно в технологическом потоке. Широко используют эти методы для контроля железнодорожных рельс, особенно уложенных в путь (без остановки движения-при помощи специальных вагонов-дефектоскопов).

Для намагничивания изделий используют циркулярное и полюсное намагничивание. Циркулярное намагничивание применяют при контроле труб и выполняют его путем пропускания тока по проводнику, проходящему через трубу (рис.2.12,в). При таком способе намагничивания требуются мощные источники тока, кроме того, возникают затруднения при автоматизации контроля, связанные с необходимостью продевания проводника через трубу.

С целью снижения мощности источника тока намагничивание осуществляется кратковременными импульсами – это приводит к тому, что считывание полей рассеяния производится в остаточном поле, а такое считывание дает хорошие результаты только на изделиях из магнитотвердого материала, имеющего большие значения остаточной индукции и коэрцитивной силы. От недостатков, присущих рассмотренному способу намагничивания, несколько свободен способ намагничивания небольшого участка изделия (рис.2.11,б). При этом электроконтакты выполняются в виде прижимных роликов, катящихся по поверхности детали. Благодаря уменьшению длины намагничиваемого участка удается снизить мощность, расходуемую намагничиваемым устройством, но она все же остается достаточно высокой.

Дальнейшее снижение мощности намагничивающего устройства достигается применением для намагничивания переменного тока. При этом в результате проявления поверхностного эффекта ток протекает только в поверхностном слое изделия, вследствие чего при неизменной величине тока происходит увеличение его плотности именно в той части изделия, в которой необходимо обнаружить дефекты. Намагничивание изделия путем пропускания по нему тока через прижимные ролики находит применение при контроле изделий с чистой поверхностью и небольшими поперечными размерами. В случае контроля горячекатаных изделий слой непроводящей окалины затрудняет пропускание тока и ухудшает тем самым условия контроля.

В современных разработках индукционных и феррозондовых дефектоскопов получил распространение способ поперечного полюсного намагничивания вращающимся электромагнитом (рис.2.20). Намагничиваемый участок изделия имеет при этом небольшую протяженность в направлении оси и, следовательно, требует меньшую мощность для намагничивания. Индукционные или феррозондовые преобразователи (обычно два) располагаются в плоскости, перпендикулярной оси электромагнита.

Обмотка электромагнита питается постоянным или переменным током, причем последнее предпочтительнее, т.к. переменный ток в обмотку электромагнита можно подавать с помощью специального трансформатора, у которого первичная обмотка неподвижна и соединена с питающей сетью, а вторичная обмотка размещена на электромагните и вращается вместе с ним и с магнитными преобразователями. Такая конструкция носит название вращающийся трансформатор.

Теоретически и эксперимен-тально доказано, что выявля-емость дефектов улучшается при одновременном намагничивании постоянным и переменным полями. Дополнительное постоянное поле смещает рабочую точку на кривой намаг-

ничивания, вследствие чего уменьшается влияние на вы-ходной сигнал преобразователя магнитных неоднородностей поверхности изделия. Величина постоянного поля подбирается в каждом конкретном случае (магнитные свойства материала детали и шероховатость поверхности) из условия получения максимального отношения сигнал/шум. Один из вариантов комбинированного намагничивания показан на рис 2.21. Круглые намагничивающие катушки 1 коаксиальны с изделием, включены согласно и создают постоянное магнитное поле, направленное по оси изделия 4. Электромагнит 2, обмотка которого питается переменным током, вращается вместе с магнитным преобразователем 3 вокруг оси изделия и создает поперечное полюсное намагничивание.

При циркулярном намагничивании протяженных изделий над их поверхностью на бездефектных участках нормальная составляющая поля отсутствует и появляется только над дефектом. По этой причине индукционный преобразователь обычно располагается над изделием таким образом, что его ось перпендикулярна поверхности изделия, и он регистрирует только нормальную составляющую поля. Анализ нормальной составляющей поля на модели дефекта и экспериментальные исследования показали, что поле дефекта в направлении поверхности детали простирается на расстояние, примерно равное ширине дефекта. В направлении нормали поле также затухает очень быстро. Следовательно, преобразователь для регистрации поля рассеяния дефекта должен иметь малые размеры и находится как можно ближе к поверхности детали. Но с уменьшением размеров преобразователя возрастают технологические трудности его изготовления, и, как следует из (2.23), уменьшается абсолютное значение ЭДС. С целью увеличения абсолютной чувствительности преобразователя при заданных его размерах применяют ферритовые сердечники, вставляемые в катушку. При этом сигнал возрастает в т раз (магнитная проницаемость короткого сердечника т определяется в большей мере его геометрическими размерами и в меньшей степени проницаемостью материала, из которого он сделан).

С целью повышения достоверности контроля и определения азимута дефекта (т.е. точного положения дефекта по сечению детали), в дефектоскопе может быть применен индукционный преобразователь, состоящий из нескольких катушек, объединенных в группы или подключенных каждая к своему каналу обработки информации.

В процессе поступательного движения изделия и вращательного движения преобразователя сканирование поверхности осуществляется по винтовой линии. Для проверки всей поверхности изделия необходимо, чтобы шаг сканирования не превышал диаметра катушки индукционного преобразователя – это накладывает ограничения на скорость поступательного движения изделия, тем самым ограничивая производительность контроля. Например, при диаметре катушки преобразователя 2 мм и скорости вращения 3000 об/мин, шаг сканирования не более 2 мм будет обеспечен при скорости поступательного движения изделия не более 0,1 м/с. Современные технологии проката металлов используют гораздо более высокие скорости (до десятков м/c при прокатке тонких прутков) – значит в этом варианте контроль нельзя проводить непосредственно в технологическом процессе производства и уж тем более не стоит замедлять ради контроля скорость производства.

Если преобразователь содержит m катушек, расположенных по периметру изделия, то скорость контроля может быть увеличена в m раз. Такой же результат достигается установкой m катушек в линию по направлению оси изделия.

Сигнал, снимаемый с индукционного преобразователя, кроме информации о дефекте содержит также информацию об изменении зазора, о наличии поверхностных неоднородностей магнитных свойств и об индустриальных помехах. С целью выделения полезной информации на фоне мешающих факторов в индукционных дефектоскопах используют следующие характерные признаки сигнала: частотный спектр; форма импульсов; периодическая повторяемость импульсов в многоэлементном преобразователе.

Если ось изделия не совпадает с осью вращения электромагнита и преобразователя, то в последнем будет наводиться переменная ЭДС с периодом, равным периоду вращения. Частотный спектр этого сигнала значительно ниже спектра сигнала от дефекта, поэтому избавиться от этого сигнала можно включением в цепь преобразования сигнала фильтра высоких частот, частота среза которого находится между спектром сигнала от дефекта (более высокие частоты) и спектром сигнала от несоосности.

При малых размерах преобразователя спектр сигналов от неоднородностей магнитных свойств поверхности изделия также ниже спектра полезного сигнала, поэтому правильным выбором нижней границы среза частотного спектра также можно значительно ослабить помехи, обусловленные этими неоднородностями. Верхняя граница полосы пропускания частотного фильтра определяется верхней границей спектра полезного сигнала.

В индукционном преобразователе дефектом генерируются импульсы S-образной формы. Это свойство полезного сигнала может быть использовано для повышения отношения сигнал/шум примерно в два раза, что достигается применением двух встречно включенных преобразователей, смещенных относительно друг друга в направлении сканирования. Импульсы ЭДС, наводимые в первой катушке e1(t) и второй катушке e2(t), сдвинуты во времени (рис.2.22). Расстояние между катушками подобрано таким образом, что отрицательные части импульсов первой и второй катушек складываются, в результате на выходе встречно включенных катушек формируется сложный импульс, отрицательная часть которого по амплитуде вдвое больше

положительной. Кроме этого, у сигналов такого типа есть еще один характерный признак – чередование максимумов и минимума, характерное только для сигналов от дефекта, что также может быть положено в основу алгоритма распознавания сигнала от дефекта на фоне помех.

Рассмотренное суммирование выполняется не для всех сигналов. В частности, оно не будет выполняться для сигналов, обусловленных быстрыми изменениями зазора при радиальных биениях движущегося объекта контроля. Применение двухкатушечного преобразователя в дополнение к частотной селекции сигнала позволяет улучшить в ряде случаев отношение сигнал/шум примерно вдвое. В многоэлементных индукционных преобразователях с расположением катушек по периметру изделия сигналы от дефектов появляются в катушках через равные промежутки времени. Это свойство может быть использовано для повышения помехозащищенности – для этого используется как минимум два преобразователя, причем сигнал со второго преобразователя (по ходу сканирования поверхности детали) задерживается линией задержки на время, равное повороту ротора намагничивающего устройства от первого преобразователя ко второму. Затем оба сигнала поступают на компаратор и в случае совпадения сигналов (прямого и задержанного) сигнал с выхода компаратора регистрируется как дефект. Все прочие сигналы будут воздействовать на преобразователи одновременно, а на входы компаратора, напротив, будут поступать в разные моменты времени, что не вызовет его срабатывания. Линия задержки в данном случае может быть аналоговой либо цифровой.

Обобщенная структурная схема индукционного дефектоскопа показана на рис.2.23. Электрический сигнал с индукционного преобразователя ИП поступает на схему преобразования сигналов СПС, где он усиливается, очищается от помех, нормализуется и передается для использования на блок автоматики БА. Блок автоматики при появлении сигнала от дефекта подает команду на отметчик дефектов ОД (который обычно отмечает дефектные участки краской) и на исполнительное устройство, которое направляет годные и бракованные детали по разным путям технологического процесса. Так как изделия имеют конечную длину, то между контролем двух изделий имеется межконтрольная пауза. Во время паузы имитатор дефектов ИД оказывает на индукционный преобразователь определенное воздействие, от которого на выходе исправного ИП появляется сигнал,

Рис.2.23. Обобщенная структурная схема индукционного дефектоскопа.

ИП-индукционный преобразователь; НУ-намагничивающее устройство; ИД-имитатор дефектов; СПС-схема преобразования сигнала; БА-блок автоматики; ОД-отметчик дефектов

подобный сигналу от дефекта. Этот сигнал анализируется в блоке автоматики и в случае его отклонения от нормы вырабатывается другой сигнал, указывающий на неисправность дефектоскопа. Таким образом осуществляется самоконтроль исправной работы прибора.

Современные индукционные дефектоскопы выпускаются во многих промышленно развитых странах мира, предназначены в основном для контроля труб в процессе производства и устанавливаются на выходе прокатного стана либо на отдельно стоящем участке контроля. Дефектоскопы предназначены для выявления дефектов на наружной поверхности трубы (порог чувствительности составляет 0,2 мм по глубине дефекта для труб с хорошим состоянием поверхности), возможно также выявление дефектов на внутренней стенке трубы (при толщине стенки до 8 мм) - при этом порог чувствительности составляет 10 % от толщины стенки. В более ранних моделях использовалось циркулярное намагничивание трубы путем пропускания тока по стержню, продетому через трубу (например, дефектоскоп "Туботест 6.047" немецкой фирмы "Институт д-ра Фёрстера"). В более поздних разработках предпочтение стали отдавать комбинированному способу намагничивания (рис. 2.21). Скорость контроля таких дефектоскопов зависит от минимальной длины выявляемого дефекта и от количества индукционных преобразователей, включенных в группу - известные модели приборов охватывают диапазон от 0,2 до 2 м/с.

2.6.1. Формирование и преобразование сигнала в феррозондовых

дефектоскопах

В феррозондовых дефектоскопах применяют полемерные и градиентометрические феррозонды. Контроль проводят в приложенном или остаточном поле. В любом случае одним из основных мешающих факторов, ограничивающих порог чувствительности, является неоднородность магнитных свойств поверхности материала объекта контроля, вызываемая неоднородностью структуры материала изделия и явлением так называемого локального наклепа. Локальный наклеп - это небольшие по размеру области поверхности изделия (несколько миллиметров квадратных, т. е. сравнимы с размером дефекта), в которых металл уплотнен и, следовательно, обладает более высокой прочностью и твердостью. Локальный наклеп может быть применен сознательно для упрочнения поверхности металла либо может быть вызван случайными ударами о поверхность детали - например, при нарушении технологии изготовления. Локальный наклеп изделий, особенно из малоуглеродистых и легированных сталей, приводит к появлению резких неоднородностей магнитных свойств, создающих при остаточной намагниченности поля рассеяния, близкие по величине и топографии к полям рассеяния от дефектов. В качестве примера на рис. 2.24 показаны основные кривые намагничивания для отожженных и для прошедших правку труб из стали 10. Как известно, операция отжига снимает в стали внутренние напряжения, в том числе и связанные с наклепом. Процедура же правки труб осуществляется чисто механическим способом за счет прокатки труб между валками и оставляет на поверхности труб значительный наклеп. Из рис. 2.24 видно, что отличие магнитных свойств для этих двух случаев наблюдается в основном в области слабых и средних магнитных полей. Следовательно, для снижения уровня сигналов от локальных наклепов контроль изделий необходимо проводить в сильных магнитных полях, т.е. в приложенном магнитном поле.

Контроль в приложенном поле приводит к тому, что на феррозонд действует не только поле дефекта, но и само намагничивающее поле. В результате действия намагничивающего поля на выходе феррозонда создается сильный фон, снижающий в целом чувствительность дефектоскопа. С целью снижения помех от намагничивающего поля в феррозондовых дефектоскопах применяют различные системы ориентации и стабилизации положения феррозонда относительно изделия. Чаще всего это механические конструкции в виде роликов или износоустойчивых прокладок, помещаемых между феррозондом и изделием.

Контроль в приложенном поле в современных автоматизированных феррозондовых дефектоскопах часто реализуется при поперечном намагничивании протяженного контролируемого изделия вращающимися электромагнитами (рис.2.20).

Поле рассеяния дефекта локализовано в малом объеме над поверхностью изделия, поэтому феррозондовые преобразователи в дефектоскопах должны иметь малые размеры. Наибольшее распространение получила конструкция феррозонда из двух одинаковых полузондов, каждый из которых представляет пермаллоевый сердечник с двумя катушками (сердечники могут быть диаметром 0,1-0.3 мм, длиной 2-3 мм и располагаться на расстоянии 1-2 мм). Одна из катушек служит для возбуждения в сердечнике переменного магнитного потока, а вторая для измерения ЭДС. Если сердечник находится только в магнитном поле катушки возбуждения, то ЭДС второй катушки содержит составляющие нечетных гармоник и, в частности, первой гармоники, определяемой частотой тока, питающего катушку возбуждения. При введении феррозонда в исследуемое магнитное поле меняется ЭДС измерительной катушки и в ее составе появятся гармоники (в частности, вторая), величина которых обусловливается величиной поля. При использовании преобразователей для дефектоскопии соединение обмоток возбуждения двух параллельно устанавливаемых полузондов производится по так называемой градиентометрической схеме для того, чтобы направление магнитных потоков в обоих сердечниках было одинаковым. Соединение измерительных катушек полузондов осуществляется так, чтобы при отсутствии измеряемого поля выходное напряжение было равно нулю. Феррозондовый дефектоскоп обычно состоит из высокочастотного генератора (в дефектоскопии используется частотный диапазон 100-300 кГц), феррозонда с устройством бесконтактного трансформаторного токосъема, усилителя, детектора и измерительного прибора. Применение амплитудно-фазового детектирования позволяет получить сигнал о дефекте с большей достоверностью при наличии мешающего фактора.

Наиболее существенными мешающими факторами при феррозондовой дефектоскопии являются пространственные неоднородности магнитных свойств изделия, изменение взаимного положения преобразователя и изделия, индустриальные помехи, шумы и помехи электронных схем. Все способы повышения помехозащищенности феррозондовых дефектоскопов по месту их реализации можно разделить на три группы: конструктивные (реализуются конструкцией преобразователя и намагничивающего устройства); схемные (реализуются в схеме обработки сигнала преобразователя); логические (реализуются вычислительной машиной или оператором, если выходная информация представляется в форме видимого изображения).

К конструктивным способам и приемам повышения селективности феррозондовых дефектоскопов следует отнести применение градиентометрических феррозондов, установку их в месте, максимально удаленном от намагничивающих полюсов, регистрацию по нормальной составляющей поля дефекта, ориентация осей сердечников феррозонда по радиусу изделия и стабилизация зазора между феррозондом и поверхностью изделия. В феррозондовых дефектоскопах для повышения селективности можно использовать также приемы, применяемые в индукционных дефектоскопах и основанные на характерной форме сигналов от дефектов и их повторяемости.

Современные феррозондовые дефектоскопы позволяют выявлять дефекты на изделиях простой формы - листы, прутки, трубы. Минимальная глубина надежно обнаруживаемых дефектов на наружной поверхности составляет 0.15-0,2 мм, на внутренней поверхности труб - 10% от толщины стенки трубы (контролируются толщины в диапазоне 2-8 мм). Следовательно, по основным техническим характеристикам феррозондовые дефектоскопы подобны индукционным дефектоскопам, но высокая чувствительность феррозондовых преобразователей в дефектоскопах может быть реализована только при контроле малошумящих изделий с чистой поверхностью и при хорошей стабилизации взаимного положения преобразователя и изделия.

2.7.МАГНИТОГРАФИЧЕСКАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

Принцип магнитографического контроля состоит в записи поля рассеяния дефекта на магнитную ленту и последующего считывания сигнала с магнитной ленты. Процесс контроля состоит из следующих этапов:

1.Подготовка поверхности (очистка от загрязнений).

2.Намагничивание изделия вместе с лентой.

3.Воспроизведение записи.

4.Разбраковка по результатам воспроизведения.

Магнитная лента в магнитографическом контроле играет двойную роль: сначала служит индикатором поля дефекта, фиксируя поле рассеяния дефекта в виде пространственного распределения намагниченности рабочего слоя ленты, а затем сама лента становится источником вторичного, отображенного магнитного поля, которое, в свою очередь, считывается с магнитной ленты с помощью магнитных головок. Магнитографический метод нашел наиболее широкое применение для контроля стыковых сварных соединений ферромагнитных сталей. Намагничивание изделия и ленты производят с помощью электромагнитов, реже пропусканием тока по детали. Отличия магнитографического контроля от других методов магнитной дефектоскопии заключаются в следующем:

1.Ферромагнитные частицы на магнитной ленте не могут перемещаться, а под воздействием имеющихся на данном участке полей рассеяния изменяют только свою полярность и намагниченность. Благодаря этому магнитографический контроль обладает большей эффективностью при обнаружении подповерхностных дефектов, что особенно важно при контроле сварных швов.

2.На магнитной ленте с определенной степенью точности фиксируются размеры отпечатков полей рассеяния от дефектов и их топография, что дает возможность при считывании записи осуществлять количественную и качественную оценку дефектов в сварных швах.

3. Магнитная лента может быть использована как объективный документ, сохраняющий данные о качестве сварного соединения ответственного назначения.

При записи поля дефекта магнитная лента перемагничивается по кривой начального намагничивания (рис.2.25).

Наружное поле Н0 (создаваемое внешним намагничивающим устройством в объекте контроля и в прижатой к нему ленте) намагничивает ленту до точки Е. После снятия поля Н0 лента имеет остаточную индукцию Br0. Поле дефекта Hg подмагничивает соответствующий участок ленты до точки Д и создает остаточную индукцию Brg. В результате на прилегающем к дефекту участке остаточная индукция выше на величину Br=(Brg-Br0).

Рис.2.25. К объяснению принципа записи поля дефекта на обычную или поляризованную ленту

Для повышения уровня сигнала от дефекта используется предварительное подмагничивание магнитной ленты. С этой целью перед записью магнитную ленту предварительно намагничивают однородным постоянным полем Hs (поля Нs и Н0 имеют противоположный знак) до индукции насыщения – Bs (точка А на рис.2.25). Для этого ленту достаточно протянуть между полюсами электромагнита. В результате лента приобретает остаточную индукцию - Brmax. Далее ленту укладывают на поверхность контролируемого изделия и включают намагничивающее поле Н0. Под действием поля Н0 магнитная лента перемагничивается в точку С на предельной петле гистерезиса. В связи с тем, что напряженность поля Н0 над сварным швом соизмерима с коэрцитивной силой Нc магнитной ленты, после снятия поля Н0 остаточная индукция ленты 0. Если на фоне поля Н0 над швом возникает поле дефекта Нg , то оно намагничивает прилегающий участок ленты до точки F , в результате чего лента приобретает остаточную индукцию Br2=(Brg-Br0)Brg , и нетрудно видеть что приращение индукции, обусловленное дефектом, во втором случае в два раза больше , т.е. контрастность записи увеличилась в 2 раза.

Однако при контроле поверхностных дефектов с малым раскрытием способность ленты записать поле рассеяния реализуется слабо из-за относительно больших размеров ферромагнитных частиц, образующих чувствительный слой ленты и из-за ограниченного частотного диапазона считывающих магнитных головок. При обнаружении глубинных дефектов магнитное поле на поверхности менее локализовано и высокая чувствительность ленты реализуется в полной мере.

Рис.2.26 Структурная схема магнитографического дефектоскопа:

1 - блок считывания; 2 - предварительный усилитель; 3 – усилитель канала импульсной индикации; 4 - усилитель канала видеоиндикации; 5 - усилитель импульсов подсвета; 6 - генератор строчной развертки; 7 - генератор кадровой развертки; 8 - блок питания; 9 - электронно-лучевая трубка

Типовая структурная схема магнитографического дефектоскопа приведена на рис.2.26. В блоке считывания применяются индукционные магнитные головки - в последнее время широко применяется метод наклонно-строчного считывания (по тому же принципу что и в видеомагнитофонах), позволяющий эффективно считать информацию со всей поверхности магнитной ленты.

Современные магнитографические дефектоскопы позволяют обнаруживать дефекты на глубине 20-25 мм с размерами, составляющими 10-15% от толщины изделия. В комплект магнитографического дефектоскопа входит контрольный образец с несколькими внутренними дефектами известного размера (или объема), находящимися на разной глубине - например, это могут быть три дефекта объемом 2 мм3, расположенные на глубине 5,10 и 15 мм. Для проверки работоспособности дефектоскопа производится запись магнитограммы на контрольном образце и затем считывание магнитограммы.и сравнение полученного результата с контрольным.

Чувствительность магнитографических дефектоскопов к поверхностным дефектам такого же порядка, как и магнитопорошкового, а к глубинным выше. Это объясняется тем, что минимальная напряженность магнитного поля, обнаруживаемого магнитными лентами МК-1 и МК-2 – 40 А/м, а магнитным порошком – 160 А/м.

2.8.Магнитная толщинометрия

Известные технические решения магнитных толщиномеров отличаются лишь способами регистрации напряженности и индукции поля в точках пространства, окружающих источник. В зависимости от способа регистрации различают три группы толщи номеров.

1.Пондеромоторные толщиномеры.

2.Магнитостатические толщиномеры.

3.Индукционные толщиномеры.

2.8.1.Пондеромоторные магнитные толщиномеры

Действие пондеромоторных толщиномеров основано на измерении силы отрыва постоянных магнитов или электромагнитов от контролируемого изделия.

Сила отрыва пропорциональна квадрату индукции в зазоре между ферромагнитным изделием и магнитом, а индукция зависит от величины зазора. Пондеромоторные магнитные толщиномеры с регистрацией измеряемой величины по силе отрыва применяют в основном для измерения толщины проводящих и непроводящих покрытий на ферромагнитной основе.

Устройство магнитоотрывного толщиномера показано на рис.2.27.

На результаты измерения толщины покрытия в значительной степени влияют магнитные свойства материала подложки. Поэтому магнитные толщиномеры (всех трех групп) калибруются с помощью контрольных образцов, изготовленных из той же стали, что и контролируемая деталь, с покрытием заданной толщины.

Состояние поверхности (шероховатость) оказывает значительное влияние на погрешность магнитного толщиномера. Поэтому значения приводимых погрешностей относятся к обработке, определяемой шероховатостью поверхности не более Rz=20мкм, что соответствует 5 классу чистоты поверхности. Если это особо не оговорено, погрешности приводятся в отношении к соответствующим пределам измерения.

Основной недостаток пондеромоторных толщиномеров - цикличность результата измерения, связанная с необходимостью тщательного измерения силы до момента отрыва магнита. Это обстоятельство затрудняет автоматизирование процесса контроля.

2.8.2.Магнитостатические толщиномеры

В магнитостатических толщиномерах для регистрации изменений магнитного поля, вызванных вариацией контролируемой толщины, используют феррозондовые преобразователи, преобразователи Холла. Указанные преобразователи реагируют на изменение напряженности магнитного поля в цепи электромагнита или постоянного магнита при изменении расстояния между ним и ферромагнитным изделием из-за наличия немагнитного покрытия.

В толщиномере (рис.2.28) при изменении толщины немагнитного покрытия 3 изменяется расстояние между полюсами магнитопровода 1 и магнитным основанием 1. Вследствие уменьшается индукция и магнитный поток, создаваемый обмоткой электромагнита. Это приводит к уменьшению сигнала на выходе преобразователя

Рис 2.28. Магнитостатический толщиномер:

1-магнитопровод ;2- магнитное основание; 3- немагнитное покрытие; 4- индикатор магнитного поля;5-измерительная схема

магнитного поля 4 (это может быть феррозонд или преобразователь Холла). Кроме того, зависимость амплитуды выходного электрического сигнала преобразователя 4 от толщины немагнитного покрытия 3 носит нелинейный экспоненциальный характер. Погрешность измерения магнитостатистическими толщиномерами зависит от:

1.Магнитных свойств материала изделия;

2.Шероховатости поверхности;

3.Геометрии поверхности контролируемого изделия;

4.Температуры.

2.8.3.Индукционные толщиномеры

Для контроля толщины немагнитных покрытий на ферромагнитной основе широкое распространение получили индукционные толщиномеры. Их действие основано на определении изменения магнитного сопротивления магнитной цепи, состоящей из ферромагнитной основы (деталь ), преобразователя прибора и немагнитного зазора между ними. Преобразователь индукционного толщиномера представляет собой систему из трех катушек, размещенных на общем ферромагнитном сердечнике (рис.2.29). Для уменьшения влияния края изделия на точность измерения стремятся локализовать магнитное поле преобразователя в месте его взаимодействия с контролируемым изделием. С этой целью удлиняют сердечник, заостряют и скругляют его конец. Это позволяет достигнуть площади пятна контроля 1 мм2 при краевом эффекте в 3-4мм. Отклонение оси преобразователя на от направления нормали к поверхности вызывает дополнительную погрешность, не превышающую основную (как правило , 3-5 %). Однако при автоматизации процесса контроля толщины слишком малая площадь пятна контроля снижает производительность контроля. Для измерения на плоских поверхностях преобразователь выполняется на трехточечной опоре с подпружиненным сердечником, обеспечивающим минимальный воздушный зазор.

Структурная схема индукционного толщиномера изображена на рис.2.30. Обмотка возбуждения индукционного преобразователя 2 подключена к низкочастотному генератору 1. Измерительные обмотки преобразователя включены встречно и через избирательный усилитель 4 связаны со входом амплитудно-фазового детектора 5, на управляющий вход которого через формирователь 7 подано напряжение от генератора

Рис.2.30. Структурная схема индукционного толщиномера

генератор; 2- индукционный преобразователь; 3- ферромагнитный сердечник преобразователя; 4- избирательный усилитель; 5- амплитудно-фазовый детектор; 6- индикатор; 7- формирователь опорного напряжения

Генератор формирует синусоидальное напряжение частотой 100-200Гц. Измерительные обмотки преобразователя включены встречно и на воздухе (без изделия) выходной сигнал преобразователя близок к нулю. При поднесении преобразователя к ферромагнитной детали его симметрия нарушается и в измерительной обмотке наводится ЭДС, которая в определенных пределах пропорциональна расстоянию между деталью и преобразователем.

Толщиномер МТ-50НЦ является типичным представителем приборов данного класса. Толщиномер выпускают для диапазона толщин от 4мкм до 2мм с погрешностью измерения 3%. Прибор МОНИМЕТР S 3.310 (Институт д-ра Фёрстера ) контролирует толщину немагнитных покрытий в диапазоне 0-200мкм с погрешностью  0,5 мкм и в диапазоне 0-2000мкм с погрешностью  2 мкм.

По сравнению с магнитными толщиномерами толщины покрытий значительно меньшее распространение получили магнитные толщиномеры для измерения толщины ферромагнитных материалов, т.к. в этом случае для точного измерения толщины необходимо отстраиваться от влияния электропроводности и магнитной проницаемости материала.

Институт д-ра Фёрстера выпускает измерители толщины жести типа 2.203 и 2.215. Действие приборов основано на магнитостатическом принципе. Преобразователи приборов выполнены в виде П-образного электромагнита с преобразователями Холла. Прибор типа 2.203 имеет пределы измерений 0-600 и 0-2500мкм, предназначен для измерения толщины жести для консервных банок, трансформаторного железа и ферромагнитного листа.

Прибор типа 2.215 имеет пределы измерений 50, 100, 250, 500, 1000, 2500 и 5000мкм, предназначен для измерения отклонения от заданной толщины ферромагнитной жести.

Достоинства магнитных толщиномеров:

Возможность локального контроля толщины.
Портативность приборов- вес в среднем 0,5-1 кг.

Недостатки:

1.Контроль производится контактным способом, что предъявляет дополнительные требования к форме и чистоте поверхности изделия.

2.Точное измерение толщины возможно только при наличии набора контрольных образцов для калибровки, с учетом температурной погрешности.

PAGE 83

1. СаваpаЛапласа Закон БиоСаваpаЛапласа в теоpии магнитного поля отвечает на аналогичный вопpос что и закон
2. на тему- ldquo;Середовище життєдіяльності.
3. Древнерусская культура в «Повести временных лет
4. Западная Сибирь ldquo;27rdquo; сентября 2013 N 1 г
5. БелорусскоРоссийский университет Кафедра Техническая эксплуатация автомобилей ОТЧЁТ п
6. Технология макаронных произодств 20122013 учебный год Специальность- 050728 ~ Технология перерабатывающих пр
7. Обезболивание, премедикация и психологическая подготовка пациента при лечении кариеса
8. Задание Вариант 14 Рисунок 1 Исходная принцип
9. реферату- Філософія Стародавньої ІндіїРозділ- Філософія Філософія Стародавньої Індії Зародки філософськ
10. Ie higher or lower pitch thn the surroundings on syllble
11. 2014 г. I смена 5а 5б
12. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО НАПИСАНИЮ ВЫПУСКНЫХ КВАЛИФИКАЦИОННЫХ РАБОТ курсовая выпускная и диплом
13. Урок русского языка в 3м классе
14. 07.2006 г. свидетельство СРО АИИС 01И 1294 от 19
15. Менеджмент профиль Экономика и управление на предприятии Мухин В
16. Общее языке соотносится с такими понятиями как частное и общее языке
17. Тема 4 Пароніми Активна і пасивна лексика
18. Лабораторная работа 9 Стасюк М
19. Семен Людвигович Франк
20. Сид ты не понимаешь того что большая часть нашей жизни определяется бессознательным

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе