Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования Республики Беларусь
Министерство образования Российской Федерации
БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт повышения квалификации
и переподготовки кадров
МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ
Методические указания к курсовой работе для слушателей заочной формы обучения по специальности Т.12.01.00П - Методы и приборы контроля качества и диагностики
Могилев 2004
УДК 620.179.14
Составитель: профессор Новиков В.А.
Методы и приборы магнитного контроля. Методические указания к курсовой работе для слушателей заочной формы обучения по специальности Т.12.01.00П - Методы и приборы контроля качества и диагностики.
Методические указания разработаны в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Методы и приборы магнитного контроля» для слушателей специальности Т.12.01.00П - Методы и приборы контроля качества и диагностики.
Ответственный за выпуск Сергеев С.С.
МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ
© Составление В.А.Новиков ,2004
Содержание
1 Цель и задачи курсовой работы 4
2 Тематика курсовых работ 4
3 Содержание и объем курсовой работы 5
4 Пример технического задания 6
5 Основное содержание 6
6 Руководство по использованию ЭВМ в курсовой работе по дисциплине 9
7 Защита курсовой работы 10
8 Оформление курсовой работы 10
9 Расчет магнитостатических полей поверхностных дефектов 11
9.1 Основные предпосылки 11
9.2 Топография поля дефекта, эквивалентного точечному диполю 11
9.3 Топография поля дефекта, эквивалентного линейному диполю 12
9.4 Топография поля дефекта, эквивалентного “ленточному” диполю 13
10 Расчет магнитного поля валика усиления шва, выполненного сваркой плавлением 14
11 Определение оптимального режима намагничивания при магнитографическом контроле ферромагнитных изделий 16
12 Расчет устройства для намагничивания изделий в процессе магнитного контроля 18
13 Выбор типа магнитной ленты для магнитографического контроля 22
Список литературы 23
Приложение А 25
Приложение В 26
Приложение Г 27
1 Цель и задачи курсовой работы
Целью курсовой работы является развитие навыков самостоятельной творческой работы студентов на основе знаний, полученных при прохождении лекционного и лабораторного курса “Методы и приборы магнитного контроля”, других профилирующих и общеинженерных дисциплин, производственных практик.
Основными задачами курса являются:
а) закрепление и углубление теоретических знаний по курсу “Приборы и методы электромагнитного контроля”, необходимых для создания аппаратуры и новых методов контроля;
б) развитие критического подхода при выборе метода контроля;
в) приобретение навыков проектирования автоматизированной и роботизированной оснастки для неразрушающего контроля;
г) приобретение навыков инженерных расчетов и устройств для намагничивания и размагничивания преобразователей для отдельных узлов дефектоскопов;
д) приобретение навыков компоновки оптимальных систем контроля из известных приборов, датчиков, устройств и пр.;
е) развитие навыков самостоятельной работы с научно–методической литературой;
ж) знакомство с передовыми достижениями науки и техники в СНГ и за рубежом.
2 Тематика курсовых работ
Курсовая работа может быть посвящена совершенствованию существующей или разработке новой методики контроля дефектов сплошности, физико–механических свойств материала, толщины покрытий, линейных размеров деталей, структуры, качества химико–термической обработки, разработке или модернизации аппаратуры контроля, устройства для механизации или автоматизации процесса контроля. При выполнении работы необходимо использовать передовые достижения науки и техники. В результате может быть повышена достоверность, чувствительность контроля, производительность контрольных операций, уменьшена стоимость контроля, улучшены условия труда и т.д.
Примером тем курсовой работы может быть:
а) проектирование аппаратуры и разработка контроля стыковых (уг-ловых), продольных (кольцевых) швов монолитных (многослойных) труб;
б) расчет аппаратуры и разработка методики контроля магнитных характеристик деталей из ферромагнитного материала;
в) выбор аппаратуры и разработка методики контроля диэлектрических покрытий на ферромагнитном основании;
г) разработка аппаратуры и методики контроля дефектов в ферромагнитной проволоке;
д) разработка устройства для контроля толщины слабомагнитного покрытия на немагнитном основании;
е) разработка устройства и методики магнитографического контроля кольцевых швов труб 200 мм;
ж) разработка устройства и методики феррозондового контроля боковой рамы в составе тележки вагона.
3 Содержание и объем курсовой работы
Курсовая работа содержит расчетно–пояснительную записку и графическую часть.
Расчетно–пояснительная записка состоит в основном из следующих разделов:
а) задание;
б) содержание;
в) введение;
г) анализ объекта контроля;
д) анализ физических характеристик материала объекта контроля;
е) анализ современного состояния вопроса и обоснование выбора метода контроля
ж) анализ современного состояния вопроса с целью выбора рационального способа контроля;
з) анализ современного состояния вопроса с целью разработки или модернизации аппаратуры и вспомогательных средств контроля;
и) компоновка оборудования для контроля;
к) расчет и разработка оборудования;
л) описание принципа действия оборудования;
м) разработка методики контроля;
н) разработка метрологического обеспечения средств неразрушающего контроля;
о) описание мероприятий по охране труда и противопожарной безопасности;
п) список использованных источников;
р) приложения.
Допускается отступление от указанных пунктов по согласованию с руководителем работы.
Графическая часть выполняется на 2 – 3 листах формата А1 и включает комплект чертежей по разрабатываемой методике и аппаратуре контроля. На чертежах приводятся полученные экспериментальные зависимости или необходимые для пояснения графики, схемы намагничивания (размагничивания) объекта контроля, чертежи модернизированных приборов, разработанных установок, контрольных образцов и других вспомогательных средств, модернизированные функциональные схемы приборов, фотографии сигналограмм, регистрограммы и т.п.
Содержание и объем графической части окончательно утверждается руководителем.
4 Пример технического задания на разработку устройства и методики контроля объекта
Разработать методику магнитопорошкового контроля ферромагнитных деталей на наличие поверхностных трещин. Исходные данные: диаметр детали -25 мм, длина 300 мм, коэрцитивная сила материала объекта контроля –1200 А/м, остаточная индукция –1,3 Тл, напряженность поля, необходимая для получения максимальной остаточной магнитной индукции-14000 А/м, ориентация трещин не известна, толщина неферромагнитного покрытия – 25 мкм, цвет контролируемой поверхности–черный, минимальное раскрытие недопустимого дефекта–2 мкм.
5 Основное содержание отдельных этапов курсовой работы
Во введении студент обосновывает актуальность темы курсовой работы, основываясь на достижении науки и техники СНГ и за рубежом, информации о перспективах развития методов и средств контроля по данным научно–технической литературы.
При анализе объекта контроля описываются технология изготовления объекта, конструктивные особенности (размеры, форма, технология изготовления, наличие покрытий, шероховатость поверхности), его назначение, условия эксплуатации (нагрузки статические, динамические, диапазон изменения температур в процессе эксплуатации), условия нагружения (сжатие, изгиб, растяжение, кручение), наличие концентраторов напряжений (отверстий, выступов, галтелей), возможные дефекты (вид и тип), наиболее вероятные места их расположения (в корне шва, в местах концентраторов напряжений и т.д.).
В разделе “Анализ физических характеристик материала объекта контроля” на основе данных технического задания по литературным источникам, а иногда и экспериментально определяются необходимые магнитные и электрические характеристики объекта контроля: индукция насыщения, остаточная индукция, коэрцитивная сила, удельная электрическая проводимость и т.д.
В разделе “Анализ современного состояния вопроса и обоснование выбора метода контроля” на основе литературных данных выполняется анализ методов контроля с точки зрения возможности и эффективности их использования применительно к рассматриваемому объекту.
При этом наряду с основной и дополнительной литературой по дисциплине используют реферативный журнал «Метрология и измерительная техника» (раздел «Дефектоскопия»), материалы научно–технических конференций, журналы “Дефектоскопия”, «Техническая диагностика и неразрушающий контроль»,“Автоматическая сварка”, “Заводская лаборатория”, бюллетени «Изобретения», описания к авторским свидетельствам и патентам на изобретения, сигнальную информацию и др. Предпочтение следует отдавать методу контроля, обеспечивающему более высокую чувствительность, достоверность контроля, производительность, удобство в эксплуатации, наглядность.
Как правило, метод контроля может быть реализован несколькими способами. На основе литературных данных выбирается наиболее приемлемый для конкретного объекта, либо разрабатывается новый способ.
Выбор метода контроля должен быть подробно и строго обоснован и сопровождаться ссылками на литературные источники. При необходимости для подтверждения правильности выбора метода контроля проводятся экспериментальные исследования на объекте контроля или его имитаторе. Причем, размеры, форма и материал образца–имитатора должны быть по возможности ближе к соответствующим параметрам контролируемого объекта.
Допускается использование для контроля объекта двух или нескольких методов (комплексный контроль, что повышает вероятность обнаружения дефектов).
В разделе «Анализ современного состояния вопроса с целью выбора рационального способа контроля» на основе результатов анализа литературы (включая патентные исследования) выбирают наиболее рациональный способ контроля применительно к конкретному объекту. При этом анализируют существующие способы, показывая основные тенденции развития метода. Указывают достоинства и недостатки анализируемых технических решений.
Для анализа современного состояния вопроса с целью разработки или модернизации аппаратуры и вспомогательных средств контроля используют информационные указатели, реферативные журналы, экспресс–информацию, авторские свидетельства и патенты, отечественную и зарубежную литературу. При этом выбирают 4 – 5 принципиально разных вариантов решения такой или аналогичной задачи для графической иллюстрации на листе формата А1. Анализируются достоинства и недостатки технических решений, затем на их основе с использованием исходных данных разрабатывается аппаратура или устройство для контроля. В расчетно–пояснительной записке проводятся необходимые расчеты оснастки или аппаратуры, приводятся ее технические характеристики, подробное описание работы в процессе эксплуатации. В этом же разделе производится выбор типа дефектоскопа (толщиномера, структуроскопа), другой аппаратуры, даются ее технические характеристики. Весьма прогрессивно в настоящее время применение для контроля технических роботов, манипуляторов, микропроцессорной техники. При этом следует учитывать, что уровень механизации контрольных операций должен определяться программой выпуска изделий и их спецификой.
В разделе «Компоновка оборудования для контроля» обосновываю расположение отельных деталей и узлов в разрабатываемом устройстве.
В разделе «Расчет и разработка оборудования» выполняют расчеты необходимые при разработке оборудования. Например, рассчитывают электромагнит электромагнит намагничивающего устройства, выполняют выборочный расчет пневмоцилиндра, редуктора и т.д.
В разделе «Описание принципа действия оборудования» вначале в статике, а затем в динамике описывают разработанное устройство.
В разделе “Разработка методики контроля” дается подробная информация об основных и вспомогательных операциях при контроле объекта, их последовательности с указанием режимов контроля, применяемого оборудования, приборов и материалов, например, при магнитопорошковом контроле подробно описываются подготовка деталей к контролю, выбор способа намагничивания, расчет режимов намагничивания, способ нанесения магнитного порошка (или суспензии) на поверхность изделия, осмотр деталей, типичные признаки дефектов по картине осаждения порошка, возможные мнимые дефекты и как их отличить от реальных на данной детали, разбраковка деталей, способ размагничивания контролируемого объекта и проверка его размагниченности, предлагаемый для контроля состав суспензии или порошка, способ проверки качества и др.
Описанные операции следует хорошо иллюстрировать и сопровождать ссылками на литературные источники.
В разделе “Разработка метрологического обеспечения средств неразрушающего контроля” описывают требования, предъявляемые к эталонным образцам, позволяющим исключить влияние субъективных факторов на результат контроля, разрабатывают и описывают образцы–эталоны, описывают настройку дефектоскопа (структуроскопа, толщиномера) по ним.
Например, при магнитографическом контроле стыковых сварных соединений труб, согласно ГОСТ 25225–82, испытательные образцы должны быть изготовлены для каждой толщины стенки и марки стали труб и сварены тем же методом и по той же технологии, что и стыковые швы трубы, качество которых подлежит контролю. Некоторые участки шва должны содержать внутренние дефекты (непровар, цепочку шлаковых включений) преимущественно в корне шва, протяженностью не менее 40 мм и величиной, соответствующей минимальному браковочному уровню.
При описании мероприятий по охране труда и противопожарной безопасности указываются мероприятия по обеспечению электробезопасности операторов и вспомогательного персонала в процессе контроля, меры защиты от воздействия от импульсных магнитных полей высокой напряженности, меры защиты органов дыхания и рук от вредного воздействия порошка и суспензии, мероприятия по противопожарной безопасности и т.д.
В выводах указывают основные результаты работы. Не допускаются выводы подменять аннотацией сделанного.
Дается краткий анализ разработанных методик контроля и технических средств осуществления контроля.
В приложения включают ведомости спецификаций чертежей, распечатки программ на ЭВМ, опущенные громоздкие промежуточные математические выкладки, алгоритмы, не включенные в основную часть записки.
6 Руководство по использованию ЭВМ в курсовой работе по по дисциплине
Основными задачами, которые решаются на ЭВМ при выполнении курсовой работы, могут быть сложные и повторяющиеся расчеты, задачи оптимизации и моделирования процессов контроля, например:
а) расчет топографии тангенциальной и нормальной составляющей поля дефекта на плоской поверхности изделия, криволинейной поверхности шва в зависимости от размеров дефекта, ориентации в пространстве, глубины залегания дефекта, размеров валика шва, высоты точки наблюдения, вида и типа дефекта и т.д. с целью оптимизации области применения метода контроля;
б) расчет распределения поля, создаваемого витками катушки в виде колец Гельмгольца в различных точках пространства с целью оптимизации выбора режима намагничивания;
в) расчет поля валика шва с целью оптимизации выбора режимов контроля в зависимости от размеров валика шва;
г) расчет электромагнитов с целью выбора оптимальных параметров;
д) расчет силы притяжения постоянного магнита различных размеров и форм к ферромагнитному изделию с целью выбора оптимальных форм, размеров преобразователя, толщиномера;
е) расчет электрических полей и полей вихревых токов с целью выбора режима контроля.
Для расчета используется типовая методика, включающая формулировку задачи (определение исходных данных, вводимых в оперативную память машины, конкретизацию выходных данных, форму их представления), постановку задачи, ее формализацию, разработку структурной схемы алгоритма решения задач, разработку и отладку программы, счет, анализ результатов расчета.
7 Защита курсовой работы
Защита курсовой работы является заключительным этапом и призвана помочь студентам научиться кратко и четко излагать свои мысли, вести деловые дискуссии, умело держать себя перед аудиторией. К защите представляется полностью законченная работа, подписанная его автором и руководителем. Защита производится перед комиссией в составе 2 – 3 преподавателей кафедры. Общее время, отводимое для приема работы, 20 – 25 минут из которых 8 – 10 минут представляются студенту для сообщения, а остальные – для ответов на вопросы. При оценке работы учитывается качество, полнота и самостоятельность выполнения поставленной задачи, четкость сообщения, сделанного студентом, и его ответы на вопросы, качество оформления графической части и пояснительной записки (обоснованность, техническая грамотность изложения, правильность расчетов, строгость допущений), работа с литературой.
Запись студентов на защиту производится заблаговременно в соответствии с указанным графиком работы комиссии.
8 Оформление курсовой работы
Расчетно–пояснительная записка оформляется на листах писчей бумаги формата А4 на одной стороне и должна соответствовать ГОСТ 2.105–95. На каждом листе оставляются поля: слева – 30 мм, справа – 10 мм, сверху и снизу – 20 мм. Пояснительная записка выполняется рукописным способом пастами или чернилами темных цветов, разборчивым почерком. Изложение должно вестись ясным, технически грамотным языком, сокращения допускаются только общепринятые. Заголовки должны выделяться. Оформление списка литературы должно соответствовать ГОСТ 7.1–84. Использованные источники следует располагать в порядке появления ссылок в тексте записки. Использованные в работе физические величины должны быть выражены в СИ согласно ГОСТ 8.417–81. Все графические материалы проекта должны соответствовать требованиям ЕСКД.
9 Расчет магнитостатических полей поверхностных дефектов
9.1 Основные предпосылки
Для успешного обнаружения дефектов в изделиях из ферромагнитных материалов необходимо иметь достаточно полную информацию о пространственном распределении магнитных полей вблизи контролируемой поверхности. В общем случае расчет электромагнитных полей рассеяния от дефекта представляет собой весьма сложную математическую задачу и практически неосуществим, т.к. реальные дефекты имеют сложные геометрические формы и могут различаться по физической природе. Однако в ряде случаев эти неоднородности имеют простую форму и могут быть аппроксимированы эквивалентными магнитными диполями. Таковы, например, дефекты в виде вмятин, царапин. Дефекты в виде трещины отличаются тем, что у них глубина намного больше ширины, у таких дефектов магнитные заряды распределяются в двух измерениях – по длине и глубине. Поле их можно уподобить полю ленточного магнитного диполя, ширина и высота которого совпадают с параметрами действительного дефекта.
9.2 Топография поля дефекта, эквивалентного точечному диполю
Точечный магнитный заряд +m или –m, находясь в вакууме, создает в некоторой точке А окружающего пространства поле напряженностью
, (1)
где R – радиус–вектор, проведенный из полюса m в точку А.
Определим составляющие поля двух зарядов противоположного знака, расположенных на расстоянии 2b друг от друга (магнитный диполь с базой 2b), рисунок 1.
Из рисунка 1 и выражения (1) имеем:
(2)
где , ,
, .
.
Аналогично для Hy имеем:
(3)
Рисунок 1 – Расчет магнитного поля дефекта, эквивалентного точечному и линейному диполям
9.3 Топография поля дефекта, эквивалентного линейному диполю
Известно, что положительно заряженная бесконечно длинная нить создает в произвольной точке на расстоянии r от нее поле:
, (4)
где с – постоянный коэффициент, зависящий от системы единиц (с = 2);
л – линейная плотность магнитных зарядов.
Тогда имеем (см. рисунок 1):
(5)
. (6)
9.4 Топография поля дефекта, эквивалентному “ленточному” диполю
На основании дефекта и граничных поверхностях изделия магнитных зарядов от внешнего намагничивающего поля не образуется, т.к. оно направлено параллельно этим граням. Магнитные заряды здесь образуются только от вторичного поля заряженных граней дефекта и настолько малы, что действием их можно пренебречь.
Для ленточного диполя (см. рисунок 2) шириной 2b и глубиной h необходимо учитывать магнитный заряд dQ, расположенный не по элементу нити, а по элементу поверхности dS грани с поверхностной плотностью ():
dQ = () dSn, (7)
где меняется в пределах от 0 до h.
Рисунок 2 – Расчет магнитного поля дефекта, эквивалентного точечному и ленточному диполю
Выражение напряженности поля в точке М от действия зарядов, расположенных на одной из граней диполя по элементу поверхности с шириной d:
, (8)
Принимая во внимание:
; ; ; ;
; ,
получим:
; .
Составляющие поля от отрицательно заряженной границы:
; .
При составляющие поля ленточного диполя имеют вид:
(9)
(10)
9.2 Расчет магнитного поля валика усиления шва, выполненного сваркой плавлением
Методика расчета поля усилителя шва подробно изложена в [23]. Ниже приведены формулы для определения тангенциальной и нормальной составляющих поля, обусловленного валиком усиления шва на поверхности шва (х b / 2). Расчетная схема и выбор системы координат показаны на рисунках 3 и 4. Здесь b – ширина шва, С – высота усиления шва, П = 1000, л = соnst – линейная плотность магнитных зарядов, С1 = 1 мм.
Рисунок 3 – Аппроксимация поверхности усиления шва при расчете поля валика шва
Рисунок 4 – Выбор систем координат при расчете поля валика шва
(11)
(12)
Верхние знаки берут, когда 0 х b/2, нижние – когда –b/2 х 0.
На поверхности сварного соединения вне шва х b/2 имеем:
, (13)
(14)
11 Определение оптимального режима намагничивания при магнитографическом контроле ферромагнитных изделий
Расчет выполним по методике, изложенной в [15]. По данным таблицы 1 (смотри приложение 1) строим кривую намагничивания материала контролируемого изделия (B = f(H)) (см. рисунок 5). Используя данные этой кривой, строим зависимость 2 = B / (0 . H) = f(B) (см. рисунок 6). Расчет оптимального
Рисунок 5 – Кривая намагничивания материала изделия
Рисунок 6 – Зависимости r, dr/dB, d2r/dB2 от индукции в контролируемом сечении
режима сводится к отысканию максимального приращения производной на падающей (правой) ветви данной кривой. Максимальное приращение производной d / dB находится в месте перегиба кривой функции (В) на ее ниспадающей ветви (в этой точке d2 / dB2 = 0). Простейший способ найти d2 / dB2 – заменить табличные значения функции = f(В) соответствующим интерполяционным многочленом:
= а . В3 + b . В2 + с . В + d,
где a, b, c, d – неизвестные коэффициенты.
,
,
. (15)
Чтобы определить значения bср. и аср., можно воспользоваться методом наименьших квадратов или решить ряд систем уравнений, подставляя численные значения В из кривой:
(16)
Вычислив bср. и аср. и подставив в (15), получим значение Вопт. Возможен и графический путь определения Вопт, который состоит в следующем.
По приближенным формулам определяют d / dB и d2 / dB2, используя значение нисходящей ветви кривой (В) для точек Bi h / 2 и Bi h, где h – шаг. Оптимальному режиму намагничивания соответствует точка пересечения графика функции d2 / dB2 с осью абсцисс и минимум функции d / dB (см. рисунок 6). Следует отметить, что расчетное значение Вопт ниже значения, полученного экспериментально на 10 … 20 %. Это нужно учесть в окончательном результате.
12 Расчет устройства для намагничивания постоянным полем изделий в процессе магнитного контроля
Расчет выполнен по методике, изложенной в [16]. Схема намагничивающего устройства изложена на рисунке 7.
|
Рисунок 7 – Расчетная схема намагничивающего устройства |
Рисунок 8 – Эквивалентная электрическая схема намагничивающего устройства |
Цель расчета – определить величину намагничивающей силы (IW) устройства для создания в изделии необходимой индукции.
С учетом требований технического, технологического и экономического плана для магнитных приспособлений могут быть рекомендованы стали Ст.3, 10, 20 и сталь Армко.
Из рекомендаций [14], толщина полюсов НУ должна быть в 2 – 3 раза больше толщины намагничивающего изделия. Если же толщина стенки изделия 1 … 2 мм, то толщина полюсов – 10 … 20 мм. Остальные размеры намагничивающего устройства выбирают конструктивно, исходя из существующих разработок [14-16]. Например, расстояние L между полюсами электромагнита – не менее 70 мм, высота h – не менее 100 мм. Расчет выполняют, принимая допущение, что растекание магнитного потока в изделии отсутствует, т.е. размеры проекции устройства на изделие и изделия равны.
Из закона Кирхгофа следует:
,
где Hi . – падение магнитного напряжения на участке магнитной цепи (см. рисунки 7 и 8).
Рассматриваем сумму падений магнитных напряжений в изделии Uи в зазорах Uy, в магнитопроводе Uп:
(17)
Строим кривую намагничивания материала изделия (см. рисунок 7). Используя выражения (17) по 6 – 8 значениям Hи и Bи, взятым с кривой намагничивания, строим зависимость Uи = f(Фи), а затем зависимость Uу = f(Фи) в той же системе координат (см. рисунок 9).
Рисунок 9 – Зависимости магнитных напряжений в зазоре Uу и в изделии Uи от магнитного потока в изделии
, (18)
где H0 – напряженность поля в зазоре;
– толщина суммарного зазора.
Нетрудно видеть, что для построения прямой достаточно рассмотреть одно значение Фи.
Затем на отдельном графике строится кривая падения магнитного напряжения в магнитопроводе в зависимости от потока в нем Uп = f(Фп) (см. рисунок 10).
Рисунок 10 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока в нем
(19)
Значения В и Н определяют по кривой намагничивания материала магнитопровода.
Чтобы пересчитать Uп в зависимости от Фи, запишем уравнение Кирхгофа для точки М эквивалентной электрической схемы (см. рисунок 8).
, (20)
где F – магнитный поток рассеяния, шунтирующий изделие и переходный участок.
Так как отношение потоков Фи и F обратно пропорционально магнитным сопротивлениям Rи + Ry и RF, то:
(21)
где RF – магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами электромагнита.
, (22)
где GF – проводимость участка между параллельными призмами (полюсами намагничивающего устройства) [24].
, (23)
где
Из (20) и (21):
, (24)
где RF получаем из (22) и (23) – оно постоянно;
– тоже постоянно;
;
здесь – длина средней линии в изделии;
Ви и Ни – соответствуют оптимальному режиму намагничивания.
Путем пересчета с использованием формулы (24) из последнего графика получают зависимость Uп = f(Фи) (см. рисунок 11). Затем, суммируя Uи, Uy, Uп, получают зависимость U = f(Фи) (см. рисунок 12). Зная сечение изделия, строят вторую ось (Ви), т.е. аналогичную зависимость U = f(Ви), где Ви = Фи / Sи.
|
Рисунок 11 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от маг-нитного потока в изделии |
Рисунок 12 – Зависимость суммарного магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока и индукции в изделии |
По известному значению оптимальной индукции Вопт в контролируемом сечении определяют U1 = I . W (см. рисунок 12). Затем с учетом коэффициента заполнения Кз = 0,4 и площади S окна, занимаемого всеми витками катушки, в сечении, перпендикулярном осям витков (S составляет приблизительно 80 % площади окна, образованного П–образным сердечником и намагничиваемым изделием) определяют число витков обмоточного провода, задаваясь различными его диаметрами (d = от 0,5 до 3,5 мм):
.
Определяют величину тока в катушке по известным намагничивающей силе и числу витков I1 = a / W1. При этом следует помнить, что расчет выполнен для случая контроля плоских изделий и не учитывает растекание магнитного потока в изделии. Для намагничивания сварных соединений с усилением шва ток нужно увеличить в 6 … 8 раз. Должно также выполняться ограничение по плотности тока j 12 А / мм2. Определяют электрическое сопротивление обмотки:
и потребляемую мощность:
в каждом случае (здесь – средняя длина витка провода в катушке, – удельное электрическое сопротивление).
Если потребляемые мощности одинаковы, то диаметр провода выбирают исходя из приемлемого числа витков катушки.
13 Выбор типа магнитной ленты для магнитографического контроля изделия
Известен оптимальный режим намагничивания (Вопт = 1,7 Тл) и кривая намагничивания материала изделия.
Для получения широкого рабочего диапазона характеристики ленты рекомендуют использовать ленту такого типа, чтобы ее рабочая точка А совпадала с начальной точкой крутого возрастающего участка характеристики ленты (см. рисунок 13). Напряженность поля, требуемая для намагничивания ленты до указанной точки, приблизительно равна ее коэрцитивной силе.
Рисунок 13 – Характеристика магнитной ленты
Поэтому для выбора типа ленты вначале по кривой намагничивания материала изделия определяют напряженность поля, требуемую для получения Вопт (в нашем случае Hтр = 80 А / см). Так как составляющая вектора напряженности поля, параллельная границе раздела сред, имеет по обе стороны границы одинаковые значения, а ферромагнитный слой ленты находится практически у самой поверхности, то на ленту в ее плоскости воздействует поле напряженностью Нтр. Это поле смещает рабочую точку характеристики ленты. По таблице Г.2 (приложение) выбирают магнитную ленту И4701–35 с коэрцитивной силой Нс = 80 А / см = Нтр.
Список литературы
1 Герасимов В.Г. Электромагнитный контроль однослойных и многослойных изделий. – М.: Энергия, 1972. – 160 с.:ил.
2 Герасимов В.Г. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий / В.Г. Герасимов, В.В. Клюев, В.Е. Шатерников. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 272 с.: ил.
3 Герасимов В.Г. Неразрушающий контроль качества изделий электромагнитными методами / В.Г. Герасимов, О.Я. Останин, А.Д. Покровский – М.: Энергия, 1977. – 360 с.: ил.
4 Сухоруков В.В. Математическое моделирование электромагнитных полей в проводящих средах. – М.: Энергия, 1975. – 122 с.: ил.
5 Зацепин Н.Н. Неразрушающий контроль (избранные вопросы теории поля). – Мн.: Навука и тэхнiка, 1979. – 192 с.: ил.
6 Зацепин Н.Н. Магнитная дефектоскопия./ Н.Н. Зацепин, Л.В. Коржова – Мн.: Навука и тэхнiка, 1981. – 208 с.: ил.
7. Зацепин Н.Н. К расчету магнитостатического поля поверхностных дефектов. I. Топография поля моделей дефектов./ Н.Н. Зацепин, В.Е. Щербинин //Дефектоскопия. – 1966.– № 5.– С. 59 – 65.
8 Арнольд Р.Р. Расчет и проектирование магнитных систем с постоянными магнитами. – М.: Энергия, 1969. – 184 с.: ил.
9 Сливинская А.Г. Электромагниты и постоянные магниты. – М.: Энергия, 1972. – 248 с.: ил.
10 Сапожников А.Б. Теоретические основы электромагнитной дефектоскопии металлических тел. Т. 1. – Томск: Изд–во ТГУ, 1980. – 308 с.: ил.
11 Мельгуй М.А. Магнитный контроль механических свойств сталей. – Мн.: Наука и техника. – 1980. – 180 с. : ил.
12 Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: Справочник. Т. 2 /Под ред. В.В. Клюева. – М.: Машиностроение, 1986. – 351 с: ил.
13 Неразрушающий контроль материалов и изделий.: Справочник. /Под ред. Г.С. Самойловича. – М.: Машиностроение, 1976. – 456 с.: ил.
14 Фалькевич А.С. Магнитографический контроль сварных соединений. / А.С. Фалькевич, М.Х. Хусанов – М.: Машиностроение, 1966, – 176 с.: ил.
15 Козлов В.С. Физика магнитографической дефектоскопии. – Мн.: Наука и техника, 1968. – 160 с.: ил.
16 Козлов В.С. Техника магнитографической дефектоскопии. Мн.: Вышэйшая школа, 1976. – 256 с.: ил.
17 Афанасьев Ю.В. Феррозонды. – Л.: Энергия, 1969. – 168 с.: ил.
18 Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн.3. Электромагнитный контроль. /В.Г. Герасимов. А.Д. Покровский, В.В. Сухоруков. – Мн.: Вшэйшая школа, 1992. – 330 с.: ил.
19 ГОСТ 25225–82. Контроль неразрушающий. Швы сварных соединений трубопровода. Магнитографический метод. –М. Изд–во стандартов, 1983.–22с.: ил.
20 Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. М.: Энергия, 1968.– 488 с.: ил.
21 Буль Б.К. Основы теории и расчета магнитных цепей. – М.–Л.: Энергия, 1964. – 464 с.: ил.
22 Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. – М.: Высшая школа, 1978. – 231 с.: ил.
23 Новиков В.А. Особенности формирования магнитостатического поля валика шва на поверхности стыкового сварного соединения // Диагностика и прогнозирование разрушения сварных конструкций. – 1988. – №6. – С. 53–60.
24 Константинов О. Я. Магнитная технологическая оснастка. – М.: Машиностроение, 1977. – 362 с. : ил.
25 Шелихов Г.С. Магнитопорошковая дефектоскопия деталей и узлов. – М.: Государственное предприятие Научно–технический центр «Эксперт», 1995.–224 с.: ил.
Приложение А
(рекомендуемое)
Обложка пояснительной записки
Министерство образования Республики Беларусь
Министерство образования Российской Федерации
БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра “Физические методы контроля”
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по курсу
“Методы и приборы электромагнитного контроля”
Студент ________________
Группа _________________
Могилев 200_
Приложение Б
(рекомендуемое)
Министерство образования Республики Беларусь
Министерство образования Российской Федерации
БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра “Физические методы контроля”
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по курсу
“Методы и приборы электромагнитного контроля”
Тема работы ______________________________________
_______________________________________
_______________________________________
_______________________________________
Работу выполнил студент ________________
группа ________________
дата ________________
Руководитель работы ________________
дата ________________
Приложение В
(рекомендуемое)
Основная надпись для чертежей и схемы
Приложение Г
(справочное)
Таблица Г.1 – Исходные данные для построения кривой намагничивания материала контролируемого изделия
|
Напряженность намагничивающего поля, |
Магнитная индукция В в Тл для сталей следующих марок |
||||
|
Н, А/м |
10 |
20 |
30 |
Ст.3 |
09Г2 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
200 |
0,09 |
— |
0,09 |
0,2 |
0,06 |
|
500 |
0,535 |
0,5 |
0,49 |
0,85 |
0,31 |
|
1000 |
1,11 |
0,975 |
0,95 |
1,22 |
0,87 |
|
1500 |
1,25 |
1,24 |
1,165 |
1,35 |
1,15 |
|
2000 |
1,36 |
1,38 |
1,29 |
1,4 |
1,30 |
|
2500 |
1,445 |
1,43 |
1,3 |
1,47 |
1,41 |
|
3000 |
1,49 |
1,515 |
1,445 |
1,51 |
1,48 |
|
4000 |
1,575 |
1,585 |
1,53 |
1,57 |
1,565 |
|
5000 |
1,635 |
1,630 |
1,58 |
1,62 |
1,70 |
|
7500 |
1,71 |
1,725 |
1,68 |
1,7 |
1,73 |
|
10000 |
1,78 |
1,78 |
1,755 |
1,77 |
1,795 |
|
12500 |
1,835 |
1,83 |
1,81 |
1,83 |
1,82 |
|
15000 |
1,87 |
1,86 |
1,915 |
1,87 |
1,86 |
33
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
20000 |
1,94 |
1,94 |
1,945 |
1,95 |
1,93 |
|
25000 |
2,0 |
1,96 |
1,96 |
2,01 |
1,99 |
|
30000 |
2,04 |
2,04 |
2,01 |
2,07 |
2,03 |
|
35000 |
2,07 |
2,07 |
2,04 |
2,12 |
2,06 |
|
40000 |
2,09 |
2,11 |
2,06 |
— |
2,085 |
|
45000 |
2,1 |
2,14 |
2,08 |
— |
2,10 |
|
50000 |
2,1 |
2,166 |
2,1 |
— |
2,12 |
|
55000 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
60000 |
— |
— |
— |
— |
— |
Таблица Г.2 – Характеристики двухслойных магнитных лент
|
Тип ленты |
Коэрцитивная сила , А/м |
|
И4701–35 |
8000 |
|
МКУ |
12400 – 12800 |
|
Тип 6 |
17600 |