Файл: Руководство по разработке технологической карты по магнитопорошковому контролю, приведены тесты для подготовки к сдаче экзаменов по магнитному контролю.pdf

Вблизи двух полосовых магнитов, которые расположены в одной
плоскости и образуют друг с другом угол , находится ферромагнитный
шарик (рис. 1.58). Если бы не было второго магнита, то первый действовал
бы на шарик с силой
1
F , а если бы не было первого магнита, то второй
действовал бы на шарик с силой
2
F . Будет ли сила F, с которой действуют
на шарик оба магнита, равна геометрической сумме сил
1
F и
2
F ?
Нет. Когда шарик находится вблизи двух магнитов, он намагничивается сильнее, чем каждым из магнитов в отдельности. Поэтому сила, действующая на шарик со стороны каждого магнита «в связке», становится больше сил
1
F
и
2
F
. Следовательно, сила
F будет больше геометрической суммы сил
1
F
и
2
F
(см. рис. 1.58).
Рис. 1.58. Силы, действующие на ферромагнитный шарик вблизи двух полосовых магнитов
Два одинаковых ферромагнитных стержня расположены на широте
Могилева в плоскости магнитного меридиана: один – горизонтально,
другой – вертикально. Через некоторое время они намагничиваются под
действием поля Земли. Какой из стержней намагнитится сильнее?
На каком конце вертикального стержня возникнет северный полюс
и на каком южный?
Сильнее намагнитится вертикальный стержень, т. к. вертикальная состав- ляющая напряженности магнитного поля Земли на широте Могилева больше, чем горизонтальная. В северном полушарии ближе к нижней части стержня расположен южный магнитный полюс. Он находится недалеко от северного географического полюса. Поэтому на нижнем конце индуцируется северный полюс. Если поднести компас к нижней части стержня, то к стержню повернется южный полюс магнитной стрелки. Из изложенного выше следует, что
69

окружающие нас ферромагнитные предметы под влиянием поля Земли приобретают остаточную намагниченность.
Как
объяснить
намагничивание
ферромагнитных
тел
в магнитном поле?
В большинстве веществ магнитные поля, создаваемые атомами, ориен- тированы хаотически. Поэтому их действие внешне не проявляется.
В ферромагнетиках – по-другому. При обычных температурах они состоят из областей спонтанной (самопроизвольной) намагниченности –
доменов
В каждом домене все атомы расположены так, что создаваемые ими магнитные поля совпадают по направлению. То есть домен является магнитиком.
В ненамагниченном ферромагнетике домены расположены хаотически, их поля направлены в разные стороны и суммарный магнитный момент равен нулю. Если же ферромагнетик попадает во внешнее магнитное поле, то домены выстраиваются (более или менее строго в зависимости от напряженности поля) в направлении поля и магнитные поля доменов начинают себя проявлять, например, притягивать железные опилки.
Как используется способность ферромагнитных тел намагничиваться
в магнитном поле Земли на производстве?
Способность ферромагнитных объектов намагничиваться
в магнитном поле
Земли
используют на производстве. Установлена зависимость коэрцитивной силы от уровня действующих напряжений и накопления повреждений в металле, определяющих остаточный ресурс действующей конструкции. На основе многочисленных экспериментов выделены режимы надежной эксплуатации объекта, контролируемой эксплуатации и критический режим.
Назовите основные магнитные характеристики постоянных
магнитов.
Основными магнитными характеристиками постоянных магнитов являются остаточная магнитная индукция
r
B
, коэрцитивная сила по намаг- ниченности
,
cM
H
коэрцитивная сила по индукции
cB
H , энергетическое произведение
В

, Дж/м
3
Как осуществляют намагничивание и размагничивание постоянных
магнитов?
Намагничивание ферромагнетика, выполненного из магнитотвердого материала, с целью получения постоянного магнита осуществляют до его насыщения. Считают, что в этом случае должно выполняться усло- вие max
H

5
c
H
, где max
H
– максимальная величина намагничивающего поля,
70

c
H
– коэрцитивная сила материала магнита. При этом чаще всего, если это возможно, будущий магнит зажимают между полюсами электромагнита постоянного тока. Если материал является магнитно-анизотропным, то поле должно действовать в направлении текстуры. Минимальную продолжительность импульса

t
определяют по следующей приближенной формуле:
2 9
σ
10 c,
B
t
D
H

 

где
В
– индукция в магните, Тл;
Н
– напряженность намагничивающего поля, кА/м;
D
– эффективный диаметр магнита, м;

– удельная электрическая проводимость, См/м.
Для обработки заготовки, предназначенной для изготовления магнита, удобства транспортировки, сборки систем перед повторным намагничиванием магниты полностью размагничивают. Обычно размагничивание осуществляют, воздействуя на магнит низкочастотным переменным магнитным полем с убывающей до нуля амплитудой.
1.8.6. Электромагниты
Как устроены электромагниты?
Электромагнит представляет собой ферромагнитный сердечник из магнитно-мягкого материала, на который нанесена электрическая обмотка.
В качестве материала сердечника с учетом требований технического, техноло- гического и экономического характера обычно используют низкоуглеродистые стали – сталь Ст 3, сталь 10, сталь 20, сталь Армко и др.
Форма сердечника может быть разная: в виде параллелепипеда,
П-образная, Ш-образная и т. д. Как правило, обмоточный провод должен быть хорошо изолирован от сердечника. Он может быть нанесен на лакоткань или жесткий диэлектрический каркас.
С какой целью в электромагнитах применяют ферромагнитные
сердечники?
Магнитное поле катушки с ферромагнитным сердечником значительно сильнее, чем поле катушки без сердечника, т. е. ферромагнетик внутри катушки сильно намагничивается и поле его складывается с полем катушки
(
B =
0

H +
0

M
). Приведенная формула определяет величину магнитной индукции в сердечнике электромагнита. Однако, как следует из приведенной выше формулы, применение ферромагнитных сердечников в электромагнитах для усиления поля полезно только до известного предела. После достижения
71

намагниченности насыщения
M
=
s
M
(все домены сориентировались вдоль поля) второе слагаемое этой формулы стало постоянным и индукция возрастает только за счет роста первого слагаемого. Поле, создаваемое обмоткой, может оказаться много больше поля насыщенного ферромагнитного сердечника, так что сердечник становится почти бесполезным и лишь усложняет конструкцию электромагнита. Поэтому самые мощные электромагниты изготовляют без сердечников. Такие электромагниты имеют огромные размеры и для магнитной дефектоскопии не применяются.
По какой формуле рассчитывается отрывная сила электромагнита или
постоянного магнита?
Отрывную силу рассчитывают по формуле
2 0
,
2μ
B
F
S

где
В
– величина магнитной индукции в магнитном полюсе, контактирующем с деталью;
0

– магнитная постоянная;
S
– сечение полюса.
Определите отрывную силу электромагнита, у которого сечение
внутреннего полюса
1
S ,м
2
,
магнитная индукция в нем
1
B ,Тл, а сечение
внешнего цилиндрического кольцевого полюса
2
S ,
м
2
.
Магнитная индукция во внешнем полюсе
2 1
1 2
S
S
B
B 
, отрывная сила
2 2
2 1
2 1
1 1
1 2
1 2
1 1
0 0
0 2
2 1
1 2μ
2μ
2μ
B
B
B
S
S
F F F
S
S
S
F
S
S




















Сердечник электромагнита состоит из двух полюсов и перемычки

объект. Однако сила притяжения такого электромагнита будет невелика вследствие большого магнитного сопротивления такой магнитной цепи.
Исправить такой электромагнит можно, повернув одну катушку к перемычке другим концом. В этом случае направления магнитных потоков, создаваемых катушками, будут одинаковыми.
Можно ли электромагнитным краном переносить раскаленные
ферромагнитные объекты?
Нет, потому что с увеличением температуры и приближением ее к точке
Кюри магнитная проницаемость ферромагнетика уменьшается. Поэтому раскаленный объект слабо намагничивается и слабо притягивается электромагнитом.
Как изготовить сильный электромагнит, если поставлено условие,
чтобы ток в его обмотке был сравнительно слабым?
Обмотку электромагнита нужно нанести тонким электрическим проводом с большим числом витков. В этом случае можно достичь высокого значения намагничивающей силы обмотки
Iw
при малом токе в обмотке, т. к. электри- ческое сопротивление обмотки будет значительным, а ток в ней при таком сопротивлении небольшим.
Два электромагнита с П-образными сердечниками отличаются только
тем, что имеют разные полюсные наконечники (башмаки): первый
сужающийся, а второй – расширяющийся. Какой из электромагнитов имеет
большую подъемную силу?
Большую подъемную силу имеет второй электромагнит. Объясняется это следующим. Принцип действия электромагнитов основан на свойствах магнитной цепи. Из закона полного тока следует, что магнитное напря- жение цепи «электромагнит – поднимаемый груз» определяется по форму- ле
m
U
= Iw = Φ
(
m
б
з
г
R
R
R
R



), где
I
– ток в обмотках;
w
– число витков обмоточного провода;
Ф
– магнитный поток;
,
,
,
m
б
з
г
R R R R – магнитные сопротивления магнитопровода электромагнита, башмака, воздушных зазоров между полюсами и ферромагнитным грузом и груза соответственно.
Откуда
г
з
б
m
R
R
R
R
Iw
Ф




С уменьшением сечения полюсного наконечника общее магнитное сопротивление возрастает, а магнитный поток убывает. Следовательно, уменьшается и магнитная индукция под полюсом электромагнита.
73

Таким образом, подъемная сила электромагнита с сужающимися полюсными наконечниками, которая определяется по формуле
2 0
,
2μ
B
F
S

будет меньше за счет уменьшения магнитной индукции и площади соприкосновения полюсного наконечника с ферромагнитным грузом.
Медицинский прибор для извлечения неферромагнитных метал-
лических опилок из глаза содержит электрическую катушку с заостренным
сердечником и источник питания. Как должен изменяться ток, питающий
катушку, чтобы прибор отвечал своему назначению?
Сила, действующая на неферромагнитные металлические опилки, возникает вследствие появления в них индукционных токов при изменении магнитного поля возле острия сердечника катушки. При нарастании тока в катушке опилки в соответствии с правилом Ленца будут выталкиваться из поля, а при убывании тока – притягиваться к сердечнику. Поэтому ток должен медленно возрастать, а затем быстро спадать до нуля.
Катушка электромагнита подключена к источнику постоянного тока.
Почему при включении тока его максимальная величина устанавлива-
ется не сразу?
В катушке электромагнита вследствие большой индуктивности в момент включения тока в цепи возникает электродвижущая сила индукции, которая препятствует мгновенному установлению максимальной величины тока в цепи.
74

2. ДЕФЕКТЫ МЕТАЛЛА И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Классификация дефектов в сталях. Дефекты сварки, литья,
механической обработки, пластической деформации металла, химико-
термической обработки.
2.1. Классификация дефектов в сталях
Что такое дефект?
Под дефектом понимают каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией.
Дефектом может быть нарушение сплошности материала выше допустимых пределов, занижение толщины защитного покрытия, глубины цементированного слоя, глубины закаленного слоя деталей, закаливаемых токами высокой частоты, повышенная шероховатость поверхности, несоответствие линейных размеров деталей параметрам, указанным в чертежах и т. д.
По каким признакам классифицируют дефекты?
Дефекты классифицируют по следующим признакам:
– по степени влияния дефектов на работоспособность изделий;
– по использованию правил, методов и средств контроля;
– по геометрическим признакам и массовости;
– по природе возникновения;
– в зависимости от этапа возникновения.
Как классифицируют дефекты по природе возникновения?
По природе возникновения различают такие дефекты, как трещины, непро- вары, подрезы, поры, металлические и неметаллические включения и т. д.
Как классифицируют дефекты по степени их влияния на
работоспособность изделия?
По степени влияния на работоспособность изделия дефекты подразделяют на:

критические (использование продукции по назначению с такими дефектами почти невозможно или недопустимо);

значительные (значительно снижающие долговечность продукции);

малозначительные (существенно не влияющие на использование продукции по назначению и на ее долговечность).
75

Как классифицируют дефекты по использованию правил, методов и
средств контроля?
По использованию правил, методов и средств контроля различают:

явные дефекты, для выявления которых в нормативной документации предусмотрены соответствующие правила, методы и средства;

скрытые дефекты, их выявление не предусмотрено нормативной документацией. Например, сварные швы лонжеронов скрепера, согласно ТУ, контролируют визуально-измерительным методом. При этом в сварном соединении могут находиться внутренние дефекты сплошности, обнаружение которых не предусмотрено.
Как подразделяют дефекты по геометрическим признакам и
массовости?
По геометрическим признакам и массовости различают следующие
типы дефектов:
–
по характеру залегания: внутренние, наружные (поверхностные и подпо-
верхностные), сквозные;
–
по расположению: компактные и протяженные;
–
по форме: плоские и объемные;
–
по остроте: острые (с надрезом) и округлые;
– по величине: мелкие, средние и крупные;
–
по массовости: единичные, групповые и распространенные.
Как подразделяют дефекты в зависимости от этапа их возникновения?
По этому признаку дефекты можно разделить на:
–
конструктивные, обусловленные несовершенством конструкторской документации (например, неверно указали габаритный размер детали, место приварки патрубка);
–
производственно-технологические, связанные с отклонением в техно- логическом процессе;
–
эксплуатационные, образовавшиеся в процессе эксплуатации объекта;
–
аварийные, появившиеся из-за резких отклонений в режиме эксплуа- тации изделия.
76

2.2. Дефекты сварки, литья, механической обработки,
пластической
деформации
металла,
химико-термической
обработки
Какие могут быть дефекты формы сварных швов?
Дефекты формы сварных швов – это несоответствие параметров конструктивных элементов сварных швов значениям, указанным в чертежах на изделие. Сварные швы могут иметь неодинаковые ширину и высоту по длине, бугристость, седловины и т. д. Такие дефекты могут быть вызваны неправильной подготовкой кромок свариваемых деталей, неправильной сборкой под сварку, а также нарушениями технологии сварки.
Приведите примеры наружных дефектов сварных соединений. Какие
причины их возникновения?
К наружным дефектам сварных соединений относят наплывы, подрезы, незаваренные кратеры, прожоги, ожоги.
Подрезы – это углубления в основном металле. Такие дефекты расположены вдоль границ шва. Они образуются, когда сварка происходит при повышенной тепловой мощности источника тепла (например, при повышенном токе), вследствие низкой квалификации сварщика и т. д. Подрезы вызывают концентрацию напряжений и уменьшают рабочее сечение шва. Они являются недопустимыми дефектами. Неблагоприятное влияние подрезов особенно усиливается, если изделие испытывает динамические нагрузки.
Прожоги – сквозные проплавления свариваемых деталей. Такие дефекты могут образоваться вследствие чрезмерных зазоров между свариваемыми деталями, завышенной тепловой мощности электрической дуги, низкой скорости сварки, неплотного прилегания флюсовой подушки или металли- ческой подкладки.
Наплывы и натеки – это расплавленный металл, наплывший или натекший на непрогретый основной металл, вследствие чего не произошло сплавление с ним. Причины образования наплывов – смещение электрода на одну из свариваемых кромок, неправильно выбранный режим сварки, большая скорость плавления электрода и т. д.
Кратер – это углубление, образующееся в конце шва при внезапном прекращении сварки. При ручной дуговой сварке диаметр кратера может составлять от 3 до 20 мм, при автоматической – кратер имеет удлиненную форму в виде канавки.
Ожоги – небольшие участки подвергавшегося расплавлению металла электрода или электрододержателя на основном металле вне шва. Они возникают при выводе кратера за пределы шва, при случайном касании
77