Файл: Контроль качества продукции машиностроения учебное пособие..pdf

.делий. Этот метод появился в результате работ, направленных на изыскание простых способов обнаружения ферромагнитных включений в неферромагнитных материалах. В результате этих работ появились магниточувствительные датчики — фер­ розонды, давшие возможность измерять однородные и неодно­ родные магнитные поля.

Феррозондовый метод контроля основан на обнаружении и измерении магнитных полей, в том числе и полей рассеяния, возникающих в зоне дефектов, с помощью феррозондов — магиитодинамических магнитометров. Магнитометр — это прибор, позволяющий обнаруживать и измерять магнитные поля, а так­ же определять степень намагниченности ферромагнитного те­ ла по создаваемому им в пространстве магнитному полю.

Применяются два типа феррозондов: полемеры и градиентомеры. Первый дает возможность определять наличие и на­ пряженность магнитного поля, а второй — градиент напряжен­ ности магнитного поля в его различных точках.

Наибольшее распространение в дефектоскопии получили

.дифференциальные феррозонды с продольным возбуждением.

Достоинством этого . метода является то, что с помощью феррозондов, применяемых в дефектоскопии, можно выявлять и измерять очень слабые магнитные поля (порядка 10-2 э) небольшого объема.

С помощью феррозондов можно осуществлять следующие операции:

выявлять нарушения сплошности ферромагнитных мате­ риалов и изделий из них, причем не только поверхностных и подповерхностных, как при магнитопорошковом методе, но лежащих на глубине 10—15 мм под поверхностью изделия, что является существенным преимуществом данного метода;

контролировать и сортировать стальные детали (в том чис-

.ле и автоматически) по твердости (после термической обра­

ботки) ; контролировать толщину цементированного, азотированно­

го и поверхностно-закаленного слоев изделия; судить о степени распада твердого раствора, дисперсион­

ном твердении и т. п.; получать качественную и количественную характеристику

магнитных свойств материала изделия, по которым можно су­ шить о структуре и механических свойствах при магнитострук­ турном анализе;

измерять толщины стенок сложных отливок и листов боль­ шой площади из неферромагнитных материалов;

определять наличие магнитной фазы в немагнитных спла­ вах, ферромагнитных примесей и характер их распределения

281

в цветных сплавах или других немагнитных материалах, выяв­ лять остаточный аустенит;

определять степень размагниченности изделий, подвергае­ мых магнитному контролю или шлифованию на плоскошлифо­ вальных станках с магнитными столами.

Физические основы феррозондового метода. Феррозонд состоит из двух катушек (полузондов), каждая из которых, имеет магнитомягкий (пермаллоевый) сердечник и две обмот­ ки — первичную и вторичную. Первичная обмотка служит для возбуждения переменного магнитного поля, которое перемагничивает сердечник, а вторичная обмотка — индикаторная..

Рассмотрим сначала принцип работы феррозонда-полеме-

Рис. 72. Схема феррозонда-по- Рис. 73. Кривая намагничивания ферролемера магнитного материала без потерь на

гистерезис

ра (рис. 72). Как видно из рисунка, возбуждающие катушки соединены последовательно. Однако их переменные магнитные поля всегда имеют противоположное направление, но равную величину. Мгновенное значение напряженности этих полей обозначим Я ^ . Амплитуда переменного тока, которым пи­ таются первичные обмотки, как правило, выбирается такой,, чтобы материал сердечника доводился до магнитного насы­ щения.

Допустим, что мы имеем катушку, питаемую переменным током, с сердечником, у которого отсутствуют потери от гисте­ резиса, т. е. его магнитная индукция равна нулю в тот момент, когда напряженность Я внешнего поля равна нулю. В этом случае кривая намагничивания будет изображаться сплошной линией (рис. 73), а не петлей гистерезиса. При протекании пе­ ременного тока через обмотку катушки, напряженность ее маг­ нитного поля Я ^ будет колебаться симметрично относительно

2 8 2

оси времени (см. рис. 73). Если сердечник поместить в посто­ янное магнитное поле ( # = < # /^ ), при сохранении воздействия переменного, магнитного поля, то кривая намагничивания сме­ стится эквидистантно в горизонтальном направлении вдоль

•оси Я и займет положение, показанное пунктирной линией.

Рис. 74. Кривые намагничивания, суммарной индукции и вторичной э. д. с. феррозондаполемера

В случае действия на сердечник одновременно двух полей (Я ^ -и Я = ), когда напряженность переменного поля равна нулю, индукция В не достигает нуля, потому что на сердечник

.действует постоянное магнитное поле; а индукция будет иметь

.значение В х. Индукция равна нулю в тот момент, когда равна нулю суммарная напряженность магнитного поля, т. е. мгно­ венное значение переменного поля противоположно по направ­

чивания смещается в сторону, обратную направлению постоян­ ного магнитного поля на величину Я =.

Теперь рассмотрим схему, изображенную на рис. 74. На­

283

пряженности переменных полей Н ^ полузондов равны по ве­ личине, но имеют противоположное направление. При допуще­ нии, что сердечники К\ и Д'2 не обладают гистерезисом, кри­ вые их намагничивания будут изображаться сплошными ли­ ниями (I, II). В этом случае суммарная индукция обоих сер­ дечников (В] + 5 2) все время равна нулю, так как кривые на­ магничивания I и II полностью симметричны. При этом э. д. с. во вторичной (индикаторной) обмотке не возникает, так как

dt

Теперь предположим, что оба полузонда помещены в посто­

сердечников сдвинутся параллельно самим себе в противопо­ ложном направлении на отрезки Оа и 06, равные по абсолют­ ной величине Я = (пунктирные кривые на рис. 74, а). Суммар­ ная индукция (Т ^+Бг), в каждой точке равная сумме ординат

равной нулю). На участке 3—4 производная продолжает уменьшаться, но становится уже отрицательной, следователь­ но, э. д. с. уменьшается от нуля до некоторой величины. На участке 4-5 производная опять начинает расти (от отрицатель­ ного значения до нуля), следовательно, и э.д. с. возрастает и в точке 5 становится равной нулю. Как видно из рис. 74, г, часто­ та э. д. с. вторичной обмотки вдвое больше частоты э. д. с. пер­ вичной обмотки (т. е. частоты переменного магнитного поля).

Изменение вторичного напряжения во времени (рис. 74, г) может быть разложено в ряд Фурье. Из-за сложности разло­ жения приводим окончательный результат:

е2 = В sin 2 лЯ=

где В — постоянный коэффициент, который определяется кон­ струкцией и характеристикой катушки и магнитными свойствами сердечника;

284

Я ~ — максимальная амплитуда напряженности перемен­ ного магнитного поля;

Я = — напряженность измеряемого постоянного магнитногополя.

Если Н„ ^>Я =, то

ния Я у обеих катушек одинако­ вое, а вторичные обмотки соединены встречно.

Когда в месте расположения двух испытательных катушек равномерное постоянное поле будет наложено на переменные поля и параллельно им, то обе кривые намагничивания пере­ местятся эквидистантно вдоль оси Я в одном и том же направ­ лении и на одно и то же расстояние —Я = (пунктирные кривые на рис. 76). При встречном включении вторичных обмоток (см. рис. 75) возникающая в них э. д. с. будет определяться уже разностью магнитных индукций (5i—В2). Так как разность индукций равна нулю, то и на выходе вторичных обмоток э. д. с. равна нулю.

Но если катушки помещены в месте с различной напряжен­ ностью постоянных магнитных полей, то кривые намагничива­ ния сместятся на различную величину (см. рис. 76), т. е. под. действием неравномерного постоянного магнитного поля сер­ дечники намагничиваются по-разному и разность индукций (В[—В2) уже не будет равна нулю. Поэтому на вторичной об­

285-