Исследование влияния гистерезисных явлений в магнитной ленте на вид сигнала от дефекта при магнитографическом контроле

УДК 620.179.14

В. А. Новиков, д-р техн. наук, проф., А. В. Шилов, А. В. Кушнер

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГИСТЕРЕЗИСНЫХ ЯВЛЕНИЙ В МАГНИТНОЙ ЛЕНТЕ НА ВИД СИГНАЛА ОТ ДЕФЕКТА ПРИ МАГНИТОГРАФИЧЕСКОМ КОНТРОЛЕ

Исследована зависимость вида сигналов, обусловленных дефектами сплошности в ферромагнитных объектах, от характера предварительной подготовки магнитной ленты, типа дефекта, его глубины и особенностей намагничивания объекта при контроле. Установлены условия, при которых происходит смена полярности сигнала, обусловленного дефектом, при записи полей дефектов на магнитную ленту, предварительно намагниченную не до насыщения и до насыщения.

Введение

Одной из важнейших задач на современном этапе развития производства является улучшение качества выпускаемой продукции. В связи с этим в Республике Беларусь намечено проведение целого комплекса работ в различных отраслях народного хозяйства, направленных на разработку новых и совершенствование существующих средств и методов неразрушающего контроля изделий и материалов. Это позволит увеличить срок эксплуатации машин, механизмов и энергетических установок, снизит материалоемкость изделий при сохранении их высокой надежности.

Контроль качества продукции заключается в проверке соответствия показателей качества установленным требованиям. Развитие получили как разрушающие, так и неразрушающие методы контроля. В настоящее время более широкое применение в промышленности получил неразрушающий контроль, благодаря которому возможна оценка качества изделий без нарушения их пригодности для использования по назначению. Методы и средства неразрушающего контроля применяют для выявления дефектов типа нарушения сплошности материала изделия, контроля геометрических параметров и герметичности, структуры материала и изделия, оценки его физико-химических свойств. Существующие методы и средства дефектоскопии позволяют обнаруживать разнообразные несплошности металлоконструкций. Однако на современном

этапе развития производства необходимо не только обнаружить, но и идентифицировать дефект, расположенный в объекте. В зависимости от степени опасности дефектов принимается решение о пригодности к эксплуатации объекта или об его забраковке.

Весьма перспективным методом дефектоскопии является магнитографический, не требующий предварительной зачистки контролируемой поверхности, имеющий высокую производительность и чувствительность по отношению к наиболее опасным дефектам - трещинам и стянутым непроварам. Однако получаемая на экране дефектоскопа информация о результатах контроля характеризуется не всегда высокой наглядностью, иногда она сопровождается излишним фоном помех и неидентично-стью изображения дефектов на монито-

; ре их реальной форме. Искажение изображения несплошностей часто объясняется гистерезисными явлениями, происходящими в магнитной ленте и обусловленными неоднократным ее пере-магничиванием в процессе записи полей дефектов. Примером может служить способ магнитографического контроля, основанный на намагничивании контролируемого объекта вместе с уложенным на его поверхность магнитоносите-лем непосредственно через ленту перемещаемым над контролируемой зоной магнитом [1-6]. Расшифровка записи полей дефектов может осложниться тем, что лента иногда подвергается под-

готовке, заключающейся в ее предварительном намагничивании для расширения рабочего диапазона или получения пассивного участка характеристики с целью последующей отстройки от помех [7-9].

Основная часть

В данной работе исследована зависимость вида сигналов, обусловленных дефектами сплошности в ферромагнитных образцах, от характера предварительной подготовки магнитной ленты, типа дефекта, его глубины и особенностей намагничивания объекта вместе с уложенной на его поверхность лентой. Для исследования влияния гистерезисных явлений на вид сигнала при записи полей дефектов на ленту производили предварительную подготовку (поляризацию) магнитоносителя. С этой целью магнитную ленту помещали между полюсами электромагнита с П-образным сердечни-

ком и воздействовали на нее полем напряженностью 600 А/см. После отключения намагничивающего тока в катушке электромагнита лента приобретала некоторую остаточную намагниченность. Затем ленту укладывали на поверхность образца, содержавшего наружный дефект сплошности с монотонно изменяющейся глубиной, и намагничивали вместе с образцом постоянным полем —Н01 в направлении, противоположном направлению ее поляризации. После этого меняли направление намагничивания и объект с прижатой к его поверхности лентой намагничивали полем Н02 противоположного направления (|—Н01| < |Н02|). При считывании записи с ленты на экране дефектоскопа наблюдали однополярный сигнал, который в ходе перемещения ленты в считывающем устройстве дефектоскопа трансформировался в двуполярный (рис. 1).

а)

б)

в)

Рис. 1. Трансформация сигнала при монотонном уменьшении глубины дефекта с записью на ленту, предварительно намагниченную до насыщения полем Н0 = 600 А/см (объект при контроле намагничивали сначала противоположно направлению поляризации ленты полем -Н01 = -84 А/см, а затем полем напряженности Н02 = 122 А/см в направлении ее поляризации): а - глубина поверхностного дефекта 1,7 мм; б - глубина несплошности от 1,65 до 1,3 мм; в - глубина дефекта 1,25 мм

Такому изменению сигнала можно дать следующее объяснение. При подготовке магнитоносителя (его поляризации) на магнитную ленту воздействуют полем напряженности Нош, в результате чего она приобретает остаточную намагниченность Мг (рис. 2). После укладки на поверхность объекта контроля магнитоноситель подвергается вместе с объектом вначале воз-

действию поля напряженности -Н01, а затем поля Н02 (|-Н01| < |Н02|). При этом лента приобретает остаточную намагниченность Мг0. Ее участки, находящиеся в зоне действия мелкого дефекта, подвергаются воздействию дополнительного поля -Наь а затем Н'^ и приобретают остаточную намагниченность МГ(11 (большую, чем М). Если же поле

дефекта имеет большую величину, то на соответствующие участки ленты действует дополнительное поле —Hd2, а затем H'd2, и они приобретают остаточную намагниченность Mrd2 (меньшую, чем Mro), что соответствует противоположной полярности сигнала по сравнению с предыдущим случаем. Так как глубина дефекта изменяется монотонно, а поле дефекта действует на некотором участке поверхности ленты, то при определенной глубине дефекта одна

часть ленты под влиянием поля дефекта приобретает большую, вторая - равную, а третья - меньшую остаточную намагниченность, чем лента под действием внешнего поля. Этому случаю будет соответствовать однополярный сигнал, поскольку сигнал на экране осциллографа дефектоскопа зависит от скорости изменения остаточного магнитного потока на ленте.

Рис. 2. К пояснению записи магнитных полей на предварительно намагниченный до насыщения магнитоноситель при намагничивании объекта контроля с уложенным на его поверхность магнитоноси-телем сначала противоположно, а затем в направлении поляризации ленты в случае, когда |-Н011 < |Н02|

Если же |-Н01| > |Н02|, то как показывают экспериментальные исследования, смены полярности сигнала, обусловленного дефектом не наблюдается. Это объясняется следующим (рис. 3). После укладки на поверхность объекта контроля намагниченной до насыщения магнитной ленты на объект с лентой воздействуют постоянным

полем напряженности -Н01, а затем полем Н02, причем |-Н01| > |Н02|. При этом лента приобретает остаточную намагниченность Мг0, а ее участки, находившиеся под действием поля дефекта небольшой глубины, - Мгаь Если же дефект имеет большую глубину, то Мга2. Из рис. 3 видно, что Мг0 > Мга1 > Мга2.

Другими словами, изменение полярности сигнала, обусловленного дефектом, не происходит.

Итак, если магнитная лента была предварительно намагничена до насыщения, а при контроле объект вместе с лентой намагничивали сначала противоположно поляризации ленты, а затем в направлении

ее поляризации, то полярность сигнала зависит от величин намагничивающих полей при начальном и повторном намагничивании и от поля дефекта. Смена полярности сигнала происходит вследствие гистерезисных явлений в ленте при ее двукратном перемагничивании.

Рис. 3. К пояснению записи магнитных полей на предварительно намагниченный до насыщения магнитоноситель при намагничивании объекта контроля с уложенным на его поверхность магнитоноси-телем сначала противоположно, а затем в направлении поляризации ленты в случае, когда |-Нм| > |Н02|

В практике магнитографической дефектоскопии иногда используют магнитные ленты, предварительно намагниченные не до насыщения. Их применяют для отстройки от помех, обусловленных поверхностными неровностями, неоднородностями химсостава, структуры металла и т. д. Они, в отличие от рассмотренных ранее поляризованных магнитных лент, в результате предварительного намагничивания приобретают меньшую остаточную

намагниченность и работают не на предельной петле гистерезиса. Ниже исследованы особенности записи магнитных полей на такую ленту. Режим предварительного намагничивания ленты соответствовал области наибольшей магнитной проницаемости или области Рэлея. Другими словами, экспериментально исследовано влияние остаточной намагниченности поляризованной ленты, типа поверхностного дефекта по его

расположению (протяженный или компактный), способа и режима намагничивания объекта контроля на вид сигнала, обусловленного дефектом.

Образцы для исследований представляли собой пластины из Ст. 3. Посредине одного образца размерами 250*250*6 мм была профрезерована канавка монотонно изменяющейся глубины в диапазоне от 0 до 2,5 мм. Во втором образце размерами 270*120*4 мм с шагом 15 мм было выполнено по шесть отверстий диаметром 0,8; 1,2; 1,6; 2,0; 2,4; 3,0 мм. Глубина отверстия каждого диаметра составляла 0,8; 1,6; 2,6; 3,3; 3,7; 4 мм.

Методика магнитографического контроля заключалась в следующем. Магнитную ленту вначале намагничивали постоянным полем напряженностью Но в поперечном направлении. Причем Н0 < Н ^ Вг тах. Затем укладывали ее на контролируемую поверхность со стороны модели дефекта

сплошности и намагничивали вместе с образцом полем -Н01, противоположным остаточной намагниченности ленты. Не снимая магнитную ленту с объекта, производили повторное намагничивание полем Н02, но уже в направлении первоначальной поляризации ленты. Запись с ленты считывали на магнитографическом дефектоскопе МДУ-2У. Наблюдали изменение сигнала, обусловленного дефектом, на экране осциллографа дефектоскопа.

Установлено, что при | -Н01| < 1Н021 уменьшение глубины дефекта приводит только к уменьшению размаха сигнала, обусловленного дефектом. Сигнал имеет двуполярный вид, а его полярность не изменяется как для протяженных (рис. 4), так и для локальных дефектов наружной поверхности (рис. 5). Причем, полярность полезного сигнала не зависит от напряженности поля дефекта.

в)

Рис. 4. Изменение вида сигнала, обусловленного протяженным дефектом переменной глубины, при записи на предварительно намагниченный полем Н0і = 140 А/см не до насыщения магнитоноситель (намагничивание объекта контроля с уложенным на его поверхность магнитоносителем осуществляли сначала противоположно направлению поляризации ленты полем -Н01 = -172 А/см, а затем полем напряженности Н02 = 12 А/см в направлении ее поляризации): а - глубина дефекта 1,8 мм; б - глубина дефекта 1,0 мм; в - глубина наружного дефекта 0,2 мм

Если же | -Но! > I Н02| , то увеличение глубины поверхностного по отношению к ленте дефекта приводит к смене полярности сигнала, обусловленного не-сплошностью (аналогично рис. 1). Наблюдаемому явлению можно дать следующее объяснение.

В результате поляризации (предварительного намагничивания магнитной ленты полем Н0) она приобретает оста-

точную намагниченность Мг (рис. 6). После намагничивания ленты, уложенной на поверхность образца, содержащего дефект сплошности, полем -Н01, противоположным остаточной намагниченности ленты, а затем повторного намагничивания полем Н02, но уже в направлении первоначальной поляризации ленты ( | —Н01| < І Н02 | ), магнитоноситель приобретает остаточную намагничен-

ность Мг0. При этом участки ленты, находящиеся в зоне дефекта небольшой глубины, подвергаются воздействию вначале по-

ля -(Н01 + Нп), а затем поля (Но2 + Н',^) и приобретают остаточную намагниченность Мгаь

а)

б)

в)

г)

д)

е)

Рис. 5. Изменение вида сигнала, обусловленного моделями локальных дефектов, при записи на предварительно намагниченный не до насыщения магнитоноситель (намагничивание объекта контроля с уложенным на его поверхность магнитоносителем осуществляется сначала противоположно, а затем в направлении поляризации ленты): а - глубина дефекта 4,0 мм; б - глубина дефекта 3,7 мм; в - глубина дефекта 3,28 мм; г - глубина дефекта 2,47 мм; д - глубина дефекта 1,6 мм; е - глубина дефекта 0,8 мм

Рис. 6. К пояснению записи магнитных полей на предварительно намагниченный не до насыщения магнитоноситель при намагничивании объекта контроля с уложенным на его поверхность магнитоноси-телем сначала противоположно, а затем в направлении поляризации ленты в случае, когда |-Н01| < |Н02|

Если несплошность имеет большую глубину, то соответствующие участки магнитной ленты подвергнутся воздействию поля -(Н01 + На2), а затем поля (Но2 + Н'а2) и приобретут остаточную намагниченность Мга2. Значения как Мга1, так и Мга2 больше, чем Мг0. Это говорит о том, что изменение глубины дефекта в этом случае не приво-

дит к изменению полярности сигнала, обусловленного несплошностью.

Если же |—Н01| < |Н02|, то как видно из рис. 7, Мга1 и Мга2 находятся ниже и выше Мг0 соответственно. Это говорит о смене полярности сигнала, обусловленного дефектом при увеличении его глубины.

Рис. 7. К пояснению записи магнитных полей на предварительно намагниченный не до насыщения магнитоноситель при намагничивании объекта контроля с уложенным на его поверхность магнитоноси-телем сначала противоположно, а затем в направлении поляризации ленты, когда |-Н011 > |Н02|

Заключение

В работе исследована зависимость вида сигналов, обусловленных дефектами сплошности в ферромагнитных объектах, от характера предварительной подготовки магнитной ленты, типа дефекта, его глубины и особенностей намагничивания объекта вместе с уложен-

ной на его поверхность лентой. Установлено, что если объект контроля намагничивают сначала противоположно направлению поляризации магнитной ленты полем —Н01, а затем в направлении ее поляризации полем Н02, то на вид сигнала влияет остаточная намагниченность магнитоносителя, режимы

намагничивания и глубина несплошно-сти. Так, смена полярности сигнала, обусловленного дефектом, при увеличении его глубины (в случае применения ленты предварительно намагниченной до насыщения) наблюдается, если |—H0i| < |Н02|. Если же лента намагничена не до насыщения, то смена полярности сигнала происходит при |-Н01| > |Н02|.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пат. 2154818 РФ, МКИ6 G01 N 27/85.

Способ магнитографического контроля ферромагнитных изделий / В. А. Новиков (РБ). -

№ 96111357/28 ; заявл. 03.06.96 ; опубл. 20.08.2000, Бюл. № 23. - 8 с. : ил.

2. Пат. 6102 С1 BY, МПК G 01 27/85. Способ магнитографического контроля изделий из ферромагнитных материалов и устройство для его осуществления / А. В. Кушнер, В. А. Новиков. -№ а20001118 ; заявл. 19.12.2000 ; опубл. 30.06.2004 Бюл. № 12. - 5 с.

3. Новиков, В. А. Особенности формирования сигнала, обусловленного дефектом, при магнитографическом контроле объекта, намагничиваемого перемещаемым над контролируемой поверхностью постоянным магнитом / В. А. Новиков,

А. В. Кушнер // Перспективные технологии, материа-

лы и системы : сб. науч. тр. - 2003 - С. 241-246.

4. Исследование вида сигналограмм при магнитографическом контроле с намагничиванием объекта через магнитоноситель / В. А. Новиков [и др.] // Метрология и приборостроение. - 2004. - № 4. - С. 15-20.

5. Магнитографический контроль с намагничиванием объекта через магнитоноситель / А. В. Кушнер [и др.] // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии : материалы междунар. науч.-техн. конф. - 2006. -

Ч. 2. - С. 136 - 137.

6. Магнитографический метод контроля при намагничивании объекта через магнитоно-ситель / А.В. Кушнер [и др.] // Современные методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов : материалы между-нар. науч.-техн. конф. - 2006. - С. 65-67.

7. Козлов, В. С. Техника магнитографической дефектоскопии / В. С. Козлов. - Минск : Выш. шк., 1976. - 230 с.

8. Новиков, В. А. Снижение уровня помех при магнитографическом контроле изделий /

B. А. Новиков // Дефектоскопия. - 1996. - № 8. -

C. 43-48.

9. А. с. 1534380 СССР МКИ5 G01N27/85.

Способ магнитографического контроля изделий из ферромагнитных материалов / В. А. Новиков, Л. В. Кублицкая, Т. М. Киселева (СССР). -№ 4414234/25-28 ; заявл. 25.04.88 ; опубл. 07.01.90, Бюл. № 1. - 6 с. : ил.

Белорусско-Российский университет Материал поступил 12.03.2007

V. A. Novikov, A. V. Shilov, A. V. Kushner Investigation on hyseresis influence of defection at magnetographic control on type of signal on magnetic tape

Belarusian-Russian University

Dependence of a kind of the signals caused by defects in ferromagnetic objects, on character of preliminary preparation of a magnetic tape, type of defect, its depth and features of magnetization of object is investigated at the control. Conditions at which there is a change of polarity of the signal caused by defect are established, at record of fields of defects on a magnetic tape, preliminary magnetized not before saturation and before saturation.