ПРИСТАВНОЕ НАМАГНИЧИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области измерения магнитных параметров ферромагнитных материалов и может быть применена, например, для определения свойств и напряженно-деформированного состояния различных ферромагнитных изделий по параметрам поля остаточного намагничения.
Известны приставные (накладные) намагничивающие устройства в составе приборов для определения коэрцитивной силы ферромагнитных материалов на образцах и изделиях разнообразной формы и размеров [1]. Они содержат разомкнутый П- или С-образный магнитопровод, замыкаемый контролируемым изделием, с установленными на нем одной или двумя катушками (обмотками), соединенными с источником питания. При определении коэрцитивной силы устройство устанавливается на контролируемое изделие, в катушку магнитопровода подается намагничивающий ток от источника питания, после выключения которого определяется ток размагничивания, пропорциональный коэрцитивной силе контролируемого изделия.
Недостатком таких устройств является большое энергопотребление при намагничивании изделия и связанные с этим трудности применения аппаратуры с автономным питанием. Кроме того, они обладают низким быстродействием, что ограничивает их функциональные возможности, особенно при контроле протяженных объектов и изделий с развитой поверхностью.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является намагничивающее устройство в составе передвижного (сканирующего) коэрцитиметра [2]. Оно содержит корпус и двухполюсный намагничивающий элемент на основе электро- или постоянного магнита. При определении коэрцитивной силы намагничивающее устройство устанавливается на контролируемое изделие и перемещается вдоль заданного направления с образованием в изделии полосы остаточного намагничения с поперечной к направлению передвижения устройства намагниченностью. Вслед за этим вдоль намагниченной полосы производится считывание параметра магнитного поля, пропорционального коэрцитивной силе контролируемого изделия, с помощью сканирующего измерителя (датчика) магнитного поля.
Недостатком известного намагничивающего устройства являются ограниченные функциональные возможности из-за больших погрешностей измерения, возникающих при намагничивании изделий со скоростями сканирования, превышающими заданные значения.
Предлагаемая полезная модель направлена на снижение погрешностей измерения, связанных со скоростью передвижения намагничивающего устройства, и расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения номенклатуры контролируемых изделий.
Указанный технический результат достигается тем, что приставное намагничивающее устройство, содержащее корпус с установленным на нем двухполюсным намагничивающим элементом на основе электромагнита или постоянного магнита с плоскостью намагничивания, перпендикулярной направлению передвижения устройства, согласно полезной модели, дополнительно снабжено одним или несколькими двухполюсными намагничивающими элементами на основе электромагнита или постоянного магнита с плоскостями намагничивания, перпендикулярными направлению передвижения устройства, и установленными у основного намагничивающего элемента со стороны, противоположной направлению движения устройства. Первый или несколько последующих дополнительных намагничивающих элементов выполнены с намагничивающими силами, обеспечивающими одинаковое заданное воздействие на намагничиваемое изделие, а один или несколько последующих за ними намагничивающих элементов выполнены с намагничивающими силами, обеспечивающими последовательное снижение магнитного поля в изделии до нуля с градиентом его изменения по длине устройства, не большим заданного.
Кроме того, устройство может быть дополнительно снабжено двумя ферромагнитными пластинами, замыкающими одноименные полюсы намагничивающих элементов.
Устройство может быть снабжено одним или несколькими измерителями магнитного поля, установленными у рабочей поверхности устройства между полюсами намагничивающих элементов, преимущественно элементов с максимальной намагничивающей силой, и осью чувствительности, перпендикулярной направлению движения устройства, а также измерителем пути и элементами качения по поверхности намагничиваемого изделия.
Введение в намагничивающее устройство дополнительных двухполюсных намагничивающих элементов с заданными намагничивающим силами позволяет регулировать степень уменьшения магнитного поля, создаваемого устройством, до нуля в направлении, противоположном направлению передвижения устройства. Это, в свою очередь, обеспечивает плавное снижение магнитного поля в контролируемом изделии при его намагничивании и сохранение остаточной намагниченности в изделии за счет уменьшения влияния вихревых токов.
Введение в устройство двух ферромагнитных пластин, замыкающих одноименные полюсы намагничивающих элементов, позволяет выравнивать магнитное поле, воздействующее на контролируемое изделие, при переходе от одного намагничивающего элемента к другому.
Применение в устройстве одного или нескольких измерителей магнитного поля, установленных у рабочей поверхности устройства между полюсами намагничивающих элементов, расширяет функциональные возможности устройства за счет определения в контролируемых изделиях дефектов, расположенных в межполюсном пространстве намагничивающего устройства.
Введение в устройство измерителя пути позволяет определять координаты выявленных в процессе намагничивания изделия дефектов, а с применением элементов качения по поверхности намагничиваемого изделия повышается удобство пользования прибором.
Приставное намагничивающее устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - один из намагничивающих элементов в разрезе, на фиг.3 - зависимость магнитной индукции В в заданном сечении контролируемого изделия при последовательном расположении над ним намагничивающих элементов 1-6.
Устройство (фиг.1, 2) состоит из двухполюсных намагничивающих элементов 1-6 в виде электромагнитов, закрепленных на корпусе 7. Плоскость намагничивания элементов перпендикулярна направлению передвижения устройства (показано стрелкой на фиг.1) по поверхности контролируемого ферромагнитного изделия 8. Намагничивающие элементы 1 и 2 выполнены с намагничивающими силами, обеспечивающими одинаковое заданное воздействие на намагничиваемое изделие (например, до состояния, близкого к техническому насыщению материала), а последующие за ними элементы 3-6 выполнены с намагничивающими силами, обеспечивающими последовательное снижение магнитного поля в изделии до нуля с градиентом его изменения по длине устройства, не большим заданного. Намагничивающие элементы 1-6 устройства могут быть выполнены также на основе постоянных магнитов.
Намагничивающее устройство может быть снабжено двумя ферромагнитными пластинами 9 (фиг.2), замыкающими одноименные полюсы намагничивающих элементов 1-6, а также одним или несколькими измерителями 10 магнитного поля, установленными у рабочей поверхности устройства между полюсами намагничивающих элементов (преимущественно, элементов 1 и/или 2 с максимальной намагничивающей силой), с осью чувствительности, перпендикулярной направлению движения устройства и параллельной его рабочей поверхности.
Устройство может быть дополнительно снабжено измерителем пути и элементами качения по поверхности намагничиваемого изделия (на фигурах не показаны).
Намагничивающее устройство (фиг.1, 2) работает следующим образом. При перемещении устройства по поверхности контролируемого изделия 8 в направлении, показанном стрелкой на фиг.1, в том или ином сечении изделия (фиг.2) последовательно создается магнитное поле (магнитная индукция В), имеющее максимальное значение при прохождении намагничивающих элементов 1 и 2 (кривые на фиг.3) и уменьшающееся с прохождением элементов 3-6. В результате изделие намагничивается до заданного состояния, например, близкого к техническому насыщению материала, а после удаления намагничивающего устройства с поверхности изделия в последнем образуется полоса с остаточной намагниченностью. По параметрам магнитного поля над намагниченной полосой определяется структура или напряженно-деформированное состояние материала (средства измерения остаточного магнитного поля изделия на фигурах не показаны).
кр
При использовании одного намагничивающего элемента, например, элемента 1 (фиг.1), и медленном перемещении его по изделию 8 материал последнего успевает намагнититься до заданного состояния, а вихревые токи, образующиеся в материале при снижении магнитного потока от перемещающегося намагничивающего элемента, незначительны и не приводят к снижению полученной остаточной намагниченности. Однако при превышении скорости передвижения намагничивающего элемента выше некоторого критического значения V материал изделия не успевает намагничиваться элементом 1 в силу ограниченных размеров последнего в направлении перемещения. Это объясняется двумя причинами: влиянием вихревых токов, препятствующих нарастанию магнитного потока в изделии, и наличием магнитной вязкости материала. С другой стороны, при наличии достаточной (при заданном значении скорости перемещения устройства относительно контролируемого изделия) для надежного намагничивания материала длины элемента 1 (или суммарной длины элементов 1 и 2) вдоль направления перемещения устройства снижение остаточного магнитного поля изделия может произойти за счет влияния вихревых токов, возникающих на выходе элементов из зоны намагничивания. Вихревые токи возникают из-за резкого снижения магнитного потока от намагничивающего элемента и частично размагничивают предыдущие участки изделия, что приводит к уменьшению остаточной намагниченности в намагниченной полосе и снижает достоверность контроля.
м
Для исключения влияния вихревых токов и магнитной вязкости материала на величину остаточной намагниченности изделия необходимо обеспечить некоторый градиент изменения (снижения после максимального значения) магнитного поля намагничивающего устройства по длине l, т.е. dB/dl (фиг.3). Это осуществляется с помощью соответствующего выбора намагничивающих сил элементов 3-6, например, путем последовательного уменьшения тока в элементах. Расчет необходимого градиента dB/dl производится исходя из заданной максимальной скорости V взаимного перемещения намагничивающего устройства и контролируемого изделия на основании следующих зависимостей.
1
кр
м
м
1
кр
Вихревые токи в том или ином месте изделия определяются скоростью изменения магнитной индукции В во времени t, т.е. величиной dB/dt=(dB/dl)(dl/dt) или dB/dt=V(dB/dl), где V=dl/dt - скорость перемещения намагничивающего устройства. На основании известных параметров для данного типа изделий - градиента (dB/dl) одиночного намагничивающего элемента и соответствующей ему критической скорости V, определяем необходимый при заданной скорости V минимально допустимый градиент уменьшения магнитного поля устройства из нескольких намагничивающих элементов по формуле dB/dl=V(dB/dl)/V.
Введение в устройство двух ферромагнитных пластин 9, замыкающих одноименные полюсы намагничивающих элементов 1-6, позволяет выравнивать магнитное поле, воздействующее на контролируемое изделие, при переходе от одного намагничивающего элемента к другому (фиг.3). В отсутствие пластин 9 магнитное поле между намагничивающими элементами может иметь минимумы (пунктирная кривая на фиг.3), а наличие пластин обеспечивает более плавное изменение магнитного поля (сплошная кривая на фиг.3).
Применение в намагничивающем устройстве одного или нескольких измерителей 10 магнитного поля (фиг.2), установленных у рабочей поверхности устройства между полюсами намагничивающих элементов, позволяет в процессе намагничивания выявлять в приповерхностных областях изделия дефекты (трещины, пустоты, немагнитные включения и т.д.), ориентированные преимущественно по направлению перемещения намагничивающего устройства («продольные» дефекты), т.е. перпендикулярно плоскости намагничивания. Для определения координат дефектов может быть использован измеритель пути, установленный на корпусе устройства (на фигурах не показан).
Источники информации
1. Горкунов Э.С., Захаров В.А. Коэрцитиметры с приставными магнитными устройствами (обзор). - Дефектоскопия, 1995, №8, с.69-88.
2. Приставное устройство коэрпитиметра. Описание изобретения к патенту РФ №2327180, G01R 33/12.