МАГНИТНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП

Полезная модель относится к области обнаружения локальных дефектов путем исследования магнитных параметров материала, может быть использована для обнаружения трещин, пустот и других нарушений сплошности, а также определения механических свойств изделий из ферромагнитных материалов.
Известен магнитный дефектоскоп, содержащий передвижное двухполюсное намагничивающее устройство и преобразователи (датчики) магнитного поля, расположенные у поверхности контролируемого изделия между полюсами намагничивающего устройства (патент РФ №2324195, 2008). В процессе движения по поверхности контролируемого изделия материал между полюсами намагничивается до состояния, близкого к техническому насыщению, и при наличии несплошностей, например, поперечных трещин, над поверхностью изделия появляются магнитные поля рассеяния, которые фиксируются датчиками.
Наиболее близким к предлагаемому устройству техническим решением является магнитный дефектоскоп, содержащий передвижное двухполюсное намагничивающее устройство и датчики магнитного поля, расположенные между полюсами намагничивающего устройства вблизи плоскости, в которой лежат торцовые поверхности полюсов магнитной системы (патент РФ №2250458, 2005 - прототип). Дефекты типа нарушения сплошности, попадающие в пространство между полюсами намагничивающего устройства при движении дефектоскопа по поверхности контролируемого изделия, фиксируются датчиками магнитного поля рассеяния.
Недостаток известных устройств - ограниченные функциональные возможности, поскольку они не позволяют выявлять дефекты структуры материала и вести отбраковку ферромагнитных изделий по механическим свойствам.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в магнитном дефектоскопе, содержащем передвижное двухполюсное намагничивающее устройство и датчики магнитного поля, расположенные над поверхностью контролируемого изделия, согласно предложению, намагничивающее устройство выполнено с плоскостью намагничивания, перпендикулярной направлению передвижения, а датчики магнитного поля размещены за пределами намагничивающего устройства с осями чувствительности, расположенными в плоскости, перпендикулярной направлению передвижения.
Кроме того, устройство может быть снабжено двумя датчиками магнитного поля, расположенными симметрично относительно средней линии намагниченной полосы контролируемого изделия, с осями чувствительности, направленными под одинаковым углом к поверхности изделия, причем датчики включены последовательно-согласно по отношению к остаточному магнитному полю намагниченной полосы изделия. Дефектоскоп может быть дополнительно снабжен измерителем пройденного пути в направлении передвижения.
Выполнение намагничивающего устройства с плоскостью намагничивания, перпендикулярной направлению передвижения, а датчиков магнитного поля размещенными за пределами намагничивающего устройства с осями чувствительности, расположенными в плоскости, перпендикулярной направлению передвижения, позволяет расширить функциональные возможности дефектоскопа за счет возможности выявления, наряду с нарушениями сплошности, также дефектов структуры материала контролируемых изделий и определения их механических свойств.
Применение двух датчиков магнитного поля, расположенных симметрично относительно средней линии намагниченной полосы контролируемого изделия, с осями чувствительности, направленными под одинаковым углом к поверхности изделия, и включенных последовательно-согласно по отношению к остаточному магнитному полю намагниченной полосы изделия, обеспечивает увеличение чувствительности измерителей магнитного поля и уменьшение влияния внешних магнитных полей. Применение в дефектоскопе измерителя пройденного пути в направлении передвижения позволяет получать зависимость показаний прибора от пройденного пути и информацию о местоположении того или иного дефекта.
Магнитный дефектоскоп поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема взаимного расположения двухполюсного намагничивающего устройства и датчиков магнитного поля при контроле ферромагнитного изделия; на фиг. 2 - зависимость показаний Н дефектоскопа при сканировании датчиков магнитного поля вблизи нарушения сплошности материала на образце из двух пластин; на фиг. 3 - то же на образце в виде пластины с вырезом.
Магнитный дефектоскоп (фиг. 1) содержит корпус 1, на котором закреплены двухполюсное намагничивающее устройство 2 и датчики 3 магнитного поля, например, преобразователи Холла, соединенные с блоком питания и обработки сигнала (на фигуре не показан). Намагничивающее устройство может быть выполнено на базе электро- или постоянного магнита с плоскостью намагничивания, перпендикулярной направлению передвижения дефектоскопа (на фигуре показано стрелкой) по поверхности контролируемого изделия 4. Датчики 3 могут быть расположены на заданном расстоянии от намагничивающего устройства 2 со стороны, противоположной направлению передвижения дефектоскопа (как показано на фиг. 1), либо выполнены автономными с возможностью сканирования вдоль намагниченной полосы.
При необходимости, устройство может быть дополнительно снабжено измерителем пройденного пути, а также катками (на фигуре не показаны).
Устройство работает следующим образом. При передвижении корпуса 1 дефектоскопа (фиг. 1) по поверхности контролируемого изделия 4 происходит намагничивание приповерхностных областей изделия с помощью двухполюсного намагничивающего устройства 2 в направлении, перпендикулярном направлению передвижения, с образованием полосы с остаточной намагниченностью (пунктир на фиг. 1). С помощью расположенных за намагничивающим устройством датчиков 3 производится непрерывное измерение магнитного поля над намагниченной полосой изделия. При необходимости, строится зависимость показаний Н дефектоскопа от пройденного пути l.
Процессы намагничивания и измерения остаточного магнитного поля также могут быть произведены раздельно с помощью автономных устройств.
с
с
c
В отсутствие дефектов типа нарушений сплошности ферромагнитного материала контролируемого изделия любой участок намагниченной полосы в направлении магнитного поля представляет собой разомкнутую магнитную цепь с большим (приближающимся к 0,5) коэффициентом размагничивания. В этом случае, как известно, напряженность магнитного поля над намагниченным участком изделия прямо пропорциональна коэрцитивной силе H материала этого участка. Таким образом, измерительный блок дефектоскопа может быть непосредственно проградуирован в единицах измерения коэрцитивной силы, т.е. в А/м либо в А/см. При движении по изделию прибор непрерывно регистрирует значение H, а при наличии измерителя пройденного пути - зависимость Н(l).
В то же время, как показывают экспериментальные исследования, при наличии на пути передвижения предлагаемого устройства трещин или других нарушений сплошности ферромагнитного материала наблюдаются характерные изменения магнитного поля в зоне указанных дефектов.
Пример 1. На фиг. 2 показана зависимость H(l), снятая на составном образце из двух пластин с одинаковой коэрцитивной силой. Размеры каждой из пластин: длина 120, ширина 75, толщина 18 мм; все поверхности шлифованы. Пластины прижаты друг к другу без зазора (за исключением микроскопических неровностей, обусловленных шлифованием поверхностей) гранями с размерами 75×18 мм. Намагничивание образца производилось с помощью двухполюсного устройства на основе постоянных магнитов (размеры полюсов 10×10 мм, расстояние между внутренними кромками полюсов 9 мм), а измерение магнитного поля над намагниченной полосой - с помощью двух преобразователей Холла, расположенных на расстоянии 2 мм от поверхности образца. Оси чувствительности датчиков параллельны и расположены на расстоянии 10 мм друг от друга. Датчики включены последовательно-согласно по отношению к магнитному полю намагниченного образца, а блок обработки сигнала и индикации проградуирован в единицах коэрцитивной силы. Намагничивание и измерение остаточного магнитного поля производились раздельно при перемещении устройств вдоль средней линии образца, как показано в нижней части фиг. 2, причем намагничивающее устройство перемещалось слева направо.
с
с
Как видно из фиг. 2, на основной части образца прибор фиксирует значение коэрцитивной силы материала пластин (H≈6,3 А/см), а вблизи стыка (в диапазоне ±25 мм от него) - характерные резкие изменения показаний, свидетельствующие о наличии несплошности: при приближении датчиков магнитного поля к месту стыка пластин слева направо показания прибора сначала увеличиваются, затем в районе стыка они резко уменьшаются и после прохождения стыка снова увеличиваются до значения H, характерного для сплошного материала контролируемого изделия.
Пример 2.
На фиг.3 показана зависимость H(l), снятая на образце стали с коэрцитивной силой около 4 А/см (длина 250, ширина 150, толщина 4 мм), в котором сделан вырез, имитирующий поверхностную трещину (ширина 0,6, длина 55, глубина 2 мм). Вырез выполнен в направлении длинной стороны листа в его средней части. Намагничивание образца и измерение поля остаточной намагниченности производилось с помощью устройств, приведенных в примере 1, при перемещении их в направлении, перпендикулярном вырезу.
с
с
Как видно из фиг. 3, на основной части образца прибор фиксирует значение коэрцитивной силы материала пластины (H≈3,9 А/см), а вблизи выреза - резкие изменения показаний, сходные с изменениями на фиг. 2: при приближении датчиков магнитного поля к вырезу показания прибора сначала увеличиваются, затем в районе выреза они резко уменьшаются и после его прохождения снова увеличиваются до значения H, характерного для сплошного материала образца.
c
Таким образом, предлагаемый дефектоскоп позволяет не только выявлять дефекты структуры материала по коэрцитивной силе в тех случаях, когда тот или иной механический параметр (твердость, пластичность и т.п.) однозначно связан с Н, но и обнаруживать наличие дефектов в виде несплошности материала изделий (трещины, пустоты и т.п.). Это существенно расширяет функциональные возможности дефектоскопа.