УДК 620.179.14
экспериментальное определение глубины залегания и величины цилиндрического дефекта в ферромагнитной пластине с использованием визуализирующей магнитные поля пленки
В.А. Новиков, А.В. Шилов
Разработан способ экспериментального определения величины внутреннего дефекта в ферромагнитном объекте с учетом глубины его залегания при использовании для записи полей дефектов визуализирующей магнитные поля пленки. Определены информационные параметры сигнала, обусловленного дефектом, при контроле ферромагнитной пластины в приложенном поле. Построены номограммы, позволяющие определить глубину залегания дефекта и его величину.
Ключевые слова: магнитный контроль, дефектометрия, многопараметровый контроль, визуализация поля, коэффициент отражения света.
Попытки определения глубины залегания дефекта в контролируемом изделии при магнитном контроле были предприняты и ранее [1—3], что свидетельствует об актуальности задачи. Так, в [1] указывается возможность определения размера дефекта с отстройкой от координат его расположения при помощи схемы, состоящей из интегрирующей цепочки и магнитоэлектрического измерительного прибора. Однако, как отмечает автор, четкая зависимость между шириной магнитного отпечатка на ленте и глубиной залегания дефекта наблюдается только в поверхностном слое толщиной до 8 мм. Поэтому наличие интегрирующей цепочки и магнитоэлектрического измерительного прибора или частотного анализатора сигнала в магнитографическом дефектоскопе только частично решает поставленную задачу, так как толщина стенки контролируемых объектов при магнитографической дефектоскопии составляет от 2 до 25 мм [4].
В [2] для определения величины дефекта, независимо от глубины его залегания, предложено использовать двухслойную магнитную ленту, рабочие слои которой разделены диэлектриком заданной толщины. Для определения глубины залегания дефекта записывают математические выражения для суперпозиции тангенциальных составляющих полей в зоне каждого магнито-активного слоя ленты. Решая систему этих уравнений, определяют глубину нахождения дефекта в зависимости от напряженностей полей, воздействующих на каждый магнитоноситель. Аналогично измеряют глубину залегания дефекта, если магнитные ленты располагаются на наружной и внутренней поверхностях пластины [3]. Нами предложено определять эти параметры, используя пленку, визуализирующую магнитные поля [5].
Образцы для исследований представляли собой пластины размерами 330^40x25 мм из стали Ст3. В них на различной глубине выполнены сквозные отверстия, параллельные поверхности 330x40 мм. Намагничивание образцов осуществляли электромагнитом с П-образным сердечником, который имел сечение полюса 120x50 мм и обмотку провода диаметром 1,45 мм с числом витков 450.
Для проведения исследований использована экспериментальная установка, описанная в [6]. По методике, приведенной в [6], проводили обработку изображений индикаторных рисунков дефектов на визуализирующей магнитные поля пленке. Строили графики зависимостей коэффициента
Владимир Алексеевич Новиков, доктор техн. наук, профессор кафедры "Физические методы контроля" Белорусско-Российского университета, г. Могилев. Тел. 375292452619. E-mail: novikovva@tut.by
Андрей Владимирович Шилов, начальник отдела инновационных технологий Белорусско-Российского университета, г. Могилев. Тел. 375297468123. E-mail: shilov@bru.by
Ф
отражения света г = —г в зоне индикаторных рисунков дефектов от рассто-Фо
яния х от их плоскости симметрии в поперечном направлении (рис. 1). Здесь Фг и Ф0 — величины, пропорциональные диффузно отраженному от пленки световому потоку в зоне индикаторных рисунков дефектов и падающему потоку соответственно. Видно, что график зависимости г(х) имеет ярко выраженный максимум с двумя симметрично расположенными минимумами.
Рис. 1. График зависимости коэффициента отражения света пленки от расстояния х от плоскости симметрии индикаторных рисунков дефектов в поперечном направлении.
Измеряли расстояние I между минимумами этого импульса (рис. 1) и строили графики зависимости I от глубины залегания дефекта кз диаметром 2 мм при различных режимах намагничивания (рис. 2).
Из рис. 2 видно, что при режимах намагничивания Н > 210 А/см графики зависимостей /(кз) имеют линейный характер, причем, при Н > 275 А/см прямые практически сливаются в одну линию. Из графиков также следует, что расстояние I между минимумами г (х) увеличивается для дефектов, находящихся на большей глубине, а при глубине залегания дефекта меньше 10 мм значения I остаются практически одинаковыми для всех режимов намагничивания.
мм 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
, 4 /и
2
РГ^ 1.
3 \
^ \
6
8 7
10
15
20
к
Рис. 2. Зависимости расстояний между минимумами I сигнала, обусловленных индикаторными рисунками отверстий диаметром 2 мм, от глубины их залегания кз в пластине толщиной
25 мм; режим намагничивания: 1 — 50; 2 — 85; 5 — 150; 4 — 210; 5 — 275; 6 — 360; 7 — 420; 8 — 500 А/см.
I
0
5
мм
Полученное семейство графиков позволяет определить глубину залегания дефекта по измеренному расстоянию между минимумами г (х). Таким образом, появилась возможность определять глубину залегания дефекта, находящегося даже на расстоянии 23 мм от поверхности объекта. Как отмечалось выше, это объясняется тем, что визуализирующая магнитные поля пленка несет информацию не только о тангенциальной, но и нормальной составляющей магнитного поля дефекта, а расстояние между ее экстремальными значениями линейно связано с глубиной залегания дефекта.
Контролировали также образцы, в которых дефект сплошности в виде отверстия находился на одинаковой глубине, а диаметр изменялся от 2 до 6 мм с шагом 2 мм. Эксперименты показали, что при неизменной глубине залегания увеличение диаметра отверстия практически не влияет на расстояние I между минимумами г(х) (рис. 3). Это косвенно подтверждает установленную в [7] закономерность: при постоянной глубине залегания отверстия увеличение его диаметра практически не влияет на расстояние между экстремальными значениями нормальной составляющей его поля и дает основание утверждать, что основной вклад в формирование минимумов г (х) вносит нормальная составляющая поля дефекта.
мм 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
3
К*
\
10
15
Рис. 3. Зависимости расстояний I между минимумами г(х) от глубины залегания кз дефектов в пластине толщиной 25 мм, диаметром:
1 — 2; 2 — 4; 5 -
- 6 мм;
- средняя линия; режим намагничивания Н = 275 А/см.
I
0
5
мм
к
Чтобы определить диаметр дефекта, находящегося на произвольной глубине в пластине толщиной 25 мм, при напряженности поля Н0 = 275 А/см, строили графики зависимостей максимальных приращений коэффициентов отражения пленки Агт в зоне индикаторных рисунков дефектов разного диаметра от глубины их залегания кз (рис. 4). Видно, что при диаметре отверстия 2 мм происходит монотонное уменьшение Агт с ростом глубины залегания отверстия в диапазоне 2,5 мм < кз < 22,5 мм. По мере увеличения диаметра несплошности наблюдается замедление возрастания Агт при приближении отверстия к наружной поверхности и замедление убывания, и даже возрастание Агт при приближении к внутренней поверхности пластины. Анализ полученного семейства кривых показывает, что с увеличением диаметра отверстия появляются области неоднозначного определения диаметра дефекта в пластине толщиной 25 мм: для отверстия й = 4 мм — при глубине залегания более 20 мм; й = 5 мм — при глубине кз меньше 7,5 мм и больше 20 мм; й = 6 мм — до 10 мм.
Для определения диаметра дефекта можно использовать номограммы (см. рис. 4), с этой целью восстанавливают перпендикуляры из точек осей
координат, соответствующих найденным значениям Нз и Агт, до их пересечения. Точка пересечения укажет диаметр цилиндрической несплошности в пластине толщиной 25 мм.
Аг
10 Нзо 15
Рис. 4. Зависимости Агт в зоне индикаторного рисунка дефекта от глубины его залегания Нз в пластине толщиной 25 мм, диаметром: 1 — 2; 2 — 3; 5 — 4; 4 — 5; 5 — 6 мм; Н0 = 275 А/см.
Затем строили семейство графиков зависимостей максимального приращения коэффициента отражения пленки Агт от диаметра отверстия при постоянной глубине его залегания (рис. 5). Видно, что с увеличением диаметра несплошности происходит монотонное увеличение Агт. По ним также можно определить искомую величину диаметра отверстия ёхо по определенной ранее глубине его залегания Нзо, восстанавливая перпендикуляр из точки оси, соответствующей Агто обнаруженного дефекта, до пересечения с графиком ё(Агт), соответствующим найденной глубине залегания дефекта Нзо, и проецируя ее на ось ё.
0,5
Аг
0,45 Аг
то
0,4
0,35 0,3 0,25 0,2 0,15
1
1 П/
( /
1^^ 'У*
__—-----1 I \| т 5
ч6 1 1 -*-
4 ё 5
Рис. 5. Графики зависимостей максимальных приращений коэффициента отражения света Агт от диаметра отверстия при глубине залегания Нз: 1 — 5; 2 — 7,5; 5 — 10; 4 — 12,5; 5 — 15; 6 — 20 мм; Н = 275з А/см.
1
2
3
6
мм
На рис. 6 представлены графики зависимостей максимального приращения коэффициента отражения визуализирующей магнитные поля пленки в зоне индикаторных рисунков дефектов диаметром 2 мм от напряженности намагничивающего поля при различной глубине залегания дефекта в пластине толщиной 25 мм.
Видно, что с увеличением напряженности поля происходит рост Агт. Чем меньше глубина залегания дефекта, тем при меньшей напряженности поля наблюдается насыщение Агт. В [8, 9] отмечалось, что поле внутреннего дефекта становится заметным только при некотором пороговом значении Н0: тем большем, чем толще покрывающий дефект слой металла, то есть минимальное значение напряженности поля, при котором появляется индикаторный рисунок внутреннего дефекта, может также служить информационным параметром при определении глубины залегания дефекта. Анализ полученных экспериментальных кривых Агт(Н) подтверждает это, однако экспериментально установлено, что отличие значений напряжен-ностей полей, при которых Агт становится заметным, для дефектов, расположенных на глубине от 2
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.