Магнитные и электромагнитные методы
УДК 620.179.14
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ВИЗУАЛИЗИРУЮЩЕЙ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ ПЛЕНКИ В ЗОНЕ ДЕФЕКТА ПРИ КОНТРОЛЕ ФЕРРОМАГНИТНЫХ
ОБЪЕКТОВ
В.А. Новиков, А.В. Шилов
Определен характер изменения коэффициента отражения света в зоне индикаторных рисунков дефектов на визуализирующей магнитные поля пленке при магнитном контроле ферромагнитных пластин. Дефектоскопию образцов проводили в приложенном поле, направленном параллельно контролируемой поверхности. Внешнее световое излучение было направлено перпендикулярно поверхности образца и уложенной на него пленки, визуализирующей магнитные поля.
Ключевые слова: магнитный контроль, дефекты сплошности, визуализация магнитного поля, коэффициент отражения света.
Настоящая работа посвящена экспериментальному определению характера изменения коэффициента отражения света в зоне индикаторных рисунков дефектов на визуализирующей магнитные поля пленке, применяемой при контроле ферромагнитных изделий. Цель работы — сопоставление результатов, полученных экспериментально и расчетным путем.
В [1, 2] приведены зависимости изменения коэффициента отражения света пленки, визуализирующей магнитные поля, в зоне индикаторных рисунков различных типов дефектов сплошности с учетом их параметров и глубины залегания. Расчет выполнен для случая, когда внешнее световое излучение направлено перпендикулярно поверхности пленки, а контроль ферромагнитных объектов осуществляется в приложенном поле, параллельном контролируемой поверхности.
Для определения влияния глубины залегания дефекта на характер изменения коэффициента отражения света в зоне индикаторных рисунков дефектов на пленке, визуализирующей магнитные поля, использовали образец размером 350*40*25 мм из стали Ст3 с отверстиями диаметром 2 мм, выполненными параллельно поверхности 350*40 мм на глубине от 2,5 до 22,5 мм с шагом 2,5 мм. Влияние глубины дефекта с параллельными гранями на коэффициент отражения света пленки в зоне индикаторного рисунка дефекта определяли на пластинах толщиной 8 мм с канавкой шириной 1,6 мм и глубиной от 0,5 до 3 мм с шагом 0,5 мм.
Экспериментальная установка схематично изображена на рис. 1 и состоит из электромагнита 1 с П-образным сердечником, на котором расположен контролируемый образец 2 с уложенной на его поверхность пленкой 3, визуализирующей магнитные поля. Параллельный пучок падающего монохроматического излучения 11 создавали при помощи светодиода 4, расположенного на фокусном расстоянии от линзы 7 и зеленого светофильтра 6, помещенных в корпус 8. Диффузно отраженное от пленки световое излучение 12 фиксировали цифровым фотоаппаратом 9, а затем обрабатывали при помощи компьютера 10.
Фотографирование изображений индикаторных рисунков дефектов, возникающих на пленке, при намагничивании объекта контроля осуществляли в приложенном поле электромагнита. Чтобы исключить влияние посторонних источников светового излучения на результаты измерений, съемку проводили в темном помещении. В процессе намагничивания пленку в зоне ин-
Владимир Алексеевич Новиков, доктор техн. наук, профессор кафедры "Физические методы контроля" Белорусско-Российского университета. Тел. 375292452619. E-mail: novikovva@tut.by
Андрей Владимирович Шилов, начальник отдела инновационных технологий Белорусско-Российского университета. Тел. 375297468123. E-mail: shilov@bru.by
дикаторных рисунков дефектов фотографировали цифровой камерой в ручном режиме на чувствительности ISO 800, из полученных цифровых изображений попиксельно считывали в массив значения интенсивности составляющей зеленого цвета. Тем самым получали величину, пропорциональную
Рис. 1. Схематическое изображение экспериментальной установки (на виде сбоку фотоаппарат
условно не показан):
1 — электромагнит с П-образным сердечником; 2—контролируемый образец; 3—пленка, визуализирующая магнитные поля; 4 — источник света; 5 — источник питания; 6 — светофильтр; 7 — конденсор; 8 — корпус оптической системы; 9 — цифровой фотоаппарат; 10 — компьютер; 11 — падающее световое излучение; 12 — воспринимаемое световое излучение.
отраженному от пленки световому потоку Фг. Затем фотоаппарат устанавливали навстречу световому излучению и аналогично определяли величину, пропорциональную падающему световому потоку Ф0. Строили графики зависимостей коэффициента отражения г = Ф/Ф0 от расстояния х поперек индикаторных рисунков дефектов. Используемый в экспериментах фотоаппарат предварительно калибровали, применяя нейтральные фильтры с разными коэффициентами светопропускания.
Из рис. 2 следует, что наибольшие значения коэффициента отражения наблюдаются для составляющей 1. Значения г для составляющих 1, 2 уменьшаются при
0,5
0,4 0,3 0,2 0,1
к
i—- 1 -с
р—' -Р
- о
т л
3
200
400 H -
600
800
А/см
Рис. 2. Зависимость численных значений коэффициента отражения г составляющих 1, 2 и 3 изображения предварительно восстановленной, а затем намагниченной (перпендикулярно поверхности) пленки от напряженности намагничивающего поля.
r
0
0
намагничивании пленки полем напряженностью до 600 А/см, а затем стабилизируются. Для составляющей 3 значения г вначале возрастают, затем убывают и остаются практически на одном уровне в диапазоне напряженности намагничивающего поля 400—1000 А/см.
На рис. 3 представлены экспериментально полученные графики зависимостей коэффициента отражения света пленки г в зоне индикаторного рисунка цилиндрического дефекта диаметром 2 мм в образце от расстояния х до плоскости симметрии дефекта при глубине его залегания, равном к = 5, 10, 15 и 20 мм, режим намагничивания Н0 ~ 300 А/см. Из рисунков видно, что кривая г(х) имеет ярко выраженный симметричный максимум и два минимума, для которых значение гтт меньше величины коэффициента отражения для бездефектной поверхности. При этом максимум расположен в плоскости симметрии, проходящей через центр дефекта.
Рис. 3. Зависимость коэффициента отражения света визуализирующей магнитные поля пленки, расположенной на поверхности ферромагнитной пластины толщиной 25 мм в зоне индикаторного рисунка цилиндрического дефекта диаметром 2 мм, от расстояния х до плоскости симметрии дефекта и глубины к его залегания. Режим намагничивания Н0 = 300 А/см; глубина залегания к:
а — 5; б — 10; в — 15 и г — 20 м м.
Объясним результаты этих экспериментальных исследований. Если бы происходило полное отражение светового излучения от пленки, то на графиках зависимостей г(х) при отсутствии дефектов в объекте контроля наблюдали бы горизонтальную линию, то есть отраженное световое излучение в этом случае было бы равно падающему. Разность значений г(х) при полном и реальном отражении светового излучения от пленки показывает его потери вследствие поглощения светового излучения пленкой и отражения некоторой ее части внутрь пленки.
Последнее подтверждается тем, что при приближении дефекта к наружной поверхности объекта на высоких режимах намагничивания происходит выравнивание участков кривой, находящихся по обе стороны ярко выраженного симметричного максимума (наблюдаются протяженные горизонтальные отрезки прямых вместо вогнутых кривых (рис. 4)), что подтверждает
г
0,8
°,6 и
0,4
0,2
0,0
Рис. 4. Зависимость коэффициента отражения света на визуализирующей магнитные поля пленке, расположенной на поверхности ферромагнитной пластины толщиной 25 мм в зоне индикаторного рисунка цилиндрического дефекта диаметром 2 мм, находящегося на глубине 2,5 мм, от расстояния х до плоскости симметрии дефекта. Режим намагничивания
Н ~ 300 А/см.
-15 -10 -5 0 5 10 х, мм
результаты расчета [2]. Однако определить вклад рассеянного в пленку светового излучения в общие его потери затруднительно.
Исследования показали, что с увеличением глубины залегания дефекта происходит уменьшение максимального приращения коэффициента отражения света Arm пленки в зоне индикаторного рисунка дефекта (рис. 5). Это справедливо при различных режимах намагничивания. Однако по мере приближения дефекта к наружной поверхности образца рост Arm замедляется при напряженности поля более 150 А/см, а при приближении к внутренней поверхности замедляется убывание Ar при Н < 85 А/см [3].
Ar
0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0
0
1 1 2
4
♦ 5
\ V)
\
\
V 8 Г
\ 7 6^
\
> К. 4
10 h
15
20
Рис. 5. Зависимость максимального приращения коэффициента отражения света Агт визуализирующей магнитные поля пленки в зоне индикаторного рисунка отверстия диаметром 2 мм от глубины его залегания к в пластине толщиной 25 мм. Н = 500 (1); 420 (2); 360 (3); 275 (4); 210 (5); 150 (б); 85 (7); 46 (8); 22 (9) А/см.
5
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 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 Аг .
Ar
0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 m 0,15 0,10 0,05 0
0
1
IV—' -1
2 -г-—
_J sp-
J fx
1 Л 5
/ 4 6
у
100 200
300
400 500 А/см
Н-
Рис. 6. Зависимость максимального приращения коэффициента отражения света Агт визуализирующей магнитные поля пленки в зоне индикаторного рисунка дефекта диаметром 2 мм от напряженности намагничивающего поля для глубины залегания дефекта к: 2,5 (1); 5 (2); 10 (3); 15 (4); 20 (5); 22,5 (6) мм.
На рис. 7а изображена экспериментальная зависимость коэффициента отражения света г(х) пленки в зоне индикаторного рисунка дефекта наружной поверхности в виде прямоугольной щели от расстояния от плоскости симметрии дефекта в поперечном направлении (режим намагничивания Н0 = 300 А/см, толщина пластины 5 = 8 мм, ширина дефекта 2Ь = 1,6 мм, глубина к = 1,5 мм). Видно, что характер изменения коэффициента отражения света на визуализирующей магнитные поля
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.