Феррозондовый метод неразрушающего контроля реферат

Обновлено: 05.07.2024

введение
Достоинством феррозондового метода контроля является чувствительность не только к поверхностным, но и к под поверхностным дефектам типа усталостных трещин.
Есть много новых изобретений для выявления ошибок в устройствах и других систем. Но тем не менее мы используем несколько устройств, которые были изобретены давно. Теперь мы пытаемся улучшить их и таким образом наша странаразвивается. Возьмем, например, датчик на основе работы магнитного поля.
Магнитный тип неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия магнитного поля и объект управления (ОУ). Распространяются только на металлы и сплавы, которые имеют свойства намагниченности. Основными целями магнитного неразрушающего контроля (НК) контроль непрерывности - осмотр, измерение размеров - толщина измерения, контроляфизико-механических свойств - структур копию. Индукционный магнитометр это устройство, которое измеряет интенсивность и направление магнитных силовых линий. Индукционного магнитометра были использованы автоматические зонды для анализа пространства, картирование и мониторинг магнитных полей Земли и других планет. Они также используются в геологоразведке, аэрокосмической навигации, подводной навигации, ориентированияна местности и обнаружения подводных лодок.
Изм. |

Феррозондовый метод неразрушающего контроля основан на выявлении феррозондовым преобразователем магнитного поля рассеяния дефекта в намагниченных изделиях и преобразовании его в электрический сигнал.

1. Метод служит для выявления поверхностных и подповерхностных дефектов типа нарушенийсплошности: волосовин, трещин, раковин.
2. Метод позволяет контролировать изделия любых размеров и форм, если отношение их длины к наибольшему размеру в поперечном направлении и их магнитные свойства дают возможность намагничивания до степени, достаточной для создания магнитного поля рассеяния дефекта, обнаруживаемого с помощью преобразователя.

3. Метод разрешается применять также для выявлениядефектов типа нарушения сплошности сварных швов, для контроля качества структуры и геометрических размеров изделий.

4. Чувствительность метода определяется магнитными характеристиками материала контролируемого изделия, его формой и размерами, способом контроля и видом намагничивания, чувствительностью применяемого преобразователя и электронной аппаратуры, а также магнитным полем рассеяниядефекта.

Феррозонд или Феррозондовый преобразователь магнитного поля, предназначен для измерения и индикации постоянных и медленно меняющихся магнитных полей и их градиентов. Действие феррозонда основано на изменении магнитного состояния ферромагнетика под воздействием двух магнитных полей разных частот.

Рис.1 Варианты конструкций феррозондов:а - одноэлементный стержневой; б - дифференциальный сразомкнутым сердечником; в - дифференциальный с замкнутым сердечником.

В простейшем варианте феррозонд состоит из ферромагнитного сердечника и находящихся на нем двух катушек:
- катушки возбуждения, питаемой переменным током
- и измерительной (сигнальной) катушки.
Сердечник феррозонда выполняется из материалов с высокой магнитной проницаемостью.

Феррозондовый метод контроля основан на обнаружении феррозондовым преобразователем (ФП) магнитных полей рассеяния и предназначен для выявления подповерхностных дефектов типа нарушений сплошности: волосовин, плен, трещин, ужимов, закатов, раковин и т.д. Феррозондовый преобразователь реагирует на резкое пространственное изменение напряженности магнитного поля над дефектами и преобразует градиент напряженности поля в электрической сигнал.

Выбор ФП в качестве индикаторов магнитного поля рассеяния над дефектами в намагниченной детали обусловлен рядом преимуществ: малой потребляемой мощностью, незначительными габаритами, высокой надежностью работы, высоким КПД и избирательностью к локальным магнитным полям рассеяния.

Рисунок 14. Схема построения приборов с феррозондовыми преобразователями.

Большинство приборов с использованием ФП строится по схеме, представленной на рисунке 14. Генератор (Г) питает обмотки ФП стабилизированным переменным напряжением частотой f. Из сигнала, поступающего с феррозондовых преобразователей и несущего весь спектр частотf_Σ, полосовым фильтром (ПФ) выделяется вторая гармоника 2f, несущая информацию о внешнем магнитном поле. Сигнал усиливается усилителем (У), детектируется детектором (Д) и поступает на индикатор (И) (стрелочный прибор, сигнальная лампа или исполнительный механизм). Чувствительность феррозондового контроля определяется [3] совокупностью физических факторов (магнитными свойствами материала контролируемого изделия, типом дефектов и их ориентацией, шероховатостью контролируемеой поверхности, способом контроля и намагничивания деталей, чувствительностью ФП и электронной аппаратуры, способом обработки сигнала ФП). ГОСТ Р21104-02 устанавливает одиннадцать условных уровней чувствительности. Чувствительность контролируют на стандартных настроечных образцах, имеющих естественные или искусственные дефекты.

Феррозондовому контролю подвергаются боковые рамы и надрессорные балки тележек грузовых вагонов, балансиры и соединительные балки тележек, рамы тележек ЦМВ, КВ3 И2, КВ3-ЦНИИ, корпуса автосцепок, тяговые хомуты поглощающих аппаратов и др. Минимальная длина выявляемого дефекта – 2 мм.

При феррозондовом методе контроля в зависимости от магнитных свойств материала, размеров и геометрии контролируемых деталей реализуются два способа контроля: способ приложенного поля (СПП), заключающийся в намагничивании деталей и регистрации магнитных полей рассеяния дефектов при включенном (установленном на деталь) намагничивающем устройстве (НУ); способ остаточной намагниченности (СОН), заключающийся в намагничивании изделий и регистрации магнитных полей рассеяния после снятия или выключения НУ (в остаточном магнитном поле).

Контроль СПП рекомендуется применять для изделий из материалов с коэрцитивной силой H_c 1280 А/м иB_р>0,53 Тл.

Следует учитывать ложные срабатывания индикаторов дефектоскопов, не связанные с дефектами (структурная неоднородность материалов, магнитные пятна, шероховатость контролируемой поверхности, неоднородность намагничивающего поля), именуемыми помехами или фоном. Этот недостаток устранен при использовании дефектоскопов с автоматической (зависящей от фона) настройкой порога чувствительности.

К средствам феррозондового контроля относятся: дефектоскопные феррозондовые установки, включающие в себя два дефектоскопа градиентометра, или магнитоизмерительных комбинированных прибора, намагничивающие устройства, стандартные образцы предприятий (СОП); дополнительные устройства, в состав которых входят измерители напряженности магнитного поля, зарядная станция, компьютер, преобразователь интерфейса.

ФП, применяемые при контроле деталей подвижного состава, подразделяются на:

· феррозонды-полемеры, предназначенные для измерения абсолютной величины напряженности магнитного поля и преобразования ее в электрической сигнал;

· феррозонды-градиентометры, используемые для измерения градиента напряженности магнитного поля от одной точки контролируемой поверхности детали к другой.

В зависимости от схемы включения катушек ФП (рис.15) может измерять либо среднее значение нормальной составляющей поля H_nв объеме, занимаемом стержнями, либо разницу полей (градиента нормальной составляющей поля), в которых находятся первый и второй сердечники. Напряженность поля измеряется в А/м, а градиент поля в А/м 2 . Расстояние Δх между сердечниками называется базой ФП. Для большинства деталей Δх=4 мм, а для деталей сложной формы (например, автосцепка) Δх=3 мм.

Рисунок 15. Схема включения обмоток ФП: а – схема включения обмоток для измерения градиента; б – схема включения обмоток для измерения напряженности поля.

2. Технология феррозондового контроля

Технологический процесс контроля состоит из следующих операций.

1. Подготовка к контролю:

· намагничивающих устройств, предусматривающая их внешний осмотр (состояние блока питания, надежность соединения шнура питания и соединительных кабелей, наличие заземления, исправность переключателей, тумблеров, подвижных узлов, надежность крепления гибкого магнитопровода к полюсам, надежность цанговых зажимов);

· дефектоскопа, включающая внешний осмотр, проверку работоспособности и настройку с помощью СОП; при внешнем осмотре проверяют целостность электронного блока, сетевого и соединительных кабелей и других составных частей дефектоскопа;

· деталей, предусматривающая внешний осмотр с целью выявления трещин, рисок, забоин, электроожогов на всех поверхностях; выявленные видимые дефекты устраняют методами, предусмотренными нормативно-технологическими документами; детали с выявленными недопустимыми дефектами феррозондовому контролю не подлежат; феррозондовый контроль проводится до выполнения сварочных работ, а при необходимости и после их выполнения при температуре менее 40 о С.

2. Проведение контроля.

Феррозондовый контроль включает в себя намагничивание деталей и обнаружение дефектов.

Намагничивание деталей проводят специализированными НУ (стационарными электромагнитными или приставными с постоянными магнитами). Допускается в соответствии с РД 32.149-2000 производить намагничивание деталей в составе контролируемого узла.

Контроль поверхностей деталей с целью обнаружения дефектов выполняется по способу СПП или СОН. Перед контролем оператор должен знать зоны контроля и характер возможных в этих зонах дефектов, описание которых приведено в технологических или нормативных документах.

Зоны контроля сканируют ФП, установленном нормально к поверхности контролируемой детали, со скоростью до 8 см/с и с шагом от 3 до 15 мм, без отрывов от поверхности детали. Продольная ось ФП, проходящая через его сердечники, должна совпадать с направлением сканирования на прямолинейном участке детали и быть параллельной касательной к радиусу кривизны на криволинейных участках (рис.16).

Контроль сварных швов осуществляют сканированием ФП вдоль оси сварного шва: околошовной зоны – не менее трех раз с шагом 3-5 мм; зоны сопряжения сварного шва с основным металлом; валика усиления сварного шва.

При срабатывании индикаторов дефектов дефектоскопа находят точку поверхности детали, соответствующую максимуму показаний стрелочного или цифрового индикатора, и отмечают ее мелом. Выполняют параллельные перемещения ФП с шагом 5 мм (справа, слева, ниже, выше отмечая мелом точки, соответствующие максимумам показаний индикатора (до прекращения срабатывания индикаторов). По полученным меловым точкам определяют размеры дефекта.

Рисунок 16. Правила сканирования ФП.

Если визуально дефект не обнаруживается, то зачищают отмеченный участок металлической щеткой, осматривают его с помощью лупы и переносной лампы; при необнаружении дефекта место зачищают шлифовальной машинкой, повторяют контроль. Если индикаторы не срабатывают, то исключают дефект из рассмотрения, если срабатывают – оценивают направление и протяженность дефекта (трещины).

Из рассмотрения исключают сигналы индикаторов дефекта:

· не подтверждающиеся при параллельных перемещениях ФП;

· вызванные неоднородностью магнитного поля, обусловленной конструкцией детали (острые крошки, выступы, ступенчатое сечение и т.д.);

К средствам феррозондового контроля относятся: дефектоскопные феррозондовые установки, включающие в себя два дефектоскопа– градиентометра или магнитоизмерительных комбинированных прибора, намагничивающие устройства, стандартные образцы предприятий (СОГГ); дополнительные устройства, в состав которых входят измерители напряженности магнитного поля, зарядная станция, компьютер, преобразователь интерфейса.

1.2 Феррозондовые дефектоскопы

В настоящее время для феррозондового контроля используются дефектоскопы ДФ-201.1, а также магнитоизмерительные приборы — дефектоскопы Ф-205.03, Ф-205.30А, Ф-205.38. Они предназначены для обнаружения дефектов в деталях, измерения напряженности и градиента напряженности магнитного поля.

Таблица 1 – технические характеристики дефектоскопа ДФ-201.1

Диапазон измерения градиента напряженности магнитного поля, А/м 2

Основные технические характеристики феррозондового дефектоскопа

Дефектоскопы комплектуются феррозондовыми преобразователями с базой 3 или 4 мм, питаются от аккумуляторной батареи. Предусмотрено автоматическое отключение питания при разрядке аккумуляторной батареи ниже допустимого значения.

1.3 Феррозондовые преобразователи

Феррозондовые преобразователи, применяемые при контроле деталей подвижного состава, подразделяются на:

— феррозонды – полемеры, предназначенные для измерения абсолютной величины напряженности магнитного поля и преобразования ее в электрический сигнал;

— феррозонды – градиентометры, используемые для измерения градиента напряженности магнитного поля от одной точки контролируемой поверхности детали к другой.

Для измерения параметров магнитных полей используются также датчики Холла, магниторезисторы, пассивные индуктивные преобразователи (ПИП).

При отсутствии дефектов в намагниченных деталях магнитные силовые линии равномерно расположены вдоль поверхности детали.

Рассмотрим магнитное поле дефекта, представляющего собой бесконечно длинную трещину с ровными краями на детали с плоской поверхностью бесконечных размеров. Деталь намагничена вдоль поверхности перпендикулярно трещине. Так как воздух в трещине имеет большее магнитное сопротивление в сравнении с сопротивлением материала детали, то магнитные силовые линии обтекают трещину как внутри, так и вне детали и формируют магнитное поле рассеяния дефекта.

2. Общие положения

Феррозондовый метод неразрушающего контроля позволяет обнаруживать дефекты в предварительно намагниченной детали. Дефекты обнаруживаются за счет выявления пространственных искажений магнитного поля над дефектом. Искаженное поле над дефектом именуется полем рассеяния дефекта или полем дефекта. Выявляются поля рассеяния с помощью ФП, преобразующего градиент напряженности магнитного поля в электрический сигнал.

Обнаруживаются поверхностные и подповерхностные (лежащие в толще материала) дефекты типа нарушений сплошности: волосовины, трещины, раковины, закаты, ужимы и т.п. Метод применяют для обнаружения дефектов сварных швов: непроваров, трещин, неметаллических включений, пор и т. п.

В зависимости от размеров выявляемых поверхностных и подповерхностных дефектов, а также глубины их залегания, ГОСТ 21104 устанавливает одиннадцать условных уровней чувствительности метода.

ФП, применяемые при контроле деталей вагонов, подразделяют на:

- ФП-градиентометры, которые преобразуют в электрический сигнал градиент напряженности магнитного поля. Они используются для измерения градиента напряженности магнитного поля и дефектоскопирования;

- ФП-полемеры, которые преобразуют в электрический сигнал напряженность магнитного поля. Они используются для измерения напряженности магнитного поля.

ФП-градиентометры реагируют на пространственную производную (пространственное изменение) магнитного поля. При дефектоскопировании они имеют преимущество перед ФП-полемерами, так как над дефектами наблюдается резкое пространственное изменение поля.

В зависимости от магнитных свойств материала, размеров и геометрии контролируемой детали применяют два способа контроля:

- способ приложенного поля, который заключается в намагничивании изделия и регистрации магнитных полей рассеяния в присутствии намагничивающего поля;

- способ остаточной намагниченности, который заключается в намагничивании изделия и регистрации магнитных полей рассеяния после снятия намагничивающего поля (в остаточном поле).

Структурные неоднородности материала, магнитные пятна, шероховатость контролируемой поверхности и неоднородность намагничивающего поля, не связанная с дефектами, порождают на выходе преобразователя сигналы, именуемые помехами или фоном. Помехи являются причиной ошибок дефектоскопирования — пропусков дефектов и ложных браковок.

На деталях сложной формы уровень фона в разных точках различается значительно. Поэтому первоначальная настройка дефектоскопа с фиксированным порогом гарантирует высокую достоверность контроля лишь на определенном участке детали. При переходе к другому участку дефектоскоп необходимо перестраивать, что усложняет дефектоскопирование. Для того, чтобы его упростить, используются дефектоскопы с автоматической (зависящей от фона) перестройкой порога.

Феррозондовый контроль деталей проводя по операционным картам по ГОСТ 3.1502 или технологическим картам, составленным на основе настоящего РД и утвержденным главным инженером предприятия.

В технологической карте феррозондового контроля должны быть указаны:

- условное обозначение нормативных и технологических документов, на основании которых она разработана;

- характеристики детали (марка стали, шероховатость поверхности);

- эскиз детали с указанием зон контроля и траекторий сканирования;

- типы и характеристики дефектов, подлежащих выявлению;

- применяемые дефектоскоп, СОП, намагничивающее устройство и вспомогательные средства контроля;

- способ контроля (способ остаточной намагниченности или способ приложенного поля);

- операции контроля в последовательности их проведения;

- технологическая оснастка рабочего места, необходимая для проведения контроля (способ установки, закрепления и поворота детали; способ установки НУ);

- критерии оценки результатов контроля в соответствии с требованиями нормативных и технологических документов (инструкций или правил) по техническому обслуживанию и ремонту вагонов и их составных частей или ссылка на эти документы;

- подписи лиц, разработавших и утвердивших технологическую карту.

Типовые методики проведения феррозондового контроля деталей вагонов, необходимые для составления технологических карт, приведены в разделах 8—11.

Общие требования к организации работ по феррозондовому контролю, технологической оснастке и оборудованию рабочих мест контроля, к персоналу, средствам контроля, оформлению результатов контроля установлены в РД 32.174.

Раздел: Промышленность, производство
Количество знаков с пробелами: 31730
Количество таблиц: 1
Количество изображений: 15

Феррозондовый метод неразрушающего контроля основан на выявлении магнитного поля рассеяния дефекта при помощи специального феррозондового преобразователя, преобразующего величину этого поля или ее изменения (градиента) в электрический сигнал. Метод позволяет выявлять поверхностные и подповерхностные дефекты типа нарушений сплошности (волосовины, трещины, раковины, закаты, ужимы и т.п.)) в изделиях любых размеров и форм, если имеется возможность намагнитить их до степени достаточной для возникновения магнитного поля рассеяния дефекта, обнаруживаемого с помощью феррозонда.

Различают два вида феррозондов: полемеры и градиентометры. Полемеры предназначены для измерения величины напряженности магнитного поля Н, а градиентомеры – для измерения скорости изменения значения напряженности поля (градиента). Градиент какой-либо величины (например напряженности магнитного поля) определяется следующим соотношением:

где Н₁ – значение напряженности поля в точке 1 (с координатой Х₁), Н₂ – значение напряженности в точке 2 (с координатой Х₂), (Х₂ – Х₁) – расстояние между этими точками. Реально градиентомтер измеряет разность значений напряженности поля в двух близко расположенных точках.

Простейший феррозонд полемер состоит из ферромагнитного сердечника, на который намотаны две катушки (рис. 20, а). На одну катушку – возбуждающую подается переменное синусоидальное напряжение некоторой частоты f от генератора. При отсутствии поля ферромагнитный сердечник перемагничивается по симметричной петле гистерезиса. Во второй катушке при этом наводится переменное напряжение той же частоты. Однако если феррозонд поместить в постоянное магнитное поле, петля гистерезиса перестанет быть симметричной. Это приведет к тому, что во вторичной катушке появится переменное напряжение удвоенной частоты 2f (вторая гармоника) .Это напряжение при определенных условиях (подбор конструкции, материала сердечника, режимов возбуждения) можно сделать пропорциональным величине напряженности магнитного поля Н. Оно выделяется при помощи специального фильтра удвоенной частоты (второй гармоники), усиливается и измеряется прибором (рис. 20, а).

Феррозонд полемер измеряет только составляющую напряженности, направленную вдоль оси ферромагнитного стержня. Поэтому очень важно правильно ориентировать феррозонд при измерении полей. Феррозонды полемеры, применяются для измерения значения напряженности магнитного поля, например, намагничивающих устройств. Выпускаются два вида феррозондовых преобразователей полемеров: для измерения нормальной составляющей и для измерения тангенциальной составляющей поля. Первые имеют цилиндрическую форму, ось сердечника в нем расположен вдоль оси корпуса и измеряют они составляющую поля, направленную по оси цилиндра (рис. 21, а). Вторые имеют прямоугольное окончание, ось сердечника в них направлена вдоль большой стороны основания и измеряют они составляющую, направленную вдоль длинной оси прямоугольника основания
(рис.21, б).

Рис. 20. Устройство и работа феррозондовых преобразователей: а – полемера, б – градиентомтера. 1- ферромагнитный стержень, 2 – возбуждающая катушка, 3 – возбуждающий генератор, 4 – вторичная, измерительная катушка, 5 – фильтр удвоенной частоты, 6 – усилитель, 7 – измерительный прибор, 8 – первый полузонд, 9 – второй полузонд

Феррозонд градиентометр состоит из двух полемеров с параллельно расположенными сердечниками (рис. 20, б и 21, в). Каждая его половинка называется полузонд. Расстояние между полузондами называется базой. Возбуждающие катушки соединены последовательно, а измерительные так, что их сигналы вычитаются друг из друга. Таким образом первый полузонд измеряет поле Н₁ в точке Х₁, второй полузонд измеряет поле Н₂ в точке Х₂, а схема их включения такова, что на вход фильтра поступает сигнал, пропорциональный (Н₁ – Н₂). Значение базы (Х₂ – Х₁) при вычислении градиента поля учитывается микропроцессором прибора автоматически.

Рис. 21. Примерный вид феррозондовых преобразователей:

а – полемер для измерения нормальной составляющей поля,
б – полемер для измерения тангенциальной составляющей поля,
в – градиентомтер; 1 – феррозондовые сердечники с обмотками

Для обнаружения полей рассеяния дефектов применяют феррозонды градиентомтеры. Это связано с тем, что поля рассеяния возникают не только над трещинами, опасными для эксплуатации, но и над некоторыми внутренними неоднородностями опасности не представляющими (рис. 22, а).

Ниже на рис. 22, б и в приведены графики зависимостей проекций поля Н_n и Н_t от координаты Х. Как видно из этих графиков, по ним нельзя уверенно отличить опасные трещины и неоднородности структуры, поскольку значения этих проекций соизмеримы. В тоже время крутизна кривой Н_t(Х), которая и является градиентом G, (измеряемым феррозондом градиентолметром) над дефектом значительно превосходит крутизну этой кривой над неоднородностями. Это связано с тем, что слева и справа от трещины

Рис 22. Магнитное поле рассеяния над трещиной и внутренней неоднородностью (а), его проекции Н_n и Н_t (б и в) и значение градиента G (г) в зависимости от координаты Х.

значение нормальной составляющей поля рассеяния дефекта имеет противоположные знаки, а феррозонд градиетометр измеряет их разность: Н₁ – Н₂ = Н₀ – (–Н₀) = Н₀ + Н₀ = 2Н₀. База феррозонда градиентометра соответствует расстоянию между точками, где значение нормальных составляющих поля рассеяния дефекта максимально. Это позволяет достоверно регистрировать дефекты по превышению градиентом порогового уровня.

Читайте также: