Феррозондовый контроль

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:

G = (Н₁ – Н₂)/(Х₂ – Х₁), (2)

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 2 f (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).

а б 4 5 6 5 6 1 8 9 2 3 7 3 7 Х1 Х2 Н1 Н2 база

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.

а б в

1 1 1, 1

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.