Проанализируем данное явления с точки зрения уже известных законов. И так, в проводнике возникает электрический ток, то есть упорядоченное движение зарядов (электронов). Движение зарядов возникает под действием силы, которая, вероятно, имеет электрическую природу. Мы уже знаем одну такую силу – это сила, действующая на заряд в электрическом поле (1): F = e E. Таким образом, следует, что изменяющееся магнитное поле приводит к возникновению электрического поля. То есть электрические поля могут создаваться не только зарядами, но и изменяющимися магнитными полями. В этом случае силовые линии поля образуют замкнутые линии, и оно носит название вихревого. Наличие контура в этих опытах только позволяет обнаружить возникающее электрическое поле благодаря наличию свободных электронов, приходящих в движение под действием силы со стороны поля и создающих электрический ток. Само же электрическое поле существует в пространстве с изменяющимся магнитным полем независимо от наличия там второго контура. Если теперь вместо второго контура, в котором наводилась ЭДС, и возникал индукционный ток, расположить проводящий материал (объект контроля), замкнутые токи будут возникать не во втором контуре, а непосредственно в самом проводящем материале, рис. 1.5. Эти токи также носят название вихревых токов.
|
|
Характер распределения плотности вихревых токов под плоской катушкой приведен на рис. 1.6. Плотность вихревых токов максимальна на поверхности объекта в контуре, диаметр которого близок к диаметру возбуждающей обмотки и убывает до нуля на оси обмотки и при удалении от оси на бесконечность. Плотность вихревых токов убывает с глубиной по экспоненциальному закону. За глубину проникновения вихревых токов d принимают расстояние от поверхности, на котором величина тока уменьшается в е раз
(е – число, примерно равное 2,7):
, (4)
где f – частота тока возбуждения, m 0 – магнитная постоянная,
m – магнитная проницаемость вещества, s – проводимость,
r = 1/s – удельное сопротивление контролируемой детали.
Из уравнения (4) следует, что глубина проникновения вихревых токов уменьшается с ростом частоты и проводимости контролируемого материала и значительно меньше для ферромагнитных деталей, имеющих магнитную проницаемость m > 50. Сравнительные данные глубины проникновения вихревых токов для некоторых металлов приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Металл | Глубина проникновения (мм) при частоте | ||
50 Гц | 10 кГц | 1 МГц | |
Сталь Медь Алюминий Латунь | 1,3 9,5 12,5 19,5 | 0,1 0,7 0,8 1,37 | 0,01 0,07 0,08 0,1 |
Как видно из таблицы для стальных деталей при частоте
10 кГц (рабочая частота дефектоскопов типа ВД-12) глубина проникновения вихревых токов составляет 0,1 мм и, таким образом будут выявляться практически только трещины, выходящие на поверхность детали.
Рис. 1.6. Распределение вихревых токов в детали:
а – по глубине детали, б – относительно оси катушки