Курсовая работа: Метрологическое обеспечение средств контроля

Способ получения первичной информации – конкретный тип датчика или вещества, которые используют для измерения и фиксации упомянутого информационного параметра.

1.1 Магнитный вид НК

Магнитный вид неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом. Как правило, его применяют для контроля объектов из ферромагнитных материалов. По характеру взаимодействия физического поля с объектом этот вид контроля не дифференцируют: во всех случаях используют намагничивание объекта и измеряют параметры, используемые при контроле магнитными методами. Процесс намагничивания и перемагничивания ферромагнитного материала сопровождается гистерезисными явлениями (рис. 1). Свойства, которые требуется контролировать (химический состав, структура, наличие несплошностей и др.), обычно связаны с параметрами процесса намагничивания и петлей гистерезиса.

Рисунок 1 – Кривые намагничивания ферромагнитных материалов:

а – магнигожесткого, б – магнитомягкого (1 – основная кривая намагничивания, 2 – петля гистерезиса, 3 – скачкообразный характер намагничивания, наблюдаемый при точных измерениях)

Магнитожесткие материалы (закаленная сталь) по сравнению с магнитомягкими материалами (незакаленная сталь) имеют большую коэрцитивную силу Нс, меньшую магнитную проницаемость и намагниченность ( = – магнитная постоянная. Обычно и I для характеристики материала ферромагнетика измеряют при малой напряженности намагничивающего поля H. В некоторых случаях измеряют и остаточную намагниченность. Эти первичные информативные параметры используют для контроля степени закалки, прочностных характеристик и других свойств. Наличие и количество ферритной составляющей в неферромагнитном материале могут быть определены по намагниченности насыщения , т. е. при сильных полях намагничивания. Эта величина тем больше, чем больше содержание феррита.

Магнитные методы применяют для измерения толщины нефер-ромагнитного покрытия на ферромагнитном основании. В качестве первичного информативного параметра в этом случае используют поток магнитного поля. П-образный магнит помещают на поверхность объекта контроля с покрытием. Чем меньше толщина покрытия, тем больше магнитный поток через ферромагнитное основание и меньше рассеянный поток над объектом контроля. Этот поток измеряют по напряженности поля под изделием. Другой способ оценки потоков основан на измерении силы, необходимой для того, чтобы оторвать некоторый пробный магнит от объекта контроля.

Высокоточное измерение кривой намагничивания показывает., что она имеет скачкообразный характер (см. рис. 1, а) в области крутого подъема. Это так называемый эффект Баркгаузена. Скачки возникают в результате перемагничивания областей спонтанного намагничивания (доменов), содержащихся в ферромагнитном материале. Параметры скачков кривой намагничивания (их число, величина, длительность, спектральный состав) используют как первичный информативный параметр для контроля таких свойств материала, как химсостав, структура, степень пластической деформации. Скачки сливаются в сплошной шум, если масса намагничиваемого материала велика, поэтому этот способ применяют к тонким проволокам, лентам.

При намагничивании объекта контроля, вблизи поверхности которого имеется несплошность (дефект), в области дефекта происходит резкое пространственное изменение напряженности магнитного поля, возникает поле рассеяния (рис. 2). Изменение напряженности магнитного поля, точнее градиента напряженности, используют как первичный информативный параметр для выявления дефектов.

Рисунок 2 – Способы намагничивания при выявлении несплощностей:

а – полюсный, б – циркулярный

Остаточное намагничивание, коэрцитивную силу и магнитный поток часто оценивают по пондеромоторному эффекту – взаимодействию (притяжению) пробного магнита и ОК. Информацию о магнитной проницаемости и ее изменении в зависимости от напряженности магнитного поля получают с помощью катушки индуктивности (индуктивный метод).

Дифференциацию магнитного вида неразрушающего контроля на различные методы по способу получения первичной информации рассмотрим на примере применения различных типов датчиков и веществ для обнаружения градиента магнитного поля вблизи несплошности. Градиент часто обнаруживают с помощью магнитного порошка или магнитной суспензии. Их частицы располагаются вдоль линий магнитной индукции поля рассеяния. Это магнитопо-рошковый метод, широко применяемый для дефектоскопии поверхностных и подповерхностных слоев ферромагнитных материалов.

Для надежного выявления дефект должен пересекать линии магнитной индукции. Исходя из этого, для обнаружения различно ориентированных дефектов применяют разные направления намагничивания. На рисунке 2, а изделие (стержень) помещают между двух полюсов магнита (полюсное намагничивание), что дает возможность выявить поперечные дефекты типа В. На рисунке 2, б через цилиндрический объект пропускают электрический ток. Линии магнитной индукции образуют окружности в плоскости, перпендикулярной направлению тока (циркулярное намагничивание). Это дает возможность выявить продольные дефекты типа С.

Магнитопорошковым методом можно обнаруживать дефекты длиной около 0,5 мм, шириной 2,5 мм и более. При намагничивании постоянным магнитным полем выявляют дефекты, расположенные на глубине не более 2...3 мм от поверхности. При намагничивании переменным полем максимальная, глубина выявляемых дефектов уменьшается.

Помимо магнитного порошка для регистрации рассеянного магнитного поля используют магнитную пленку, подобную применяемой в магнитофонах, но более широкую (магнитографический метод). Считывание сигналов о дефектах с пленки выполняют с помощью прибора, датчиком которого служит магнитофонная головка. Этим методом обнаруживают дефекты в более толстом поверхностном слое, но теряют наглядность их изображения, свойственную магнитопорошковому методу.

Для индицирования полей рассеяния на дефектах и измерения магнитных характеристик материалов также используют датчики типа феррозондов (феррозондовый метод), преобразователей Холла, магниторезисторов (меняющих электросопротивление при внесении в магнитное поле).

Развитие магнитного вида контроля идет по пути изыскания способов отстройки от мешающих факторов, изучения особенностей магнитных полей изделий сложной формы, содержащих дефекты; разработки новых высокочувствительных преобразователей; использования потенциальных возможностей эффекта Баркгаузена, а также других магнитных эффектов, таких, как ядерный магнитный резонанс (ЯМР).

1.2 Электрический вид НК

Электрический вид неразрушающего контроля основан на регистрации параметров электрического поля, взаимодействующего с контролируемым объектом (собственно электрический метод), или поля, возникающего в ОК в результате внешнего воздействия (термоэлектрический и трибоэлектрический методы). Первичными информативными параметрами являются электрическая емкость или потенциал.

Емкостный метод применяют для контроля диэлектрических или полупроводниковых материалов. По изменению диэлектрической проницаемости, в том числе ее реактивной части (диэлектрическим потерям), контролируют химический состав пластмасс, полупроводников, наличие в них несплошностей, влажность сыпучих материалов и другие свойства.

Метод электрического потенциала (электропотенциальный) применяют для контроля проводников. Измеряя падение потенциала «а некотором участке, контролируют толщину проводящего слоя, наличие несплошностей вблизи поверхности проводника. Электрический ток огибает поверхностный дефект, по изменению потенциала на участке с дефектом определяют глубину несплошности с погрешностью в несколько процентов.

Термоэлектрический метод применяют для контроля химического состава материалов. Например, нагретый до постоянной температуры медный электрод прижимают к поверхности ОК и по возникающей контактной разности потенциалов определяют марку стали, титана, алюминия или другого материала ОК.

Существует также ряд других электрических методов: экзоэлектронной эмиссии (эмиссия ионов с поверхности ОК под влиянием внутренних напряжений), электроискровой (измерения характеристик среды по параметрам электрического пробоя в ней), электростатического порошка. В настоящее время эти методы находят сравнительно узкое практическое применение, но интенсивно изучаются.

1.3 Вихретоковый вид НК

Вихретоковый вид неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. Его применяют только для контроля объектов из электропроводящих материалов. Вихревые токи возбуждаются в объекте преобразователем в виде индуктивной катушки, питаемой переменным или импульсным током. Приемным преобразователем (измерителем) служит та же или другая катушка. Возбуждающую и приемную катушки располагают либо с одной стороны, либо по разные стороны от ОК.

Интенсивность и распределение вихревых токов в объекте зависят от его размеров, электрических и магнитных свойств материала, от наличия в материале нарушений сплошности, взаимного расположения преобразователя и ОК, т. е. от многих параметров. Это определяет большие возможности метода как средства контроля различных свойств объекта, но в то же время затрудняет его применение, так как при контроле одного параметра другие являются мешающими. Для разделения параметров используют раздельное или совместное измерение фазы, частоты и амплитуды напряжения измерительного преобразователя, подмагничивание ферромагнитных ОК постоянным магнитным полем, ведут контроль одновременно на нескольких частотах, применяют спектральный анализ. Получаемые таким образом первичные информативные параметры позволяют контролировать размеры изделий (толщину стенки при одностороннем доступе), определять химсостав и структуру материала ОК, внутренние напряжения, обнаруживать поверхностные и подповерхностные (на глубине нескольких миллиметров) дефекты.

По взаиморасположению преобразователя и объекта различают проходные, погружные, накладные и экранные преобразователи (рис. 3). Последние предназначены для работы по методу прохождения.