Определение намагниченности длинномерной конструкции

Определение намагниченности длинномерной конструкции

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАМАГНИЧЕННОСТИ ДЛИННОМЕРНОЙ КОНСТРУКЦИИ

, ,

г. Тюмень, Россия

Длинномерные конструкции (ДМК), такие как трубопроводы, мосты, балки, швеллеры, имеют практически нулевой размагничивающий фактор формы, поэтому легко намагничиваются даже в слабом магнитном поле. Неконтролируемая намагниченность металлоконструкции влияет на достоверность магнитных методов контроля, на качество сварки и резки металлов. Измерение магнитной индукции требует либо изменения напряженности поля (замкнутая магнитная цепь), либо движение магнетика (разомкнутая цепь). Но для ДМК оба эти методы не применимы. Таким образом, остается актуальным вопрос, определения намагниченности ДМК [1-2].

Целью исследования являлась разработка метода определения намагниченности длинномерной металлоконструкции без разрыва магнитной цепи.

Рассмотрим теоретическую возможность определени намагниченности ДМК с помощью дополнительной (вариативной) намагниченности. Промоделируем изменение магнитной индукции при наложения на внутреннее поле магнетика . различных величин вариативного поля, направленного по внутреннему полю и противоположную сторону ему , на примере отожженного железа [3]. На рис. 1. Изображено семейство петель гистерезиса магнитозамкнутого образца отожженного железа.[4] Вариации поля равны по модулю, противоположны по направлению и изменяются в пределах .

Обозначим магнитную индукцию после включения дополнительного поля, сонаправленного внутреннему полю , а потивоположно – (рис.1), тогда разница равна . По результатам моделирования построен график, представленный на рис.2. Его кривые связывают величину магнитной индукции материала с разностью величин магнитной индукции , после наложения вариативных полей.

Кривые, приведенные на рис.2, показывают, что зависимость имеет максимум. Это связано с не однозначной зависимостью магнитной индукции с напряженностью магнитного поля для ферромагнитных материалов.

При разработке методики вводилось следующее допущение: для создания вариаций поля исследуемый образец намагничивался локально, а не полностью как это описано в теории.

Для исследования использовались пластины из сталей 09Г2С см и стали 40Х см в состоянии поставки. Перед измерениями намагниченности образец полностью размагничивали, с помощью питаемого переменным током электромагнита, путем его перемещения по поверхности. Заданную остаточную намагниченность создавали соленоидом, питаемым постоянным током . Величину остаточной магнитной индукции определяли методом сдергивания измерительной катушки (число витков ). Изменение магнитного потока определяли с помощью микровеберметра Ф-192. После намагничивания в центре образца устанавливался – образный электромагнит, на центральную ось которого помещена намагничивающая катушка. При пропускании по ней тока электромагнит создает 2 зоны локальной намагниченности с разнонаправленным полем: вдоль и против намагниченности исходного образца. При помощи феррозондового магнитометра Ф-205.38 производилось сканирование напряженности магнитного поля рассеяния над поверхностью, и записывалась магнитограмма тангенциальной составляющей распределения поля вдоль образца.

По данным измерений построены градуировочные кривые для сталей 40X и 09Г2С, приведенные на рис.3.

Для стали 40X с ростом величины магнитной индукции исходного образца до , перепад напряженности магнитного поля , сформированного локальными зонами намагничивания растет. При дальнейшем увеличении магнитной индукции до величина снизилась до .

Максимум функции наблюдается в точке с , . Исходя из данных моделирования (рис.2) и данными эксперимента (рис.3), можно сделать вывод, что качественно зависимости сходятся.

Изучено влияние намагниченности образцов разной длины из магнитомягких и магнитожестких материалов на показания коэрцитиметра КИМ-2. Образцы намагничивались и размагничивались в поле соленоида, питаемого источником постоянного и, соответственно, переменного тока.

Производились измерения коэрцитивной силы прибором КИМ-2, датчик коэрцитиметра устанавливался в центре пластины в двух положениях:

1.  намагничивающее поле датчика сонаправлено полю намагничивания стали 40Х (рис.4А);

2.  намагничивающее поле датчика противоположно полю намагничивания стали 40Х (рис.4Б).

В одном и том же положении измерения повторялись порядка 15-25 раз, после чего образец размагничивался и заново намагничивался в соленоиде, питаемым определенным током.

Результат измерений представлен на графике рис. 5, на котором показана зависимость разности показаний датчика коэрцитиметра от величины остаточной намагниченности В длинного образца стали 40Х. Кривая является возрастающей. При В = 0,6 Тл, наблюдается магнитное насыщение, а .

Разница в показаниях коэрцитиметра между полностью размагниченным образцом и находящимся в состоянии остаточной намагниченности составляет порядка 250-300 А/м.

Для определения влияния намагниченности на коэрцитивную силу в зависимости от размеров образца, проведены исследования на примере стали средней магнитной жесткости 40 Х. Образцы разной длины находились в состоянии остаточной намагниченности и размагниченном состоянии:

1.  Короткий образец размерами 8.0×0.6×3.0 ;

2.  Длинный образец размерами 86.0×0.6×6.0 .

Датчик коэрцитиметра устанавливался в центре образца, поочередно в положение 1 (рис. 4А) и в положение 2 (рис. 4Б). Результаты представлены на кривых рис.8.

Наибольшее различие в показаниях коэрцитиметра зафиксировано для длинного намагниченного образца и составляло 300 А/м. Короткий образец, также подвергался намагничиванию и разность в показаниях коэрцитиметра в начале измерений (1-4 номер) составляла 100 А/м, в конце (8-12 номер) показания коэрцитиметра становились одинаковыми и равными показаниям для размагниченного образца.

Длинномерные образцы из материалов магнитожестких и средней магнитной жесткости прибор не может размагнитить, следовательно, для таких образцов, возможно, построение градуировочной зависимости намагниченности от разницы значений коэрцитивной силы. Чем больше намагниченность образца, тем больше разность в показаниях коэрцитиметра. Образцы малых размеров коэрцитиметр размагничивает, следовательно, для более точного определения коэрцитивной силы необходимо производить несколько измерений коэрцитивной силы (порядка 15-25 в зависимости от размеров образца) по представленной методике с попарной сменой положения датчика коэрцитиметра.

В реальных условиях земного поля намагничивание ДМК составляет порядка . Исходя из величины этого диапозона, следует, что методика локального намагничивания дает сигнал в 1.5 раз больше, чем коэрцитиметр, а максимальный сигнал в 2 раза больше.

Литература.

1.  Яновский магнетизм. «Издательство Ленинградского университета», Л.: – 1978. с.592

2.  , Испытания ферромагнитных материалов. «Энергия», М.: – 1969. с.360

3.  Ферриты. Физические свойства, практическое применение. «Издательство иностранной литературы», М.: – 1962. с.504

4.  Ферромагнетизм. «Издательство иностранной литературы», М.: – 1956. с.738