ТИТУЛЬНИК
ЗАДАНИЕ НА ДИПЛОМНУЮ РАБОТУ
Разработка устройства для локального намагничивания и сканирования магнитного поля рассеяния. Исследование распределения магнитного поля рассеяния по длине стального образца. Изучение влияния обратного магнитного поля на величину напряжённости локальной намагниченности. Изучение возможности определения релаксационных характеристик для целей неразрушающего контроля.
АННОТАЦИЯ
Целью данного дипломного проекта явилась разработка инновационного устройства для магнитного контроля металлоконструкций, позволяющее увеличить процентный объем контроля в меньшие сроки. Проведение исследований, направленных на измерение релаксационных характеристик ферромагнитных изделий.
Был проведён анализ литературных источников (как учебной литературы, так и периодических изданий), в ходе которого была составлена первая часть дипломного проекта, в которой были рассмотрены магниторелаксационные характеристики сталей, коэрцитиметрический метод неразрушающего контроля и использованное дополнительное оборудование.
Во второй главе были описаны образцы, использованные в данной работе, приведены результаты измерений в виде таблицы и составлены графики по полученным данным. Проведён анализ полученных графиков.
В третьей части проведён анализ экономической части и проведён расчет трудозатрат на разработку измерительного устройства.
В пятой главе, обеспечение безопасности и экологичность, описаны характеристики условий труда (лабораторий). Проведён системный анализ надёжности и безопасности установки.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. ФЕРРОМАГНЕТИКИ. ПРИРОДА ФЕРРОМАГНЕТИЗМА
1.2. КРИВАЯ НАМАГНИЧИВАНИЯ
1.3. ПЕТЛЯ МАГНИТНОГО ГИСТЕРЕЗИСА
1.4. ПРИЧИНЫ МАГНИТНОГО ГИСТЕРЕЗИСА
1.5. ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ НА ПРОЦЕССЫ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ
1.6. ВЛИЯНИЕ ВКЛЮЧЕНИЙ И КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ НА ПРОЦЕССЫ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ
1.7. КОЭРЦИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД
1.8. РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
1.9. ВЛИЯНИЕ КРАЕВОГО ЭФФЕКТА НА РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
1.10. ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ ОБРАЗЦА НА РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ КОЭРЦИТИВНОЙ СИЛЫ
1.11. ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
1.11.1 МИЛЛИТЕСЛАМЕТР ТП2-2У
1.11.2. ПРИБОР МАГНИТОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ Ф-205.38
1.11.3. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ
1.11.4. КОЭРЦИТИМЕТР
ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. РАЗРАБОТКА МАГНИТНОГО РЕЛАКСОМЕТРА
2.2. ВЫБОР МАГНИТА ДЛЯ УСТАНОВКИ В КОЛЕСО
2.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗЦОВ
2.3.1. РАЗМАГНИЧИВАНИЕ ОБРАЗЦОВ
2.3.2. ИЗМЕРЕНИЕ КОЭРЦИТИВНОЙ СИЛЫ ОБРАЗЦОВ
2.3.3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПОЛЯ ОБРАЗЦОВ ПОСЛЕ ЛОКАЛЬНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ И ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ В ОБРАТНОМ ИЗМЕНЯЮЩЕМСЯ ПОЛЕ
2.4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПОЛЯ ПОСЛЕ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ В ОБРАТНОМ ИЗМЕНЯЮЩЕМСЯ ПОЛЕ
2.5. ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
ГЛАВА III. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА
3.1. РАСЁТ ЗАРАБОТНОЙ ПЛАТЫ
3.2. РАСЧЁТ АМОРТИЗАЦИОННЫХ ОТЧИСЛЕНИЙ
3.3. РАССЧЁТ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСЛУГ
3.4. РАССЧЕТ ОБЩЕХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСХОДОВ
3.5. ПОДВОД ИТОГОВ
ГЛАВА IV. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИЧНОСТ ПРОЕКТА
4.1. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ
4.1.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОМЕЩЕНИЯ
4.1.2. ОЦЕНКА УСЛОВИЙ ТРУДА
4.1.3. ПОЖАРО-, ВЗРЫВО - И ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ
4.1.4 ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ
4.1.5. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЁЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ МАГНИТНОГО РЕЛАКСОМЕТРА
4.2. ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время магнитные методы используют для контроля размеров, нарушений сплошности, структуроскопии и определения фазового состава ферромагнитных материалов. Методы совершенствуются в направлении развития намагничивающих устройств, дефектоскопов и лент, в направлении изменения самих контрольных операций в целях расширения области использования методов.
Магнитные свойства, как известно, являются весьма чувствительными к всякого рода изменениям, происходящим в фазовом и химическом составах, структурном и напряженном состояниях сталей и сплавов. Именно высокая чувствительность магнитных свойств к указанным факторам явилась основой для создания нового научного направления магнитного анализа и проектировки новых измерительных приборов.
Так как в настоящее время нет универсальных приборов для измерения релаксационных свойств в металлических конструкциях, целью данной работы является изучение релаксационных свойств и связи их с упругость, твёрдостью и прочими механическими свойствами, разработка прибора для неразрушающего контроля, в котором используются магнитные методы.
В данной работе обобщены результаты исследований за многолетний период изучения закономерностей изменения магнитных и механических свойств сталей различных классов. Проанализированы методические возможности использования магнитных характеристик для контроля прочностных свойств и оценки напряженного состояния изделий из различных марок сталей. Приведены сведения о приборах неразрушающего контроля качества.
Цель дипломной работы - разработать прибор для измерения релаксационных характеристик сталей в автоматическом режиме.
Исходя из цели, основными задачами дипломной работы являются:
· разработка устройства для магнитного контроля;
· рассмотрение сущности коэрцитивной силы;
· снятие локальной намагниченности;
· изучение релаксационной коэрцитивной силы;
· определение зависимости напряжённости магнитного поля изделия от воздействия на него обратного переменного поля;
· описание вспомогательных приборов при разработке релаксометра;
· разработка конструкции измерительного преобразователя;
· технико-экономическое обоснование разработки;
· выявление отрицательных факторов при работе приборами, основанными на магнитных методах.
При написании дипломной работы использовался большой объем источников информации: учебники, справочная литература, нормативные документы, периодические и монографические издания специалистов.
Контроль качества работоспособности металлоконструкций является одной из основных задач при их эксплуатации. Сложность качественного и оперативного определения срока безотказной службы металлоконструкций обусловлена длительностью и высокой трудоёмкостью имеющихся методов неразрушающего контроля, дающие не всегда достоверные результаты.
Актуальность работы заключается в предложенном способе снятия релаксационной намагниченности путём варьирования обратного поля, действующего на локальную намагниченность в виде полосы. Данный способ контроля будет весьма информативен. В зависимости от развития дальнейшей конструкции данный прибор будет удобен для контроля протяжённых объектов, с возможностью его дальнейшей роботизации для контроля недоступных человеку или угрожающих его жизни объектам.
Актуальность, цель и задачи, информационная база предопределили структуру дипломной работы. Она состоит из четырех глав. Первая глава посвящена теоретическим аспекта. Во второй главе разрабатывается конструкция магнитногорелаксометра. Третья глава посвящена экономической стороне разработки. В четвертой главе рассматриваются вопросы безопасности жизнедеятельности и экологичности разработки.
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
В ферромагнетике под действием магнитного поля 
создается такая намагниченность 
, которая в десятки и сотни раз превышает первопричину, т. е. намагничивающее поле . Эта способность сохраняется у ферромагнетиков до температуры Кюри (
).
С увеличением намагничивающего поля намагниченность возрастает всё медленнее.
Намагниченность и индукция 
зависят от
нелинейным образом. Кривые типа 
и 
называют кривыми намагничивания. Их вид может быть различен в зависимости от способа получения (измерения) и исходного состояния ферромагнетика.
Ферромагнетик в отсутствии внешнего магнитного поля разбит на определённые области, каждая из которых намагничена до насыщения. В размагниченном состоянии, несмотря на намагниченность каждого домена до насыщения, суммарный магнитный момент ферромагнетика в отсутствие внешнего магнитного поля равен нулю. Под действием магнитного поля в ферромагнетике происходит изменение величины проекции магнитных моментов, отличный от нуля. Зависимость намагниченности от величины приложенного магнитного поля носит название кривой намагничивания. Намагниченность не является линейной функцией поля и связана с ним известным соотношением 
, где 
- абсолютная магнитная проницаемость. В качестве исходного состояния ферромагнетика следует принять размагниченное. Кривая намагничивания существенно зависит от исходного магнитного состояния ферромагнетика. Если исходное магнитное состояние ферромагнетика соответствует размагниченному состоянию, то кривая намагничивания носит название основной или первоначальной.
 |
Рис. 1. Основные участки кривой намагничивания
По характеру процессов намагничивания условно можно разбить на пять участков [1,256]:
· участок I характеризуется постоянной восприимчивостью, т. е.
| (1) |
· участок II носит название области Релея. Намагничивание на этом участке в основном осуществляется за счёт обратимого упругого смещения доменных границ.
· участок III характеризуется высоким значением магнитной восприимчивости. В этой области намагниченность меняется большими скачками Баркгаузена, вызванным необратимым смещением доменных границ.
· на участке IV восприимчивость постепенно уменьшается. Процесс намагничивания на этом участке осуществляется в основном за счёт вращения векторов спонтанной намагниченности на направление внешнего магнитного поля. Работа по повороту векторов спонтанной намагниченности на направление действующего поля затрачивается против энергии кристаллографической анизотропии, которая стремится удержать векторы спонтанной намагниченности в направлении легкого намагничивания. Процесс вращения происходит преимущественно обратимо.
· на участке парапроцесса V процессы смещения и вращения закончены. На этом участков сильных магнитных полях незначительное увеличение намагниченности связано с дополнительной ориентацией спиновых магнитных моментов в направлении приложенного поля.
Уменьшение намагничивающего поля после достижения ферромагнетиком состояния технического насыщения сопровождается снижением намагниченности. Однако индукция убывает не по кривой намагничивания, а с некоторым запаздыванием и при поле равном нулю сохраняет определённое значение, которое называют остаточной намагниченностью 
(индукцией 
). Если приложить поле обратного направления, то остаточная намагниченность начнёт уменьшаться и при некотором значении поля намагниченность ферромагнетика окажется равной нулю. Это значение поля носит название коэрцитивной силы (
).В зависимости от способа определения различают коэрцитивную силу по намагниченности 
и коэрцитивную силу по индукции 
. Дальнейшее увеличение поля противоположного направления приводит к росту намагниченности отрицательного знака, и в поле равном 
ферромагнетик вновь достигает состояния технического насыщения. Если уменьшить поле, а потом сменить его направление на противоположное, то намагниченность будет изменяться по восходящей кривой, т. е. в результате медленного циклического перемагничивания намагниченность изменяется по замкнутой кривой, носящей название статической петли магнитного гистерезиса.
Если после завершения первого цикла магнитного гистерезиса в тех же полях от 
до совершить второй цикл, то вновь полученные значения индукций могут не совпадать со значениями индукции первоначального цикла магнитного гистерезиса, т. е. в течении нескольких циклов петля магнитного гистерезиса будет нестабильна и только после определённого количества циклов индукция будет изменяться по одной и той же замкнутой кривой [2,544].
Для магнитных материалов, обладающих относительно небольшими значениями коэрцитивной силы, существуют экспериментальные соотношения [3,791], связывающие параметры основной кривой намагничивания и петли магнитного гистерезиса.
Кроме петель 
и 
, можно построить петлю магнитного гистерезиса по остаточной индукции 
или по остаточной намагниченности 
. Параметры такой петли имеют практическое применение в неразрушающем контроле. Петля магнитного гистерезиса по остаточной индукции характеризуется коэрцитивной силой по остаточной индукции 
, соответствующей напряженности размагничивающего поля, необходимого для приведения ферромагнетика, находящегося в состоянии остаточной индукции в статистическое размагниченное состояние.
Кроме предельной петли гистерезиса, можно получить семейство частных петель магнитного гистерезиса, каждая из которых будет характеризоваться коэрцитивной силой 
и остаточной индукцией 
.
Теория магнетизма [4,1032] может быть успешно использована для качественного описания закономерностей изменения магнитных свойств, при структурно-фазовых превращениях в сталях.
Современная теория указывает на три возможные причины магнитного гистерезиса.
Гистерезис, обусловленный необратимыми процессами вращения вектора намагниченности, когда в ферромагнетике (предварительно намагниченном до насыщения) в отсутствие поля нет зародышей обратной магнитной фазы и отсутствуют условия для её образования при перемагничивании.
Гистерезис, вызванный задержкой роста зародыша обратной магнитной фазы вследствие увеличения поверхности и поверхностной энергии граничного слоя, отделяющего зародыш от основного домен.
Гистерезис, обусловленный необратимыми смещениями доменных границ в результате их взаимодействия с неоднородностями материала и различного рода дефектами кристаллического строения.
В реальных ферромагнетиках гистерезис обусловлен двумя или тремя причинами, но возможен случай, когда одна из них преобладает.
В случае легкого зародышеобразования перемагничивание будет происходить путём смещения доменных границ, а коэрцитивная сила будет определяться величиной 
[5,816;6,420-440], связывая изменения граничной энергии с изменением магнитоупругой энергии в ферромагнетике [7;] получаем следующее выражение коэрцитивной силы:
| (2) |
где 
- ширина доменной стенки; 
- магнитострикция насыщения; 
- максимальный градиент внутренних напряжений.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
