Введение к работе
Актуальность темы
Приставные магнитометрические устройства (ПМУ) получили большое распространение в практике намерений и контроля магнитных свойств различных ферромагнитных изделий. Как и любые другие устройства для определения свойств' ферромагнитных материалов, ПМУ содержат источник магнитногополя, непосредственно воздействующего на испытуемое изделие, ' и первичные преобразователи магнитного поля, расположенные в той или иной точке системы "ШУ-изделие". В отличие от традиционных средств измерений параметров магнитных материалов на специально изготовленных образцах ПМУ позволяют определять параметры материалов на изделиях любых размеров и формы, что обеспечивает широкие эксплуатационные возможности данного типа магнитометрических устройств.
В то же время системы "ПМУ-ферромагнитное изделие" характеризуются сложными процессами намагничивания и перемагничнвания магнетика, обусловленных неоднородностью магнитного поля, нелинейностью и гистерезисом характеристик материала' испытуемого изделия. Это существенно затрудняет анализ процессов в таких системах и расчет соответствующих ШУ, особенно в тех случаях, когда пере-магничивающее устройство не содержит специального ферромагнитного магнитопровода и изделие оказывается сильно "разомкнутым" в магнитном, отношении.' В связи со спецификой процессов перемагничнвания в рассматриваемой системе весьмз важным при их анализе является вопрос о правомерности и границах применения "истинных" (полученных в условиях "осевого" перемагничнвания магнетика, когда, все векторные макроскоптаеские параметры в любой точке сбрэгцз материала всегда коллияеарны)' магнитных -характеристик вещества изделия, в большинстве объёмов которого происходит не "осевое", а "вращательное" (с поворотом векторных макроскопических величин, характеризующих магнетик и магнитное поле) перемагничивание.
При использовании ШУ имеет место специфическая /именно для этого типа, устройств проблема - зависимость показаний аппаратуры от качества магнитного контакта между ПМУ и поверхностью контролируемого изделия (наличие случайных зазоров, перекосов, неустойчивого положения и т.п.). Особенно ощутим этот недостаток в ПМУ о магнитопроводом, где, например, -изменение зазорз "ШУ-изделие" даже в доли миллиметра нередко приводит к изменению показаний прибора на десятки процентов. Длительное время эта проблема не
- 4 -имела кардинального решения.
Актуальной-проблемой ПМУ с магнитопроводом'с самого.начала эксплуатации такого типа устройств является низкая технологичность их изготовления, что обусловлено широким применением приборов с ПМУ преимущественно с "встроенным" измерителем (нуль-индикатором) магнитного поля в виде массивного феррозонда; Этот же тип приборов в некоторых случаях существенно ограничивает эксплуатационные возможности ПМУ, поэтому необходим поиск альтернативных вариантов выполнения ПМУ с магнитопроводом. Основные направления исследований и разработок В рамкам: перечисленных еьішє проблем в области теории и практики .ПМУ были поставлены следущие задачи:
-
Разработка методики расчета систем с ПМУ и сильно разомкнутыми ферромагнитными телами при учете нелинейности и гистерезиса характеристик магнетика. Анализ. процессов перемагничивания ферромагнитных тел с помрщью ПМУ без магнитопровода и с магнитопроводом.
-
Выявление и исследование особенностей статического перемагничивания ферромагнитных изделий приставными устройствами с магнитопроводом. Построение оптимальных схем ПМУ с П-образным магнитопроводом в составе коэрцитиметра о точки зрения отстройки от влияния мешающих факторов (преимущественно, непостоянства зазора и конфигурации контакта "ПМУ-изделие") на показания' аппаратуры.
-
Разработка приставных устройств с высокой технологичностью изготовления, а также приборов на базе исследованных схем коэрци-тимегров с ПМУ, имеющих широкие функциональные возможности и высокую достоверность контроля ферромагнитных изделий.
Научная новизна работы
Новизна научных результатов работы подтверждается следующими достижениями:
-
Предложен метод расчета, в том числе графо-аналитический, систем с ферромагнитными телами, основанный на использовании как "расчетных" (вытекающих из магнитозарядової" модели представления магнетика), так и "физических" (в рамках естественно-физической трактовки магнитных явлений) макроскопических параметров.
-
Получены зависимости параметров магнитного поля от свойств материала ферромагнитного тела при перемагничивании его приставными устройствами без магнитопровода и с П-образным магнитопрово-
- 5 -дом, учитывающие нелинейность и гистерезис характеристик магнетика.
-
Определены условия отсчета показаний. ПМУ с П-образным маг-нитопроводом в режиме измерения, коэрцитивной силы ферромагнитных изделий, при которых минимизируется влияние величины и конфигурации' зазора "ПМУ-изделие" на показания аппаратуры.
-
Дано объяснение причин появления аномальных значений коэффициентов намагничивания и размагничивания в ферромагнитных телах, перемагничиваемых ПМУ; предложена наглядная графическая интерпретация коэффициентов при их изменении в процессе перемагни-чивания.
-
Описан эффект "статического саморашагничивания" ферромагнитных изделий, намагниченных ПМУ. Экспериментально обнаружен режим перемагничивания изделия ПМУ с магніїтопроводом, при котором суммарная напряженность магнитного поля в межполюсном пространстве ПМУ равна "внутреннему полю" в том де изделия после удаления ПМУ. Найдены условия, при которых по суммарной напряженности поля в межполюсном пространстве ПМУ может быть определено абсолютное значение коэрцитивной силы контролируемого изделия.
Практическая значимость работы '
Результаты проведенных теоретически и экспериментамных исследований позволяют анализировать процессы леремагничиванш ферромагнитных тел в различных ситуациях с учетом нелинейности и гистерезиса характеристик материала магнетика, а также расширить, в ряде случаев, возможности количественного расчета систем с ферромагнитными телами. Результаты исследований дают основу для практического построения ЛМУ, имеющих лучшие до сравнению с известными устройствами метрологические характеристики (за счет минимизации влияния мешающих факторов на показания аппаратуры и возможности, в некоторых случаях, непосредственного измерения параметров материала магнетика), а также более высокую технологичность конструкции приставных устройств. На. основе проведенных исследований спроектированы, изготовлены (в том числе серийно) и находятся в эксплуатации несколько модификации приборов 'магнитного контроля твердости, структуры, марки стали, толщины и свойств ферромагнитных покрытий на ферромагнитной основе (поверхностно обработанные изделия), механических напряжений в изделиях.
Публикации по теме работы
Основные научные результаты диссертации опубликованы в моног-
рафии (без соавторов) и в 21-й печатной работе, а практическое использование результатов исследований и разработок - в 10-ти работах, представленных списками в конце автореферата.
Опубликованные материалы получили апробацию в различных научных школах и изданиях (Уральское отделение РАН и Украинская академия наук, журналы "Дефектоскопия", "Электричество", "Проблемы технической электродинамики" и т.д.), на многих конференциях (4-й Коллоквиум "Внутренние напряжения и поверхностное упрочнение", ГДР, 1985 г.; 10-я Международная конференция по нераэрушающему контролю, г.Москва, 1982 г.; Уральские региональные конференции "Современные методы нераэрушащего контроля и их метрологическое обеспечение", г.Свердловск, 1982, 1981 г.; Республиканское совещание "Неразрушашие физические методы и средства контроля материалов и изделий", г.Ижевск, 1981 г.; 2-я Всесоюзная конференция "Методы и средства измерения параметров магнитного поля", г.Ленинград, 1980 г.; 8тя Всесоюзная научно-техническая конференция по неразрушающим физическим методам и средствам контроля", г.Кишинев, 1977 г. и др.).
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из общей характеристики (введения), пяти глав, заключения и списка литературы из 126 наименований. Общий объем диссертации составляет 249 страниц, в том числе 70 рисунков на 66 страницах.