Магнитной дефектоскопии

Силы обменного взаимодействия препятствуют антипараллельному расположению магнитных моментов, поэтому между доменами появляется сравнительно узкая область, в которой вектор намагниченности постепенно меняет свое направление на противоположное. Эта область называется стенкой (рисунок 1.3.9). Образование стенки толщиной 8 между намагниченными в противоположные стороны соседними областями требует затраты определенной энергии против сил обменного взаимодействия. В переходном слое магнитные моменты атомов распложены не вдоль направления легчайшего намагничивания и с этим также связана затрата энергии, которая называется энергией магнитной анизотропии. Такая энергия характеризуется константой магнитной анизотропии К, которая пропорциональна разности между площадями, ограниченными кривыми легкого и трудного намагничивания. Кроме перечисленных видов энергий, в кристалле существует еще один вид энергии, связанный с магнитострикцией. Явление магнитострикции заключается в том, что при намагничивании ферромагнетик изменяет свои размеры вдоль направления намагничивания (удлиняется при положительной и укорачивается при отрицательной магнитострикции). Так как основные и замыкающие области намагничены во взаимно перпендикулярных направлениях, они стремятся удлиниться (укоротиться) также во взаимно перпендикулярных направлениях. В кристалле будет затрачиваться работа против упругих сил.

ходуемая на преодоление препятствий, связанных с магнитострикцией, преобладает над работой преодоления препятствий, связанных с кристаллической магнитной анизотропией. В случае отрицательной магнитост-рикции упругое сжатие облегчает процесс намагничивания и размагничивания, а растяжение затрудняет эти процессы. При намагничивании сжатого образца железа возникает дополнительная энергия, равная приблизительно ASU, где а - напряжение от внешних сил, а Д5 - магнитострикция насыщения. Эта энергия играет большую роль при очень сильных напряжениях или очень малой кристаллической анизотропии К, т.е. при Л$а >;> К-Под влиянием кристаллической анизотропии и внешних сил устанавливается наивыгоднейшее направление самопроизвольного намагничивания в каждом домене, соответствующее минимуму энергии, и изменение этого направления связано с дополнительной энергией А'эфф = аК + @1$а, которая называется эффективной константой магнитной анизотропии. Она складывается из энергий кристаллической анизотропии (К) и магнитоупругой, а и ft - числовые коэффициенты порядка единицы.

При достаточно большой величине одноосных растягивающих напряжений уменьшение объема поперечно намагниченных доменов может происходить и в пластически деформированных участках кристалла (рисунок 2.2.2). Этот процесс наведения дополнительной одноосной магнитной анизотропии, нивелирующий локальное рассеяние магнитной текстуры в пластически деформированном участке ферромагнетика, подавляет мозаичную доменную структуру в правом наиболее напряженном участке, переходную к ней структуру комплексов 90° замыкающих доменов, а также упрощает вид междоменных границ (рисунок 2.2.2, а, б). Количество основных полосовых доменов при этом увеличивается за счет роста 180° клиновидных областей (рисунок 2.2.2, б, в). При этом уменьшение ширины доменов D, отражающее рост протяженности 180° доменных границ, связано с величиной действующих упругих напряжений следующим соотношением:

Основная цель применения преобразователей с П-образным магни-топроводом - измерение относительной величины магнитных свойств поверхности металла для двух заранее выбранных направлений, которые определяются при повороте вокруг вертикальной оси установленных на металл преобразователей. При плоском напряженном состоянии главные напряжения расположены под углом 90° друг к другу, и датчик магнитной анизотропии должен сравнивать магнитные свойства также в этих координатных направлениях Таким образом, датчиками магнитной анизотропии можно измерять разность нормальных напряжений по двум взаимно перпендикулярным направлениям и соответствующие касательные напряжения.

Существуют преобразователи, представляющие собой комбинацию из двух-трех П-образных магнитопроводов с намагничивающими и измерительными обмотками, установленными под определенными углами друг к другу. Например, датчик магнитной анизотропии, описанный в [50], содержит три П-образных магнитопровода с общей намагничивающей обмоткой и раздельными измерительными. Два магнитопровода расположены под прямым углом один к другому, а третий - под углом 45 или 135° к первым двум, и его измерительная обмотка включена дифференциально с измерительными обмотками первых двух магниггопроводов.

Рисунок 3.3.12 -Устройство преобразователя для измерения магнитной анизотропии со сложным магнитопроводом

Примеры магнитной анизотропии монокристаллов железа (К8) и никеля (К12) приведены на рис. 14 и 15.

гнитной анизотропии кристаллической решетки; эта энергия оценивается константой магнитной анизотропии

Константы магнитной анизотропии у железа и никеля соответственно равны 4,2 -104 дж/м3 (4,2 -108 эрг/см3)

3. Теория направленного упорядочения возникла в связи с исследованиями явления временного спада проницаемости, объясняемого наличием в твердом растворе атомов внедрения. Если большинство атомов внедрения будет расположено в междуузлиях вдоль одной определенной оси, например [100], то возникнет одноосная анизотропия. В любом твердом растворе, который неполностью упорядочен, имеется совокупность 'пар одинаковых атомов. Эти пары атомов выстраиваются вдоль приложенного магнитного поля. Необходимо показать, что энергии внешнего магнитного поля достаточно для того, чтобы создать направленное упорядочение, а в том случае, если направленное упорядочение уже возникло, то оно может объяснить величину наблюдаемой магнитной анизотропии. Теоретически и экспериментально было показано, что каждая пара атомов обладает энергией, зависящей от угла между локальной намагниченностью и осью пары. При температурах ниже температуры Кюри, но достаточных для того, чтобы диффузия успевала проходить за конечный промежуток времени,, пары одинако-

При уменьшении размера ферромагнитной частицы ниже критического (величина критического размера зависит от температуры, константы магнитной анизотропии материала и величины приложенного поля) в результате тепловых флуктуации векторов намагничивания спинов частица 1 5 '0 го s ведет себя парамагнитно.

Метод магнитной дефектоскопии основан на том, что при намагничивании детали, имеющей трещину, вблизи последней нарушается равномерность магнитного поля и возникает местное рассеянное поле утечки. Если затем нанести на поверхность детали какой-либо ферромагнитный порошок, то частицы его втянутся в поле утечки и создадут очертание скрытой или малозаметной трещины.

Метод магнитной дефектоскопии получил широкое применение на моторостроительных заводах - для контроля деталей автотракторных и авиационных двигателей.

один из методов магнитной дефектоскопии (феррозондовый метод), применяемый для контроля качества изделий из ферромагн. материалов.

ФЕРРОЗОНД (от ферро... и франц. sonde _ щуп), магнитомодуляционный дат ч и к,— чувствит. элемент для обнаружения магнитного поля и измерений его напряжённости. Представляет собой сердечник (обычно из пермаллоя) с 2 обмотками — возбуждения и измерительной. Если Ф. поместить в пост, магнитное поле, напряжённость к-рого нужно измерить, магнитное состояние сердечника изменится и в измерит, обмотке появится эдс, пропорциональная напряжённости пост, магнитного поля. Ф. широко применяют при геофиз. исследованиях в качестве чувствит. элемента различного рода магнитометров, коэрцитиметров и др. приборов, в устройствах для магнитной дефектоскопии и т. д.

ФЕРРОЗОНДОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ — метод магнитной дефектоскопии, при к-ром контроль осуществляется феррозондами. При движении вдоль изделия в местах дефектов они вырабатывают им-

Свойства применяемых магнитных порошков имеют существенное значение для обеспечения требуемой чувствительности контроля. Интегральным свойством порошков для магнитной дефектоскопии является их выявляемость, т. е. способность обнаруживать тонкие дефекты, размеры которых определяют наивысшую чувствительность метода.

Такое разнообразие методов невозможно без создания в стране научного центра технической диагностики. До поры до времени в ряде московских организаций существовали отдельные подразделения, специалисты которых занимались вопросами неразрушающего контроля качества материалов и сред, созданием приборов технической диагностики. В Научно-исследовательском и конструкторском институте испытательных машин, приборов и средств измерения масс (НИК.ИМП) работал отдел ультразвуковой и магнитной дефектоскопии, в ЦНИИ черной металлургии имени И. П. Бардина — лаборатория интроскопии и цех униконов — электронно-вакуумных приборов для преобразования распределенных потоков проникающих излучений в видимое изображение, вроде тех простейших интроскопов, что нами уже описаны.

Современные приборы по обнаружению отложений и дефектов в трубах базируются на методах радиационной, ультразвуковой и магнитной дефектоскопии, регистрации инфракрасного излучения. Анализируя особенности каждого из этих методов и сопоставляя их с требованиями, предъявляемыми к приборам, можно установить границы наиболее целесообразного их использования с учетом приведенных выше факторов.

Методы магнитной дефектоскопии могут быть применены для обнаружения железо-оксидных отложений в трубах из аустенитных сталей. Применение таких методов для обследования труб из магнитных материалов практически исключается из-за необходимости иметь намагничивающий ток в сотни ампер, который невозможно получить при батарейном питании дефектоскопа.

Более подробно о методах магнитной дефектоскопии см. в § 1.7.

Знание детального пространственного распределения магнитного поля в зоне поверхностного дефекта намагниченного изделия — одна из задач магнитной дефектоскопии. Этому вопросу исследователи придавали всегда большое значение. Так, изучению топографии магнитного поля дефекта посвящен ряд теоретических и экспериментальных работ ', в которых исследовалось поле рассеяния над искусственными и естественными дефектами только с гладкими стенками, так как подавляющее большинство нарушений сплошности металлургического происхождения можно уподобить дефектам типа трещин (волосовин) с плоскими (гладкими) стенками.