1.1 Физическая сущность магнитной дефектоскопии

магнитный дефектоскопия колесный вагон

Возьмем бездефектный образец ферромагнетика с однородными магнитными свойствами и магнитной проницаемостью µ1 и поместим его в продольное равномерно распределенное магнитное поле Н0 (рисунок 1.1). Ферромагнетик намагнитится и в соответствии со своей кривой намагничивания приобретет магнитную индукцию В0, линии которой распределяются равномерно внутри образца и не выходят за его поверхность [1]. Это объясняется тем, что внешняя среда (воздух) имеет магнитную проницаемость µ0, значительно меньшую магнитной проницаемости µ1 ферромагнетика, и, следовательно, значительно большее магнитное сопротивление Rm.

Рисунок 1.1 - Ферромагнетик в равномерном магнитном поле:

а - бездефектный образец; б - кривая намагничивания

Если в такое же магнитное поле поместить такой же образец ферромагнетика, но с поверхностной трещиной (например, прямоугольного профиля в поперечном сечении), ориентированной перпендикулярно направлению поля В0, то произойдет перераспределение магнитного потока Ф как в пределах профиля трещины, так и в окружающей ее зоне (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Топография магнитного поля вблизи дефекта

В части сечения образца, прерванного трещиной, из-за более высокого магнитного сопротивления в ее воздушной полости плотность линий существенно снизится. Это приведет к тому, что часть линий индукции, расположенных ниже основания трещины, уплотнится, если, конечно, образец не намагничен до насыщения и может еще «поглотить» определенное количество магнитных линий. Значительно меньшая часть линий пойдет через воздушный зазор - полость трещины. Оставшаяся часть магнитных линий неизбежно преодолеет трещину снаружи по воздуху, магнитное поле как бы «вываливается» за поверхность образца. Здесь каждый выход и вход линий поля формирует магнитные полюсы. Это соответствует представлениям магнитостатики, когда каждый конец линии магнитной индукции, где она встречает воздушную среду с проницаемостью µ0 << м1 (рисунок 1.3), можно рассматривать как положительный «магнитный заряд» (северный полюс N), а каждое ее начало - как «отрицательный» (южный полюс S) (рисунок 1.3).

Такое явление в магнитостатике называют магнитной поляризацией стенок дефекта и в примыкающей к ним окружающей зоне его поверхности. Каждый положительный заряд создает магнитное поле, направленное из него как из центра. При этом магнитные линии поля, выходя за пределы образца, снова входят в него, замыкаясь с отрицательными магнитными зарядами. В результате над поверхностью в зоне трещины формируется суммарное поле рассеяния Нд - магнитных зарядов, которое направлено в сторону внешнего намагничивающего поля Н0, обеспечивая его местную концентрацию. В этом случае говорят, что поле становится неоднородным. Суммарное поле Нд называют магнитным полем рассеивания дефекта или полем дефекта. Магнитное поле рассеяния дефекта - это локальное магнитное поле, возникающее в зоне дефекта вследствие поляризации его границ (ГОСТ 24450).

Рисунок 1.3 - Модель магнитного поля рассеяния над поверхностным дефектом

Формированию этого поля способствует также то, что трещины в месте выхода на поверхность часто имеют «рваные» заостренные края, расстояние между которыми может составлять десятки и сотни микрометров, которые играют роль концентраторов поля зарядов магнитной поляризации.

Случай внутреннего расположения дефекта показан на рисунке 1.4. Здесь также имеет место явление магнитной поляризации стенок полости дефекта. Однако степень неоднородности магнитного поля в данном случае уменьшается за счет экранирующего эффекта приповерхностного слоя ферромагнетика над дефектом. Чем толще этот слой, тем сильнее шунтируется поле рассеяния внутреннего дефекта, тем меньшее количество магнитных линий этого поля выходит за поверхность ферромагнетика.

Рисунок 1.4. - Модель магнитного поля рассеяния над внутренним дефектом

Возникновение поля дефекта Нд над поверхностью намагниченной детали свидетельствует о том, что она дефектна. Остается это поле обнаружить каким-либо физическим способом, что предопределяет суть и содержание метода магнитной дефектоскопии.