Благодаря значительной длине магнитопровода (150—200 мм) ПНУ обеспечивает одновременное  намагничивание участка шва с минимальным «растеканием» магнитного потока и эффективное выявление дефектов. Воздушный зазор хотя и вызывает потери потока, но позволяет легко перемещать ПНУ по поверхности изделия.

     Устройства  ПНУ, для намагничивания стыков труб, имеют полюса с кривизной соответствующего радиуса; в устройствах для намагничивания листовых конструкций полюса делаются плоскими.

     Устройства  ПНУ были пригодны для контроля труб ограниченного диапазона диаметров. В дальнейшем эти устройства были модернизированы путем уменьшения расстояния между парами колес, замены двух обмоток одной и внесения некоторых конструктивных изменений. Благодаря этому модернизированные устройства давали возможность намагничивать трубы в широком диапазоне диаметров.

     

     Рисунок 4 - Модернизированные намагничивающие устройства ПНУ-М1 (а) и ПНУ-М2 (б)

     Для определения оптимальных параметров и последующего расчета подвижных  намагничивающих устройств ПНУ  был проведен ряд экспериментов. В первой серии опытов определялось влияние величины воздушного зазора на уменьшение индукции в контролируемом изделии.

     Для удобства эксплуатации величина воздушного зазора должна обеспечивать свободное  перемещение намагничивающего устройства через усиление пересекающих швов, величина которого обычно не превышает 2,0—2,5 мм. В связи с этим воздушный зазор устройств типа ПНУ принят равным 3мм.

     Опыты показали, что уменьшение индукции (свыше 5—6%) вследствие «растекания» потока имеет место при смешении намагничивающего устройства ПНУ от места расположения дефекта свыше 60—70 мм. Поэтому с учетом небольшого запаса длина полюсов устройства должна быть не менее 160—200 мм.

     Подвижные намагничивающие устройства ПНУ  рассчитывают по законам магнитной  цепи графико-аналитическим способом.

     При определении сечения магнитопровода длина полюсов намагничивающего устройства, исходя из результатов экспериментов по определению «растекания» потока, принимается равной 150—200 мм; высота полюсов выбирается из конструктивных соображений, а длина сердечника, равная расстоянию между полюсами, определяется шириной магнитной ленты для магнитографического  контроля (35 мм) и удобным для эксплуатации расстоянием между полюсами магнита и краями ленты.

     Намагничивающие клещи.

     Неподвижное устройство типа НК (намагничивающие  клещи) предназначено для труб небольших диаметров и представляет шарнирно раскрывающийся электромагнит, позволяющий одновременно намагничивать контролируемый стык по всему периметру. 

     

     Рисунок 5 -  Намагничивающие клещи НК 

     Намагничивающие клещи (рис. 5) состоят из двух раздельных каркасов-полуколец, соединенных между собой шарниром. На каркасах размешены обмотки электромагнита, соединенные последовательно. Клещи снабжены рукоятками, дающими возможность устанавливать и снимать их с контролируемого стыка.

     Устройства  типа НК позволяют контролировать стыки труб определенных диаметров; для контроля стыков труб нескольких диаметров должны применяться устройства НК различных типоразмеров.

     Намагничивающие устройства типа НК рассчитывают аналогично устройствам ПНУ по законам магнитной  цепи. Однако ввиду того, что в устройстве НК полюса непосредственно прилегают к поверхности намагничиваемого изделия, влияние воздушного зазора не учитывается.

     Магнитные пояса.

     Намагничивающие устройства МП, условно называемые магнитными поясами, разработаны лабораторией треста ЗапСантехмонтаж БССР и предназначены для магнитографического контроля стыков труб и других изделий цилиндрической формы небольшого диаметра с толщиной стенки до 3— 4 мм.

     Устройства  МП имеют импульсный источник тока и состоят (рис. 6) из двух последовательно соединенных катушек с 30 витками каждая (провода ПМВГ 0,75 мм). Концы витков припаяны к 30 штыковым разъемам. Катушки пояса располагают на расстоянии 20 мм по обе стороны от контролируемого стыка. При включении тока в зоне шва возникает магнитный поток, направленный перпендикулярно к плоскости продольного разреза сварного стыка. Основные достоинства устройства МП заключаются в одновременном намагничивании стыка по всему его периметру, в универсальности, позволяющей применять одно и то же устройство для намагничивания стальных труб диаметром от 48 до 133 мм, и портативности источника тока.

     Намагничивающие вилки. Намагничивающая вилка НВ (рис. 7) предназначена для контроля стыков труб небольших диаметров (до 59X4 мм) и состоит из стального каркаса и рукоятки. Полюса вилки охватывают контролируемый стык на половину длины его окружности. Поэтому контроль стыков труб с помощью вилки производится с двух сторон.

     

     Рисунок 6 -  Магнитный пояс, рас-       Рисунок 7 -  Намагничивающая

     положенный  на стыке                            вилка 

     Намагничивающие вилки удобно применять в тех  случаях, когда имеется односторонний  доступ к контролируемым швам (например, к стыкам труб поверхностей нагрева паровых котлов)./2/

     При одностороннем контроле сварного шва  для повышения чувствительности метода можно использовать подмагничивающую систему в виде подковообразного магнита либо в виде двух пластин  прямоугольного сечения, рабочие поверхности  которых расположены на одинаковых расстояниях от зоны перехода шва к основному металлу, причем расстояние между концентраторами магнитной индукции выбирают из условия возникновения максимально допустимых помех на сигналограмме. /2/

     Для оценки эффективности подвижных намагничивающих устройств важное значение имеет минимальное «растекание» потока магнитной индукции. Опыт показал, что с уменьшением сечения полюсов и увеличением расстояния между полюсами «растекание» потока несколько увеличивается. «Растекание» потока  имеет место и при смещении намагничивающего устройства от места расположения дефекта, поэтому следует увеличить длину полюсов (160-200 мм)./2/

     Таким образом, для повышения чувствительности контроля следует использовать электромагниты в виде двух пластин с длинной полюсов не менее 160 мм, а также на современном этапе для обработки полученной информации можно включить в дефектоскоп микропроцессорное устройство, с помощью которого можно добиться наилучшего отстранения от шумов, тем самым получать сигналы от дефектов с высокой точностью. Также в данном, разрабатываемом мною устройстве целесообразно применить ручную корректировку, т.е. оператор может осуществлять ее с помощью механизма точной установки, который располагается на конце стрелы, для этого: оператор вращением штурвала указанного механизма добивается необходимого положения намагничивающего устройства.

 

      6. Компоновка, расчет и разработка оборудования для контроля 

      Для расчета электромагнита намагничивающего устройства необходимо знать оптимальное  значение индукции в контролируемых сечениях шва. 

      Определение оптимального режима намагничивания 

      По  данным таблицы1 /1/ строим кривую намагничивания материала контролируемого изделия В=f(H). Кривая намагничивания приведена на чертеже ЭМК 81.00.00.00 .Используя данные этой кривой строим зависимость 

                                                                                      (1) 

      

 

Рисунок 1 – График кривой намагничивания материала  ОК, B=f(H). 

        

      Рисунок2- Зависимость магнитной проницаемости от индукции. 

      График  зависимости также приведен на чертеже ЭМК 79.00.00.00.

      Расчет  оптимального режима сводится к отысканию  максимального приращения производной на падающей (правой) ветви данной кривой. Максимальное приращение производной находится в месте перегиба кривой функции на ее ниспадающей ветви (в этой точке =0).

      Простейший  способ найти  - заменить табличные значения функции соответствующим интерполяционным многочленом:

 

                                              ,                                      (2) 

      где a, b, c, d – неизвестные коэффициенты. 

                                                                              (3) 

                                                                                 (4) 

                                               .                                              (5) 

      Чтобы определить значения и , можно воспользоваться методом наименьших квадратов или решить ряд систем уравнений, подставляя численные значения B из кривой: 

                                                                        (6) 

      Вычислив  и и подставив в (5), получим значение =1.647 Тл.

      Следует отметить, что расчетное значение   ниже значения, полученного экспериментально на 10 ... 20%.

      В нашем случаи =1.647 Тл. 

      Расчет  устройства для намагничивания постоянным полем изделий в процессе магнитного контроля

      Схема намагничивающего устройства представлена на чертеже                 ЭМК 79.01.00.00.

      Целью расчета является определение намагничивающей  силы (IW) устройства для создания в изделии необходимой индукции.

      Из  рекомендаций, толщиной полюсов намагничивающего устройства должна быть в 2-3 раза больше толщины намагничивающего изделия. Если же толщина стенки изделия 1...2 мм, то толщина полюсов- 10-20 мм. Остальные размеры намагничивающего устройства выбирают конструктивно, исходя из существующих разработок. Например расстояние L между полюсами электромагнита- не менее 70 мм, высота h- не менее 100 мм. Расчет выполняют, принимая допущение, что растекание магнитного потока в изделии отсутствует, т.е. размеры проекции устройства на изделие и изделия равны. 

        

   Рисунок 3 – Расчетная схема                Рисунок 4 – Эквивалентная намагничивающего устройства                 электрическая схема                намагничивающего  устройства 

      Зададимся значениями из вышесказанного для расчета  нашего устройства: 

      L=75 мм;     h=110 мм;

      b=16 мм;      с=75 мм;

      d=40 мм;       

=1 мм. 

      Из  закона Кирхгофа следует: 

                                                         ,                                          (7) 

      где - падение магнитного напряжения на участке магнитной цепи  .

      Рассматриваем сумму падений магнитных напряжений в изделии  в зазорах , в магнитопроводе :

                                               ,                                      (8)

                                               , . 

      Строим  кривую намагничивания материала изделия. Используя выражение (8) по 6-8 значений и , взятых с кривой намагничивания, строим зависимость , а затем зависимость в той же системе координат. 

                                               ,                                         (9) 

      где - напряженность поля в зазоре;

       - толщина суммарного зазора;