Феросондов метод за безразрушаващ контрол

Kакто вече бе описано в бр. 1/2014 на сп. Инженеринг ревю, магнитните методи за безразрушаващ контрол са част от комплекса дейности, осигуряващи качеството и техническата безопасност на различни изделия и съоръжения от металопродукция. Тези методи, макар и различни по спецификата на своето приложение, се основават на определени физични явления, свързани с магнетизма на материалите.

Един от тези методи е феросондовият, при който в качеството на преобразуватели на магнитното поле се използват активни индукционни преобразуватели. В тях работният елемент са феромагнитни сърцевини – феросонди или известни още като Фьорстер-сонди. Конструктивно те биват едноелементни (фероелемент), двуелементни или многоелементни. Най-разпространени са двуелементните като основно приложими в магнитната дефектоскопия.

Елементарната феросонда представлява фероелемент с магнитно-мека сърцевина и прибавени към нея възбудителна и индикаторна бобина. Ако по възбудителната бобина се пропусне ток с определена честота f, то сърцевината на сондата ще се пренамагнитва със същата честота, при което в индикаторната бобина ще възникнат електродвижещи сили.

При въздействие на сърцевината с постоянно поле с интензитет Ho, в индикаторната бобина освен електродвижещи сили с основна честота ще възникнат такива и с удвоена честота.
При тези сонди за измерване на интензитет на полето Но може да се използва който и да е от четните хармоници или тяхната сума, но поради определени затруднения най-често се използва вторият хармоник.

Освен това електродвижещите сили от нечетните хармоници напълно се изключват, ако се използват два фероелемента. В зависимост от разположението на фероелементите в пространството е възможно да се измерват или сумата от полетата, действащи на фероелементите, или тяхната разлика.

Това води до използването на двуелементни феросонди, които могат да бъдат използвани като измерители на полето или разликите между полетата в две области от пространството, където са разположени фероелементите. Ако те са разположени близко, то се приема, че те измерват градиента на полето. Такива сонди се наричат градиентомери.

Феросондите са част от магнитния дефектоскоп – магнитоскоп, който е предназначен за бързо и точно измерване на големината и посоката на постоянни магнитни полета, разлики в постоянни магнитни полета, градиенти на полета, както и за измерване на магнитна проницаемост на материали.

Многообразните конструктивни варианти на комплектованите към универсалния магнитоскоп сонди обуславят широкото му приложение в практиката.
Магнитният дефектоскоп, в зависимост от своето предназначение и поставената задача, се окомплектова с различни сонди, като най-често това са:

• феросонда за измерване интензитета на полето – обикновено се състои от две сонди в специална поставка. В зависимост от тяхното разположение в поставката - паралелно или антипаралелно, могат да измерват абсолютния интензитет на полето или измерване на градиента;

• феросонда за измерване на микрополета – отново се състои от две сонди, които са разположени плътно една до друга в тяло от пластмаса с възможност за почти точково измерване на абсолютната сила на полето.

• феросонда за установяване на точкови магнитни полюси – отново две сонди, включени в диференциална схема за измерване на вертикално изтичащи от даден метал магнитни полета – например при сортиране на материали; двете сонди са монтирани неподвижно в пластмасов корпус и са разположени коаксиално.

• двойка сонди в диференциална схема за установяване на смущаващи магнитни полета; двете сонди са монтирани неподвижно в пластмасов корпус и са разположени коаксиално;

• микро диференциална сонда (отново двойка) за измерване на силата на полето при малки източници; конструктивно е с керамична облицовка, предпазваща от износване;

• сонда за контрол на остатъчно магнитно поле.

Самият магнитоскоп е създаден като една отворена система, към която могат да бъдат прилагани и разработвани сонди и приспособления в зависимост от пряката необходимост, но все пак в самия процес на измерване е необходимо да се вземат предвид следните особености:

• магнитоскопът за измерване на магнитната напрегнатост измерва компонентата на магнитното поле по дължината на оста на сондата;

• амплитудата на измервателното напрежение (вторият висш хармоник на възбуждащата честота) е пропорционална на компонентата на магнитното поле, действаща по посока на надлъжната ос на сондата. Ако компонентата на магнитното поле е нула, то и измервателното напрежение е нула. Фазата на измервателното напрежение се намира в определена зависимост спрямо възбудителния ток. Когато се измени алгебричният знак на компонентата на магнитното поле, тогава фазата на измервателното напрежение се завърта на 180 градуса;

• в две точки може да се измери разликата на магнитната напрегнатост;

• поради намагнитването на ядрото на сондата до зоната на магнитно насищане след измерване в силно магнитно поле не остава никакъв магнетизъм в сърцевината на сондата;

• измервателният обхват е много голям. Например с една сонда може да бъде покрит един измервателен обхват от 10-3 до 10-2 микротесла;

• измерването може да се извърши при всяко положение на сондата и не зависи от вибрации;

• размерите на ефективната дължина на сърцевината за различните случаи на употреба са между 3 и 60 мм за отделните типове сонди. Следователно могат да се отчитат почти точкообразни напрегнатости на магнитното поле.

Благодарение на своята универсалност феросондовият метод се използва навсякъде, където се изисква измерване на магнитното поле, определяне магнитния момент на дипол, измерване степента на размагнитване на материалите, определяне на константите на различни намагнитващи бобини, оразмеряване на нееднородността при неправилно подреждане на намотки в бобини, измерване на защитното действие на различни разположени екрани и екранировки, измерване на нееднородността на магнитното поле, установяване на смущаващи магнитни полюси по детайли, измерване на магнитна проницаемост на материали, установяване на феромагнитни включвания в материали.

д-р инж. Радостин Касъров, експерт по MТ