|
эксплуатационных свойств стальных изделий обусловлена в первую очередь тем, что каждый из процессов, имеющих реологическую природу, оказывает существенное влияние на ЭБ [6, 15]. Благоприятный режим использования ЭБ для контроля напряженного состояния и прочностных свойств изделий в технологиях производства корпусов боеприпасов и подшипников создается выбором типов сталей (ЭП836, 45ХНМФА, ШХ15). Высокое значение прочностных свойств этих сталей обеспечивается наличием высоких внутренних напряжений (и их градиентов), что определяет хороший уровень сигналов и отношений сигнал/шум МШ. Таким образом, применение в технике электромагнитного контроля средств, основанных на эффекте Баркгаузена, не только дает электромагнитным методам новое качественное проявление, но и создает условия для расширения диапазона решаемых ими задач. 1.2.Анализ физических особенностей метода контроля с использованием магнитных и магнитно-акустических шумов При перемагничивании ферромагнитных материалов возникают МШ, причиной которых являются скачки Баркгаузена (СБ), регистрирующиеся индуктивным преобразователем в виде ЭДС СБ. Физической причиной ЭДС СБ являются необратимые скачки намагниченности, в основном 180° доменных границ (магнитный эффект Баркгаузена) [11, 22]. Физической причиной сигналов МАШ являются, в основном, скачки 90° доменных границ, которые через магнитострикционный механизм возбуждают акустические волны (магнитоупругая акустическая эмиссия СБ) [20, 24, 37, 38, 92, 93, 99]. Характер смещения доменной границы в реальном ферромагнетике определяется энергетической функцией у(х), предположительный вид которой 17 |
жесткости стали [1, 18]. При ППД изделий структуры мартенсита происходят структурно-фазовые превращения, релаксация пиковых напряжений. Это уменьшает магнитную жесткость стали. Кроме того, упрочнение приводит к созданию в поверхностных слоях остаточных сжимающих напряжений 1-го рода, которые увеличивают магнитную жесткость стали [18, 30]. Механизм упрочнения определяет целесообразность использования для контроля режимов и параметров ППД методов, чувствительных к изменению физико-механических свойств поверхностных слоев изделий, таких как метод эффекта Баркгаузена. Перспективность использования ЭБ при решении задач контроля технологических и эксплуатационных свойств стальных изделий обусловлена в первую очередь тем, что каждый из процессов, имеющих реологическую природу, оказывает существенное влияние на ЭБ [6, 18]. Кроме того, метод ЭБ обладает естественной избирательностью к контролю только поверхностных слоев изделий, где и происходят основные изменения при ППД и усталости [6,49, 50]. Благоприятный режим использования ЭБ для контроля напряженного состояния и прочностных свойств изделии в технологиях производства боеприпасов и валов (торсионных, шасси) создается выбором типов сталей. Высокое значение прочностных свойств этих сталей обеспечивается наличием высоких внутренних напряжений (и их градиентов), что определяет хороший уровень сигналов и отношений сигнал/шум МШ и МАШ. Возможность регистрировать сигналы на расстоянии от зоны возбуждения МАШ позволяет обеспечивать контроль физико-механических свойств в трудно доступных местах изделия. При этом информация снимается со всей глубины зоны перемагничивания. Таким образом, совместное использование МАШ и МШ позволит судить о напряжениях, как в поверхностных, так и в глубинных слоях ферромагнитных изделий, что существенно повысит информативность метода и универсальность средств контроля. Важной отличительной особенностью метода контроля, основанного на эффекте Баркгаузена, является дискретный характер информации об изменении магнитного состояния образца. Это, как показано в [5, 24], позволяет вести контроль процессов с очень медленным изменением параметров во времени. К таким процессам относится коррозийное (электрохимическое) разрушение металлов [24, 111], что открывает перспективу использовать эффект Баркгаузена для прогнозирования стойкости их работы в условиях воздействия агрессивной среды и механических напряжении. Таким образом, применение в технике электромагнитного контроля средств, основанных на эффекте Баркгаузена, не только дает 18 электромагнитным методам новое качественное проявление, но и создает условия для расширения диапазона решаемых ими задач. 1.2 АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ МЕТОДА КОНТРОЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МШ И МАШ. При перемагничивании ферромагнитных материалов возникают скачки Баркгаузена, которые регистрируются индуктивным преобразователем в виде МШ или пьезопреобразователем в виде сигналов МАШ. Физической причиной МШ являются скачки, в основном 180 доменных границ (магнитный эффект Баркгаузена) [13, 25]. Физической причиной сигналов МАШ являются, в основном, скачки 90 доменных границ, которые через магнитострикционный механизм возбуждают акустические волны (магнитоупругая акустическая эмиссия СБ) [27, 43, 46, 99, 100]. Магнитный ЭБ возникает, когда внешнее магнитное поле превысит значение поля старта Н0 необратимого смещения 180 доменной границы в направлении х. \ Н > — 21 (1.1) S d y dx max * где черта означает среднее значение градиента поверхностной плотности энергии ( d y ^ dx ,\ / max по граничной поверхности. Последняя формула объясняет многообразие форм эффекта Баркгаузена. Действительно, в случае неизменной площади границы, величина Н0определяется градиентом внутренних напряжений и примет вид: Л S ( d a л Н о 5— / vdx /s \ / ш а х или в общем случае, как показано в [81], Но = Ро I. > (1.2) Где а среднее значение флуктуаций внутренних напряжений; Р0_коэффициент, зависящий от отношения толщины границы 5 к средней длине “волны” внутренних напряжений; Xs константа магнитострикции; Is намагниченность насыщения. 19 |