Магнитные методы контроля

Все вещества в той или иной степени обладают магнитными свойствами. Магнитные свойства проявляются, во-первых, в том, что на любое тело, помещенное в магнитное поле, действует сила, создаваемая этим магнитным полем, и, во-вторых, в том, что магнитное поле искажается, если поместить в него любое тело. Магнитные свойства тел (веществ) характеризуются магнитной проницаемостью р, по величине которой все вещества можно разделить на три группы: диамагнетики (ц < 1), парамагнетики (р > 1) и ферромагнетики (р «1).

Магнитные методы контроля применяют для объектов, которые полностью или частично изготовлены из ферромагнитных материалов, существенно изменяющих свои свойства при воздействии на них магнитного поля.

Характеристики магнитного поля

Магнитное поле существует вблизи проводников с током и постоянных магнитов. Причиной его возникновения является упорядоченное движение зарядов в проводнике или электронов в атомах материала магнита. Магнитная стрелка, находящаяся в пределах действия этого поля, всегда занимает определенное положение, а железные опилки располагаются строго вдоль линий, называемых магнитными силовыми линиями.

Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции В. Для наглядности представления магнитного поля линии магнитной индукции условились проводить так, чтобы их число, приходящееся на единицу площади перпендикулярной к ним поверхности, было пропорционально значению В. Поэтому магнитный поток Ф через какую-либо поверхность пропорционален общему числу силовых линий, пронизывающих эту поверхность. В однородном магнитном поле магнитный поток равен произведению магнитной индукции на площадь замкнутого контура S и косинус угла, а между направлением поля и нормалью к поверхности контура.

Другой важной характеристикой магнитного поля является вектор напряженности И. Он определяет поле, создаваемое внешним, по отношению к данному телу, источником. Между индукцией и напряженностью магнитного поля существует следующая зависимость:

где р₀ — магнитная постоянная (4л* 10^-7 Гн/м); р — относительная магнитная проницаемость материала; Я— напряженность магнитного поля, А/м; В — индукция магнитного поля, Тл.

Принципиальное отличие ферромагнетиков от других материалов заключается в отсутствии линейной и однозначной зависимости магнитного состояния материала от напряженности внешнего намагничивающего поля. Поэтому понятие магнитной проницаемости для ферромагнетиков носит весьма условный характер. Правильное представление о магнитных свойствах ферромагнетика (например, железа) можно получить, рассматривая зависимость намагниченности или магнитной индукции от напряженности внешнего магнитного поля.

Если измерять магнитную индукцию предварительно размагниченною железного образца с сечением площадью S как функцию напряженности поля, то окажется, что сначала индукция растет медленно, затем быстро и, наконец, при Н наступает магнитное насыщение В_% (рис. 5.1). Кривую В (Н) называют первоначальной кривой намагничивания (индукции).

Следует отметить еще одно своеобразие в поведении ферромагнетиков. Предположим, что ферромагнетик доведен до магнитного насыщения. При плавном уменьшении напряженности внешнего магнитного поля индукция будет убывать по другой кривой, которая располагается выше кривой первоначального намагничивания (рис. 5.2). При снижении напряженности внешнего магнитного поля до нуля, намагниченность ферромагнетика не исчезнет. Соответствующее значение магнитной индукции называют остаточной индукцией и обозначают В_г. Чтобы снять остаточную намагниченность, необходимо сменить направление внешнего магнитного поля. Полное размагничивание ферромагнетика произойдет при условии, что напряженность внешнего магнитного поля достигнет некоторой величины Я_с, называемой коэрцитивной силой. При дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля в обратном направлении ферромагнетик намагничивается до той же степени насыщения, что и в начальном случае. Достигнув наибольшего отрицательного значения Я, можно вести процесс в обратную сторону и получить петлю гистерезиса. Петля, построенная при условии, что ферромагнетик доводится до магнитного насыщения B_s, называется предельной петлей гистерезиса. Если перемагничивание начинать, не доходя до магнитного насыщения, то может быть получено семейство симметричных петель гистерезиса. В этом случае кривая А (см. рис. 5.2) будет геометрическим местом вершин симметричных петель гистерезиса. Она называется основной кривой магнитной индукции В{Н).

Магнитные свойства железа и его сплавов могут меняться в широких пределах в зависимости от структуры, фазового состава, величины зерна, степени пластической деформации и т. д. Различают ферромагнитную (феррит) и парамагнитную (аустенит) фазы в структуре сплавов на основе железа. Безуглеродистые сплавы железа, а также аустенитные стали обычно парамагнитны. Они содержат небольшое количество феррита (a-фазы), поэтому для их магнитного насыщения требуются большие.

Рис. 5.1. Зависимость магнитной индукции ферромагнетика В от напряженности внешнего магнитного поля Н.

Рис. 5.2. Петля гистерезиса при перемагничивании образца

намагничивающие поля (Я до 10⁶ А/м). Для малои среднелегированных сталей, у которых преобладает ферромагнитная фаза (феррит, мартенсит), а количество аустенита не превышает 10—15%, магнитное насыщение достигается уже в полях с //~ 10⁵ А/м.