автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Оптимизация намагничивающих систем импульсного магнитного метода контроля

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ

РГЕ ОД

УДК 620.179.14 2 4 МАЙ 2000

СТРЕЛЮХИН АЛЕКСАНДР ВЛАДИСЛАВОВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ НАМАГНИЧИВАЮЩИХ СИСТЕМ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ

05.11.13 - "Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск-1999

Работа выполнена в Институте прикладной физики HAH Беларуси, г. Минск

Научный руководитель:

доктор технических наук, с.н.с. МатюкВ.Ф.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, с.н.с. Брановицкий И.И. кандидат технических наук, доцент Лунин В.П.

Оппонирующая организация - Белорусское научно-производственное государственное предприятие "НИИ Подшипник"

Защита состоится 28 декабря 1999 г. в 14 часов на заседании Совета по защите диссертаций Д 01.16.01 при Институте прикладной физики HAH Беларуси (220072, г. Минск, ул. Академическая, 16, тел. ученого секретаря Совета (017)284-10-80)

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института прикладной физики HAH Беларуси

Автореферат разослан "26 " ноября 1999 г.

Ученый секретарь Совета по защите диссертаций

)

кандидат физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

Импульсный магнитный метод нашел широкое распространение на многих предприятиях республики, ближнего и дальнего зарубежья, причем сфера его применения постоянно расширяется. В связи с этим возрастает значение проблем, связанных с теоретическим и практическим решением ряда задач, необходимых для разработки новых методик и приборов, более приспособленных к условиям производства, рынка и обладающих большими возможностями для контроля ферромагнитных материалов и изделий из них.

В настоящий момент имеется значительное количество экспериментальных и теоретических работ, посвященных изучению процессов намагничивания ферромагнетиков в неоднородных магнитных полях и разработке методов расчета различных магнитных систем.

Сложность процессов, происходящих в ферромагнетике при импульсном намагничивании, затрудняет точное решение задач импульсного магнитного контроля. Анализ известных исследований показал, что ряд вопросов, касающихся решения теоретических и практических задач остался не изученным в полной мере, что ограничивает эффективность применения этого метода. Известные методики расчета распределения остаточной намагниченности на поверхности ферромагнитных изделий, локально намагниченных внешним неоднородным импульсным магнитным полем, не учитывают комплексного влияния ряда факторов: вихревых токов, явления гистерезиса и других нелинейных свойств ферромагнетика и т.д. К настоящему времени не исследовано влияние временных параметров намагничивающих импульсов, их формы и амплитуды, а также геометрии намагничивающего соленоида на распределение нормальной и тангенциальной составляющих поля остаточной намагниченности в зависимости от толщины и свойств контролируемого изделия; отсутствуют исследования, касающиеся оценке влияния ферромагнетика на формирование намагничивающих импульсов.

Дальнейшее развитие импульсного магнитного метода контроля связано с изучением закономерностей процессов намагничивания ферромагнетиков в неоднородных импульсных магнитных полях и выбором оптимальных параметров намагничивающих импульсов для получения стабильных результатов контроля. Кроме того, необходимо решить задачи, связанные с оптимизацией самих намагничивающих систем с целью создания сильных магнитных полей без использования систем охлаждения, обеспечивающих намагниченность, близкую к намагниченности насыщения.

Развитие теоретической базы импульсного магнитного контроля позволит глубже понимать процессы, происходящие в ферромагнетике при импульсном намагничивании, что значительно расширит возможность его применения и повысит его эффективность. Это даст возможность проводить качественный и количествен-

ный анализы процессов перемагничивания путем моделирования, не прибегая к экспериментальным исследованиям, роль которых в настоящее время велика. Решению указанных и сопутствующих задач и посвящена данная работа. Связь работы с крупными научными программами, темами. Диссертационная работа выполнена в соответствии с научно-техническими заданиями и планами работ лаборатории магнитных методов контроля Института прикладной физики Национальной академии наук Беларуси:

- программа "Диашостика-15" (№ ГР19962854) по теме "Исследование процессов намагничивания ферромагнетиков с неоднородной структурой применительно к проблеме контроля их прочностных характеристик"; утверждена постановлением Президиума АН Беларуси от 23 ноября 1995 г. № 88; сроки выполнения 1996 - 2000 гг.

- по теме "Исследование процессов намагничивания ферромагнетиков в неоднородных импульсных полях и разработка на этой основе адаптивных систем бесконтактного контроля механических свойств сталей"; утверждена постановлением Президиума АН Беларуси от 21 января 1993 г., № 3; сроки выполнения 1993 -1994 гг.

- с Белорусским республиканским фондом фундаментальных исследований (№ГР 19973635) по теме "Исследование процессов намагничивания ферромагнетиков в форме полых цилиндров в локальных неоднородных импульсных магнитных полях", утверждена решением Совета фонда от 14 февраля 1997 г., протокол № 1; сроки выполнения 17.02.97 - 16.02.99 гг.

Цель и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является дальнейшее развитие теоретических основ импульсного магнитного метода неразрушающего контроля, позволяющих оптимизировать параметры намагничивающих систем, что обеспечивает стабильность результатов контроля механических свойств изделий из ферромагнитных материалов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать двумерную пространственную математическую модель, позволяющую рассчитывать численно напряженность поля остаточной намагниченности плоского ферромагнетика, намагниченного импульсным полем накладного соленоида;

- исследовать влияние амплитуды и длительности фронтов намагничивающего импульса на величину нормальной и тангенциальной составляющих напряженности поля остаточной намагниченности при различных размерах намагничивающего соленоида и по этим результатам установить оптимальные амплитудные и временные параметры импульсного магнитного поля;

- исследовать влияние контролируемого изделия на амплитуду и форму намагничивающих импульсов в системах импульсного магнитного контроля;

- разработать методики расчета намагничивающих систем и параметров разрядной цепи, позволяющие сформировать импульсы максимальной амплитуды, заданной длительности и формы при минимальных энергетических затратах.

Объект и предмет исследования.

Объектом исследования являются плоские диски из ферромагнитных материалов, находящиеся в неоднородном импульсном магнитном поле, и намагничивающие системы, создающие эти поля.

Предметом исследования является установление характера распределения поля остаточной намагниченности плоских ферромагнитных дисков, намагниченных импульсным магнитным полем с различными амплитудными и временными характеристиками, и определение оптимальных параметров намагничивающих систем с целью получения стабильных результатов контроля.

Гипотеза.

Исследования, проводимые в работе, основываются на предположении существования оптимальных параметров намагничивающей системы при импульсном намагничивании изделий из ферромагнитных материалов, обеспечивающих максимальную чувствительность и стабильность результатов контроля.

Методология и методы проведенного исследования.

При построении модели для расчета поля остаточной намагниченности изделий, намагниченных импульсным магнитным полем, использовался численный метод решения нелинейных уравнений параболического типа, описывающих закономерности распределения магнитного поля в исследуемом объекте. Расчет магнитной системы производился на основе дискретной математической модели ферромагнетика с кусочно-постоянной аппроксимацией вектора намагниченности по элементам разбиения. Задача решалась с учетом нелинейной зависимости магнитных свойств материала от напряженности приложенного поля и вихревых токов. При этом использовались статические магнитные характеристики, что применимо в предположении отсутствия магнитной вязкости.

Экспериментальные исследования проводились на плоских ферромагнитных дисках разной толщины с разными магнитными свойствами.

Формирование намагничивающих импульсов с заданными амплитудными и временными характеристиками проводилось по специально разработанным методикам. Такой подход позволил выявить факторы, влияющие на распределение поля остаточной намагниченности и установить оптимальные параметры намагничивающего поля, которые должны быть реализованы в системах импульсного магнитного контроля плоских ферромагнитных изделий.

С целью формирования импульсов заданной амплитуды, длительности и формы разработаны методики расчета оптимальных геометрических параметров намагничивающих систем и параметров разрядной цепи.

Для определения оптимальных геометрических параметров намагничивающих систем импульсного магнитного метода контроля решалась задача максимизации величины постоянной соленоида при полной известной априорной информации с ограничениями в виде неравенств, обусловленных свойствами исследуемого ферромагнитного материала.

При решении сопутствующих задач в работе использовались стандартные методы математической физики, моделирования, обоснования, расчета, эксперимента, анализа и сравнения.

Научная новизна и значимость полученных результатов.

1. На основании разработанной математической модели впервые проведен расчет напряженности поля остаточной намагниченности плоского ферромагнетика после его намагничивания импульсным полем накладного соленоида с учетом неоднородности внешнего поля, нелинейной зависимости магнитных характеристик от напряженности внешнего поля, включая гистерезис, и вихревых токов. Теоретически получен и экспериментально подтвержден характер распределения нормальной и тангенциальной составляющих напряженности поля остаточной намагниченности при различных режимах намагничивания.

2. Впервые разработана методика расчета магнитного состояния плоского ферромагнетика в неоднородном постоянном приложенном поле накладного малогабаритного соленоида с учетом реальных свойств материала изделия. Разработана и экспериментально подтверждена двумерная математическая модель, позволяющая проводить расчет напряженности поля остаточной намагниченности плоского ферромагнетика после его намагничивания постоянным неоднородным магнитным полем.

3. Исследовано влияние длительностей переднего и заднего фронтов намагничивающих импульсов на распределение нормальной и тангенциальной составляющих напряженности поля остаточной намагниченности. Установлено, что для получения стабильной намагниченности изделий в диапазоне толщин от 1 до 30 мм следует выбирать длительность переднего фронта больше 1,2 мс и длительность заднего фронта больше 6 мс при амплитуде намагничивающих импульсов больше 5-105 А/м независимо от геометрических параметров намагничивающего соленоида.

4. Впервые исследовано и оценено влияние ферромагнетиков на формирование намагничивающих импульсов в системах импульсного магнитного контроля. Установлено, что при использовании накладных преобразователей с размерами меньше чем внутренний радиус 5 мм, внешний радиус 25 мм, длина 30 мм в диапазоне длительностей импульса до Юме влиянием контролируемого изделия на формируемый намагничивающий импульс можно пренебречь.

5. Усовершенствован метод расчета оптимальных параметров систем импульсного намагничивания, основанный на учете зависимости постоянной затухания разрядной цепи от длительности формируемого импульса и геометрических размеров намагничивающего соленоида, позволяющий формировать при заданной энергии батареи накопительных конденсаторов импульсы магнитного поля максимальной амплитуды, заданной длительности и формы.

Практическая значимость полученных результатов.

Разработанная методика оптимизации параметров импульсных намагничивающих систем использовалась при создании прибора ИМПОК-1БМ, что дало возможность получить в рабочей области импульсы магнитного поля максимальной амплитуды и заданной формы с треб>емыми длительностями фронтов. Это позво-

лило выбрать оптимальный режим контроля прочностных характеристик листового проката в технологическом потоке производства на предприятии "Центр исследований и качества Бранденбург Гмбх Германия.

Методика расчета оптимальных геометрических параметров намагничивающих систем с целью получения максимальной напряженности магнитного поля в системах импульсного намагничивания использовалась в закрытых разработках 4-го Центрального научно-исследовательского института Министерства обороны Российской Федерации.

Применение разработанных моделей и методик позволяет проводить выбор оптимальных параметров намагничивающих систем не только при контроле плоских изделий, но и изделий с другой геометрией.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Двумерная пространственная математическая модель и методика расчета поля остаточной намагниченности плоского ферромагнетика, намагниченного импульсным полем накладного соленоида.

2. Методика расчета поля плоского ферромагнетика в неоднородном постоянном поле накладного соленоида.

3. Результаты экспериментальных исследований, определяющие влияние амплитуды, длительностей переднего и заднего фронтов намагничивающих импульсов на распределение нормальной и тангенциальной составляющих напряженности поля остаточной намагниченности в зависимости от толщины и свойств контролируемого изделия при различных размерах намагничивающего соленоида, позволяющие определить оптимальные временные и амплитудные параметры намагничивающих импульсов.

4. Результаты экспериментального исследования, позволяющие оценить влияние контролируемого изделия на величину и форму намагничивающих импульсов в системах импульсного магнитного контроля.

5. Методика расчета оптимальных параметров намагничивающего соленоида, выбор которых позволяет формировать импульсы магнитного поля максимальной амплитуды, заданной длительности и формы.

Личный вклад соискателя.

Автором предложена и реализована двумерная пространственная математическая модель для расчета напряженности поля остаточной намагниченности плоского ферромагнетика, намагниченного импульсным полем накладного соленоида с учетом зависимости магнитных свойств^материала изделия от внешнего поля и вихревых токов, а также модель и методика расчета напряженности поля плоского ферромагнетика в неоднородном постоянном поле накладного соленоида. Исследовано влияние амплитудных и временных параметров намагничивающих импульсов на величину напряженности поля остаточной намагниченности для ферромагнетиков разных толщин и свойств. Проведена оценка влияния контролируемого изделия на величину и форму намагничивающих импульсов. Разработана методика расчета оптимальных параметров намагничивающих систем, формирующих им-

пульсы максимальной амплитуды, заданной длительности и формы. Проведен цикл экспериментальных исследований, качественно и количественно подтверждающих теоретические результаты. Для проведения исследований разработано необходимое программное обеспечение.

Все исследования проводились по руководством д.т.н. Матюка В.Ф.

В работе с Пазиным A.A. автором полностью предложен, разработан и реализован графический интерфейс и программное обеспечение для измерительного комплекса на базе прибора "Топограф Магнитный ТМ".

В работе с Чурило В.Р. автором предложена и реализована математическая модель, разработано программное обеспечение для расчетов.

Апробация результатов диссертации.

Результаты работы были представлены в докладах и тезисах на Международном симпозиуме "Неразрушающий контроль в гражданском строительстве" (Берлин, 1995 г.); Международной конференции "Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле и диагностике" (Минск, 1995 г.); Симпозиуме Польского общества прикладного электромагнетизма (Варшава, 1995 г.); I Европейской конференции "Магнитные преобразователи и приводы" (Яссы,

1996 г.); 10й Общей конференции Европейского физического общества "10 направлений в физике" (Севилья, 1996 г.); Международной научно-технической конференции "Моделирование интеллектуальных процессов проектирования и производства" (Минск, 1996 г.); XVII Уральской региональной конференции (Екатеринбург,

1997 г.); IX научно-технической конференции "Датчик-97" (Гурзуф, 1997 г.); 52й НТК профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов БГПА "Технические вузы - республике" (Минск, 1997 г.), 30-м Межгосударственном семинаре "Защитные покрытия и сварка" (Минск, 1999 г.).

Опубликованность результатов.

Основные результаты отражены в 19 печатных работах, в том числе 12 статей, 5 тезисов и докладов, получено 2 положительных решения по заявкам на патенты РБ.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав с краткими выводами по каждой главе, заключения по работе, списка использованных источников и приложений. Полный объем диссертации содержит 195 страниц, в том числе 90 страниц текста, 63 страницы иллюстраций (количество иллюстраций 67), 1 страница таблиц (количество таблиц 2), 24 страницы приложений (количество приложений 9), 17 страниц списка использованных источников из 229 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость полученных результатов, дана общая характеристика работы и положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор литературных данных по теме диссертации. Рассмотрены результаты отечественных и зарубежных исследований по магнитным методам контроля, что позволило определить современное состояние исследуемой проблемы. Особое внимание уделено существующим методам расчета магнитных полей в ферромагнитных средах, способам и средствам намагничивания ферромагнитных изделий, методам расчета параметров намагничивающих систем и способам формирования намагничивающих импульсов.

Показано, что для расчета магнитных систем используются методы граничных или пространственных интегральных уравнений, конечных элементов, конечных разностей и ряд других, которые наиболее полно разработаны для задач с постоянными внешними полями. Однако для описания процессов, происходящих при импульсном намагничивании, прямое применение этих методов встречает значительные трудности. Это связано с необходимостью учета при расчетах вихревых токов, зависимости внешнего неоднородного магнитного поля от времени, нелинейной зависимости основных характеристик ферромагнетика от внешнего магнитного поля, явления гистерезиса, изменения закона распределения поля вне намагничивающего соленоида в присутствии ферромагнитной среды и ряда других факторов.

Известные экспериментальные исследования не позволили установить в полной мере закономерностей распределения поля остаточной намагниченности плоских ферромагнитных изделий при их локальном намагничивании накладным малогабаритным соленоидом и различных режимах намагничивания. К настоящему времени не исследовано влияние длительностей переднего и заднего фронтов намагничивающих импульсов, а также геометрии намагничивающего соленоида на распределение нормальной и тангенциальной составляющих поля остаточной намагниченности.

Предложенные в литературе методики расчета оптимальных параметров систем импульсного намагничивания с целью формирования импульсов максимальной амплитуды чаще всего разработаны в предположении малого значения постоянной затухания или без учета зависимости постоянной затухания от длительности формируемого импульса и размеров намагничивающего соленоида. Такой подход приводит к определенным ограничениям на использование указанных методик.

Проведенный анализ литературы показал преимущества и недостатки рассмотренных подходов, необходимость дальнейшего развития работ в этой области и позволил сформулировать задачи, решение которых требуется для достижения цели, поставленной в диссертации.

Во второй главе описана двумерная пространственная математическая модель, предложенная для расчета поля остаточной намагниченности плоского ферромагнетика при его намагничивании неоднородным импульсным магнитным полем накладного соленоида с учетом амплитудных, временных и геометрических параметров намагничивающего поля, геометрических размеров изделия, вихревых токов, возникающих в образце, а также нелинейной зависимости магнитных свойств материала от внешнего поля.

В качестве объекта исследования рассматривался плоский изотропный ферромагнитный образец в форме диска, намагничивание которого осуществлялось полем малогабаритного соленоида, находящегося на одной из его поверхностей. Взаимное расположение диска и соленоида приведено на рис. 1.

Рис. 1. Взаимное расположение намагничивающего соленоида и ферромагнитного диска

При построении модели приняты следующие допущения: образец в исходном состоянии размагничен, материал изотропный, магнитная вязкость отсутствует. Зависимость магнитных свойств от внешнего поля определялась по известным аппроксимирующим выражениям для статических магнитных характеристик. При решении была использована дискретная модель как в пространстве (модель ферромагнетика с кусочно-постоянной аппроксимацией намагниченности по элементам разбиения), так и во времени. Вследствие цилиндрической симметрии задачи вектор напряженности магнитного поля Н в цилиндрической системе координат (г, г) имеет две компоненты Н - Й{НГ,Н2).

Общие закономерности распределения магнитного поля в образце описываются системой уравнений Максвелла, решение которой в данном случае можно свести к нелинейному векторному уравнению параболического типа, записанного покомпонентно следующим образом:

где Н - модуль напряженности магнитного поля; ц^ (//) - дифференциальная магнитная проницаемость; Я - удельная электрическая проводимость материала диска.

Так как в процессе импульсного намагничивания поле на поверхности ферромагнетика определяется не только полем соленоида, но и полем намагниченности самого изделия и полем вихревых токов, то предложено использовать следующие начальные и граничные условия, позволяющие учитывать вклад в поле на границе вышеупомянутых трех составляющих:

начальные условия Нг | = Н21 = 0; (2)

граничные условия

Нг\ =0; = 0;

а-и (3)

где Г* - часть границы Г прямоугольника б = {О < г < Л, 0 < г < не содержащая стороны прямоугольника г = 0; Я*, Я* - поле на границе Г , включающее в себя поле соленоида Яс, поле ферромагнетика Йм и поле вихревых токов Я8.

Считаем, что поле соленоида Яс известно в каждый момент времени а компоненты Нм и Я8 определены при решении системы (1) на предыдущем временном шаге //.]. Тогда

Н'\ , =ЯС!. +/Н. +Я5|. . (4)

1г\|, 11' ./, 1г ,<ы 1г,/,_,

Компоненты поля соленоида в требуемых областях определяли исходя по закону Био-Савара-Лапласа.

Для нахождения вклада поля ферромагнетика магнетика в граничные условия необходимо рассчитать намагниченность в приложенном постоянном поле соленоида. Для этого с использованием выражения для скалярного потенциала получено нелинейное интегро-дифференциалыюе уравнение относительно намагниченности М (по методу пространственных интегральных уравнений):

н(д)=Ш = й"(<2)+н<(в)-, (5)

к

( \

1 ¿У„, (6)

где Ум, - объем намагниченного вещества (элемента); Q - точка наблюдения;

/V-точка источника (точка, определяющая координаты элемента разбиения ферромагнетика; гщ - радиус-вектор из точки источника (Ы) в точку наблюдения (¡2).

Решение уравнения (5) проводили путем сведения его к системе линейных алгебраических уравнений. В дальнейшем для расчета намагниченности использовали метод простой итерации. За начальное приближение принимали намагниченность элементов разбиения, определяемую полем соленоида. Расчет продолжали до тех пор, пока не достигалось заданное значение относительной погрешности для каждого элемента разбиения. По рассчитанному распределению намагниченности в образце с помощью (6) определяли поле ферромагнетика на границе.

Данная методика была применена при расчете поля остаточной намагниченности плоского ферромагнетика, намагниченного постоянным полем накладного соленоида.

Для определения вклада поля вихревых токов I6 на границе для каждого элемента разбиения в каждый момент времени решалось уравнение

гос// = Iй, (7)

а компоненты напряженности магнитного поля, создаваемого ими на границе, определяли исходя из закона Био-Савара-Лапласа:

^8 2"г -Го соафЦ (д)

4л о {г1 -V*с°5(р+г1+(г<? Г

где Я,5 (¡2), Н'1{0) - соответственно тангенциальная и нормальная составляющие магнитного поля, создаваемого вихревыми токами; площадь поперечного сечения элемента разбиения; гк, хц- координаты точки источника; Г{), гд - координаты точки наблюдения.

Алгоритм решения исходной задачи заключается в послойном решении для каждого момента времени системы (1). При этом в каждый момент времени поле на границе определяется не только полем соленоида, но и полем ферромагнетика и вихревых токов с предыдущего временного слоя. Поле остаточной намагниченности в областях наблюдения можно определить, используя выражение (6).

Для решения исходной системы (1) разработана экономичная конечно-разностная схема, которая является наиболее эффективной при решении дифференциальных уравнений в частных производных с несколькими пространственными переменными. Вихревые токи в образце определялись с помощью конечно-разностной аппроксимации выражения (7).

Для проверки всех предложенных моделей и методик расчета, как в постоянных, так и в импульсных полях, проведено экспериментальное исследование на ферромагнитных дисках различной толщины при разных режимах намагничивания

и

(рис. 2, 3). Сравнение теоретических и экспериментальных результатов показало, что основные закономерности распределения компонент напряженности магнитного поля, рассчитанные на основе предложенных моделей, по виду и по величине совпадают с экспериментальными данными с приемлемой для практических задач точностью. Это подтверждает правомочность применения разработанных моделей для расчета магнитного состояния ферромагнитного диска в неоднородных импульсных или постоянных магнитных полях накладного соленоида.

Я," ,Я;7,А/М

Я™, Я™, АЛ.

20000 15000 10000 5000 О

-2000

*

1 ¡89® кхю-

го ю бо во г, мм

20 40 60 ВО г, мм

Рис. 2. Распределение нормальной Я_Г (о) и тангенциальной Я,Г(о) составляющих напряженности магнитного поля ферромагнетика в приложенном постоянном поле соленоида вдоль поверхности диска (Сталь 45 в состоянии поставки, диаметр 195 мм, толщина 5 мм, количество разбиений 5x50) в области наблюдения со стороны намагничивания (I) и с противоположной стороны (II) (расчет —, эксперимент -о-, -□-), ток 5 А

В третьей главе представлены результаты экспериментального исследования влияния параметров намагничивающих импульсов на распределение нормальной и тангенциальной составляющих поля остаточной намагниченности плоских ферромагнитных изделий различной толщины и термообработки. В связи с тем, что при импульсном намагничивании характер распределения поля остаточной намагниченности в значительной степени определяется вихревыми токами, возникающими в образце, для выбора оптимальных амплитудных и временных параметров намагничивающих импульсов проведено раздельное изучение влияния длительности переднего и заднего фронтов.

Исследования проводили на дисках с различными магнитными свойствами (сталь 45 в состоянии поставки и закаленная при температуре 830°С) в диапазоне толщин от 1 до 30 мм (диаметр диска 195 мм). Намагничивание осуществляли соленоидами с различными размерами. Для формирования импульсов с заданными временными и амплитудными характеристиками разработаны специальные методики, новизна которых подтверждена положительными решениями по заявкам на патент РБ (№№ 970106, 970111). Измерения нормальной и тангенциальной составляющих поля остаточной намагниченности проводили при помощи магниточувст-вительного измерительного комплекса с феррозондовыми преобразователями (чувствительность 1 АУм).

Hrz, Hr.,AJu

300

#._,#,_, А/м

-300

о го

Hrz,Hrr,AJu

во г, мм о го

Hrz,Hrr,A!u

ВО г, мм

г, мм

г, мм

Рис.3. Распределение нормальной Hrz{о) и тангенциальной #,,(□) составляющих напряженности поля остаточной намагниченности при импульсном намагничивании вдоль поверхности диска (Сталь 45 в состоянии поставки, диаметр 195 мм, толщина 25 мм, количество разбиений 5x50) в области наблюдения со стороны намагничивания (расчет —, эксперимент -о-, -□-):

Нт = 5-10' А/м; а) - к = 0,85 мс; t3 = 1 мс; б) -10 = 0,85 мс; t3 = 10 мс; в) -10 = 0,2 мс; ?з = 6 мс; r)-t0= 1,2 мс; t3— 6 мс;

Нт - амплитуда импульса; t0,t3- соответственно длительности переднего и заднего фронтов намагничивающего импульса

Исследован характер распределения нормальной и тангенциальной составляющих поля остаточной намагниченности образцов при режимах намагничивания с различными амплитудами импульсов, длительностью переднего или заднего фронтов, количеством намагничивающих импульсов, размерами намагничивающего соленоида.

Анализ зависимости центрального экстремума Нггт нормальной составляющей и максимального значения тангенциальной составляющей Нггт от длительности заднего фронта t3 намагничивающего импульса (рис. 4) в диапазоне от 1 до 10 мс показал, что независимо от размеров намагничивающего соленоида характер зависимостей во всех случаях возрастающий, причем с ростом t3 в исследуемом диапазоне его изменения при t3>6 мс наблюдается стремление Нггт к фиксированному значению. Аналогичные результаты получены при использовании соленоида с другими геометрическими размерами.

Рис. 4. Зависимость величины центрального экстремума Нг1т и максимума тангенциальной составляющей Нггт от длительности заднего фронта импульсов (сталь 45, состояние поставки, диаметр 195 мм, толщина 8 мм): соленоид: ¿¡i = 5 мм, а2 = 25 мм, 2b = 30 мм; t0 = 0,85 мс; число импульсов 1;

Нт : о -0,5-105 А/м; □ - МО3 А/м; А - 5-Ю5 А/м

Зависимости Hrzm и Нггт от длительности переднего фронта í0 намагничивающего импульса при поддержании длительности заднего фронта t3 = б мс приведены на рис. 5. Был исследован диапазон длительностей переднего фронта от 0,1 до 1,2 мс. Анализ полученных результатов показал, что следует выбирать оптимальную величину длительности переднего фронта больше, чем 1,2 мс.

Рис. 5. Зависимость величины центрального экстремума Нггт и максимума

тангенциальной составляющей Нггт от длительности переднего фронта импульсов (сталь 45, состояние поставки, диаметр 195 мм, толщина 8 мм): соленоид: a¡ = 5 мм, «2 = 25 мм, 2b = 30 мм; íj = 6 мс; число импульсов 1; Нт : о - 0,5-105 А/м; □ - 1-Ю5 А/м; д - 5-105 А/м

Так как амплитуда намагничивающих импульсов Нт оказывает существен-тое влияние на степень достижения стабильного магнитного состояния, были про-?едены исследования влияния величины Нт на величину НГ2т поля остаточной на-

магниченности. Установлено, что значение амплитуды намагничивающих импульсов следует выбирать больше 5-105 А/м.

Анализ влияния амплитуды и длительности намагничивающих импульсов синусоидальной формы на образцах из стали 08Ю размером 200x200x1 мм3 на величину градиента нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности показал, что для получения стабильных значений измеряемого магнитного параметра необходимо выбирать импульсы общей длительностью больше 1 мс и амплитудой Нт > 3-105 А/м.

Результаты, полученные в этой главе, позволили установить оптимальные параметры намагничивающих импульсов ((3 > 6 мс, (о >1,2 мс, Нт > 5-105 А/м) для получения стабильных результатов контроля плоских ферромагнитных изделий в диапазоне толщин от 1 до 30 мм. Магнитные свойства стали 45 в различных состояниях перекрывают диапазон большинства марок холоднокатаных сталей после отжига, из чего можно заключить, что определенные оптимальные параметры намагничивающих импульсов будут справедливы для всех листовых сталей этого класса в диапазоне толщин 1-30 мм, контролируемых в настоящее время импульсным магнитным методом.

Четвертая глава посвящена разработке методик расчета оптимальных параметров импульсных намагничивающих систем с целью получения импульсов максимальной амплитуды, заданной длительности и формы и их применению для определения оптимальной геометрии намагничивающих систем различных приборов.

Формирование импульсов магнитного поля обычно проводится без учета влияния на них контролируемого изделия. Это связано со сложностью учета такого влияния в теоретических расчетах, а также с невозможностью метрологической аттестации средств магнитного ко¡ггроля по параметрам намагничивающего поля в присутствии изделия. Экспериментальная оценка влияния контролируемого изделия на величину и форму намагничивающих импульсов показала, что при использовании накладных преобразователей этим влиянием можно пренебречь. В то же время для проходного преобразователя необходимо, чтобы внутреннее сечение соленоида было гораздо большим, чем сечение образца и стремиться доводить образец до магнитного насыщения, а также учитывать взаимоиндукцию соленоидов в двухэлементных намагничивающих системах.

Для получения стабильных результатов контроля режим намагничивания должен быть выбран таким образом, чтобы обеспечивать техническое насыщение материала изделия. Увеличение амплитуды намагничивающих импульсов без использования принудительного охлаждения при минимальных энергетических затратах возможно только за счет оптимизации геометрических параметров намагничивающей системы. Кроме того, на распределение поля остаточной намагниченности, наряду с амплитудой и длительностью импульса, существенное влияние оказывает форма намагничивающего импульса, определяемая постоянной затухания с разрядной цепи.

Для расчета оптимальных параметров (внешнего радиуса а2 и длины 26) намагничивающего соленоида получены выражения для постоянной затухания с/ (с учетом зависимости ее от длительности формируемого импульса х и размеров намагничивающего соленоида) и постоянной соленоида <7:

1

\Хр0(й22 - о,2)" +1 2тр£

(10)

7ГЦ06

ехр

<1

1/2

апЗД

¿1

1/2'

(26 + г)1п

аг+л[а2 +(26 +г)2 а, +7о2 +(26 + г)2

-г 1п

а, +

(И)

д1+Л/а2+22

где й) - внутренний радиус соленоида; X - коэффициент заполнения; р - удельное сопротивление материала обмотки; ц0- магнитная постоянная; г-толщина торцевой стенки; g - константа, определяемая геометрическими параметрами соленоида.

Оптимизация параметров соленоида сводится к определению таких значений £?2опт и 260ПТ, при которых постоянная соленоида (7 принимает максимальное значение а постоянная затухания с! сохраняет заданную величину. Если в плоскости (а2, 26) построить изолинии С и г/, то только в точке их касания <1 имеет заданное значение, а £7 принимает максимальное. Значения «2 и 26, определяющие эту точку, и являются оптимальными. Данная методика может быть применена для формирования импульсов магнитного поля максимальной амплитуды как в центре соленоида, так и в произвольной точке на его оси.

Для соленоида с оптимальной геометрией разработана методика расчета параметров (количество витков, диаметр провода обмотки, сопротивления, индуктивности и т.д.), необходимых для его практической реализации.

Проведен расчет оптимальных размеров намагничивающего соленоида с учетом скин-эффекта. Установлено, что если толщина скин-слоя меньше диаметра провода, соответствующего оптимальной геометрии, то отказ от учета скин-эффекта ведет к заниженным значениям оптимальных параметров.

Показано, что при одной и той же геометрии соленоида невозможно получить импульсы разной длительности заданной формы и импульсы с заданными длительностями переднего и заднего фронтов без введения дополнительных элементов в разрядную цепь. Разработаны методики расчета параметров разрядной цепи, позволяющие для соленоида с заданными размерами сформировать намагничивающие импульсы заданной формы различной длительности (положительное решение №970106 по заявке на патент РБ) и импульсы с заданными длительностями переднего и заднего фронтов (положительное решение №970111 по заявке на патент РБ).

ё

Использование указанной методики в приборе ИМПОК-1БМ для контроля механических свойств листового проката сталей толщиной 0,15-12 мм, движущегося в технологическом потоке производства со скоростью от 0,1 до 5 м/с, позволило получить в рабочей области требуемые импульсы магнитного поля с заданными амплитудными и временными характеристиками, выбрать оптимальный режим контроля, повысить от 10 до 20% стабильность результатов измерения, особенно на толстых листах, и тем самым снизить погрешность измерения в среднем на 15%. В настоящее время прибор используется на предприятии "Центр исследований и качества Бранденбург Гмбх (¥(¿2)", Германия.

Методика оптимизации геометрических параметров может быть использована для расчета оптимальных параметров намагничивающих систем приборов типа ИМА, используемых для контроля неподвижных плоских изделий различной тол-\/ шины из низко- и среднеуглеродистых сталей. Это позволит получить импульсы требуемой амплитуды и заданной формы, упростить электронную схему прибора, повысить точность измерений.

Разработанная методика расчета оптимальных размеров систем импульсного намагничивания с целью получения максимальной напряженности магнитного поля использовалась в закрытых разработках 4-го Центрального научно-исследовательского института Министерства обороны Российской Федерации при исследовании перспективных импульсных генераторов, что позволило при одной и той же мощности увеличить амплитуду импульсов магнитного поля на 15-17%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании теоретических и экспериментальных исследований распределения напряженности поля остаточной намагниченности в диссертации впервые решена задача оптимизации параметров систем импульсного намагничивания для неразрушающего контроля плоских ферромагнитных изделий при их локальном намагничивании накладным соленоидом. Предложена модель и ее численное решение для расчета поля остаточной намагниченности плоских ферромагнитных изделий. Определены амплитудные и временные параметры намагничивающих импульсов для получения стабильных значений величины остаточной намагниченности. Дано дальнейшее развитие методики расчета оптимальных геометрических параметров намагничивающих систем с целью формирования импульсов магнитного поля максимальной амплитуды заданной длительности и формы. Полученные результаты и разработанные методики использованы при проектировании новых средств импульсного магнитного метода, что позволило выбрать оптимальный режим намагничивания и повысить стабильность результатов контроля.

Основные результаты исследований заключаются в следующем:

1. Разработана двумерная пространственная математическая модель для численного расчета поля остаточной намагниченности плоского ферромагнетика, намагниченного импульсным полем накладного соленоида с учетом амплитудных,

временных параметров и пространственных характеристик намагничивающего поля, геометрических размеров изделия, вихревых токов, возникающих в образце, а также нелинейной зависимости магнитных свойств материала от внешнего поля. Разработана экономичная конечно-разностная схема для решения нелинейного двумерного параболического уравнения, описывающего распределение напряженности магнитного поля в ферромагнетике при заданных начальных и граничных условиях [1].

Проведен расчет магнитного состояния плоского ферромагнитного диска, находящегося в приложенном неоднородном постоянном поле накладного соленоида, и поля остаточной намагниченности плоского ферромагнитного образца, после его намагничивания постоянным полем соленоида с учетом реальных свойств материала изделия.

Теоретически получено и экспериментально подтвержден характер распределения поля ферромагнетика и поля остаточной намагниченности плоских ферромагнитных изделий при различных режимах намагничивания, что подтверждает правомочность использования разработанных моделей.

2. Проведены экспериментальные исследования распределения нормальной и тангенциальной составляющих поля остаточной намагниченности в неоднородном импульсном магнитном поле при различных параметрах намагничивающих импульсов на плоских изделиях разной толщины и свойств. Установлено, что для получения стабильных результатов контроля плоских ферромагнитных изделий толщиной от 1 до 30 мм следует выбирать длительность заднего фронта импульса ¡3 > 6 мс, длительность переднего фронта - ?о 5 1,2 мс и амплитуду импульса больше 5-Ю5 А/м независимо от размеров намагничивающего соленоида [2 - 7,19].

Экспериментально установлено, что при намагничивании плоских изделий толщиной 1 мм импульсами синусоидальной формы, независимо от термообработки образцов, амплитуды и числа намагничивающих импульсов, длительность импульса должна быть больше 1 мс, а амплитуда больше 3-105А/м [8].

3. Установлено, что при использовании для импульсного намагничивания накладных преобразователей с размерами меньше чем внутренний радиус 5 мм, внешний радиус 25 мм, длина 30 мм в диапазоне длительностей импульса до 10 мс влиянием контролируемого изделия га формирование намагничивающих импульсов можно пренебречь [9].

4. Разработана методика расчета оптимальных размеров намагничивающего соленоида для формирования в произвольной точке на оси импульсов максимальной амплитуды, заданной длительности и формы с учетом зависимости постоянной затухания разрядной цепи от размеров соленоида и требуемой длительности. Показано, что для достижения указанной цели постоянная соленоида должна иметь максимальное значение при заданном значении постоянной затухания, что позволяет отказаться от использования систем принудительного охлаждения при решении ряда практических задач [10-12].

Разработаны методики, позволяющие рассчитать параметры, необходимы для практической реализации соленоида с оптимальными размерами, и параметр: разрядной цепи: количество витков, диаметр провода намотки, сопротивление, ш дуктивность, максимальный ток, значение напряженности магнитного поля в 3i данной области. Разработаны методики расчета параметров разрядной цепи, позвс яякицие сформировать импульсы постоянной формы различной длительности импульсы с заданными длительностями переднего и заднего фронтов для намагш чивающего соленоида с выбранными размерами [11, 13, 15, 17, 18]. Получены пс ложительные решения № 970106 и № 970111 по заявкам на патенты РБ [14,16].

5. Методика оптимизации параметров импульсных намагничивающих си< тем применена при разработке и создании прибора ИМПОК-1БМ для контроля м< ханических свойств листового проката сталей толщиной 0,15-12 мм, движущегос в технологическом потоке производства со скоростью от 0,1 до 5 м/с. Это позвол! ло получить в рабочей области требуемые импульсы магнитного поля с заданным амплитудными и временными характеристиками, выбрать оптимальный режи контроля, повысить от 10 до 20% стабильность результатов измерения по сравш нию с ранее полученными, особенно на толстых листах, и тем самым снизить ш грешность измерения в среднем на 15%. Прибор используется на предпршгги "Центр исследований и качества Бранденбург Гмбх (FQZ)", Германия [10].

Методика расчета оптимальных размеров намагничивающих систем можс быть использована также для совершенствования имеющихся приборов (тиг ИМА) [11].

Разработанная методика расчета оптимальных размеров систем импульсног намагничивания с целью получения максимальной напряженности магнитного ш ля использовалась в закрытых разработках 4-го Центрального научш исследовательского института Министерства обороны Российской Федерации пр исследовании перспективных импульсных генераторов, что позволило при одной той же мощности увеличить амплитуду импульсов магнитного поля на 15-17%.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

1. Матюк В.Ф., Чурило В.Р., Стрелюхин A.B. Численное моделирование поля oi таточной намагниченности плоского ферромагнитного диска при его импульсно намагничивании // Весц! HAH Беларусь Сер. ф1з.-тэхн. навук. - 1999. - № 4. С. 66-72.

2. Матюк В.Ф., Стрелюхин A.B. Особенности влияния длительностей фронте импульсов при локальном намагничивании плоских изделий на нормальную с< ставляющую поля остаточной намагниченности. Часть I. Влияние длительное! заднего фронта // Дефектоскопия. - 1997. - № 9. - С. 42-49.

3. Матюк В.Ф., Стрелюхин A.B. Особенности влияния длительностей фронте импульсов при локальном намагничивании плоских изделий на нормальную с< ставляющую поля остаточной намагниченности. Часть II. Влияние длительное! переднего фронта // Дефектоскопия. - 1998. - № 2. - С. 3-9.

4. Матюк В.Ф., Стрелюхин A.B. Особенности распределения тангенциальной составляющей поля остаточной намагниченности изделий плоской формы при их локальном намагничивании импульсами магнитного поля с разной длительностью фронтов // Дефектоскопия. -1998. - № 8. - С. 40-46.

5. Матюк В.Ф., Стрелюхин A.B. Особенности распределения нормальной составляющей поля остаточной намагниченности плоских изделий при их локальном намагничивании импульсами с разной длительностью переднего и заднего фронтов / Институт прикладной физики HAH Беларуси. - Минск, 1997. - 26 с. - Деп. в ВИНИТИ 09.06.97. -№ 1881-В97 // Журн. "Весщ HAH Беларуш". Сер. ф1з.-тэхн. на-вук. - 1998. -№ 3. - С. 134.

6. Матюк В.Ф., Стрелюхин A.B. Влияние заднего фронта намагничивающих импульсов на остаточную намагниченность плоских изделий при импульсном магнитном контроле // Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами: Тез. докл. XVII Уральской региональной конф. - Екатеринбург, 1997.-С. 63-64.

7. Стрелюхин A.B. Особенности влияния длительности переднего фронта намагничивающих импульсов на остаточную намагниченность плоских изделий при импульсном магнитном контроле // Труды 52-й НТК профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов БГПА "Технические вузы - республике". - Минск, 1997. - Ч. 4. - С.49.

8. Matyuk V., Strelyukhin A. Influence of a mode of local pulse magnetization on the magnitude of residual magnetization of a ferromagnet at the constant form of magnetizing pulses // Computer Methods and Inverse Problems in Nondestructive Testing and Diagnostics. CM NDT-95: Proc. International Conference. - Minsk, 1995. - P. 63-66.

9. Матюк В.Ф., Стрелюхин A.B. Оценка влияния контролируемого изделия на формирование намагничивающих импульсов в системах импульсного магнитного контроля // Becrú АН Беларусь Сер. ф13.-тэхн. навук. - 1997. - № 3. - С. 51-55.

10. Матюк В.Ф., Стрелюхин A.B. Оптимизация размеров соленоида генератора импульсов магнитного поля при заданной их форме // Дефектоскопия. - 1998. -№ 1.-С. 22-27.

11. Матюк В.Ф., Стрелюхин A.B. Формирование на торце намагничивающего соленоида импульсов магнитного поля максимальной амплитуды при их заданной длительности и форме // Весщ HAH Беларусь Сер. ф!з.-тэхн. навук. - 1998. - № 2. -С.74-79.

12. Матюк В.Ф., Стрелюхин A.B. Оптимизация размеров намагничивающих систем средств импульсного магнитного контроля // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 1999. - № 2. - С. 39-45.

13. Матюк В.Ф., Стрелюхин A.B. Формирование намагничивающих импульсов разной длительности при постоянной их форме и постоянных размерах намагничивающего соленоида // Дефектоскопия. - 1997. - № 7. - С. 25-29.

14. Решение по заявке № 970106 РБ от 26.10.99, МКИ Н 03К 3/53. Способ формирования намагничивающих импульсов / В.Ф.Матюк, А.В.Стрелюхин (РБ). -

№ 970106; Заявлено 03.03.97; Опубл. 30.09.98, Бюл. № 3 // Афщыйны бюлегэнь. 1998.-J6 3.-C. 100.

15. Матюк В.Ф., Стрелюхин A.B. Формирование намагничивающих импульсов заданной длительностью переднего и заднего фронтов // Дефектоскопия. - 1997. №5.-С. 44-49.

16. Решение по заявке № 970111 РБ от 26.10.99, МКИ Н ОЗК 3/53. Способ фор мирования намагничивающих импульсов / В.Ф.Матюк, А.В.Стрелюхин (РБ). • № 970111; Заявлено 06.03.97; Опубл. 30.09.98, Бюл. № з // Афщыйны бюлетэнь. 1998.-Jfe3.-C. 101.

17. Матюк В.Ф., Стрелюхин A.B. Методика формирования импульсов магнит ного поля разной длительности одинаковой формы и импульсов с разной длитель ностью переднего и заднего фронтов при заданных параметрах соленоида / Инсти тут прикладной физики HAH Беларуси. - Минск, 1997. - 19 с. - Деп. в ВИНИТ1 21.04.97, № 1313-В97 // Журн. "Becui АН Бел ару ci". Сер.фо.-тэхн. навук. - 1997. №3.~С.135.

18. Матюк В.Ф., Стрелюхин A.B. Особенности формирования намагничиваю щих импульсов разной длительности для датчиков импульсного магнитного кон троля // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля : управления: Тез. докл. IX научно-техн. конф. - Гурзуф, 1997. - С.92-94.

19. Матюк В.Ф., Стрелюхин A.B., Пазин A.A. Компьютерная система для анали за и обработки результатов измерения топографии магнитного поля // Междуна родная научно-техн. конф. "Моделирование интеллектуальных процессов проекта рования и производства". - Минск, 1996. - С.ЗО.

РЭЗЮМЕ

Стрэлкшн Аляксандр Уладз1славав1ч "Аптьвнзацыя намагшчваючых астэм ¡мпульснага магштнага кантролю"

Ключавыя словы: неразбуральны кантроль, аптьмзацыя, неаднароднае ¡мпульснае магштнае поле, ферамагнетык, лакальнае намагшчванне, астаткавая намаппчанасць.

Аб'ектам даследавання з'яуляюцца плоскш дысю з ферамагштных матэрыя-лау, ягая знаходзяцца у неаднародным ¡мпульсным мапптным пол1,1 намаппчваю-чыя С1Стэмы, яш стварвюць гэтыя паль

Предметам даследавання з'яуляецца устанауленне характару размеркавання поля астаткавай намагшчанасщ плосюх ферамагштных дыскау, намагшчаных ¡мпульсным магштным полем з розным} амплггудным1 1 часавым1 характарысты-кам!, 1 вызначэнне аптымальных параметра^ намагшчваючых сктэм з мэтай атры-мання стабш.ных вышкау кантролю.

Распрацавана двухмерная прасторавая матэматычная мадэль для разл1ку поля астаткавай намагшчанасш плоскага ферамагнетыка пры яго намагшчванш неаднародным ¡мпульсным магштным полем накладнога саленоща з у.'пкам амп-лггудных, часавых параметрау \ прасторавых характарыстык намагшчваючага поля, геаметрычных памерау вырабу, в1хравых токау, яюя узшкаюць ва узоры, а таксама нелшейнай залежнасщ магштных уласщвасцяу матэрыялу ад знешняга поля.

Установлены аптымальныя параметры намагшчваючых ¡мпульсау для кантролю плосюх ферамагштных пырабау у дыяпазоне таушчыш ад 1 да 30 мм.

Распрацаваны методыю раз;пку аптымальных параметрау намапйчваючых астэм пры ¡мпульсным мапптиым метадзе кантролю ферамагштных вырабау з мэтай фарм^равання ¡мпульсау макс1мальнай амплпуды, зададзенай працягласщ 1 формы.

Прадстаулены вынш практычнага выкарыстання методыю аитым1зацьи геаметрычных параметра)? розных намапйчваючых астэм.

РЕЗЮМЕ

Стрелюхин Александр Владиславович "Оптимизация намагничивающи систем импульсного магнитного метода контроля"

Ключевые слова: неразрушающий контроль, оптимизация, неоднороднс импульсное магнитное поле, ферромагнетик, локальное намагничивание, остато1 ная намагниченность.

Объектом исследования являются плоские диски из ферромагнитных мат( риалов, находящиеся в неоднородном импульсном магнитном поле, и намагнич! вающие системы, создающие эти поля.

Предметом исследования является установление характера распределена поля остаточной намагниченности плоских ферромагнитных дисков, намагничи ных импульсным магнитным полем с различными амплитудными и временным характеристиками, и определение оптимальных параметров намагничивающи систем с целью получения стабильных результатов контроля.

Разработана двумерная пространственная математическая модель для расч< та поля остаточной намагниченности плоского ферромагнетика при его намагш чивании неоднородным импульсным магнитным полем накладного соленоида учетом амплитудных, временных параметров и пространственных характер и ста намагничивающего поля, геометрических размеров изделия, вихревых токов, во: никающих в образце, а также нелинейной зависимости магнитных свойств мат< риала от внешнего поля.

Установлены оптимальные параметры намагничивающих импульсов да контроля плоских ферромагнитных изделий в диапазоне толщин от 1 до 30 мм.

Разработаны методики расчета оптимальных параметров намагаичивающн систем при импульсном магнитном методе контроля ферромагнитных изделий целью формирования импульсов максимальной амплитуды, заданной длительное! и формы.

Представлены результаты практического использования методики оптим! зации геометрических параметров различных намагничивающих систем.

SUMMARY

Strelyukhin Alexander Vladislavovich "Optimization of magnetizing systems for pulse magnetic method of testing"

Key words: nondestructive testing, optimization, inhomogeneous pulse magnetic field, ferromagnet, local magnetization, residual magnetization.

The object of investigation the flat disks from ferromagnetic material are, that in the inhomogeneous pulse magnetic field are putted, and the magnetizing systems creating these fields.

The object of investigation is establishing of the character of distribution of residual magnetization of flat ferromagnetic disks, magnetized by pulse magnetic field with different amplitude and time characteristics, and determination of optimal parameters of magnetizing systems with aim of receiving the stable testing results.

The two-dimensional mathematical model for computing the residual field of flat ferromagnet at its magnetization by inhomogeneous pulse magnetic field of superimposed solenoid is developed. The model takes into consideration amplitude, time and geometrical parameters of magnetizing field, geometry of the article under test, eddy currents that occur in the article and nonlinear dependence of magnetic properties of the material on the applied field.

The optimal parameters of magnetizing pulses for testing the flat ferromagnetic articles of thickness from 1 up to 30 mm are established.

The methods for calculation the optimal parameters of magnetizing systems by using the pulse magnetic method of testing the ferromagnetic articles are developed. They allow to generate the pulses with optimum amplitude, the given duration and form.

The results of practical use of the methodic of optimization the geometrical parameters of different magnetizing systems are presented.