Bài giảng Phương pháp kiểm tra bằng bột từ

Chia sẻ: Le Duoc | Ngày: | Loại File: PPTX | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

65
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu phương pháp kiểm tra bằng bột từ trình bày các kiến thức Vật lý như: Nguyên lý của kiểm tra bột từ, phân bố của từ trường trong các vật dẫn, các thông số cần quan tâm khi lựa chọn phương pháp từ hóa. Ảnh hưởng của tính chất vật liệu, thiết bị kiểm tra bột từ, cùng với một số thiết bị hạn chế,.. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Phương pháp kiểm tra bằng bột từ

PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA BẰNG BỘT TỪ
Nguyên lý của phương pháp kiểm tra Kiểm tra bột từ là phương pháp không phá huỷ có khả năng bột từ • phát hiện và định vị các khuyết tật bề mặt và gần bề mặt trong các vật liệu sắt từ • Phương pháp do W.E. Hoke (Mỹ) phát minh vào những năm 1920. Nguyên lý của phương pháp dựa trên sự biến dạng của từ trường trong vật nhiễm từ do sự có mặt của khuyết tật. • Sự biến dạng này gây nên một số đường sức của từ trường thoát ra ngoài, đi trong không khí và sau đó quay về vật. Hiện tượng này gọi là sự dò trường từ thông. Trường dò có khả năng hút các hạt sắt từ nhỏ và tạo nên các chỉ thị hoặc hình ảnh của khuyết tật. Một trong những ứng dụng chính của phương pháp này là phát hiện các gián đoạn càng sớm các tốt trong các công đoạn chế tạo và sử dụng, để tránh được các chi phí vào các vật liệu và sản phẩm mà sau đó lại bị loại bỏ.
• Kiểm tra bột từ có thể phát hiện được các khuyết tật bề mặt trong các vật liệu sắt từ, kể cả các khuyết tật rất nhỏ và hẹp mà mắt thường không thể phát hiện được. Các chỉ thị từ được hình thành ngay trên khuyết tật và do đó cho ta biết vị trí, hình dạng và kích thước gần đúng của khuyết tật. Kiểm tra bột từ còn có khả năng phát hiện các khuyết tật nằm gần bề mặt của vật. • Độ nhậy đối với các khuyết tật này hạn chế và phụ thuộc vào chiều sâu, kích thước, thể loại, hình dáng của khuyết tật và vào cường độ từ trường sử dụng .
CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Cơ sở của phương pháp kiểm tra bột từ dựa trên các nguyên lý của lý thuyết điện và từ. 1.1.Nam châm Vật có khả năng hút sắt từ được gọi là nam châm. Khả năng hút hoặc đẩy của nam châm không đồng đều mà tập chung ở các đầu của thanh, gọi là các cực. Hình 2: Nam châm thẳng với các đường từ thông • Nếu đặt một miếng bìa lên một thanh nam châm, rồi rắc bột sắt mịm lên tờ bìa và gõ nhẹ, các bột sắt từ sẽ sắp xếp như hình 2. • Các đường cong “bột sắt” này cho ta hình ảnh về các đường từ thông (đường sức) tạo nên từ trường của nam châm
Những tính chất liên quan đến đường từ thông: + Chúng tạo nên đường vòng tròn liên tục, không gấp khúc và luôn khép kín +Chúng không bao giờ cắt nhau +Chúng là đại lượng có hướng: các đường từ thông xuất phát từ cực Bắc, đi vào không khí rồi vào cực Nam và qua cực Nam lại trở về cực Bắc. +Mật độ của chúng giảm dần khi khoảng cách tăng. +Chúng có khuynh hướng bị lệch và đi qua các vật liệu từ và trong quá trình đó chúng làm các vật liệu bị từ hoá (hình 3). Hình 3: Các đường từ thông ở trong và xung quanh thanh nam châm và bulông sắt từ.
Nguồn gốc của từ trường • Nguồn gốc của từ trường liên quan đến sự chuyển động quay (spin) của điện tử trong nguyên tử, phân tử. • Khi không có từ trường ngoài, các vùng từ này sắp xếp ngẫu nhiên và do đó từ trường của chúng khử lẫn nhau. Khi đặt vật trong một từ trường ngoài, các vùng nhiễm từ sẽ kết hợp lại và sắp xếp theo hướng của từ trường ngoài. Kết quả là vật bị nhiễm từ (hình 4) a) b) Hình 4: Định hướng của các vùng từ trong vật liệu vật liệu sắt từ khi không có từ trường ngoài (a) và khi có từ trường ngoài (b)
Các loại từ trường Từ trường vòng: Hình 5a: Loại nam châm hình móng ngựa. Nó có một cực Bắc, đi vào không khí và trở vào cực Nam. Các vật liệu sắt từ chỉ bị hút và giữ ở các đầu hoặc giữa các cực của nam châm. Hình5b, các cực của nam châm vẫn còn, các đường từ thông vẫn rời và trở lại các cực như trước. Các đường từ thông lúc này gần nhau và dầy đặc hơn. Vùng mà ở đó các đường từ thông rời khỏi một cực, đi vào không khí và sau đó trở lại cực kia của nam châm được gọi là trường rò hay trường từ thông rò Hình 5c , nam châm không còn hút các chất sắt từ nữa (không có các cực và các trường rò). Các đường từ thông vẫn tồn tại, nhưng chúng bị ngăn lại hoàn toàn bên trong nam châm. Trong trạng thái như vậy, nam châm được gọi là nam châm vòng hay bị từ hoá vòng. Hình 5d: Nếu có một vết nứt cắt ngang các đường từ thông trong một vật bị từ hoá vòng, cực Bắc và cực Nam xuất hiện ngay lập tức ở mỗi đầu của gián đoạn này. Nam châm sẽ đẩy một phần của từ thông vào vùng không khí xung quanh tạo nên trường rò và sẽ hút các hạt từ tạo nên các chỉ thị từ. a) Hình 5: Từ trường trong các dạng: a) nam châm móng ngựa Hạt từ b) nam châm vòng với khoảng b) không c) nam châm vòng khép kín Hạt từ d) bột từ bị dính vào vết nứt trong
Từ trường dọc a) Hình 6: Từ trường dọc a) Nam châm thẳng với các cực bắc và nam b) b) Nam châm thẳng có khe hở và trường dò tương ứng c) Vết nứt trong vật từ hoá thẳng tạo nên các cực hút và giữ bột từ c)
Nam châm điện: Xung quanh dây dẫn có dòng điện chạy qua xuất hiện một từ trường. Nếu vật sắt từ đặt trong từ trường này, vật sẽ bị nhiễm từ. Sự từ hoá được thực hiện bởi sự cảm ứng từ. Hiệu ứng của từ trường xung quanh dây dẫn có dòng điện chạy qua này có thể tăng đáng kể nếu đoạn dây được cuộn thành vòng tròn. Từ trường trong mỗi vòng sẽ cộng lại biến cuộn dây thành một nam châm có các cực ở mỗi đầu, giống như một nam châm thẳng. Nếu một thanh sắt non được đưa vào trong lòng cuộn cảm và cho dòng điện chạy qua cuộn dây, thanh sắt sẽ bị nhiễm từ mạnh
Tính chất của các vật liệu từ. Vòng từ trễ : Mỗi vật liệu từ có vòng từ trễ nhất định đặc trưng cho vật liệu đó. Các số liệu cho vòng từ trễ có thể thu nhận được bằng cách đặt một thanh từ trong cuộn cảm có dòng xoay chiều đi qua. Đo sự phụ thuộc của B vào H, ta sẽ thu được đường cong từ trễ Vòng từ trễ của vật liệu sắt từ: vòng OA (ngắt • quãng) ứng với vật liệu từ nguyên thuỷ (chưa bị từ hoá ) • Ta thấy quan hệ của B và H là không tuyến tính. Bắt đầu từ điểm O (H=0, B=0) và tăng dần H với một lượng nhỏ, B lúc đầu tăng rất nhanh, sau đó chậm dần đến điểm A. ở đây vật trở thành bão Bắt đầu từ điểm O ta tăng dầhoà từ. n H, B lúc đ ầu tăng rất nhanh, sau đó chậm dần đến điểm A. ở đây vật trở thành bão hoà từ. Qua điểm bão hoà, tăng cường độ từ trường không làm tăng mật độ từ thông bên trong vật liệu. Giảm dần H về 0 ta thu được đường AB. Ta thấy khi H=0 (I=0), thì B 0. OB được gọi là từ dư của vật liệu. Đổi chiều dòng điện và tiếp tục tăng dòng ta thu được đoạn BC. OC đặc trưng cho sức kháng từ của vật liệu và được gọi là độ kháng từ. Tiếp tục tăng H ta thu được DC. Tại D mật độ từ thông lại bão hoà. Tiếp tục giảm H, ta thu được đoạn DE, sau đó đổi chiều dòng điện và tăng dần, ta thu được đoạn EF và FA. Từ thẩm là
Từ dư c) Từ dư b) a) Lực kháng từ Lực kháng từ a) Thép cứng có lớn, từ dư nhỏ, hệ số kháng từ thấp và do đó đường cong từ trễ hẹp. b) Các vật liệu sắt non có từ thẩm nhỏ, hệ số kháng từ cao, đường cong từ trễ rộng. c) Sự phụ thuộc của B vào H và hệ số từ thẩm cực đại của vật liệu. Khi nói từ thẩm của một vật liệu nào đó ta ám chỉ giá trị cực đại của vật liệu đó.
Từ hoá bằng dòng điện: • Dùng dòng điện tạo nên các từ trường xung quanh và trong các vật liệu dẫn điện. Ta có thể thay đổi các hướng của từ trường cảm ứng bằng cách điều khiển hướng của dòng điện từ hoá. • Ta chọn hướng và cường độ của dòng điện sao cho các đường từ thông có hướng và mật độ thích hợp trên các vùng cần khảo sát. Vì độ nhậy của phép kiểm tra là cao nhất khi từ trường vuông góc với trục chính của khuyết tật. Cần kiểm tra các khuyết tật có hướng khác nhau. Từ trường Từ trường Dòng điện từ hoá Vật kiểm tra Dòng điện từ hoá Vật kiểm tra
Từ hoá trực tiếp và từ hóa gián tiếp : Khi dòng điện dùng để từ hoá chạy trực tiếp qua vật kiểm tra như hình, ta gọi đó là từ hoá trực tiếp. Từ hoá vòng các vật dẫn đặc thường áp dụng phương pháp này. Việc xác định độ lớn của dòng thích hợp cho phép kiểm tra là cần thiết vì: • Dòng cao quá có thể làm nóng chảy vật kiểm tra hoặc làm cho bột từ tích tụ quá dày đặc tạo nên nền phông quá cao. • Dòng yếu quá có thể sẽ không tạo nên được từ Từ trường trường dò đủ mạnh để có thể hút các sắt từ. Dòng điện Với đối tượng là đường ống hoặc vật rỗng, mặt trong • Từ trường Dòng điện của vật cũng có vai trò quan trọng như mặt ngoài. Nếu Vết nứt từ hóa trực tiếp, ta sẽ không phát hiện ra các khuyết tật Vết nứt nằm phía mặt trong của đối tượng do hiệu ứng vỏ của dòng điện. • Ta có thể từ hoá vật rỗng bằng cách luồn một thanh dẫn Dòng điện Từ trường điện vào trong đường ống và cho dòng điện chạy qua thanh Phương pháp này gọi là từ hoá gián tiếp. • Nếu không có thanh dẫn, ta có thể dùng chính dây dẫn luồn qua vật. Chú ý với đường ống dài, các thanh dẫn không bọc không được phép dùng vì nguy cơ đánh lửa
Từ hoá dùng thanh ấn (Prod): Thông thường ta rất khó có thể từ hoá toàn bộ vật kiểm tra. Đối với các vật lớn, ta thường từ hoá từng vùng của vật bằng cách cho dòng điện chạy qua các vùng và tiết diện nhờ 1 công cụ gọi là Prod Dòng điện Dòng điện • Bằng cách này ta tạo được từ trường vòng ở vùng nằm giữa các Bề mặt điểm tiếp xúc. Các que ấn thường kiểm tra được làm bằng đồng được ấn chặt trên bề mặt vật cần kiểm tra, giữ chặt trong quá trình cho dòng điện Từ trường chạy qua. Các đầu Prod và vùng tiếp xúc cần phải giữ đủ sạch đảm bảo • Khi kiểm tra, thường mỗi vùng đ ược từ hoá 2 l cho dòng l ớn chạầ n vuông góc y qua mà không gây nhau. đánh lửa hay nóng chảy. • Để tránh đánh lửa, đòi hỏi máy phải có cơ cấu tắt và bật dòng điện thuận tiện trong khi Prod tiếp xúc với vật kiểm tra. • Đối với vật có chiều dày = 75mm, giá trị tương ứng là 100125A
Từ hoá bằng nam châm chữ U (Yoke): Cuộn dây Vết nứt a) b) nằm ngang Từ thông Vùng tạo từ • Dòng điện dùng tạo từ trường có thể là dòng xoay chiều hoặc 1 chiều. • Các nam châm chữ U thường gồm các khớp nối có thể điều chỉnh độ mở phù hợp với các yêu cầu kiểm tra các đối tượng có hình dạng khác nhau. Ưu điểm của ph/pháp này so với dùng dòng điện trực tiếp hoặc prod là: + Không bị đánh lửa + Thiết bị nhẹ + Dễ sử dụng và rất linh hoạt • Để có thể kiểm tra các đối tượng có hình dạng phức tạp hoặc tăng khả năng tiếp xúc giữa các đầu Yoke và các vật kiểm tra, ta có thể
Phân bố của từ trường trong các vật dẫn • Từ trường bên trong và xung quanh vật dẫn biến đổi theo loại vật liệu và kích thước cũng như hình dạng của vật dẫn. • Để có thể lựa chọn phương pháp từ hoá thích hợp, điều quan trọng là phải biết phân bố và độ lớn của từ trường trong vật kiểm tra và xung quanh vật dẫn, đặc biệt là trong các phép kiểm tra đối với đường ống, mép bích hay các vành
a) Phân bố của từ trường trong b) Phân bố của từ trường trong c) Phân bố của từ trường trong và d) Phân bố của từ trường trong và và xung quanh dây dẫn phi sắt từ và xung quanh dây dẫn phi sắt xung quanh dây dẫn sắt từ đặc khi xung quanh dây dẫn sắt từ rỗng khi đặc khi có dòng điện một chiều chạy qua từ rỗng khi có dòng điện một có dòng điện một chiều chạy qua có dòng điện một chiều chạy qua chiều chạy qua e) Phân bố của từ trường trong và f) Phân bố của từ trường trong và g) Phân bố của từ trường trong vầ xung quanh ống xung quanh ống sắt từ đặc khi có xung quanh ống phi sắt từ đặc khi sắt từ khi dòng điện xoay chiều chạy qua thanh dẫn dòng điện một chiều chạy qua thanh có dòng điện một chiều chạy qua luồn trong ống dẫn luồn trong ống thanh dẫn luồn trong ống
Các thông số cần quan tâm khi lựa chọn phương pháp từ hoá: • Loại hợp kim, hình dạng và trạng thái của đối tượng kiểm tra • Loại dòng điện kiểm tra • Hướng của từ trường • Các bước thực hiện • Trị số của từ thông • Công suất làm việc • Loại khuyết tật cần phát hiện.
ảnh hưởng của tính chất vật liệu • Thành phần hợp kim, quá trình xử lý nhiệt và các điều kiện xử lý khác quyết định độ từ thẩm của vật. Cần phải quan tâm đến các đặc trưng này khi chọn các bước kiểm tra, độ lớn của mật độ từ thông hay cường độ từ trường. Các thông số này quyết định đến phương pháp từ hoá. • Kích thước và hình dáng của vật quyết định phương pháp từ hoá với các thiết bị sẵn có. • Điều kiện bề mặt của đối tượng ảnh hưởng đến sự lựa chọn loại bột từ và phương pháp từ hoá. Các lớp phủ bề mặt như lớp sơn, vecni là các chất dẫn nhiệt kém và ảnh hưởng đến phép kiểm tra, vì hầu như rất khó cho dòng điện chạy qua các lớp đó. Chiều dày của lớp phủ, lớp mạ cũng là mối quan tâm khi tiến hành kiểm tra.
ảnh hưởng của loại dòng điện dùng để từ hoá • Nhiều loại dòng điện có thể dùng để từ hoá như dòng điện xoay chiều, dòng điện một chiều, dòng điện chỉnh lưu một nửa, dòng điện chỉnh lưu toàn phần , dòng điện 3 pha. • Dòng điện một chiều nhận từ acquy đã từng được coi là nguồn điện tốt nhất cho từ hoá vì dòng một chiều có khả năng xuyên sâu vào vật liệu hơn dòng xoay chiều. Nhưng vì sự hạn chế lớn của acquy là dòng và thời gian sử dụng hạn chế cùng với nhiều rắc rối và tốn kém trong quá trình bảo dưỡng, nên phương pháp dùng dòng điện một chiều ngày nay ít được dùng và chỉ được sử dụng trong một số ứng dụng đặc biệt.