Transcript H - FSI Forum

Magnetická metoda prášková
1
2
METODA ROZPTYLOVÝCH POLÍ
Metoda je založena na skutečnosti, že ve
zmagnetovaném feromagnetickém materiálu se v
místě necelistvosti (nebo náhlé změny magnetických
vlastností) zvýší magnetický odpor, který způsobí
deformaci magnetického pole označovanou jako
rozptyl
Rozptylem se rozumí ta část magnetického
toku, která probíhá mimo předpokládanou dráhu, např.
u povrchové vady vystoupí z magnetovaného
předmětu nad jeho povrch do vzduchu, vlivem
magnetické vodivosti vzduchu vadu překlene a za
vadou se opět šíří předmětem dále. Tohoto jevu se pak
využívá ke zjištění vady
Rozptylový tok vytváří nad necelistvostí
soustavu polokružnic, představujících indukční linie
magnetického toku, které vystupují z feromagnetika do
vzduchu
Tvar rozptylového toku
nad necelistvostí
3
Vliv necelistvosti na vznik rozptylového pole
Rozptyl magnetického pole závisí především na velikosti, tvaru a poloze necelistvostí
ve zkoušeném předmětu (a na hodnotě magnetické indukce, na níž je předmět
zmagnetován).
Největšího rozptylu magnetického pole se dosáhne, komunikuje-li necelistvost s
povrchem (a). Rozptyl rychle klesá, roste-li vzdálenost necelistvosti od povrchu předmětu (b,d).
Necelistvost se projeví zřetelněji tehdy, jestliže její poloha je kolmo ke směru
magnetického pole šířícího se předmětem(a,b).
V opačném případě, splývá-li směr necelistvosti se směrem pole, rozptylové pole
nevzniká a necelistvost zůstane nezjištěna (c).
4
5
ZÁKLADNÍ VELIČINY MAGNETICKÉHO POLE
Intenzita magnetického pole H [A∙m-1] (ampér na 1m délky vodiče)
Charakterizuje magnetické pole ve vazbě k proudu, který toto pole vytváří.
Intenzita magnetického pole roste kolem přímého vodiče, čím větší je síla proudu I a
menší je odstup od středu vodiče r
H 
I
2r
nekonečně dlouhý přímý vodič:
H je intenzita magnetického
pole ve vzdálenosti r od vodiče,
I je elektrický proud protékající vodičem [A],
r je kolmá vzdálenost místa s intenzitou H
od osy vodiče [m].
6
MAGNETICKÁ INDUKCE B [ T ]
(tesla)
je vektorová veličina charakterizující magnetické pole.
1.
Udává počet indukčních čar na jednotku kolmé plochy.
2.
Projevuje se silovými účinky na vodiče, protékané proudy a indukováním napětí při
své změně.
Magnetická indukce B charakterizuje magnetický stav látek, které se nacházejí v magnetickém
poli s intenzitou magnetického pole H.
Obě veličiny jsou vázány vztahem:
B = μH
kde μ je permeabilita látek (prostředí).
B

 H
o
Železo má velkou schopnost koncentrovat siločáry ve svém vnitřku. Je tedy pro siločáry tzv.
prostupné, jako vzduch. Poměrné číslo pro vyšší prostupnost v porovnání se vzduchem se nazývá jeho
poměrnou (relativní) permeabilitou (z lat.= prostupnost).
Ve vakuu je magnetická indukce rovna:
Bo  o  H
kde μo= 4π.10-7 [H.m-1] (Henry na 1m) je permeabilita vakua – magnetická konstanta.
7
V ostatních látkách se magnetický stav vyjadřuje poměrnou (relativní) permeabilitou
prostředí (r) , udávající poměr magnetické indukce v magnetované látce (B) a magnetické
indukce ve vakuu (Bo). Permeabilita je mírou magnetické vodivosti látky a udává, kolikrát je
magnetický tok jejím jednotkovým průřezem větší než původní pole:
magnetická indukce v magnetované látce
B
Bo
 r
poměrná (relativní) permeabilita
magnetická indukce ve vakuu
kde součin
r o  abs
je absolutní permeabilita
Absolutní permeabilita abs je poměr indukce B k intenzitě pole H v měřeném místě

abs

B
H
[H·m-1]. (V cívce bez železa, přesněji vzato ve vakuu je abs =
o).
B  r o H
8
Válcová vzduchová jednovrstvá cívka – magnetické pole selenoidu
pro střed cívky ( x = 0 ) platí:
Ho 
NI
cos 
cos 
l
2
d l
l
2
pro cívku s velkou délkou ( solenoid kde l >> d ) platí:
H 
NI
l
9
MAGNETICKÝ TOK F [ Wb ] (weber)
představuje celkovou mohutnost magnetického pole. Je dán součtem
elementárních toků v celém průřezu S, kterým magnetický tok prochází. Pro těleso
homogenně magnetované bude v průřezu S kolmém ke směru magnetické indukce B
magnetický tok:
Φ  B S
10
MAGNETICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK
Podle toho, jak se látky chovají v magnetickém poli, je dělíme na látky :
1.
diamagnetické
mají poměrnou permeabilitu r < 1 (o málo menší než 1). Vloží-li se taková
látka do magnetického pole vzniká v ní magnetické pole působící proti
původnímu poli, v diamagnetické látce se původní pole zeslabí.
K těmto látkám patří např. měd, rtuť, zinek, vizmut, voda.
2.
paramagnetické
mají poměrnou permeabilitu r > 1 (o málo větši než 1). Vloží-li se taková látka
do magnetického pole, vzniká v ní magnetické pole působící ve stejném směru
jako původní pole. V paramagnetické látce se původní pole nepatrně zesílí.
K paramagnetickým látkám patři např.: platina, hliník, hořčík, draslík,
mangan apod.
11
Poněvadž se poměrná permeabilita diamagnetických a paramagnetických látek liší
velmi málo od jedničky, pokládáme ji při výpočtech v běžné technické praxi za rovno jedničce
(r = 1), tj. i pro tyto látky platí vztah:
B  o  H
feromagnetické, mají poměrnou permeabilitu r >> 1 (až 106 krát větší),
U těchto látek závisí poměrná permeabilita r na intenzitě magnetického pole H, teplotě a
předchozím magnetickém stavu. V těchto látkách se původní pole velmi zesiluje a to nám
umožňuje dosáhnout velkých magnetických toků.
K feromagnetickým látkám se řadí železo, nikl, kobalt a jejich slitiny.
ferimagnetické (ferity) - keramické materiály vytvořené ze sloučenin oxidů železa a
některých jiných kovů, značně zesilují magnetické pole
12
PODSTATA FEROMAGNETISMU
Kvantová fyzika vysvětluje podstatu magnetismu existencí
magnetických momentů atomů, z nichž je látka složena. Tyto
magnetické momenty jsou důsledkem atomárních proudů
vyvolaných pohybem elektronů po kvantových drahách kolem jádra
atomu, tj. tzv. pohybu orbitálního a dále rotací elektronů kolem
vlastní osy, tj. spinu.
Elektrony jsou však v atomu uspořádány tak, že jejich magnetické účinky působí proti
sobě a úplně se kompenzují u látky diamagnetické nebo částečně se kompenzují u látky
paramagnetické.
Feromagnetický stav látky je vysvětlován souběžnou orientací spinových momentů. To
znamená, že účinek spinu není kompenzován stejným počtem elektronů obráceného spinu.
13
Feromagnetismus existuje pouze u tuhých látek s
krystalickou strukturou. Moderní výklad teorie feromagnetismu
ukázal, že feromagnetismus není vlastností pouhého atomu, ale,
že se jedná o vlastnost komplexní, celých oblastí, které se
označují jako domény. Tyto domény obsahují 1012 až 1015 atomů
se stejnou orientací elementárních magnetů. Domény jsou
vzájemně odděleny zřetelným rozhraním, které tvoří tzv. Blochovy
stěny. Jednotlivé domény feromagnetických látek představují
elementární magnety.
V nezmagnetovaném stavu jsou magnetická pole domén nahodile orientována
a jejich účinek se navenek ruší. Při magnetování dochází k postupnému uspořádání
magnetických účinků domén do směru vnějšího pole, tím si vysvětlujeme velké
zmagnetování.
14
Chování feromagnetické látky v magnetickém poli
Proces magnetování popisuje
křivka, která představuje závislost B = f (H).
magnetizační
pro vzduch
je závislost Bo = oH přímka vycházející z počátku
u feromagnetických látek
při zvětšování intenzity H stoupá magnetizační křivka rychle
až k bodu P1, kde se ohýbá a s dalším zvyšováním intenzity
H indukce B narůstá již pomalu
V bodě P3 přechází v přímku rovnoběžnou s magnetizační
přímkou pro vzduch. Bod, kde se v nasycení magnetizační
křivka vyrovnává do přímky, záleží na materiálu a pohybuje
se u ocelí většinou mezi 0,6 až 1,5 T
Za bodem P3 je látka magneticky nasycena (všechny její
elementární magnety jsou již zorientovány a natočeny do
směru vnějšího magnetického pole)
Magnetizační křivka
feromagnetických látek.
15
MAGNETICKÁ HYSTEREZE
Je charakteristickým jevem chování feromagnetik v magnetickém poli. U téměř všech
technických materiálů se magnetizace nevrací zpět k nule, přestane-li vnější pole působit. V
diagramu je vidět, že magnetizace se nevrací po původní křivce magnetizace, ale končí na
ose hustoty toku B H = 0 v bodě B = Br .
Křivka prvotní magnetizace tedy platí jen pro materiál bez magnetické minulosti, a označuje
se také jako křivka panenská. Magnetická hystereze je způsobena poruchami krystalové
mřížky a graficky se vyjadřuje hysterezní smyčkou
kde
Bs je indukce nasycení
Br je remanentní indukce
Hc je koercitivní síla (síla zabraňující změnám
magnetizace materiálů)
U ideální krystalové mřížky by magnetizační děje probíhaly bez hystereze.
16
MAGNETICKÁ HYSTEREZE
Stálým přepólováním a současným
zvyšováním a snižováním proudu (případně
magnetováním střídavým proudem) lze trvale
„putovat" po magnetizační křivce. Vnitřní
magnetizace (účinek) zaostává (zpožďuje se) za
vnějším polem (příčina), proto se křivka také
označuje cizím slovem jako křivka hysterezní
(opožďující se). Tvar křivky závisí na magnetických
vlastnostech materiálu.
17
Rozlišení feromagnetických materiálů podle tvaru hysterezní smyčky
magneticky měkké - (s úzkou hysterezní smyčkou), mají malou koercitivní sílu Hc,
nasytí se při středních hodnotách H.
Jsou to např. měkké železo, slitiny Fe-Ni, křemíková ocel, permalloy apod.
Těchto materiálů se používá pro konstrukci magnetických obvodů, které jsou v
provozu střídavě magnetizovány (transformátory, tlumivky apod.), protože mají
malé hysterezní ztráty. Po zániku vnějšího magnetického pole se samy
odmagnetují.
magneticky tvrdé - (se širokou hysterezní smyčkou), mají velkou koercitivní silou Hc,
nasytí se až při velkých hodnotách H.
Jsou to např. uhlíková, wolframová, chromová a kobaltová ocel, slitiny typu
AINiCo apod. Potřebují vysoké hodnoty intenzity magnetického pole H k dosaženi
nasyceného stavu.
Každý feromagnetický materiál vykazuje feromagnetické
vlastnosti jenom do určité teploty (Curierovy teploty), která
je charakteristická pro daný typ látky.
(např. pro Fe ≈ 780oC).
18
PŘEHLED ZPŮSOBŮ MAGNETOVÁNÍ
pólové – jhem
– cívkou
proudové – průchodem proudu
– pomocným proudovodičem
– indukcí proudu v předmětu
impulsní – proudové
– pólové
kombinované – současně proudově i pólově
19
STŘÍDAVÁ A STEJNOSMĚRNÁ MAGNETIZACE
Používá-li se k magnetování stejnosměrný proud,
pak se neopouští pravá horní čtvrtina souřadnicového
systému magnetizační křivky. To v principu platí i pro
usměrněný střídavý proud. V obou těchto případech
mluvíme o stejnosměrné magnetizaci.
Magnetizace střídavým proudem znamená, že se musí
brát v úvahu neustálé ztráty energie přemagnetováním
zkoušeného předmětu. Ztráty lze např. pozorovat tak, že
se předmět při delší magnetizaci zahřívá.
Při magnetizaci stejnosměrným proudem
se potřebné intenzity proudu dají relativně snadno a
spolehlivě předem vypočítat.
Stejnosměrná magnetizace principiálně umožňuje obsáhnout i podpovrchové objemové
vady (až do cca 5 - 10 mm). Magnetizace střídavým polem reaguje jen na povrchové vady, nebo
mírně podpovrchové vady (do asi 2 mm). Zatímco stejnosměrná magnetizace reaguje na změnu
průřezu, indikuje magnetizace střídavým proudem „narušení" povrchové vrstvy, kterou pole
prochází. Střídavá pole se lépe přizpůsobí komplikované geometrii zkoušeného předmětu, aniž by
vyvolávala geometrické indikace.
20
PÓLOVÁ (PODÉLNÁ) MAGNETIZACE jhem
Uskutečňuje se pomocí trvalých magnetů, nebo magnetizačními cívkami. Elektromagnety a
magnetizační cívky mohou být napájeny ze stejno-směrných, střídavých nebo impulsních
zdrojů.
Pod pojem pólové magnetováni zahrnujeme všechny způsoby magnetování, při nichž se
na koncích nebo alespoň na části zkoušeného předmětu vytvářejí magnetické póly a to buď
trvale nebo jen na určitou dobu.
Při tomto způsobu magnetizace lze ve zkoušeném předmětu indikovat příčné vady,
případně vady s převážně příčnou složkou.
Pólová magnetizace
trvalým magnetem
Pólová magnetizace
magnetizační cívkou
21
Ruční elektromagnety – jha
sestávají z jádra ve tvaru U, na němž jsou navinuty jedna nebo dvě cívky napájené
přes vestavěný ruční spínač obvykle přímo ze sítě tj. 230 V/50 Hz nebo přes oddělovací
transformátor (snižuje napětí na 42 V - jha s oddělovacím transformátorem se používají v
prostorách se zvýšeným rizikem úrazu elektrickým proudem, např. uvnitř tlakových nádob).
Stejnosměrný proud je používán výjimečně, protože pak se jhem nedosáhne větší
hloubka vniku.
Hlavní oblast použití ručních magnetů je zkoušení svarových spojů; jhy se rovněž
zkouší velké výkovky nebo odlitky a rovněž tehdy, kdy se chceme vyhnout opalům v místě
přívodu proudu kontaktními elektrodami.
Zkoušení magnetickým práškem s ručními magnety se provádí po úsecích.
Velikost úseku, který lze pokrýt jednou magnetizací závisí mimo jiné na: kvalitě jha (induktivitě
cívky) a intenzitě proudu, vzdálenosti pólů jha, kvalitě styku (přiložení) jha se zkoušeným
předmětem.
22
PÓLOVÁ (PODÉLNÁ) MAGNETIZACE cívkou
Zkoušený předmět (nebo jeho část) je obklopen magnetovací cívkou. Cívka je napájena
stejnosměrným, střídavým nebo impulsním proudem a vytváří homogenní magnetické pole se
dvěma póly. Předmět je magnetován podélně, tzn. zjišťují se příčné necelistvosti.
předmět
Výhodou je, že při magnetování nevznikají opaly a předmět se nadměrně neohřívá.
Nevýhodou je, že rozptylové pole cívky v určité vzdálenosti od ní zhoršuje tvorbu indikací vad.
Spolehlivé zkoušení je proto omezeno na oblast uvnitř cívky a na úseky přibližně do 150 mm
od obou konců cívky.
Při magnetování pohybující se cívkou musí být detekční suspenze nanášena vždy před cívkou,
nikoliv za ní. Rychlost pohybu předmětu cívkou nemá přesahovat 20 cm.s-1.
Cívkové magnetování je často používaným způsobem u stacionárních přístrojů, ale má výhody i u
přenosných proudových zdrojů, kde se při ručním zkoušení využívají většinou cívky navíjené na
předmět přímo z proudových kabelů zdroje.
23
PROUDOVÁ MAGNETIZACE
Magnetování průchodem proudu je druh cirkulárního
magnetování. Zkoušeným předmětem nebo jeho části prochází
elektrický proud přiváděný přiloženými elektrodami. Předmět je
proudem příčně magnetován, takže jsou zjišťovány podélné
necelistvosti. Proud může být stejnosměrný, střídavý nebo impulsní.
Jeho intenzita se pohybuje od několika stovek do několika tisíc A,
napětí je obvykle od 4 do 15 V.
Magnetování pomocným vodičem je cirkulární
magnetování prstencových a trubkových součástí nebo součástí
s dírou (např. různá závěsná oka, díry pro šrouby apod.).
Pomocným vodičem může být buď tyč, nebo kabel z vodivého
neferomagnetického materiálu (Cu, Al, Ms). Proud múže být
stejnosměrný, střídavý nebo impulsní značných intenzit.
Pomocný vodič se umísťuje pokud možno v ose zkoušeného
otvoru.
Předmět se magnetuje přičně, takže jsou zjistitelné podélné necelistvosti jak na vnějším,
tak i na vnitřním povrchu. Lze detekovat i radiální necelistvosti v okolí dutin (např. na čele
trubky). Magnetování pomocným vodičem se používá při ručním zkoušení přenosnými zdroji a
hlavně ve stacionárních přístrojích, především automatizovaných.
24
PROUDOVÁ MAGNETIZACE
Indukcí proudu ve zkoušeném tělese patří do cirkulárního magnetování. Předmět je
navlečen na pomocném vodiči z feromagnetického materiálu upnutém ve jhu buzeným střídavým
proudem (předmět v podstatě vytváří sekundární závit nakrátko transformátoru).
Střídavým polem jha je indukován v předmětu
proud, který vytváří druhotné magnetické pole, takže
prstencovitý nebo trubkový předmět je cirkulárně
magnetován. Jsou zjistitelné obvodové necelistvosti
(příčné) jak na vnějším a vnitřním povrchu tělesa, tak
na čelních plochách.
Výhodou je, že předmět je magnetován bezdotykově, takže nemohou vzniknout ani
opaly, ani nadměrný ohřev. Nevýhodou je nutnost použití jha se střídavým magnetováním
(způsob se téměř nepoužívá při ručním zkoušení), uplatňuje se však u stacionárních přístrojů,
zejména automatizovaných. Široké využití má především při hromadné kontrole kvality leteckých
součástí prstencovitých tvarů.
25
IMPULSNÍ MAGNETOVÁNÍ
Impulsní magnetování je zvláštní magnetovaci způsob vhodný
pro zkoušení výrobků s dostatečným zbytkovým magnetickým polem.
Materiál těchto výrobků musí mít koercitivní sílu Hc = 1 až 2,5 kA.m-1
a remanenci nejméně Br = 0,9 T.
Pří tomto způsobu se magnetické pole v předmětu vytváří buď
proudovým impulsem, nebo se předmět vkládá do cívky buzené
proudovými impulsy intenzity až 10 000 A.
Doba trvání impulsu je od 0,1 do 0,001 s. Za tak krátkou dobu
se nestačí vytvořit opaly, takže je možno zkoušet i výrobky opracované
na čisto. To je velkou výhodou impulsního magnetování.
U předmětů, jejichž poměr délka:šířce je menší
než 3:1, jsou zjistitelné jak podélné tak příčné necelistvosti.
U delších předmětů jsou detekovány jen vady jednoho
směru.
Impulsní magnetování je používáno zejména u
drobnějších součástí s vhodnými magnetickými vlastnostmi,
a to jak při ručním zkoušení v hromadné výrobě, tak
zejména při automatizované kontrole.
26
KOMBINOVANÉ MAGNETOVÁNÍ
je postup, kterým je možno zjistit necelistvosti libovolné orientace
jediným pracovním pochodem. K tomu účelu musí být použito současně
magnetizace podélné i příčné tak, aby jimi vyvolaná magnetická pole byla
vzájemně kolmá a časový průběh polí byl rozdílný. V předmětu vznikne
výsledné pole, jehož směr se periodicky mění.
Kombinovaná magnetizace
pomocným vodičem a průchodem
proudu v předmětu
Kombinovaná magnetizace pomocným
vodičem a indukcí proudu v předmětu
27
PŘÍSTROJOVÁ TECHNIKA
Ruční elektromagnety
Ruční elektromagnet TS 230 S
standardní provedení 230V/50 Hz
Ruční elektromagnet TS 230
provedení mini 230V/50 Hz
28
PŘÍSTROJOVÁ TECHNIKA
Stacionární magnetizátory
Zařízení na zjišťování trhlin magnetizační
práškovou metodou (Tiede)
Zjišťování trhlin magnetickou metodou
Magnetizér DELTAFLUX Série DH
29
PŘÍSTROJOVÁ TECHNIKA
Sedimentační baňka
Sedimentační baňka se používá k určování podílu pevných částic v suspenzi
nebo na kontrolu znečištění suspenze fluorescenčních a barevných prášků.
Technické parametry:
objem:
materiál:
stupnice:
stojan
100 ml
laboratorní sklo
do 1.5 ml dělení po 0.1 ml,
od 1.5 do 10 ml dělení po 0.5 ml
30
PŘÍSTROJOVÁ TECHNIKA
UV lampy
UV lampa typ B – 100 AP
Bodově fokusovaná
S tepelnou ochranou proti přehřátí
Intenzita UV světla 8 900ěW/cm2
ve vzdálenosti 250 mm
100 W, značka CE
Hmotnost celková 4,2 kg
Hmotnost samotné lampy 1,6 kg
UV lampa typ B – 100 A
Bodově fokusovaná
Bez tepelné ochrany
Intenzita UV světla 8 900ěW/cm2
ve vzdálenosti 250 mm
100 W, značka CE
Hmotnost celková 3,4 kg
Hmotnost samotné lampy 1,2 kg
31
PŘÍSTROJOVÁ TECHNIKA
Bertholdova měrka
Je jednoduchá pomůcka při zkoušení magnetickou práškovou metodou,
používá se k ověření: směru magnetizace, zjistitelnosti vad
Technické parametry:
Průměr: 20 mm
Výška: 5 mm
Váha: 24 g
32
PŘÍSTROJOVÁ TECHNIKA
Měrka Typ 1 podle EN ISO 9934–2
Měrka se používá k ověřování detekční suspenze při zkoušení magnetickou
práškovou metodou. Na obou stranách povrchu měrky je hustá síť trhlin. Měrka je
sama magnetická a má dostatečnou remanenci k vytvoření indikací trhlin.
33
DEMAGNETIZACE
Základy demagnetizace (odmagnetování)
Remanence je vítaná při výrobě permanentních magnetů, nebo chceme-li zkoušet
(s využitím remanence) ve zbytkovém poli.
Pro další používání zkoušeného předmětu může mít remanence rušivý
efekt, např. tím, že
při svařování vychyluje oblouk,
při mechanickém opracování přidržuje třísky,
ovlivňuje činnost elektrických přístrojů
Existuje-li
nebezpečí,
že
zbytkový
magnetismus ve zkoušeném předmětu bude
negativně ovlivňovat další operace, anebo zejména
jeho pozdější používání, musí být předmět po
magnetické práškové zkoušce odmagnetován
(demagnetizován).
Po magnetizaci střídavým polem postačí k odmagnetování většinou protažení
předmětu cívkou, nebo oddálení jha. Odmagnetování je v prvé řadě nezbytné po
stejnosměrné magnetizaci, musí se použít nízká frekvence střídavého proudu, aby se dosáhlo
velké hloubky vniku pole. Klesající intenzity pole se dosahuje pomalým oddalováním
zkoušeného předmětu z demagnetizační cívky, nebo postupným snižováním proudu v cívce.
34
Odmagnetovací tunely
35
DETEKČNÍ PROSTŘEDKY
V magnetických práškových metodách rozdělujeme detekční
prostředky z hlediska tvorby indikace a jejího hodnocení ve viditelném
nebo ultrafialovém světle na: prášky barevné a prášky fluorescenční
Vlastnosti magnetických prášků
Od dobrého magnetického prášku se požaduje snadná tvorba dobře
viditelných a ostře vykreslených indikací necelistvostí materiálu. Tato
tvorba je podmíněna následujícími vlastnostmi:
a) magnetické vlastnosti - prášek musí být z feromagnetického materiálu o
vysoké permeabilitě, co nejnižší koercitivní síle a musí být magneticky
stejnorodý.
b) optické vlastnosti
barva prášku - moderní magnetické prášky se vyrábějí pouze v
přirozených barvách, tj. černé, šedé, červené,
fluorescence prášku - intenzita fluorescence prášku se vyjadřuje
fluorescenčním koeficientem b [ cd/W ]; většina prášků fluoreskuje
žlutozeleně nebo modrozeleně, řidčeji též oranžově.
c) velikost práškových částic podmiňuje dobrou zjistitelnost zejména
jemných necelistvostí. Proto se zásadně používá pro suspenze prášků
jemného zrnění a pro suchý způsob prášků hrubšího zrnění.
36

37
d) chemické složení - výchozími materiály magnetických prášků jsou:
čisté železo (prášky šedé a černé barvy – podle druhu výroby s tvarem
zrn je buď nepravidelně kulovitým nebo mírně protáhlým),
karbonylové železo (prášky sytě černé se zrnem kulovitého tvaru),
oxidy železa: Fe2O3 – oxid železitý (červený), Fe3O4 – oxid železnatoželezitý (černý)
Magnetické vlastnosti prášků z čistého Fe popř. karbonylového železa jsou velmi
dobré a jsou vhodné jak pro suchý způsob nanášení tak i pro olejové suspenze.
Nejsou vhodné pro vodné suspenze, neboť zejména při nízkém obsahu antikorozních přísad
v suspenzi snadno korodují a tím se znehodnocují.
Prášky z oxidů Fe jsou vhodné pro všechny způsoby zkoušení. Jejich částice ve
vodných suspenzích korozi nepodléhají. Tvar jejich zrn bývá kulovitý až tyčinkovitý.
Magnetické vlastnosti mají nepatrně horší než prášky prvé skupiny. Vlastnosti magnetických
prášků ovlivňují výrazně rozeznatelnost vad a proto se kontrolují pomocí různých měrek.
38
Rozdělení magnetických prášků podle velikosti částic
Původní, dosud často používané rozdělení magnetických prášků, roz
lišovalo podle velikosti částic: suché prášky 40 až 400 m,
prášky do suspenzí 1až 40 m
Toto rozdělení však neposkytuje uživateli dostatečnou informaci o jakosti používaného prášku
z hlediska jeho jemnosti. V zahraničních normách se definuje velikost částic prášku dolním dd, středním - ds a horním průměrem částice - dh.
dd značí, že maximálně 10 % všech částic je menších než uváděná hodnota
dh značí, že maximálně 10 % všech částic je větších než uváděná hodnota
ds značí, že 50 % částic prášku se rovná nebo je větších než uváděná hodnota
Tímto způsobem je z hlediska velikosti částic magnetický prášek přesně definován. V praxi
však k rychlé a jednoduché klasifikaci většinou postačí jen hodnota ds.
Podle ní se moderní magnetické prášky barevné i fluorescenční pro mokrý způsob rozdělují do
tří skupin:
jemné prášky
ds = 3 až 8 m
střední prášky
ds = 8 až 16 m
hrubé prášky
ds = 16 až 32 m
39
VLASTNOSTI DETEKČNÍCH PROSTŘEDKŮ
Vlastnosti detekčních suspenzí jsou podmíněny vlastnostmi nosných kapalin, kterými mohou být
olej, petrolej nebo voda s přísadami.
Viskozita
Její hodnota výrazně ovlivňuje tvorbu indikace necelistvostí. Čím je vyšší, tím pomaleji jsou
částice v prášku dopravovány do míst s rozptylovými poli. Je udávána jako hodnota dynamické
viskozity v Pa•s (pascalsekunda) za určité teploty (obvykle 20°C). Vodné suspenze mají
viskozitu přibližně 1 mPa•s. Ta se přídavkem smáčedla a antikorozní přísady mění jen
nepodstatně. Olejové suspenze jsou viskóznější, přesto však jejich viskozita nemá překročit
hodnotu 6 mPa•s, neboť pak již dochází k nepříznivému ovlivnění tvorby indikací
Povrchové napětí
Je důležitou hodnotou u vodných suspenzí. Protože povrchové napětí vody je příliš vysoké
(přibližně 73 mN•m-1), snižuje se přísadou smáčedel na 25 až 35 mN•m-1. Čím je nižší
povrchové napětí, tím je lepší smáčivost povrchu.
40
VLASTNOSTI DETEKČNÍCH PROSTŘEDKŮ
Hodnota pH
Je hodnotou důležitou pro vodné suspenze. Ovlivňuje výrazně inhibitory
koroze, které jsou jako přísady přidávány do těchto suspenzí. Čím je
hodnota pH vyšší, tím lépe ochraňuje suspenze zkoušený předmět proti
korozi. Protože však příliš zásadité vodné suspenze by nepříznivě působily
na pokožku pracovníků, musí být hodnota pH vodných suspenzí 8 až 9,5.
Obsah prášku v suspenzi
se řídí směrnicemi výrobce, popř. podle zkušebního předpisu. Moderní
prášky se do suspenzí dávají v těchto poměrech:
barevné prášky - 5 až 10 g na 1 litr nosné kapaliny
fluorescenční prášky - 0,5 až 2 g na 1 litr nosné kapaliny
v žádném případě by však obsah prášku neměl překračovat 20 g na 1litr
Fluorescence nosné kapaliny
Nosná kapalina suspenze fluorescenčního prášku nesmí sama fluoreskovat
a nesmí potlačovat fluorescenci prášku
41
PROVOZNÍ TRVANLIVOST FLUORESCENČNÍHO PRÁŠKU
Fluorescenční koeficient b udává intenzitu fluorescence daného magnetic-kého prášku.
Je definován jako podíl jasu dané plochy L, pokryté fluorescenčním práškem a intenzity ozáření
černým světlem Ee
L
β=
Ee
[ cd•W -1 ]
Při použití fluorescenčního magnetického prášku v magnetovacích přístrojích s čerpadlovým
okruhem detekční kapaliny je třeba počítat s postupným snižováním hodnoty jeho
fluorescenčního koeficientu b. Je to způsobeno otěrem luminoforu z feromagnetických částic
následkem hydromechanického namáhání v čerpadle.
Odolnost proti tomuto otěru se nazývá provozní trvanlivost (stálost), vyjadřuje se faktorem
provozní trvanlivosti B, který udává hodnotu relativní fluorescence za dobu tb = 50 hodin a je
označn B50 .
Má-li fluorescenční prášek hodnotu provozní trvanlivosti vyjádřenou
např. B50 = 0,8 pak
činí ztráta jeho fluorescence po 50 h provozu v čerpadlovém okruhu 20 %.
42
ELEKTROINDUKTIVNÍ METODY
Jsou metody, které k indikaci rozptylového pole nad necelistvostmi používají snímací
cívky resp. sondy, ve kterých se působením vnějšího magnetického pole indikuje elektrické
napětí, které je možno měřit nebo registrovat.
Snímače rozptylových polí používané v těchto metodách jsou:
- snímací cívka
- feromagnetická sonda (Försterova)
- Hallova sonda
- magnetodioda
- magnetorezistor
Určitou nevýhodou těchto způsobů snímání rozptylových polí je, že k dosažení
reprodukovatelných výsledků je nutné, aby snímač byl veden v malé a konstantní vzdálenosti
nad povrchem zkoušeného tělesa. Intenzita rozptylového pole vyvolaného necelistvostí
materiálu, a tedy i citlivost metody se vzdáleností od povrchu prudce klesá. Proto v praxi někdy
tyto principy snímání narážejí na potíže vyplývající z nedodržení konstantní vzdálenosti mezi
povrchem tělesa a čidlem.
43
Snímací cívky
jsou snímače rozptylových polí s vhodně uspořádaným vinutím, v němž
změna magnetického toku indukuje elektrické napětí E úměrné (podle
indukčního zákona) počtu závitů cívky N a časové změně dt magnetického
toku dF ve vinutí:
E  N
dΦ
dt
Proto se snímací vinutí musí vůči zkoušenému tělesu pohybovat, protože
teprve průchodem místa, které je nositelem prostorové změny pole, dochází
i k jeho časové změně vůči vinutí. Snímací cívky se používají buď bez jádra
nebo s otevřeným jádrem. Pro některé účely (např. pro indikaci podélných
vad ve válcových tělesech) se používají rotační cívky .
44
Uspořádání snímacích cívek
Indukované napětí E ve snímací cívce je
úměrné rychlosti změny magnetického toku
E
iduk
 N
dΦ
dt
Číslice znamenají: 1 - snímací cívka,
2 - směr pohybu cívky
3 - zkoušený předmět
45
Principy snímání rozptylového pole
Uspořádání defektoskopického vícekanálového systému s podélným
magnetickým polem firmy Foerster.
Magnetizace se realizuje stejnosměrným proudem dvojicí cívek, mezi
nimiž je přibližně homogenní magnetické pole. Mezi cívkami je umístěno
senzorové pole navzájem přesahujících sond.
46
Principy snímání rozptylového pole
Uspořádání defektoskopického vícekanálového systém s příčným
magnetickým polem.
Magnetizační rotační hlava rotuje kolem přímočaře se pohybující trubky.
Senzorové pole ze dvou protilehlých segmentu je zavěšeno mezi póly
elektromagnetu. Rozlišení vady na povrchu a uvnitř trubky je stejné jako u
Transomatu.
47
Principy snímání rozptylového pole
Defektoskopické systémy firmy Foerster
umožňují s určitou nejistotou rozpoznávat
vady na vnějším a vady na vnitřním
povrchu trubky. Napěťový impuls nad
vadou na vnějším povrchu je vyšší a užší
a obsahuje vyšší frekvenční složky oproti
impulzu od vnitřní vady, který je širší a
nižší.
48
INDIKACE VAD






Magnetickou práškovou metodou lze odhalit všechny povrchové a blízko pod povrchem ležící
vady, které narušují magnetický tok uvnitř výrobku natolik, že na povrchu výrobku vzniknou
zjistitelná rozptylová pole.
Z povrchových vad jsou touto metodou zjistitelné nejsnáze vady plošného charakteru,
především trhliny a studené spoje, neboť vyvolávají nejvýraznější rozptylová pole. Výskyt
těchto polí je indikován výrazným nahromaděním magnetického prášku.
Obdobný je rovněž vzhled indikací řádkových vměstků u tvářených materiálů. Vady typu
přeložek a plen materiálu, vyúsťujících šikmo na povrch výrobku, dávají vzhledem k orientaci
vady méně výrazná rozptylová pole.
Zjistitelnost pórů je značně závislá na jejich vzájemném uspořádání a tvaru, takže jsou
obvykle zřetelně indikovány jen tehdy, pokud vytvářejí řádkové shluky.
Vady prostorového charakteru jako jsou bubliny, staženiny, struskové s pískové vměstky,
vytvářejí většinou méně výrazná rozptylová pole, jejich indikace nemívají dostatečně ostrou
kresbu a hůře se hodnotí.
Podpovrchové vady se zjišťují tím obtížněji, čím je jejich vzdálenost od povrchu větší. Se
vzdáleností od povrchu se zvětšuje i neostrost indikace a hodnocení takových difúzních
indikací bývá málo spolehlivé.
49
NEPRAVÉ INDIKACE
Magnetická rozptylová pole vznikají nejen v místech necelistvosti materiálu, ale často také
tam, kde se necelistvosti nevyskytují. Indikacím, které nemají příčinu svého vzniku v porušení
souvislosti materiálu, říkáme nepravé nebo falešné indikace. Příčinou vzniku nepravé indikace
mohou být:



náhlé změny magnetických vlastností povrchu zkoušeného předmětu. Např. kontakt s
ostrou hranou jiného zmagnetovaného předmětu (rýsovací jehla, šroubovák ap.). Tyto
nepravé indikace zmizí po odmagnetování výrobku. Jsou časté zejména u cementovaných
nebo kuličkováním zpevněných povrchů,
náhlé změny průřezu výrobku vedou ke zvýšeni hustoty magnetického toku, který vyvolá
nepravou indikaci. Odmagnetováním se tato nepravá indikace neodstraní,
změny struktury materiálu vyvolávají nepravé indikace, které jsou větši-nou široké s
neostrými okraji. Při stejném způsobu magnetování se tyto indikace objevují ve stejných
místech
50
NEPRAVÉ INDIKACE


vlákna materiálu, zejména u ocelí tvářených za studena. U těchto
nepravých indikací je nápadný shodný směr se směrem materiálových
vláken. Potlačení těchto nepravých indikací je někdy možné snížením
intenzity magnetování o 10 až 20 %. Pokud se indikace objeví i nadále, je
třeba jejich výskyt ověřit jinou nedestruktivní metodou (např. kapilární),
nadměrná intenzita magnetování předmětu vede ke vzniku četných
drobných indikací, orientovaných ve směru magnetických siločar pole.
Vznikají zejména v blízkosti pólů magnetovacího jha. Snížením intenzity
magnetování se většinou tyto nepravé indikace potlačí. Podobný úkaz
však může poskytnout i nadměrně vysoká koncentrace magnetického
prášku v suspenzi.
51
VÍŘIVÉ PROUDY
52
VÍŘIVÉ PROUDY
ÚVOD
Vířivé proudy tvoří druhou skupinu v metodách, které využívají ke
zjišťování vad materiálu a výrobků působení elektromagnetického pole.
Na rozdíl od metody magnetických rozptylových toků je metoda
vířivých proudů založena na zjišťování změn fyzikálních vlastností vzorku
pomocí magnetického střídavého pole.
Princip metody:
Ve vzorku, který má elektrickou vodivost g
permeabilitu 
a určité rozměry
se po jeho vložení do střídavého magnetického pole indukují vířivé proudy,
které svými magnetickými účinky působí zpětně na pole původní - budicí.
Vzniklá magnetická pole (od magnetizační cívky a od vířivých proudů
indukovaných ve vzorku) se vektorově skládají.
Výsledné pole závisí:
na kmitočtu magnetizačního proudu (f)
na elektrických a magnetických vlastnostech vzorku (g, r)
rozměrech vzorku
53
VÍŘIVÉ PROUDY
ÚVOD
Použití

u všech druhů elektricky vodivých materiálů (neferomagnetických i
feromagnetických)

možnost současného odděleného hodnocení dvou parametrů zkoušeného
tělesa (zpravidla výskyt necelistvostí a změna rozměrů) při jediném
kontrolním pochodu, (příznivá vlastnost)
Výhody

umožňuje sledovat vlastnosti zkoušeného tělesa, jejichž změny ovlivňují
elektrickou vodivost nebo průřez, resp. permeabilitu


je bezdotykovou metodou a dovoluje proto vysokou rychlost plynulého
zkoušení
výstupní informací je elektrický signál, který splňuje předpoklady pro
automatizaci kontroly
54
VÍŘIVÉ PROUDY
Vířivé proudy mohou být použity pro:
•
zjišťování trhlin
•
měření tloušťky materiálu
•
měření tloušťky nátěrů
•
měření vodivosti pro :
i.
materiálové identifikace
ii. detekce tepelného poškození
iii. stanovení hloubky pláště
iv. kontroly tepelného zpracování
Výhody vířivého proudu:
•
Citlivý na malé trhliny a další defekty
•
Odhalí povrchové a podpovrchové vady
•
Zkoumání dává okamžité výsledky
•
Vybavení je přenosné
•
Minimální potřebná příprava vzorků
•
Testovací sonda nepotřebuje vždy přímý kontakt se součástkou
•
Umožňuje vyšetření složitých tvarů a velikosti vodivých materiálů
Omezení metody vířivého proudu:
•
Mohou být vyšetřovány pouze vodivé materiály
•
Sonda musí mít dostatečný přístup k povrchu
•
Je nutná určitá zručnost a zaškolení, rozsáhlejší než ostatních technik
•
Konečná úprava povrchu a „hrbolatost“ může překážet
•
Potřeba nastavení pomocí etalonu
•
Hloubka penetrace je omezená
•
Nelze zjistit vady, které jsou orientovány v určitém směru
55
VÍŘIVÉ PROUDY
Princip metody vířivých proudů
lze jej vysvětlit na případu válcového tělesa z elektricky vodivého materiálu
vloženého do cívky napájené střídavým elektrickým proudem i1.
Její střídavé magnetické pole H1 indukuje v tělese elektrické napětí a protože
tento obvod představuje uzavřený proudovodič, vznikají ve válci cirkulární proudy i2
nazývané vířivé. Tyto proudy vytvářejí vlastní pole H2, které má opačnou fázi než pole
budící.
Vlivem pole vířivých proudů je budící pole H1 zeslabováno a vzniká výsledné
pole H, dané vektorovým složením obou dílčích polí (tzn. pole budícího vyvolaného
proudem v cívce H1 a pole vířivých proudů H2).
Budící a vířivé pole u materiálu s trhlinou
56
Nositeli informace o vlastnostech tělesa resp. jeho části jsou amplituda a fáze
výsledného pole H.
Vyhodnocení informace o vlastnostech tělesa se uskutečňuje:
1. buď přímo v cívce, která budí střídavé magnetické pole. Cívkový systém má jedno
vinutí a vyhodnocuje se změna impedance cívky Z (tj. její odpor, který klade
střídavému proudu) co do velikosti a fáze,
2. nebo pomocí cívky snímací, kdy cívkový systém má dvě vinutí (budící a snímací) a
měří se amplituda a fáze napětí na snímacím vinutí.
Trhlina snižuje elektrickou vodivost g materiálu zkoušeného tělesa, vířivé proudy
H2 trhlinu obtékají, jejich dráha se prodlužuje a snižuje se rovněž i hustota vířivých
proudů.
Tím se snižuje i intenzita zeslabení budícího H1, takže intenzita výsledného pole
H a s ní i indukované napětí na snímací cívce stoupne. Zvýšená amplituda napětí
svědčí o výskytu trhliny.
57
ROZLOŽENÍ PROUDOVÉ HUSTOTY V PRŮŘEZU VODIČE.
Skin efekt
(též povrchový efekt (skin angl. kůže) je způsoben
nerovnoměrným rozložením proudové hustoty v průřezu vodiče)
Podle Lenzova zákona působí indukované proudy
proti příčině svého vzniku, tj. potlačují střídavý magnetický tok.
Největší zeslabení toku nastane ve střední části
průřezu, která je obepínána všemi vlákny indukovaných
vířivých proudů iv. Zde je hustota toku, tj. magnetická indukce
B, nejmenší. Místa blíže k povrchu jsou obepínána menším
proudem, zeslabení toku je zde menší a indukce větší.
58
Vířivé proudy jsou uzavřené smyčky indukovaného proudu obíhající v rovinách
kolmých k magnetickému toku. Hustota vířivého proudu se snižuje exponenciálně s
hloubkou. Tento úkaz je známý jako povrchový jev.
Hloubka, do které vířivé proudy proniknou do materiálu je ovlivňována:
- frekvencí budicího proudu f
- elektrickou vodivostí g
- magnetickou permeabilitou vzorku r (u feromagnetických materiálů)
Pro případ materiálu rovinného povrchu s velkou tloušťkou při sinusovém
průběhu magnetické indukce a uvažujeme-li konstantní permeabilitu zkoušeného
materiálu, je hloubka vniku s (mm) :
s
2
  o   r  g

5  105
f  g  r
kde:
 = 2 f - kruhová frek. střídavého magnetického pole [rad.s-1]
o = 4.10-7 - permeabilita vakua [H.m-1]
r - relativní permeabilita [ - ]
g - měrná vodivost (dále vodivost) [S.m-1]
f - frekvence budícího proudu [Hz]
59
Při zkoušení metodou vířivých proudů vždy zkoušíme především povrchovou
vrstvu. Určení její hloubky, do které je zkoušení účinné je obtížné. Pro přibližnou
představu tedy slouží tzv. hloubka vniku vířivých proudů, tj. hloubka, ve které
poklesne hustota vířivých proudů na 37% hodnoty na povrchu.
Příklad:
Pro železo při kmitočtu f = 50 Hz
vodivosti g = 7,8.106 S.m-1
relativní permeabilitě r = 20
bude standardní hloubka vniku:
s
s Fe 
2
  o   r  g

5  105
f  g  r
2
 0,0057 m  5,7 mm
6
7
2π  50  7,8  10  4π  10  20
60
ZNÁZORNĚNÍ HLOUBKY VNIKU
Rozdělení hustoty vířivých proudů po průřezu zkoušeného materiálu je velmi
nerovnoměrné. V ose tyče je hustota vířivých proudů nulová, největší je na povrchu.
Při použití nízké frekvence je hustota vířivých proudů celkově nízká, avšak
proudy zasahují větší část průřezu.
U vysokých frekvencí je naopak hustota vířivých proudů vysoká, ale pouze v
poměrně tenké povrchové vrstvě.
V důsledku vzniku vířivých proudů je i rozdělení intenzity magnetického pole
po průřezu nerovnoměrné.
61
Při zkoušení materiálu na automatických linkách nemůže být frekvence příliš
nízká, zejména při zjišťování vad.
Vada by mohla projít cívkou dříve než se uskuteční celý kmit a mohla by zůstat
nezjištěna. Proto frekvence v kHz nemá být nižší než je rychlost pohybu v m/s.
Např. při rychlosti 2 m/s nemá být frekvence nižší než 2 kHz.
62
METODA S PRŮCHOZÍ CÍVKOU

Kontrolovaný materiál prochází měřící cívkou s dvojím vinutím – magnetizačním a
snímacím. Primární magnetizační vinutí je napájeno střídavým proudem o frekvenci
f vytváří střídavé magnetické pole H. Zpětným působením magnetického pole
vířivých proudů na pole původní vzniká magnetické pole výsledné, které indukuje
ve snímací cívce napětí Eind, jehož velikost je dána fyzikálními vlastnostmi
materiálu, geometrickým tvarem cívek a jejich vzájemnou vazbou a budící
frekvencí.

Matematický výpočet indukovaného napětí Eind vychází z teorie vířivých proudů a je
odvozen za určitých zjednodušujících předpokladů:



vodivost g a permeabilita r jsou fyzikálními konstantami materiálu,
délka cívky a délka kontrolovaného materiálu je uvažována jako neomezeně velká,
budící proud má sinusový průběh o kruhovém kmitočtu 
63
Kolísání velikosti signálu při excentrickém umístění zkoušeného kusu
64
Absolutní snímače mají jen jedno vinutí, z něhož se získává požadovaná kontrolní informace.
Při tom se může jednat pouze o jednu cívku, která plní funkci cívky napájecí i měřící. Informace o
defektech pak nese změna impedance této cívky. Citlivost absolutního zapojení je však malá.
Diferenciální zapojení má vždy dvě cívky, z jichž získáváme požadovanou kontrolní informaci.
Uspořádání cívek umožňuje vzájemné porovnání dvou blízkých lokalit kontrolované součásti. Výhodou
tohoto zapojení je, že se citlivě indikují pouze lokálně diferencované nehomogenity např. trhliny, které se
nachází vždy pouze pod jednou z diferencovaných cívek. Pozvolné změny podél celého objektu se
eliminují.
65
Hlavní oblastí aplikace metody s průchozí cívkou je zkoušení tyčového materiálu (tyče různého průřezu,
trubky, dráty).
Hlavní znaky zkušebního zařízení:
• Diferenciální cívky uspořádané za sebou
• Vysoký koeficient plnění cívek (při zkoušení tyčí z nekruhovým průřezem se užívají i
nekruhové cívky, např. čtvercové, obdélníkové)
• Vysoká zkušební rychlost, protože se snímač nedotýká zkoušeného předmětu
• Možnost zkoušení i za vysokých teplot pomocí speciálních chlazených snímačů
Nejlépe se zjišťují vady krátké, které během zkoušení nezasáhnou do obou cívek. Při zkoušení trubek
jsou velmi dobře indikovány drobné díry přes celou tloušťku stěny, takže je možno u trubek tímto zkoušením nahradit
zkoušku vnitřním přetlakem.
Indikace dlouhých vad je méně spolehlivá. Pokud vada zasáhne do obou diferenciálních cívek, signál
vady se alespoň částečně vyruší. Dlouhé vady bývají indikovány převážně na koncích, pokud nemají příliš pomalý
náběh.
66
METODA S PŘÍLOŽNOU CÍVKOU
Cívka napájená střídavým proudem se radiálně
přikládá k povrchu zkoušeného tělesa.
Magnetické pole od vířivých proudů zpětně
ovlivňuje vlastnosti příložné cívky a způsobuje změnu její
impedance.
Poměry ukazuje obr. vlevo, kde Hp je primární
budicí magnetické pole od magnetizačního proudu v cívce, Hs
je sekundární reakční magnetické pole od vířivých proudů iv,
indukovaných ve vzorku.
Zpětné působení vířivých proudů bude opět
souviset s elektrickými a magnetickými vlastnostmi zkoušeného
vzorku jako u metody průchozí cívky, dále bude značně záviset
na oddálení cívky od povrchu vzorku a na tloušťce měřeného
vzorku.
"Oddalovací efekt" Ize v některých případech využít, např. při
měření tloušťky nevodivé vrstvy na vodivém podkladu, jindy se
musí potlačovat, např. při kontrole trhlin nebo vodivosti.
67
METODA S PŘÍLOŽNOU CÍVKOU
U principu s průchozí cívkou obepínal cívkový systém kontrolované těleso a
údaj metody odpovídal průměrné hodnotě z povrchové vrstvy celého obvodu tělesa.
Naproti tomu u snímače typu příložné cívky je oblast jeho působení podstatně
omezenější, srovnatelná svými rozměry s rozměry cívkového snímače.
68
Poměry při zkoušení materiálu příložnou cívkou jsou velmi
složité. Významně se uplatňují zejména tyto vlivy:
Vliv tloušťky materiálu – uplatňuje s zejména při měření elektrické vodivosti.
Aby se neprojevil vliv tloušťky materiálu, je zapotřebí měřit na dostatečně
silných vzorcích, minimálně 1 – 3 mm podle druhu materiálu.
Vliv frekvence – metoda s přílož. cívkou je málo citlivá jednak při malých
frekvencích, ale i při frekvencích příliš velkých. Je nutno pozorně vybrat pro
každou úlohu nejlepší frekvenci.
Vliv mezery mezi cívkou a povrchem materiálu – vzdálenost od povrchu má
velmi značný vliv i při změnách několika mikrometrů. V určitých případech je
tak možno metodu využít pro měření tloušťky vrstev.
69
METODA S PŘÍLOŽNOU CÍVKOU
Síla vířivých proudů pod
cívkou sondy je indikována barvou.
Na spodním obrázku je vada
pod pravou stranou cívky a je vidět, že
vířivé proudy jsou zde slabší.
Cívka má zpravidla jediné
vinutí, takže na rozdíl od systému s
průchozími
cívkami,
kde
bylo
nositelem
informace
indukované
napětí se v tomto případě hodnotí
zpravidla změny impedance cívky ZL.
70
Zobrazení měřeného signálu
V případě metody s průchozími cívkami je sledovanou informací indukované napětí.
U metody s příložnou cívkou se zpravidla hodnotí změny impedance cívky ZL
71
METODY PRO ZJIŠŤOVÁNÍ
ZÁMĚN A STRUKTURNÍHO
STAVU MATERIÁLŮ
72
Přístroje pro kontrolu struktury a záměn materiálu
Kromě zjišťování povrchových vad lze elektromagnetických vlastností materiálu využít
i pro kontrolu některých dílčích, pro zpracovatelské účely důležitých charakteristik. Do tohoto
oboru spadá především kontrola:
- chemického složení feromagnetických i neferomagnetických kovů,
- výsledků jejich tepelného zpracování.
Metody používané pro uvedené účely jsou založeny na závislostech mezi strukturním
stavem kovových materiálů a jejich magnetickými resp. elektrickými vlastnostmi. Protože
nejčastěji zpracovávaným kovovým materiálem jsou feromagnetické oceli, zaměřuje se strukturní
kontrola zejména na tento druh materiálu. Oceli poskytují díky svým feromagnetickým
vlastnostem podstatně širší možnosti kontroly strukturního stavu než materiály neferomagnetické,
u nich lze pro tento účel využít pouze změn elektrická vodivosti.
73
MĚŘENÍ KOERCITIVNÍ SÍLY HC a MĚŘENÍ REMANENTNÍ INDUKCE Br
MĚŘENÍ KOERCITIVNÍ SÍLY HC
Měření koercivity je jedním z perspektivních principů kontroly tepelného
zpracování, neboť řada ocelí vykazuje monotonní závislost mezi tvrdostí a
koercivitou v použitelném rozsahu.
Klasický způsob měření však není jednoduchý, neboť vyžaduje
zmagnetování kontrolovaného výrobku do nasycení v jednom smyslu a poté zjištění
opačné intenzity pole, potřebné pro zrušení remanentní indukce.
Uvedený postup má spíše laboratorní charakter a je též laboratorně
používán. Jeho mechanizace, resp. automatizace je obtížná a v provozním měřítku
se zatím užívá pouze zřídka. Za určitých předpokladů je však možno nahradit
měření koercivity měřením remanentní indukce, jak je uvedeno dále.
74
MĚŘENÍ KOERCITIVNÍ SÍLY HC a MĚŘENÍ REMANENTNÍ INDUKCE Br
MĚŘENÍ REMANENTNÍ INDUKCE Br´
Měření
zdánlivé
remanentní
indukce je podstatně jednodušší než měření
koercitivní síly Hc , neboť stačí měřit pole v
okolí
předmětu,
který
byl
předtím
zmagnetován do nasycení. Postup lze
poměrně jednoduše mechanizovat nebo
automatizovat.
75
METODA POTENCIOMETRICKÁ (tloušťka materiálu)
Dalším možným použitím metody měření elektrického
potenciálu je stanovení tloušťky materiálu. Po ocejchování přístroje
pomocí měrky se známými tloušťkami stačí pro měření tloušťky přistup
jen z jednoho povrchu, což je zvlášť výhodné např. pro určení tloušťky
stěn trubek, nádrží, plechů a pod.
Praktické ověřeni měření tloušťky materiálu potvrdilo, že při
měření v rozsahu tlouštěk do 1 mm lze dosáhnout přesnosti 0,01 mm, v
rozsahu 1 až 3 mm přesnosti 0,1 mm.
76
METODA POTENCIOMETRICKÁ (kontaktní způsob)
Metoda je založena na měření
elektrického
potenciálu
vyvolaného
proudem na určité délce povrchové vrstvy
výrobku.
Do kontrolovaného výrobku se
přivádí ze stabilizovaného stejnosměrného
(nebo střídavého) zdroje proud kontaktními
elektrodami P1 a P2.
V jejich spojnici umístěnými dalšími
dvěma elektrodami N1, N2 se měří elektrický
potenciál U, který je vyvolán proudem I v
povrchové vrstvě materiálu na úseku lo
mezi elektrodami N1 a N2.
Podle Ohmova zákona má U hodnotu :
U  R I 
r lo
S
I
kde R je elektrický odpor materiálu
mezi elektrodami N1 a N2,
r je měrný odpor
lo je vzdálenost napěťových
elektrod,
I je protékající proud,
S je průřez materiálu protékaný proudem.
77
METODA POTENCIOMETRICKÁ (hloubka trhlin)
Vyhledání
trhliny
kontaktním
měřením vodivosti je sice zásadně možné,
ale velmi pracné. K vyhledání trhliny se
použíjí jiné metody (kapilární, prášková atd.)
a pomocí kontaktního měření vodivosti se
stanoví jen její hloubka.
Teoretické stanovení hloubky trhliny
je vzhledem k okrajovým podmínkám
obtížné a u střídavého napájení je navíc
nelineární
závislost
mezi
změřeným
napětím, hloubkou trhliny a frekvencí
proudu.
Výrobci zařízení dodávají pro
vyhodnocení hloubky trhliny kalibrační
měrku s umělou trhlinou a v paměti
uloženými parametry pro různé materiály,
popřípadě měrku z materiálu, který se
testuje.
Po kalibraci na měrce se nejprve přiloží sonda na povrch materiálu bez trhlin a poté se
zjišťuje hloubka trhliny z relativní změny změřeného napětí. Pro poměr délky trhliny vůči její
hloubce větší než 10:1 platí přibližný vztah:
U

U1
U2

 h   2  1
   2h
 U1  2
U1
U2

h
je
je
je
je
napětí měřené na povrchu bez trhliny,
napětí měřené na trhlině,
vzdálenost mezi elektrodami P1 a N1,
hloubka trhliny.
78
Aplikace
MĚŘENÍ TLOUŠŤKY VRSTEV
(využití efektu oddálení u příložné sondy)
Pro měření tloušťky vrstev se používá rozdílných fyzikálních vlastností vrstvy a podkladového
materiálu. Používají se dvě metody:
 Metoda magneticko-indukční – označení F (feromagnetikum). Pro měření nemagnetických vrstev na
feromagnetickém podkladu.
 Metoda vířivých proudů – označení N (non-feromagnetikum). Pro měření elektricky nevodivých vrstev
na elektricky vodivém podkladu.
Magneticko-indukční metoda
Metoda vířivých proudů
Měřící sonda obsahuje feromagnetické
jádro a budící vinutí napájené střídavým proudem o
nízké frekvenci. Sonda vytváří ve svém okolí
elektromagnetické pole.
Pokud se v blízkosti sondy nachází
feromagnetický materiál, pole sondy se zesiluje.
Toto zesílení je měřitelné druhou, snímací cívkou a
odpovídá vzdálenosti feromagnetika od sondy.
Sonda obsahuje cívku bez jádra napájenou
střídavým proudem o vysoké frekvenci. Sonda vytváří
elektromagnetické pole. Pokud je v blízkosti sondy
elektricky vodivý materiál, vznikají v něm vířivé proudy,
které vytváří elektromagnetické pole opačného směru.
Výsledné pole vzniká vektorovým součtem
obou polí. Změna pole je měřitelná a odpovídá
vzdálenosti el. vodivého materiálu od sondy.
79
Aplikace
MĚŘENÍ TLOUŠŤKY VRSTEV – měřící přístroje
80