Пристрій для магнітопорошкової візуалізації

Реферат: Пристрій для магнітопорошкової візуалізації містить постійні магніти, які сформовані у ідентичні модулі, котрі послідовно сполучені по магнітному потоку шарнірними з'єднаннями через штифти з можливістю повертання на 360°. При цьому крайні модулі оснащені елементами спряження з намагнічуваним об'єктом. UA 110623 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ МАГНІТОПОРОШКОВОЇ ВІЗУАЛІЗАЦІЇ UA 110623 U UA 110623 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до неруйнівного контролю виробів магнітним методом, а саме до пристроїв для магнітопорошкової візуалізації, і може бути застосована для визначення місцезнаходження дефектних зон конструкцій та деталей з феромагнітних матеріалів. Найбільшого поширення вона матиме при виявленні дефектів зварних з'єднань, які застосовуються у всіх галузях промисловості. При неможливості використання електромагнітів, коли підвід електроенергії утруднений або обмежений правилами техніки безпеки (при проведенні висотних робіт, при контролі важкодоступних об'єктів, при роботі в польових умовах, при контролі якості внутрішньої поверхні ємностей, при надто високій або надто низькій температурі навколишнього середовища тощо), виникає необхідність в наявності зручного в роботі намагнічувального пристрою, який дозволяє плавно змінювати відстань між полюсами на поверхні контрольованого виробу. У цих випадках найбільш прийнятними для контролю є намагнічувальні пристрої, які мають гнучкий магнітопровід. Гнучкі магнітопроводи здатні забезпечувати синхронне або роздільне (один полюс рухається, а інший стоїть) переміщення кожного з полюсів в різних напрямках і різних площинах, що є вкрай важливим при дефектоскопії деталей складної геометричної форми, як-то колінчастих валів, вигинів магістральних трубопроводів і т.п. Прикладом такого намагнічувального пристрою може бути пристрій, описаний в патенті РФ 9 на корисну модель № 87288 [МПК :H01F 13/00, G01N 27/84, опубл. 27.09.2008 р.]. До складу цього пристрою входять два зістиковані з постійними магнітами ідентичні полюсні наконечники з магнітного матеріалу та гнучка тросова перемичка (магнітопровід) для замикання магнітного потоку. Завдяки здатності магнітопроводу легко змінювати свою форму забезпечується можливість різноспрямованого переміщення магнітів по поверхні досліджуваних об'єктів. Але разом з тим саме гнучкі магнітопроводи провокують появу головного недоліку цього пристрою (як, до речі, і всіх намагнічувальних пристроїв цього типу) - суттєвої втрати магнітного потоку. Причиною цього є значний опір магнітопроводу, який в класичному виконанні, як правило, являє собою трос або ж гнучко з'єднані між собою окремі елементи з магнітопровідного матеріалу. У будь-якому випадку площа поперечного перерізу такого магнітопроводу є меншою площі поперечного перерізу магнітів (полюсів) і значна частина магнітного потоку, проходячи через магнітопровід на шляху від одного полюсу до іншого, просто "розтікається" в навколишньому середовищі, оминаючи дефектну зону. При цьому основна частина магнітного потоку зосереджується не в місці дефекту, а в районі полюсів. Подібний пристрій, магнітопровід якого вироблений із шарнірно з'єднаних стрижнів, 7 представлений в патенті РФ № 2171983 [ΜΠК : G01N 27/83, H01F 13/00, опубл. 10.08.2001 р.]. Стрижні магнітопроводу мають наскрізні отвори, через які проходить тяга (трос). По суті магнітопровід складається з окремих стрижнів, нанизаних на трос, який виконує роль фіксатора стрижнів і одночасно є їх віссю обертання навколо цього троса. Магнітний опір магнітопроводу у порівнянні з вищезгаданим є значно меншим, але і в цьому випадку має місце значне розсіювання магнітного потоку, що негативно впливає на результативність дефектоскопії об'єкта. За прототип корисної моделі прийнятий пристрій для магнітопорошкової візуалізації, що 8 містить постійні магніти [патент України на корисну модель № 679, ΜΠК : G01N 27/84, опубл. 16.10.2000 р., бюл. № 5]. Постійні магніти цього пристрою з'єднані декількома паралельними гнучкими магнітопроводами (тросами) з феромагнітного матеріалу. Не дивлячись на те, що пристрій оснащений додатковими магнітопроводами, він не забезпечує отримання значень тангенційної складової магнітного поля на рівні, необхідному для ефективного визначення і ідентифікації дефектів на всій робочій площині через значне розсіювання магнітного потоку в процесі дослідження. В основу корисної моделі поставлена задача створення універсального, недорогого, зручного в експлуатації та ефективного в роботі пристрою для магнітопорошкової візуалізації шляхом удосконалення його конструктивної побудови, зокрема, шляхом згрупування магнітів у ідентичні модулі, котрі послідовно та рухомо сполучені по магнітному потоку, оснащення їх елементами спряження та доповнення останніх конструктивними елементами для контрою виробів зі складним рельєфом, що дозволяє спрямовувати магнітний потік паралельно поверхні досліджуваного об'єкта, і тим самим досягти максимально можливого значення тангенційної складової індукції магнітного поля та його мінімальних втрат, створити практично беззазорну контактну зону, при якій забезпечується надійна магнітна провідність з поверхнями складної геометричної конфігурації, забезпечити можливість легкого відривання магнітного полюсу від поверхні об'єкту за рахунок протидії сил магнітного поля та підпружиненого штока, а також надати можливість будь-якого просторового позиціонування полюсів пристрою на досліджуваній 1 UA 110623 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 поверхні з урахуванням її конфігурації за рахунок зчленування модулів через допоміжні феромагнітні деталі. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої для магнітопорошкової візуалізації, що містить постійні магніти, згідно з корисною моделлю, постійні магніти сформовані у ідентичні модулі, котрі послідовно сполучені по магнітному потоку шарнірними з'єднаннями через штифти з можливістю повертання на 360°, при цьому крайні модулі оснащені елементами спряження з намагнічуваним об'єктом. На елементі спряження принаймні одного крайнього модуля може бути додатково закріплена платформа з рухомими елементами, вибраними з ряду: ролики, кульки. Крім того, елемент спряження принаймні одного крайнього модуля додатково може бути оснащений підпружиненим штоком, а в ряд послідовно сполучених модулів додатково можуть бути включені допоміжні проміжні феромагнітні деталі. Ознаки, які відрізняють запропоноване технічне рішення від відомих пристроїв подібного призначення, описаних у відомому рівні техніки (зокрема, в публікації, прийнятій за прототип), обумовлюють вказаний вище технічний результат, який досягається в процесі експлуатації даного пристрою. Технічне рішення пояснюють креслення, на яких зображено: - на фіг. 1 - окремий модуль пристрою; - на фіг. 2 - модуль з елементами спряження з намагнічуваним об'єктом; - на фіг. 3 - модуль з шарнірним з'єднанням, розвернутим на 90°; - на фіг. 4 - тримодульний пристрій, встановлений на криволінійній поверхні; - на фіг. 5 - модуль, елемент спряження якого оснащений платформою з рухомими елементами; - на фіг. 6 - пристрій з платформою в процесі пошуку дефектів на поверхні з позитивною кривизною; - на фіг. 7 - пристрій, елементи спряження крайніх модулів якого оснащені підпружиненими штоками; - на фіг. 8 - пристрій з трьома модулями і двома допоміжними проміжними феромагнітними деталями; - на фіг. 9 - схема розподілу ліній магнітного поля намагнічувального пристрою із гнучким магнітопроводом та вертикально розташованими полюсами (прототип); - на фіг. 10 - схема розподілу ліній магнітного поля намагнічувального пристрою, магнітні полюси якого розташовані паралельно контрольованій поверхні. Взятий за прототип намагнічувальний пристрій належить до пристроїв із гнучким магнітопроводом, і, як було зазначено вище, перевагою його є можливість маніпулювання полюсами у всіх напрямках, а недоліком - значні втрати магнітного потоку в магнітопроводі через опір, спричинений невеликим перерізом останнього. На фіг. 9 показана схема розподілення ліній магнітного потоку відомого пристрою із гнучким тросовим магнітопроводом. Магнітний потік Ф, створюваний магнітними полюсами, розподіляється на тангенційну Ф t і нормальну складову Фn, тобто Ф=Фt+Фn. При цьому нормальна складова через малий переріз троса перевищує тангенційну Фt>Фn, тобто робочу складову магнітного потоку. Як видно з фіг. 9, нормальна складова не потрапляє в зону розташування дефекту і практично не бере участі у його виявленні. Для порівняння на фіг. 10 наведена картина магнітних полів в металі і навколишньому середовищі від намагнічувального пристрою, магнітні шайби якого розташовані паралельно контрольованій поверхні. За такої конструкції відсутній фактор зменшеного перерізу магнітопроводу і обидві складові магнітного потоку досягають зони розташування дефекту. Теоретично втрати магнітного потоку можна було б усунути, забезпечивши однаковий переріз магнітопроводу і полюсів, котрі створюють магнітний потік. Але у цьому випадку магнітопровід з таким великим перерізом втратив би свою гнучкість, а, значить, і основну перевагу пристрою. У відомому пристрої магнітні полюси знаходяться у вертикальному положенні по відношенню до поверхні виробу і більша частина магнітного потоку скупчується навколо них, не досягаючи дефекту (як це зображено на фіг. 9). Виходячи з цього, очевидно, що оптимальна конструкція намагнічувального пристрою повинна бути такою, щоб магнітний потік мав би не вертикальне, а горизонтальне спрямування (тобто паралельно досліджуваній поверхні, як на фіг. 10), при якому і тангенціальна, і нормальна його складова повністю охоплювали дефектну зону, при цьому пристрій не втрачав би своєї гнучкості. Саме таку побудову має запропонований пристрій, магнітний потік якого направлений у горизонтальному напрямку, а сам пристрій має високий ступінь гнучкості завдяки тому, що його постійні магніти у вигляді окремих модулів сполучені шарнірами. Модулі являють собою стовпчики з магнітними шайбами. 2 UA 110623 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Шарнірне з'єднання забезпечує можливістю повертання модулів на 360°, що є вкрай важливим фактором при дефектоскопії криволінійних поверхонь, важкодоступних місць і кутових зварних з'єднань. А завдяки штифтам, на які власне і "одягаються" модулі, останні легко та швидко збираються докупи. На одному або на двох крайніх модулях може бути закріплена платформа, в нижній частині якої виконані пази, в яких встановлені рухомі елементи - ролики або кульки. Рухомі елементи в залежності від рельєфу досліджуваної поверхні піднімаються та опускаються в просторі, обмеженому стінками паза, що надає їм можливості щільного прилягання до феромагнітної поверхні, і тим самим підвищити інформативність кінцевого результату дослідження. У випадках дослідження поверхонь із різного виду шорсткостями та мікронерівностями використання такого пристрою є найбільш ефективним. Ще однією позитивною ознакою запропонованого модульного пристрою є те, що його можна легко, без особливих зусиль знімати (відривати) з намагніченої поверхні виробу. Зазвичай полюси намагнічувального пристрою, знаходячись на феромагнітній поверхні, притягуються до неї з такою силою, що відірвати їх по закінченні процесу дефектоскопії буває вкрай важко. Це суттєво ускладнює умови проведення контролю. Завдяки оснащенню одного або обох крайніх модулів підпружиненим штоком ця проблема легко усувається. Поясненням цього є те, що сила магнітного поля, яка утримує полюси, компенсується направленою у протилежному напрямку силою пружини, котра стискає шток. У цій ситуації результуюча сила, яка діє на полюси, є мінімальною і вони легко знімаються. Намагнічувальний пристрій, що пропонується, може забезпечити будь-яке просторове положення своїх модулів як за рахунок шарнірних з'єднань, так і за рахунок зчленування модулів через допоміжні проміжні феромагнітні деталі. Ці деталі можуть бути виконані у вигляді пластин або кутників. За їх допомогою при потребі можна вилучати один або декілька модулів, замінивши їх допоміжними деталями, і тим самим змінювати довжину ряду послідовно сполучених модулів або згинати його у потрібному напрямку. Запропонований пристрій для магнітопорошкової візуалізації містить постійні магніти, сформовані в окремі ідентичні модулі 1 (фіг. 1). Кожен модуль має елементи шарнірного з'єднання 2. Модулі послідовно сполучені по магнітному потоку шарнірними з'єднаннями через штифти 3 (фіг. 2). Крайні модулі пристрою оснащені елементами спряження 4 з намагнічуваним об'єктом (фіг. 2, 3). Фіг. 4 на прикладі пристрою з трьома модулями наглядно демонструє переваги запропонованого технічного рішення: гнучкість з'єднаних шарнірами модулів дозволяє легко встановлювати пристрій на будь-якій криволінійній поверхні. На фіг. 4 показаний окремий випадок - дослідження металевого зливка. На елементах спряження крайніх модулів може бути закріплена платформа 5 з рухомими елементами 6 - роликами або кульками (фіг. 5), завдяки яким платформа здатна переміщатися на 360° навколо іншого полюса. Ролики та кульки контактної сторони рухомої платформи, зверненої до виробу, охоплюють найменші нерівності контрольованої поверхні виробу. Таким пристроєм легко досліджувати різноманітні об'єкти з позитивною чи негативною кривизною, якто внутрішні або зовнішні стінки посудин, вироби циліндричної форми тощо (фіг. 6). Для полегшення знімання намагнічувального пристрою з досліджуваної поверхні елементи спряження крайніх модулів можуть бути оснащені штоками 7 з пружинами 8 (фіг. 7). При зчленуванні модулів через допоміжні проміжні феромагнітні деталі 9 (пластини або кутники), можна змінювати довжину ряду послідовно сполучених модулів або позиціонувати їх у потрібному просторовому положенні в залежності від конфігурації досліджуваного об'єкту. Так, на фіг. 8 зображена схема намагнічування деталі складної форми за допомогою пристрою з трьома модулями 1. Спряження модулів виконано за допомогою двох допоміжних проміжних деталей - пластин 9. За потребою цю конструкцію можна спростити, видаливши середній модуль і замінивши його, наприклад, кутником, або ж видалити два крайніх модулі, замінивши їх двома кутниками відповідного перерізу. Таким чином, застосовуючи допоміжні проміжні деталі 9 і дотримуючись вимог щодо намагнічувальних сил, можна зменшити кількість модулів і отримати при цьому той же ефект, що і при непорушенні їх кількості. Пристрій для магнітопорошкової візуалізації працює наступним чином: До початку пошуку він встановлюється на попередньо очищений та підготовлений до контролю виріб. Для виявлення дефектів на досліджувану поверхню наноситься індикатор - суспензія з магнітним порошком, котрий концентрується на краях дефектів - в зоні розміщення дефекту утворюється малюнок з порошку. В процесі індикації дефектів намагнічувальний пристрій переміщують у потрібному напрямку, в результаті чого ділянка виробу в межах контактування елементів 3 UA 110623 U 5 спряження 4 з поверхнею виробу намагнічується. Результатом дослідження є виявлення на поверхні виробу індикацій. Запропонованим намагнічувальним пристроєм можна виявляти практично всі поверхневі і підповерхневі дефекти, механічні пошкодження на деталях і виробах різної форми і розмірів, він є незамінним при монтажі, обстеженні та ремонті відповідальних об'єктів, внутрішніх поверхонь судин і ємностей. Перевагою цього пристрою є також можливість роботи в польових умовах та невеликі масогабаритні показники. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 1. Пристрій для магнітопорошкової візуалізації, що містить постійні магніти, який відрізняється тим, що постійні магніти сформовані у ідентичні модулі, котрі послідовно сполучені по магнітному потоку шарнірними з'єднаннями через штифти з можливістю повертання на 360°, при цьому крайні модулі оснащені елементами спряження з намагнічуваним об'єктом. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що на елементі спряження принаймні одного крайнього модуля додатково закріплена платформа з рухомими елементами, вибраними з ряду: ролики, кульки. 3. Пристрій за будь-яким з пп. 1, 2, який відрізняється тим, що елемент спряження принаймні одного крайнього модуля додатково оснащений підпружиненим штоком. 4. Пристрій за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що в ряд послідовно сполучених модулів додатково включені допоміжні проміжні феромагнітні деталі. 4 UA 110623 U 5 UA 110623 U 6 UA 110623 U 7 UA 110623 U 8 UA 110623 U 9 UA 110623 U 10 UA 110623 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11