zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2021-87-2-33-37zldm-1363Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLАнализ топографии магнитных полей рассеяния в ферромагнитных изделияхAnalysis of the topography of magnetic flux leakage in ferromagnetic productsНовослугинаА. П.NovosluginaA. P.

Россия, 620108, г. Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, д. 18

18, ul. S. Kovalevskoy, Yekaterinburg, 620108, Russia

novoslugina@imp.uran.ruСмородинскийЯ. Г.SmorodinskyYa. G.

Россия, 620108, г. Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, д. 18

Россия, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

18, ul. S. Kovalevskoy, Yekaterinburg, 620108, Russia

19, ul. Mira, Yekaterinburg, 620002, Russia

Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАНРоссияM. N. Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch of RASRussian FederationИнститут физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН; Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина,РоссияM. N. Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch of RAS; The First President of Russia B. N. Yeltsin Ural Federal University,Russian Federation2021160220218723337Copyright © Новослугина А.П., Смородинский Я.Г., 20212021Новослугина А.П., Смородинский Я.Г.Novoslugina A.P., Smorodinsky Y.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1363

Актуальная проблема неразрушающего контроля — измерение (или расчет) магнитных полей как внутри, так и снаружи ферромагнитных изделий. Определение параметров дефектов значительно усложняется тем, что исследуемые образцы могут быть изготовлены из различных марок стали. Кроме того, при расчете магнитных полей необходимо учитывать нелинейность зависимости намагниченности и магнитной проницаемости от магнитного поля. Вместе с тем компьютерное моделирование дает возможность исследовать магнитные поля вблизи дефектов различных форм, ориентаций и размеров. В данной работе представлены результаты анализа топографии магнитных полей дефектов, относящихся к трем классам: поверхностные дефекты (трещины), включения и дефекты типа продольного расслоения. Приведены отличительные признаки таких дефектов и алгоритм, с помощью которого и данных анализа магнитного поля рассеяния можно отнести дефект к тому или иному классу и подобрать в рамках этого класса подход для расчета его параметров. Предложена методика, основанная на нахождении экстремумов нормальной магнитной составляющей, для оценки направления наклона поверхностных дефектов и дефектов типа продольного расслоения в ферромагнитной пластине. Полученные результаты могут быть использованы при структурировании данных о полях дефектов различных классов и разработке на их основе программного обеспечения для измерительного оборудования (дефектоскопов и др.).

An urgent problem of non-destructive testing is measuring (or calculating) of the magnetic fields both inside and outside the ferromagnetic products. Determination of the parameters of defects is significantly complicated by the fact that ferromagnetic products can be made from different steel grades. Moreover, when calculating the magnetic fields of defects, it is necessary to take into account the nonlinear character of the dependence of the magnetization M and magnetic permeability μ on the magnetic field strength. At the same time, computer modeling provides an opportunity to study magnetic fields near the defects of different shape, orientation and size. We present the results of studying the topography of the magnetic fields of defects belonging to three classes: surface defects (cracks), inclusions, and extended subsurface defects. The distinguishing features of the defects and the algorithm providing assignment of the defect to a certain class using data of analysis of magnetic flux leakage with a subsequent choice of the appropriate approach to calculating the parameters of the defect are presented. A technique, based on determining the extrema of the normal component of magnetic fields is proposed to estimate the direction of inclination of the surface defects and extended subsurface defects (longitudinal delamination) in a ferromagnetic plate. The obtained results can be used for structuring data on the fields of defects of different classes and developing a software on their base for nondestructive measuring devices.

неразрушающий и магнитный контрольмагнитные поля рассеянияклассы дефектовориентация дефектаnon-destructive and magnetic testingmagnetic flux leakageclasses of defectsorientation of a defectReferencesФерстер Ф. Неразрушающий контроль методом магнитных полей рассеяния. Теоретические и экспериментальные основы выявления поверхностных дефектов конечной и бесконечной глубины / Дефектоскопия. 1982. № 11. С. 3 – 25.Förster F. Non-destructive testing by the method of magnetic leakage fields. Theoretical and experimental basis for detecting surface defects of finite and infinite depth / Defektoskopiya. 1982. N 11. P. 3 – 25 [in Russian].Пашагин А. И., Щербинин В. Е., Донской С. А. Исследование магнитных полей поверхностных дефектов при комбинированном намагничивании изделий / Дефектоскопия. 1983. № 2. С. 75 – 81.Pashagin A. I., Shcherbinin V. E., Donskoi S. A. Investigation of the magnetic fields of surface defects by combined magnetization of products / Defektoskopiya. 1983. N 2. P. 75 – 81 [in Russian].Щербинин В. Е., Горкунов Э. С. Магнитный контроль качества материалов. — Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1996. — 264 с.Shcherbinin V. E., Gorkunov É. S. Magnetic control of material quality. — Yekaterinburg: Izd. UrO RAN, 1996. — 264 p. [in Russian].Черепанов А. А., Кротов Л. Н., Кротова Е. Л. Математическое моделирование определения геометрических параметров внутренних дефектов различных форм методом магнитной дефектоскопии / Перспективы науки. 2013. № 12(51). С. 60 – 63.Cherepanov A. A., Krotov L. N., Krotova E. L. Mathematical modeling of determining the geometric parameters of internal defects of various forms by magnetic flaw detection / Perspekt. Nauki. 2013. N 12(51). P. 60 – 63 [in Russian].Кушнев А. В., Новиков В. А. Анализ моделей дефектов в теоретических исследованиях магнитных полей рассеяния, возникающих при намагничивании ферромагнитных объектов / Вестник белорусско-российского университета. 2014. № 1. С. 95 – 105.Kushnev A. V., Novikov V. A. Analysis of defect models in theoretical studies of scattering magnetic fields arising from the magnetization of ferromagnetic objects / Vestn. Belorus.-Ross. Univ. 2014. N 1. P. 95 – 105 [in Russian].Шур М. Л., Новослугина А. П., Смородинский Я. Г. Вопросы теории и расчета магнитостатических полей в ферромагнетиках / Дефектоскопия. 2014. № 7. С. 31 – 43.Shur M. L., Novoslugina A. P., Smorodinskii Ya. G. Questions of the theory and calculation of magnetostatic fields in ferromagnets / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2014. Vol. 50. N 7. P. 402 – 412. DOI: 10.1134/S1061830914070092Крапивский Е. И., Абакумов А. А., Венков Ю. А. Экспериментальное исследование магнитного поля рассеяния от дефектов трубопровода / Газовая промышленность. 2015. № 2(718). С. 64 – 66.Krapivskii E. I., Abakumov A. A., Venkov Yu. A. An experimental study of the magnetic field of scattering from pipeline defects / Gaz. Promyshl. 2015. N 2(718). P. 64 – 66 [in Russian].Дякин В. В., Кудряшова О. В., Раевский В. Я. Один подход к решению основного уравнения магнитостатики для случая неоднородных магнетиков / Теоретическая и математическая физика. 2016. Т. 187. № 1. С. 88 – 103.Dyakin V. V., Kudryashova O. V., Raevskii V. Ya. One approach to solving the basic equation of magnetostatics in the case of nonhomogeneous magnets / Theor. Math. Phys. 2016. Vol. 187. N 1. P. 525 – 538. DOI: 10.1134/S0040577916040073Гобов Ю. Л., Никитин А. В., Попов С. Э. Решение обратной геометрической задачи магнитостатики для дефектов коррозии с учетом нелинейных свойств ферромагнетика / Дефектоскопия. 2018. № 12. С. 30 – 34.Gobov Yu. L., Nikitin A. V., Popov S. E. Solving the inverse geometric problem of magnetostatics for corrosion defects / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2018. Vol. 54. N 12. P. 726 – 732. DOI: 10.1134/S1061830918100042Дякин В. В., Кудряшова О. В., Раевский В. Я. Поле рассеяния пластины с поверхностным дефектом в однородном внешнем поле / Дефектоскопия. 2018. № 12. С. 22 – 29.Dyakin V. V., Kudryashova O. V., Raevskii V. Ya. Stray field of plate with a surface defect in a homogeneous external field / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2018. Vol. 54. N 12. P. 840 – 848. DOI: 10.1134/S1061830918120033Yan M., Udpa S., Mandayam S., Sun Y., Sacks P., Lord W. Solution of inverse problems in Electromagnetic NDE using finite element methods / IEEE Transactions on Magnetics. 1998. Vol. 34. N 5. P. 2924 – 2927. DOI: 10.1109/20.717682Yan M., Udpa S., Mandayam S., Sun Y., Sacks P., Lord W. Solution of inverse problems in Electromagnetic NDE using finite element methods / IEEE Transactions on Magnetics. 1998. Vol. 34. N 5. P. 2924 – 2927. DOI: 10.1109/20.717682Amineh R. K., Koziel S., Nakolaeva N. K., Bandler J. W., Reilly J. P. A space mapping methodology for defect characterization from magnetic flux leakage measurements / IEEE Transactions on Magnetics. 2008. Vol. 44. N 8. P. 2058 – 2065. DOI: 10.1109/TMAG.2008.923228Amineh R. K., Koziel S., Nakolaeva N. K., Bandler J. W., Reilly J. P. A space mapping methodology for defect characterization from magnetic flux leakage measurements / IEEE Transactions on Magnetics. 2008. Vol. 44. N 8. P. 2058 – 2065. DOI: 10.1109/TMAG.2008.923228Гальченко В. Я., Остапущенко Д. Л., Воробьев М. А. Компьютерный анализ конфигурации магнитных полей поверхностных дефектов сплошности конечных размеров в ферромагнитной пластине ограниченной протяженности методом пространственных интегральных уравнений / Дефектоскопия. 2009. № 3. С. 56 – 66.Galchenko V. Ya., Ostapuschenko D. L., Vorobyov M. A. Computer analysis of the configuration of the magnetic fields of surface discontinuity flaws of finite dimensions in a ferromagnetic plate of finite dimensions by the spatial integral equation method / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2009. Vol. 45. N 3. P. 191 – 198. DOI: 10.1134/S1061830909030061Гальченко В. Я., Остапущенко Д. Л., Воробьев М. А. Компьютерный анализ конфигурации магнитных полей подповерхностных дефектов сплошности конечных размеров и произвольной формы в объектах контроля ограниченной протяженности методом пространственных интегральных уравнений / Дефектоскопия. 2009. № 5. С. 60 – 71.Galchenko V. Ya., Ostapuschenko D. L., Vorobyov M. A. Computer analysis of the configurations of magnetic fields of subsurface discontinuities of finite dimensions and arbitrary shapes in tested objects of finite length by the method of spatial integral equations / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2009. Vol. 45. N 5. P. 337 – 346. DOI: 10.1134/S1061830909050076Yang L., Cui W., Gao S. Magnetic flux leakage field within the detector unit optimization based on Comsol / Testing and Measurement: Techniques and Applications. 2015. P. 271 – 275. DOI: 10.1201/b18470-63Yang L., Cui W., Gao S. Magnetic flux leakage field within the detector unit optimization based on Comsol / Testing and Measurement: Techniques and Applications. 2015. P. 271 – 275. DOI: 10.1201/b18470-63Реутов Ю. Я., Гобов Ю. Л., Лоскутов В. Е. О возможностях использования программы ELCUT в расчетах по дефектоскопии / Дефектоскопия. 2002. № 6. С. 34 – 40.Reutov Yu. Ya., Gobov Yu. L., Loskutov V. E. Feasibilities of using the ELCUT software for calculations in Nondestructive Testing / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2002. Vol. 38. N 6. P. 425 – 430. DOI: 10.1023/A:1022174825844Черных И. В. Пакет ELCUT: моделирование устройств индукционного нагрева. https://www.elcut.ru/publications/ chernih3.pdf (дата доступа 26.11.2020).Chernykh I. V. ELCUT package: simulation of induction heating devices. https://www.elcut.ru/publications/chernih3.pdf (accessed 26.11.2020).Дякин В. В., Кудряшова О. В., Раевский В. Я. О проблемах использования пакетов универсальных программ для решения задач магнитостатики / Дефектоскопия. 2018. № 11. С. 23 – 33.Dyakin V. V., Kudryashova O. V., Raevskii V. Ya. On the use of multipurpose software packages for solving problems of magnetostatics / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2018. Vol. 54. N 11. P. 765 – 775. DOI: 10.1134/S1061830918110037Шур М. Л., Новослугина А. П., Смородинский Я. Г. Об обратной задаче магнитостатики / Дефектоскопия. 2013. № 8. С. 43 – 53.Shur M. L., Novoslugina A. P., Smorodinskii Ya. G. On the inverse problem of magnetostatics / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2013. Vol. 49. N 8. P. 465 – 473. DOI: 10.1134/ S106183091308007XНовослугина А. П., Смородинский Я. Г. Расчетный способ оценки параметров дефектов в сталях / Дефектоскопия. 2017. № 11. С. 13 – 19.Novoslugina A. P., Smorodinskii Ya. G. A calculation method for evaluating defect parameters in steel / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2017. Vol. 53. N 11. P. 765 – 771. DOI: 10.1134/S1061830917110067

The authors declare that there are no conflicts of interest present.