Анализ топографии магнитных полей рассеяния в ферромагнитных изделиях

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.).

1. Ферстер Ф. Неразрушающий контроль методом магнитных полей рассеяния. Теоретические и экспериментальные основы выявления поверхностных дефектов конечной и бесконечной глубины / Дефектоскопия. 1982. № 11. С. 3 – 25.

2. Пашагин А. И., Щербинин В. Е., Донской С. А. Исследование магнитных полей поверхностных дефектов при комбинированном намагничивании изделий / Дефектоскопия. 1983. № 2. С. 75 – 81.

3. Щербинин В. Е., Горкунов Э. С. Магнитный контроль качества материалов. — Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1996. — 264 с.

4. 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.

5. 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.

6. Шур М. Л., Новослугина А. П., Смородинский Я. Г. Вопросы теории и расчета магнитостатических полей в ферромагнетиках / Дефектоскопия. 2014. № 7. С. 31 – 43.

7. Крапивский Е. И., Абакумов А. А., Венков Ю. А. Экспериментальное исследование магнитного поля рассеяния от дефектов трубопровода / Газовая промышленность. 2015. № 2(718). С. 64 – 66.

8. 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.

9. Гобов 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.

10. Дякин В. В., Кудряшова О. В., Раевский В. Я. Поле рассеяния пластины с поверхностным дефектом в однородном внешнем поле / Дефектоскопия. 2018. № 12. С. 22 – 29.

11. Yan 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: 10.1109/20.717682

12. Amineh 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.2008.923228

13. Гальченко 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.

14. Гальченко 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.

15. Yang 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/b18470-63

16. Реутов Ю. Я., Гобов Ю. Л., Лоскутов В. Е. О возможностях использования программы ELCUT в расчетах по дефектоскопии / Дефектоскопия. 2002. № 6. С. 34 – 40.

17. Черных И. В. Пакет ELCUT: моделирование устройств индукционного нагрева. https://www.elcut.ru/publications/ chernih3.pdf (дата доступа 26.11.2020).

18. 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.

19. Шур М. Л., Новослугина А. П., Смородинский Я. Г. Об обратной задаче магнитостатики / Дефектоскопия. 2013. № 8. С. 43 – 53.

20. Новослугина А. П., Смородинский Я. Г. Расчетный способ оценки параметров дефектов в сталях / Дефектоскопия. 2017. № 11. С. 13 – 19.