СПОСОБ МАГНИТОГРАФИЧЕСКОГО КОТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ С ПОВЕРХНОСТЬЮ МАЛОЙ КРИВИЗНЫ ИЗ МАГНИТОМЯГКИХ СТАЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК G01N27/85 

Изобретение относится к магнитографическому контролю изделий с поверхностью малой кривизны и сварных швов со снятым усилением из магнитомягких сталей (с коэрцитивной силой меньше 10 А/см).

Известен способ магнитографического контроля [1, 2] где на изделие укладывают магнитную ленту, однократно намагничивают ее совместно с изделием в поперечном длине ленты направлении магнитным полем, величину напряженности H_o которого определяют по эмпирическим таблицам, учитывающим магнитные свойства ленты, толщину изделия и другие факторы, снятую с изделия ленту сканируют построчно в поперечном ее длине направлении индукционной головкой, сигнал головки подают на осциллограф и о наличии дефектов судят по изображению на экране. Способ применяется для контроля изделий, сварных швов и пр. толщиной до 20 25 мм и должен обеспечивать выявление дефектов в 5 10% и более от толщины стенки.

Недостатком способа является трудность выбора значения H_o, оптимального для выявления всех возможных дефектов. Действительно, значение H_o, достаточное для выявления наружных дефектов (НД), не позволяет обнаружить глубоколежащие внутренние дефекты (ВД); в свою очередь, в полях H_o, достаточных для выявления ВД, сигнал НД может резко уменьшиться. На практике ориентируются на выявление наименьших недопустимых дефектов на внутренней для ленты стенке изделия, причем такими дефектами служат искусственные щели [2]
Известен способ выбора оптимального значения H_o по величине магнитной индукции в металле изделия, соответствующей максимуму производной от магнитной проницаемости материала по магнитной индукции [3, с.30] Недостатком способа является выбор значения H_o с точки зрения оптимальной индукции поля в металле, а не учета магнитных свойств ленты; способ выбора последних здесь отсутствует. В итоге поле дефекта будет создано, но из-за неверного выбора ленты на ней может не записаться или записаться неоптимально.

Известен способ магнитографического контроля, где с целью снижения собственных шумов ленты и повышения точности контроля уложенную на изделие ленту намагничивают вместе с изделием до насыщения ленты в одном направлении, а затем в противоположном направлении до величины поля, равной величине релаксационной коэрцитивной силы ленты [4] По технической сущности способ наиболее близок к сути заявляемого изобретения и принят нами за ближайший аналог.

Способ имеет недостатки: требует двукратного намагничивания изделия, что снижает производительность контроля; в нем не указаны магнитные характеристики ленты, и для низкокоэрцитивных лент поле H_o, соответствующее величине релаксационной коэрцитивной силы ленты, может быть недостаточным для выявления ВД.

Целью изобретения является увеличение эффективности магнитографического контроля изделий с поверхностью малой кривизны и сварных швов со снятым усилением из магнитомягких сталей путем задания оптимального стандартного значения намагничивающего поля H_o и снижения собственных шумов ленты.

Поставленная задача достигается тем, что как намагничивают контролируемое изделие совместно с магнитной лентой, уложенной на его поверхность, постоянным магнитным полем H_o, а затем по результатам считывания магнитограммы определяют качество изделия. Однако, в отличие от прототипа, используют ленты со стартовым полем H_b не ниже 250-300 А/см, из всех подходящих лент выбирают ленту с наибольшим значением насыщающего поля H_s, а величину H_o выбирают равной величине H_b.

Сущность изобретения заключается в том что эффективность любого метода растет, если увеличивается сигнал дефекта, уменьшаются шумы и четче становится связь амплитуды сигнала с размером дефекта. Эффективность магнитографического контроля определяется, в первую очередь, магнитными свойствами применяемых лент и свойствами исходных полей различных дефектов. Наши исследования [5] выявили ряд существенных факторов, показанных на фиг. 1-3. Оказалось, во-первых, что запись на ленте создает преимущественно тангенциальная к плоскости ленты составляющая H_x исходного поля над изделием, причем у ленты критически важными являются три параметра показанной на фиг. 1, б сплошными линиями аппроксимированной амплитудной характеристики (т.е. зависимости остаточной намагниченности M_rx от величины составляющей H_x приложенного поля; реальная экспериментально снимаемая зависимость показана на фиг. 1, б пунктиром) ленты: стартовое поле H_b, т.е. поле, в котором начинает появляться остаточная намагниченность; насыщающее ленту поле H_s; ширина (H_b, H_s) линейного участка.

Во-вторых, величина H_xmax (фиг.1 а) для различных дефектов, изделий и значений H_o может меняться от десятков до тысяч А/см и по-разному зависит от H_o: для стянутых НД типа трещин кривая H_xmax (H_o) по форме повторяет основную кривую намагничивания (для магнитомягких сталей с коэрцитивной силой меньше 10 А/см уже в полях H_o порядка 50 А/см поле дефекта практически насыщено и достигает вблизи поверхности металла тысяч А/см); для ВД существует некоторое пороговое (тем большее, чем глубже лежит дефект) значение H_o, при котором поле дефекта фиксируется на поверхности, причем для округлых ВД типа непроваров зависимость Hxmax (H_o) практически линейна, поле дефекта квадратично зависит от площади поперечного сечения несплошности и для малых ВД может достигать достаточных для выявления лентой значений лишь при H_o в сотни А/см.

В-третьих, величина полезного сигнала ленты (ее можно характеризовать, например, наибольшей величиной тангенциальной составляющей поля записи H_rmax фиг. 1, г) зависит не только от характеристик ленты и величины H_rmax исходного поля дефекта, но и от всей топографии последнего. В частности лента в силу физических особенностей ее работы оказалась дифференциальным преобразователем, т.е. из двух дефектов с равной величиной H_xmax и разной степенью локализации исходного поля более сильной сигнал дает на ленте дефект с большей локализацией поля (другими словами, лента гораздо чувствительнее к малым наружным трещинам, чем ко внутренним большим дефектам при равенстве величин H_xmax).

На фиг. 1 схематично показана для двух значений поля H_o последовательность трансформации распределения тангенциальной составляющей H_x(x) исходного поля наружного 1 и внутреннего 2 протяженных дефектов лентой с характеристикой, данной на фиг. 1, б, в распределение тангенциальной остаточной намагниченности M_rx(x) ленты на фиг. 1, в, создающей поле записи с распределением тангенциальной составляющей H_rx(x) как на фиг. 1, г.

Оказалось [5] что для всех дефектов сигнал ленты начинает падать, если величина H_rmax больше насыщающего поля H_s, т.е. для роста сигнала желательно как можно большее значение H_s. Для НД, однако, важным фактором является не только насыщение ленты, его и влияние боковых минимумов H_xmin исходного поля (фиг. 1 а): если они записываются (поле H_o H''), то происходит как резкое падение сигнала ленты, так и появление мощных сигналов-помех, затрудняющих распознавание дефекта (фиг. 1 г, кривая 1''); если не записываются (поле H_o H' <H_b), то сигналы-помехи отсутствуют, а полезный сигнал растет (фиг. 1 г, кривая 1'). У исходного поля ВД боковых минимумов нет, и определяющую роль играет соотношение значений H_o, H_b, H_xmax и H_s.

Здесь возможны два варианта (рассматривается случай округлого ВД).

1. Если при H_o <H_b значение H_xmax меньше ширины линейного интервала (H_b, H_s), то с ростом H_o сигнал ленты сначала быстро растет как за счет все более полной записи исходного поля дефекта на ленте, так и за счет роста последнего (случай H_o=H' для дефекта 2 на фиг. 1 а); как только начинает выполняться условие H_o > H_b, исходное поле записывается полностью и рост продолжается лишь за счет увеличения H_xmax, пока не выполнится условие H_xmax > H_s и рост не сменится уменьшением сигнала (случай H_o-H'' на фиг. 1 а).

2. Если при H_o <H_b значение H_xmax больше ширины линейного интервала (H_b, H_s), то с увеличением H_o начальный рост сигнала ленты быстро сменится его уменьшением из-за насыщения ленты.

Таким образом, значение H_o должно удовлетворять по меньшей мере двум условиям: быть достаточно большим для создания заметного поля от малых ВД, на превышать значение H_b ленты для оптимизации выявления НД и снижения ее собственных шумов до нуля. Лента должна иметь максимальную ширину линейного участка (H_b, H_s).

У существующих лент сравнительно узкий линейный участок (в лучшем случае 300-400 А/см) и сравнительно мало отличающиеся значения стартового (H_b у разных лент меняется примерно от 50 до 300 А/см) и насыщающего полей (у разных лент H_s меняется примерно от 300 до 700 А/см). Поскольку значение H_xmax для НД и больших ВД могут достигать тысяч А/см [5] то поля таких дефектов насыщают ленту, и от требования H_s > H_xmax вынужденно приходится отказаться, ограничившись выбором ленты с максимальным H_s. Падение сигнала из-за насыщения ленты затрудняет оценку размера дефекта (в этом состоит одна из проблем магнитографической дефектометрии), но выявление дефекта остается надежным. С другой стороны, в опытах [5] при H_o 250-300 А/см ВД на глубине до 20-25 мм при размере 5-10% толщины (использовались цилиндрические отверстия диаметром 1-2 мм) дают достаточно четкий сигнал на всех существующих лентах.

Значит остается выбрать ленту с H_b порядка 250-300 А/см и максимальной величиной H_s, а затем намагничивание осуществлять в поле H_o, примерно равном H_b. Это и будут оптимальные условия выявления дефектов в указанных условиях (сварные швы со снятым усилением и изделия с поверхностью малой кривизны из магнитомягких сталей толщиной до 20-25 при выявлении дефектов в 5-10% и более от толщины стенки).

На практике осуществление способа не вызывает затруднений, поскольку методика контроля стандартна, а новизна заключается в выборе ленты и значения H_o. Выбирают ленту с величиной стартового поля H_b порядка 250-300 А/см и максимальным значением H_s (H_b и H_s известны из справочников величины). Контролируемое изделие совместно с уложенной на его поверхность магнитной лентой намагничивают постоянным магнитным полем H_o, равным величине H_b; для измерения H_o используют, например, датчики Холла. Ленту считывают одним из известных способов.

Пример. Преимущества предложенного способа магнитографического контроля иллюстрируют фиг. 2 и 3, где приведены зависимости сигнала ленты от поля H_o для разных лент и дефектов в плоских образцах толщиной до 40 мм из малоуглеродистой стали. Дефекты располагались вдоль ленты и имели длину до 150 мм; поле H_o действовало поперечно ленте. Значение H_rxmax измерялось линейным датчиком, реагирующим на тангенциальную составляющую поля магнитограммы (мы применяли феррозонд соответствующей конструкции).

На фиг. 2 способ применен для выявления трех НД в виде прямоугольных щелей шириной 0,25 и глубиной 2, 7 и 10 мм (кривые 1, 2 и 3 соответственно) тремя лентами: а И-4701 с H_b=50 и H_s=300 А/см; б "Тип 2" с H_b=250 и H_s=600 А/см; в А-3901-35H с H_b=300 и H_s=700 А/см. На фиг. 3 те же три ленты выявляют ВД в виде цилиндрического отверстия диаметром 2 и 5 мм (кривые 1 и 2 соответственно) на глубине 10 мм от верхней плоскости образца. Видно, что наибольший сигнал как от НД, так и от ВД при одновременном выполнении условия наиболее четкой зависимости сигнала от размера дефекта получается при использовании ленты А-3901-35H и поля H_o=H_b=300 А/см. Шумы ленты A-3901-35H в стартовом поле, естественно отсутствуют.

Предлагаемый способ действительно позволяет увеличить эффективность магнитографического контроля изделий с поверхностью малой кривизны и сварных швов со снятым усилением из магнитомягких сталей. Оценить экономический эффект до внедрения способа не представляется возможным.

Использование: изобретение относится к магнитографическому методу неразрушающего контроля изделий с поверхностью малой кривизны и сварных швов со снятым усилением из магнитомягких сталей. Сущность изобретения: при намагничивании контролируемого изделия совместно с магнитной лентой, уложенной на его поверхность, постоянным магнитным полем H_o используют ленты со стартовым полем H_b не ниже 250-300 А/см, их всех подходящих лент выбирают ленту с наибольшим значением насыщающего поля H_s, величину Ho выбирают равной величине H_b, а качество изделия определяют по результатам считывания магнитограммы. 3 ил.

Способ магнитографического контроля изделий с поверхностью малой кривизны из магнитомягких сталей, заключающийся в том, что намагничивают контролируемое изделие совместно с магнитной лентой, уложенной на его поверхность, постоянным магнитным полем Н₀, а затем по результатам считывания магнитограммы определяют качество изделия, отличающийся тем, что используют ленту со стартовым полем Н_в не ниже 250 300 А/см и максимальным значением насыщающего поля H_s, а величину Н₀ выбирают равной величине Н_в.