СПОСОБ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФЕРРОМАГНИТНОЙ ФАЗЫ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ Российский патент 2001 года по МПК G01N27/72 G01N27/87 

Способ относится к измерительной технике, в частности для неразрушающего контроля качества материалов и изделий, и предназначен для измерения ферромагнитной фазы аустенитных сталей при литье, в заготовках и готовых изделиях, в сварных швах и наплавках, в других материалах.

В современном машиностроении, энергетике, самолето- и судостроении широко применяют парамагнитные сплавы и стали с магнитной проницаемостью μ < 1,05 (аустенитные стали). К таким сплавам предъявляются высокие требования по их магнитным свойствам. Материалы из этих сплавов не должны изменять свое парамагнитное состояние при их изготовлении, когда они подвергаются воздействию внешних полей, упругих напряжений, пластических деформаций, высоких температур (например, при сварке, резке, термообработке) и др.

Контроль стабильности магнитного состояния этих сталей является весьма актуальным, так как воздействие поля, температуры, пластических деформаций могут существенно увеличивать магнитную проницаемость за счет перехода материала аустенитной стали в ферромагнитное состояние (в α-фазу).

Применяемые для этих целей методы и способы, связанные с измерением намагниченности насыщения, магнитной восприимчивости (используют магнитные весы, датчики Холла и другие средства), малоэффективны для широкого спектра применения, трудоемки, обладают малой чувствительностью.

Наиболее перспективными для этих целей являются способы феррозондового контроля α-фазы материалов и изделий.

Однако возможности феррозондового контроля материалов и изделий ограничиваются конструкциями феррозондовых датчиков. Поэтому задача, связанная с созданием новых феррозондовых датчиков, способов их применения и повышения возможности феррозондового контроля, является актуальной на сегодняшний день в практике магнитного контроля изделий аустенитных сталей.

Прелагаемый в заявляемом изобретении способ феррозондового контроля ферромагнитной фазы аустенитной стали отвечает этим требованиям и позволяет повысить точность и достоверность непрерывных и локальных измерений α-фазы аустенитных сталей, существенно расширить номенклатуру контролируемых материалов и изделий из этой стали.

Известен способ для контроля изменения магнитного состояния листов из аустенитных сталей [1].

Способ реализуется с помощью двух устройств: поискового устройства из намагничивающих магнитов и феррозондового датчика, который содержит несколько магниточувствительных элементов, размещенных соосно на одной линии по сторонам намагничивающих магнитов в плоскости их нейтрального сечения и образующих ширину контроля до 350 мм; и измерительного устройства из намагничивающих магнитов и феррозондового датчика, магниточувствительные элементы которого размещены между двумя намагничивающими магнитами в одной плоскости, параллельно друг другу и поверхности изделия, при этом один из магниточувствительных элементов размещен в центре взаимодействующих сторон магнитов в плоскости их нейтрального сечения, другой - за краями магнитов.

Магниточувствительные элементы поискового и измерительного датчиков работают по градиентометрической схеме.

Способ осуществляется следующим образом.

Поисковое устройство устанавливают на поверхность изделия, его намагничивающие магниты взаимодействуют с материалом изделия и промагничивают участок поверхности на глубину, меньшую толщины изделия, а феррозондовый датчик устройства сканирует этот участок, в отсутствии сигнала устройство последовательно перемещают в одном направлении до получения и фиксирования максимальной величины сигнала, являющегося мерой продольного градиента тангенциальной составляющей магнитного поля неоднородности контролируемого материала. В случае отсутствия сигнала сканирование поверхности изделия осуществляют в направлении, ортогональном первоначальному, до получения сигнала. При получении фиксированного сигнала поисковое устройство отключают и включают измерительное устройство. Для локализации и измерения ферромагнитной фазы материала заново сканируют во взаимно ортогональных направлениях обнаруженный участок неоднородности материала до получения и фиксирования максимальной величины сигнала.

Однако этот известный способ обладает недостатками, ограничивающими его применение:
1. Способ недостаточно универсален для широкого круга контроля материалов и изделий из аустенитных сталей.

2. Он сложен в приемах исполнения и достаточно трудоемок.

3. Способ не обеспечивает необходимую достоверность результатов.

Наиболее близким способом, взятым за прототип, является способ для локального измерения ферромагнитной фазы аустенитных сталей [2].

Способ реализуется с помощью устройства, содержащего намагничивающий магнит и феррозондовый датчик, магниточувствительные элементы которого расположены соосно в плоскости нейтрального сечения магнита на его противоположных сторонах, ортогонально оси намагничивания магнита. Магниточувствительные элементы датчика работают по градиентометрической схеме.

Способ осуществляется следующим образом.

Для локализации и измерения ферромагнитной фазы изделия из аустенитных сталей устанавливают контролирующее устройство на поверхность изделия, его намагничивающий магнит взаимодействует с материалом изделия и промагничивает участок поверхности на глубину, меньшую толщины изделия, а феррозондовый датчик устройства сканирует этот участок, в отсутствии сигнала устройство последовательно перемещают в одном направлении до получения и фиксирования максимальной величины сигнала, являющегося мерой продольного градиента тангенциальной составляющей магнитного поля рассеяния ферромагнитной фазы контролируемого изделия, при отсутствии сигнала, сканирование поверхности изделия осуществляют в направлении, ортогональном первоначальному, до получения сигнала и фиксирования его максимальной величины.

Однако этот известный способ имеет недостатки, снижающие эффективность феррозондового контроля α-фазы материалов и изделий из аустенитных сталей, а именно:
1. Способ недостаточно универсален для широкого круга контроля материалов и изделий, например для контроля изделий, имеющих небольшую толщину.

2. Необходимость двойного сканирования поверхности контрольного изделия снижает получение достоверных результатов, что приводит к возрастанию погрешности измерений.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка нового способа феррозондового контроля ферромагнитной фазы аустенитных сталей, который позволит повысить точность и достоверность непрерывных и локальных измерений α-фазы аустенитных сталей, существенно расширить номенклатуру контролируемых материалов и изделий из этих сталей.

Поставленная задача достигается за счет технического результата, который может быть получен при осуществлении изобретения, а именно - повышение точности и достоверности результатов измерений α-фазы материалов и изделий, за счет повышения локальности измерений и одновременного проведения двойного контроля одного и того же участка поверхности изделий, а также обеспечения универсальности повышения эффективности феррозондового способа контроля за счет работы феррозондового датчика в режиме градиентомера или полемера в зависимости от исследуемых материалов и изделий.

Технический результат достигается за счет того, что в известном способе, включающем установление контролирующего устройства на поверхность изделия, промагничивание участка поверхности и его сканирование феррозондовым датчиком, магниточувствительные элементы которого размещены соосно в плоскости нейтрального сечения намагничивающего магнита, ортогонально продольной оси датчика, до получения и фиксирования максимальной величины сигнала, одновременно сканируют тот же участок поверхности контролируемой стали дополнительным феррозондовым датчиком в направлении, ортогональном первоначальному или под углом к нему, получают и фиксируют сигнал от ферромагнитных включений и путем сравнения сигналов, полученных с обоих датчиков, судят о наличии ферромагнитной фазы стали и ее локальности; затем положение датчиков меняют, поворачивают их относительно друг друга в плоскости контролируемого изделия, повторяют измерения и принимают за рабочую величину сигнала его усредненное значение; при отсутствии сигнала от одного из датчиков их меняют местами относительно друг друга, поворачивают в плоскости контролируемого изделия на тот же угол, под которым проводилось сканирование поверхности дополнительным датчиком до получения сигнала такой величины, который имел место на одном из этих датчиков, в этом случае, при равенстве сигналов, делают вывод об истинности сигнала и направлении локализации ферромагнитной фазы стали.

Способ может быть осуществлен с помощью разных по предназначению устройств, в которых установлен постоянный магнит и расположены в плоскости его нейтрального сечения на противоположных сторонах, ортогонально оси намагничивания магнита и продольной оси датчика, соосно друг другу магниточувствительные элементы первого датчика, а под углом (от 0^o до 90^o в зависимости от предназначения устройства) к оси намагничивания магнита расположены магниточувствительные элементы второго датчика, при этом они подключены к электронному блоку через переключатели по схеме градиентомера и полемера.

При промагничивании контролируемого участка поверхности изделия на глубину, меньшую толщины изделия, фиксируемый сигнал является мерой продольного градиента тангенциальной составляющей магнитного поля рассеяния ферромагнитных включений стали и феррозондовые датчики устройства включают в режим работы градиентомера.

При промагничивании контролируемого участка поверхности изделия на глубину, большую толщины контролируемого изделия, феррозондовые датчики устройства включают в режим работы полемера.

Сопоставительный анализ данного способа с прототипом показывает, что предложенный способ отличается наличием новых приемов и операций, которые позволяют повысить точность и достоверность α-фазы аустенитных сталей за счет повышения локальности измерений и одновременного проведения двойного контроля одного и того же участка поверхности изделий. Способ позволяет существенно расширить номенклатуру контролируемых материалов и изделий из этих сталей за счет работы феррозондового датчика в режиме градиентомера или полемера в зависимости от исследуемых материалов и изделий.

Источники информации:
1. Веденев М.А., Пономарев В.С., Кулеев В.Г. и др. Прибор для контроля изменений магнитного состояния листов слабомагнитных аустенитных сталей - ферритометр Ф-01. Дефектоскопия, 1994, N 3, стр. 3-9.

2. Ригмант М.Б., Горкунов Э.С., Пономарев В.С., Чернова Г.С. Измеритель содержания ферритной фазы ферритометр ФМ-3 ИФМ. Дефектоскопия, 1996, N 5, стр. 78-83.

Способ относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий и предназначен для измерения ферромагнитной фазы (α-фазы) аустенитных сталей при литье, в заготовках и изделиях, сварных швах и наплавках. Поверхность изделия сканируют одновременно двумя феррозондовыми датчиками до получения и фиксирования максимальной величины сигнала одного из датчиков - основного или дополнительного. Магниточувствительные элементы основного датчика расположены в плоскости нейтрального сечения намагничивающего магнита на его противоположных сторонах соосно друг другу и ортогонально оси намагничивания магнита и продольной оси датчика. Магниточувствительные элементы дополнительного датчика расположены под углом к оси намагничивания магнита. Элементы датчиков соединяются по схеме градиентомера или полимера. При отсутствии сигнала от одного из датчиков их меняют местами и поворачивают на угол, под которым проводилось сканирование дополнительным датчиком до получения сигнала, который имел место на одном из датчиков. В этом случае при равенстве сигналов делают вывод об истинности сигнала и направлении локализации ферромагнитной фазы материала изделия. Способ обеспечивает повышение достоверности результатов и локальности измерений за счет одновременного двойного контроля одного и того же участка изделия. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ для измерения ферромагнитной фазы аустенитных сталей, включающий установление контролирующего устройства на поверхность изделия, промагничивание участка поверхности и его сканирование феррозондовым датчиком, магниточувствительные элементы которого размещены соосно в плоскости нейтрального сечения намагничивающего магнита, ортогонально продольной оси датчика, до получения и фиксирования максимальной величины сигнала, отличающийся тем, что одновременно сканируют тот же участок поверхности контролируемой стали дополнительным феррозондовым датчиком в направлении, ортогональном первоначальному или под углом к нему, получают и фиксируют сигнал от ферромагнитных включений и путем сравнения сигналов, полученных с обоих датчиков, судят о наличии ферромагнитной фазы стали и ее локальности затем положение датчиков меняют, поворачивают их относительно друг друга в плоскости контролируемого изделия, повторяют измерения и принимают за рабочую величину сигнала его усредненное значение, при отсутствии сигнала от одного из датчиков их меняют местами относительно друг друга, поворачивают в плоскости контролируемого изделия на тот же угол, под которым проводилось сканирование поверхности дополнительным датчиком до получения сигнала такой величины, который имел место на одном из этих датчиков, в этом случае при равенстве сигналов делают вывод об истинности сигнала и направлении локализации ферромагнитной фазы стали. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контролируемый участок поверхности изделия промагничивают на глубину, меньшую толщины изделия, а фиксируемый сигнал является мерой продольного градиента тангенциальной составляющей магнитного поля рассеяния ферромагнитных включений стали. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что контролируемый участок поверхности изделия промагничивают на глубину, большую толщины контролируемого изделия, а феррозондовые датчики устройства включают в режим работы полемера.