СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2015 года по МПК G01N27/83 

Описание патента на изобретение RU2548944C1

Изобретение относится к области неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния и деформационного преобразования изделий и может быть использовано в различных отраслях науки и техники, в частности для обнаружения зон локализации пластических деформаций, их количества и пространственного положения в изделиях из ферромагнитных материалов.

Известен способ электромагнитного контроля изделий из электропроводящих материалов (Патент РФ №2461819, МПК G01N 27/83, опубл. 20.09.2012). Способ включает пропускание электрического тока через контролируемое изделие, сканирование его поверхности, регистрацию распределения напряженности магнитного поля, создаваемого этим током, по поверхности изделия; создание и визуализация магнитного образа поверхности контролируемого изделия; сравнение полученного магнитного образа с заранее полученным магнитным образом контрольного образца, не содержащего дефекты. По полученным в результате сравнения отклонениям магнитного образа поверхности контролируемого изделия от магнитного образа контрольного образца, представляющим собой магнитные образы выявленных дефектов, судят о количестве и местах расположения дефектов в контролируемом изделии.

Общим для известного и заявляемого способов является сканирование поверхности контролируемого изделия, считывание, преобразование, обработка информации, полученной в процессе сканирования, визуализация результатов контроля.

Однако этот способ предназначен для выявления макродефектов в контролируемых изделиях, например трещин, пор и т.д., но недостаточно чувствителен для выявления участков с повышенной плотностью микродефектов материала изделия, свойственных зонам локализации пластической деформации материалов.

Известен способ отображения зон локализации деформации поверхности (Патент РФ №2403536, МПК G01B 11/16, опубл. 10.11.2010), заключающийся в том, что деформируемую поверхность освещают когерентным светом, оцифровывают и запоминают последовательность ее видеоизображений. Для каждой точки оцифрованного изображения формируется выборка из N отсчетов, содержащая зависимость уровня освещенности от времени, затем для каждой выборки производится вычисление дисперсии и математического ожидания, соотношение которых, в свою очередь, используют для отображения зон локализации деформации поверхности.

Общим для известного и заявляемого решений является формирование и запоминание видеоизображений (визуализация) объекта контроля.

Недостатками известного способа являются: сложность технической реализации, заключающаяся в том, что для визуального отображения поверхности материала, содержащей зоны локализации пластических деформаций, необходима тщательная ее подготовка - очистка от загрязнений, шлифование, полирование, химическое травление и т.п. Таким образом, способ не позволяет отображать зоны локализации на недостаточно хорошо очищенных поверхностях, а также находящихся под защитными покрытиями (окраска, гальванические покрытия и др.).

Наиболее близким к заявляемому по числу совпадающих признаков является способ неразрушающего контроля изделий (Патент РФ №2184373. МПК G01N 29/04, опубл. 27.06.2002), при реализации которого осуществляют неоднократный контроль изделия, сканируя изделие при идентичных условиях с определенными временными интервалами между сканированиями. Сигналы контроля на браковочном уровне, получаемые при сканировании, регистрируют, анализируют путем сравнения сигналов при текущем и предыдущих сканированиях, по заданным критериям оценивают степень развития (опасности) дефекта. При сканировании сигналы регистрируют также на дополнительных пороговых уровнях, находящихся ниже браковочного порогового уровня. При обнаружении сигналов, превышающих браковочный пороговый уровень, принимают во внимание и сигналы, полученные на данном участке контролируемого изделия при текущем и предыдущих сканированиях на амплитудных уровнях ниже браковочного порогового уровня. По результатам анализа принимают решение о степени опасности обнаруженного дефекта. Количество k дополнительных пороговых уровней регистрации, находящихся ниже браковочного порогового уровня, удовлетворяет условию k>1. Программа отображения результатов контроля позволяет просматривать сигналы на ПЭВМ (визуализировать сигналы). Контроль, помимо ультразвукового метода, может быть осуществлен электромагнитным и др. методами.

Общим для известных и заявляемого способов является неоднократное сканирование поверхности контролируемого изделия в идентичных условиях, в том числе в процессе деформирования, считывание, преобразование и обработка информации, полученной при сканировании, визуализация образа поверхности изделия с последующим сравнением результатов текущего и предыдущего сканирования.

К недостаткам известного способа следует отнести сложность его реализации, обусловленную необходимостью обеспечения соблюдения идентичности условий контроля: по мощности излучаемых колебаний, углу ввода упругих колебаний, обеспечение фиксации координат местоположения преобразователя в моменты записи информации, точная синхронизация сигналов контроля, полученных при разных сканированиях и т.д. Известный способ достаточно эффективен для обнаружения и фиксации нарастания размеров макродефектов (трещин и др.) в изделиях, но не предназначен для обнаружения зон локализации пластических деформаций, как наиболее вероятных мест образования макродефектов в процессе дальнейшей эксплуатации контролируемого изделия.

Задачей предлагаемого изобретения является создание простого в реализации и надежного способа, чувствительного к появлению зон локализации пластической деформации как наиболее вероятных мест образования макродефектов (магистральных трещин и др.) в изделиях из ферромагнитных материалов.

Техническим результатом предлагаемого способа является его простота, надежность и высокая чувствительность, позволяющая обнаруживать зоны локализации пластической деформации в контролируемых изделиях, предшествующие появлению в них макродефектов как до приложения к ним деформирующих усилий, так и в процессе деформирования.

Для решения поставленной задачи в способе неразрушающего контроля изделий, включающем неоднократное в период жизненного цикла сканирование поверхности контролируемого изделия в идентичных условиях в исходном состоянии и при его деформации, считывание, преобразование и обработку информации, полученной при сканировании, визуализацию образа поверхности изделия с последующим сравнением результатов текущего и предыдущего сканирования, предварительно размагниченное изделие намагничивают монотонно возрастающим магнитным полем до величины магнитной индукции, соответствующей максимальному значению магнитной проницаемости материала. Затем начинают сканирование, получают в результате визуализации магнитный образ поверхности контролируемого изделия в текущий момент и после сравнения его с ранее полученным магнитным образом поверхности этого же изделия в исходном состоянии судят о наличии в нем зон локализации пластических деформаций, количестве этих зон и их расположении в изделии.

Заявленный способ неразрушающего контроля изделий поясняется графическими материалами, где на Фиг.1 представлена полученная экспериментально зависимость максимальной магнитной проницаемости стали Ст3 от степени деформации одноосным растяжением; на Фиг.2 - типичная зависимость магнитной проницаемости ферромагнетика от магнитной индукции; на Фиг.3 - магнитный образ поверхности образца стали Ст3 в исходном состоянии (а) и фотография поверхности этого образца в исходном состоянии (б); на Фиг.4 - магнитный образ поверхности одного из образцов стали Ст3 после пластической деформации растяжением с одиночной зоной локализации пластической деформации в виде полосы скольжения (а) и фотография поверхности этого образца после растяжения (б); на Фиг.5 - магнитный образ поверхности другого образца стали Ст3 после пластической деформации растяжением с множественными полосами скольжения (а) и фотография поверхности этого образца после растяжения (б). Стрелками на Фиг.3б, 4б и 5б показаны маршруты сканирования поверхностей образцов.

Способ магнитного неразрушающего контроля изделий основан на зависимости магнитной проницаемости ферромагнитных материалов от степени пластической деформации. Как видно из Фиг.1, максимальная магнитная проницаемость µmax уменьшается с увеличением степени деформации, что связано с увеличением плотности дислокаций и других микродефектов. Пластическая деформация распределяется не однородно по всему объему деформируемого изделия, а локализуется на некоторых его участках. Для этих участков характерна увеличенная плотность микродефектов, которые в дальнейшем могут привести к образованию микро- и макротрещин, а следовательно, к разрушению изделия. Уменьшение величины µmax с повышением плотности микродефектов обусловливает появление максимума на распределении магнитной индукции B по поверхности изделия над зонами локализации пластической деформации, что позволяет обнаруживать эти зоны в изделиях из ферромагнитных материалов в намагниченном состоянии.

В случае, когда изделие не деформировано, величина магнитной проницаемости материала изделия в разных его участках одинакова, и распределение магнитной индукции B, полученного при сканировании поверхности, не содержит экстремумов (см. Фиг.3а).

При сканировании изделий, содержащих зоны локализации пластической деформации, на распределении магнитной индукции B имеются экстремумы, связанные с этими зонами (см. Фиг.4а, 5а).

Пример.

Изучали распределение магнитной индукции B по поверхности разрывных образцов из стали Ст3 в исходном состоянии и после пластической деформации одноосным растяжением. Образцы в исходном состоянии были предварительно размагничены, а затем намагничены монотонно возрастающим магнитным полем до величины магнитной индукции B μ max = 0,57 Т л , соответствующей максимальному значению магнитной проницаемости материала, что было определено по основным кривым намагничивания образцов. При достижении величины магнитной индукции B 0,57 Тл намагничивание прекращают и при этой величине магнитной индукции производят сканирование магнитной индукции на поверхности образцов, последующие считывание, преобразование и обработку информации, полученной при сканировании, и произведена визуализация магнитного образа поверхности изделия в виде графика распределения магнитной индукции по поверхности образца в исходном состоянии (Фиг.3а). График не содержит экстремумов, что свидетельствует об отсутствии зон локализации пластической деформации. Отсутствие зон локализации пластической деформации и каких-либо дефектов на поверхности подтверждается фотографией одного из образцов (Фиг.3б). После проведения сканирования образцы были размагничены.

После деформации образцов одноосным растяжением были вновь проведены операции размагничивания, намагничивания монотонно возрастающим магнитным полем до величины магнитной индукции 0,37 Тл, сканирования магнитной индукции на поверхности, последующего считывания, преобразования и обработки информации, полученной при сканировании, и визуализации магнитного образа поверхности изделия в виде графика распределения магнитной индукции по поверхности образца. На Фиг.4а показан магнитный образ поверхности одного из образцов стали Ст3 после пластической деформации растяжением с одиночной зоной локализации пластической деформации в виде полосы скольжения. Наличие одиночной полосы скольжения в этом образце подтверждается фотографией на Фиг.4б.

Предложенный способ контроля применим и для выявления множественных зон локализации пластической деформации в изделиях. На Фиг.5 показан магнитный образ поверхности еще одного деформированного образца стали Ст3, который содержит три зоны локализации пластической деформации, и его фотография.

Таким образом, предложен простой, эффективный и надежный способ обнаружения в контролируемых изделиях из ферромагнитных материалов зон локализации пластической деформации, предшествующих появлению в них макродефектов как до приложения к ним деформирующих усилий, так и в процессе деформирования, а также определения их мест расположения. Способ может быть использован в различных отраслях промышленности, в частности металлургии, машиностроении, на транспорте.

Похожие патенты RU2548944C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ СЛОЖНЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2013
  • Будадин Олег Николаевич
  • Кульков Александр Алексеевич
  • Пичугин Андрей Николаевич
  • Бекаревич Антон Андреевич
RU2537520C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ВЕКТОРНОЙ ТРЕХМЕРНОЙ МАГНИТОСКОПИИ 2013
  • Жильников Артем Александрович
  • Жильников Тимур Александрович
  • Жулев Владимир Иванович
  • Каплан Михаил Борисович
RU2548405C1
Способ обнаружения усталостных поверхностных трещин в электропроводящем изделии 2016
  • Шевченко Владимир Григорьевич
  • Еселевич Данил Александрович
  • Конюкова Алла Вячеславовна
  • Чупова Ирина Анатольевна
  • Рябина Анна Владимировна
  • Конюков Игорь Валентинович
  • Селиванова Алина Игоревна
RU2638395C1
СПОСОБ ЭЛЕКТРОСИЛОВОГО ТЕРМООПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2020
  • Козельская Софья Олеговна
RU2736320C1
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ 2001
  • Марков А.А.
  • Бершадская Т.Н.
  • Белоусов Н.А.
RU2184373C1
СПОСОБ ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ НАДЕЖНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО АНАЛИЗУ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2012
  • Будадин Олег Николаевич
  • Кульков Александр Алексеевич
  • Пичугин Андрей Николаевич
RU2506575C1
СПОСОБ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФЕРРОМАГНИТНОЙ ФАЗЫ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ 1999
  • Пудов В.И.
  • Горкунов Э.С.
  • Ригмант М.Б.
  • Ничипурук А.П.
RU2166191C2
СВЧ-СПОСОБ ИНТРОСКОПИИ НЕОДНОРОДНОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ МЕДЛЕННОЙ ВОЛНОЙ 2005
  • Федюнин Павел Александрович
  • Дмитриев Дмитрий Александрович
  • Панов Анатолий Александрович
RU2301987C1
СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ДЕТАЛЯХ ИЗ ТОКОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ 2006
  • Кочаров Эдуард Авакович
RU2320984C1
Способ определения зон остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитного материала 1990
  • Дубов Анатолий Александрович
SU1727004A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 548 944 C1

Реферат патента 2015 года СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ

Использование: для неразрушающего контроля изделий. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют сканирование поверхности контролируемого изделия в идентичных условиях в течение его жизненного цикла, считывание, преобразование и обработку информации, полученной при сканировании, визуализацию образа поверхности изделия с последующим сравнением результатов текущего и предыдущего сканирования, при этом предварительно размагниченное изделие намагничивают монотонно возрастающим магнитным полем до величины магнитной индукции, соответствующей максимальному значению магнитной проницаемости материала, затем начинают сканирование, получают в результате визуализации магнитный образ поверхности контролируемого изделия в текущий момент и после сравнения его с ранее полученным магнитным образом поверхности этого же изделия в исходном состоянии судят о наличии в нем зон локализации пластических деформаций, количестве этих зон и их расположении в изделии. Технический результат: обеспечение возможности простым, надежным, имеющим высокую чувствительность способом обнаруживать зоны локализации пластической деформации в контролируемых изделиях, предшествующие появлению в них макродефектов как до приложения к ним деформирующих усилий, так и в процессе деформирования. 5 ил.

Формула изобретения RU 2 548 944 C1

Способ неразрушающего контроля изделий, включающий неоднократное сканирование поверхности контролируемого изделия в идентичных условиях в течение его жизненного цикла, считывание, преобразование и обработку информации, полученной при сканировании, визуализацию образа поверхности изделия с последующим сравнением результатов текущего и предыдущего сканирования, отличающийся тем, что предварительно размагниченное изделие намагничивают монотонно возрастающим магнитным полем до величины магнитной индукции, соответствующей максимальному значению магнитной проницаемости материала, затем начинают сканирование, получают в результате визуализации магнитный образ поверхности контролируемого изделия в текущий момент и после сравнения его с ранее полученным магнитным образом поверхности этого же изделия в исходном состоянии судят о наличии в нем зон локализации пластических деформаций, количестве этих зон и их расположении в изделии.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2548944C1

СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТОВ В ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ 2011
  • Горкунов Эдуард Степанович
  • Задворкин Сергей Михайлович
  • Кузеванов Владимир Федорович
RU2461819C1
Горкунов Э.С., Митропольская С.Ю., Осинцева А.Л
и др., Исследование деформации и оценка напряжений в материалах с упроченным поверхностным слоем магнитными методами, Физическая мезомеханика, 12, 2, 2009, стр
Прибор для очистки паром от сажи дымогарных трубок в паровозных котлах 1913
  • Евстафьев Ф.Ф.
SU95A1
Способ измерения коэрцитивной силы дисперсных ферромагнитных материалов 1984
  • Шульман Зиновий Пинхусович
  • Кордонский Вильям Ильич
  • Городкин Сергей Рафаилович
  • Кашевский Бронислав Эдуардович
  • Прохоров Игорь Викторович
  • Лукьянович Александр Вадимович
SU1193613A1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ 2003
  • Крылов Г.В.
  • Болотов А.А.
  • Новиков В.Ф.
  • Быков В.Ф.
RU2243515C2
JP 2007139634A, 07.06.2007
US 7109702B2, 19.09.2006

RU 2 548 944 C1

Авторы

Горкунов Эдуард Степанович

Задворкин Сергей Михайлович

Кузеванов Владимир Федорович

Даты

2015-04-20Публикация

2013-11-26Подача