Способ измерения механических напряжений в ферромагнитных изделиях Советский патент 1985 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля изделшЧ и мо жет быть использовано для измерения механических напряжений в сварных, прокатных, литых заготовках и конструкциях из ферромагнитных материа лов . , Известен способ электромагнитног контроля, при котором параметрический преобразователь питают синусоидельным или импульсным напряжением и по амплитуде выходных сигналов определяют параметры контролируемог изделия Uj Недостаток этого способа заключа ется в зависимости -результатов изме рения колебаний.зазора мезвду поверх иостью контролируемого изделия и -электромагнитным преобразователем; Изменения величины зазора, связанные с шероховатостью поверхности, толщиной запретного покрытия и т.д., .не контролируются. Наиболее близким техническим решением к изобретению является спосо заключающийся в том, что, изменяя з зор мелсду преобразователем и поверх ностью образца, перемещают катушку преобразователя вдоль его ферромагнитного сердечника,, фиксируют ее в положении минимальной чувствительности к колебаниям зазора, вначале н контрольном образце с верхним значе нием контролируемого п.араметра, затем устанавливают преобразователь. на образец с нижним значением контроли.руемого параметра., подключают параллельно катушке емкость, -вели,ину которой выбирают из условия ми нимальной чувствительности к колеба ниям зазора, затем устанавливают преобразователь на образец с произвольным значением контролируемого параметра, подключают параллельно компенсатщонной катушке и емкости переменный резистор, сопротивление которого подбирают из условия минимальной чувствительности к зазору при произвольном значении контроляруемого параметра 2j . Однако известный способ обладает недостаточной точностью измерений, так как в данном случае только умен шается чувствительность к колебания зазора, но изменения величины зазор все равно вносят ошибку при измерении контролируемого параметра. Действительно, точность измерений невы сока на границах диапазона колебания зазора и за его пределами и максимальна при зазоре, на котором производилась настройка преобразователя. Поэтому для получения максимально возможной точности необходимо всегда на образце и на изделии выставлять электромагнитный преобразователь на зазор, обеспечивающий макеимальную точность. Известный же способ не предусматривает контроль реального зазора при измерении, вследствие че.го настройка преобразователя по минимальной чувствительности к зменению зазора еще не обеспечивает максимально возможной точности. Цель изобретения - повышение точности измерения механических напряжений путем исключения влияния зазора. Поставленная цель достигается тем, что в ненагруженном образце, изготовленном из материала контролируемого изделия, возбуждают с помощью накладного электромагнитного преобразователя вихревые токи негармонической формы и снимают зависимости измерения амппитуд двух гармоник от величины зазора, при этом параметры преобразователя выбирают так, чтобы одна из гармоник, например, высшая, имела экстремальную зависимость от величины немагнитного зазора с экстре 1умом при зазоре, превышающем минимально возможный для существующей поверхности контролируемого изделия, фиксируют значение амплитуды низшей гармоники, соответствующее величине зазора, при котором существует экстремум высшей гармоники, нагружают образец и снимают зависимость амплитуды высшей гармоники от величины механических напряжений при том фиксированном значении амплитуды низшей гармоники, при котором существует экстремум высшей гармоники на ненагруженном образце, устанавливают электромагнитный преобразователь на изделие с зазором, при котором низшая гармоника равна ранее зафиксированной величине, и считывают значение амплитуды высшей гармоники, по которому определяют величину механических, напряжений. На фиг. 1 показана зависимость изменения амплитуды напряжения А низшей гармоники (кривая CL) и амплитуды напряжения Aj высшей гармоники (кри.вая о 3 от величины немагнитного зазора 8между электромагнитным преобразователем и поверхностью изделия, где Sg - зазор, при котором зависимость Ag i(S) принимает экс ремальное значение; йа фиг. 2 - зависимость приращения амплитуды напр жения АИ низшей гармоники (кривая В и приращения амплитуды напряжения А g высшей гармоники (кривая-2,) от в личины механических напряжений d , н фиг. 3 - функциональная схема устро ства для реализации предлагаемого способа. Эффект получения различных завис ,мостей гармоник от изменения зазора .достигается за счет выбора парамет.тгов преобразователя. При подключени преобразователя, например, при использовании резонансного метода, источнику намагничивающего тока через конденсатор образуется колебате ный контур, состоящий из емкости конденсатора и индуктивности преобразователя. В этом случае параметры преобразователя выбирают, например, изменением числа его витков так, чтобы на частоте высшей гармоники при нахождении преобразователя на требуемом (состоянием поверхности изделия) расстоянии от повер::ности образца, изготовленного из материаi ла изделия, в указанном контуре про исходил резонанс. Это и обуславливает экстремальную зависимость вели чины амплитуды напряжения высшей гармоники -от величины зазора (кривая сГ фиг. 1). Так как порядок гар моник различен, для частоты низшей I гармоники колебательный контур в ре зонанс настроен не будет, что и обуславливает монотонную зависимост амплитуды напряжения низшей гармоники от величины зазора (кривая а, ,фиг. 1). Причем приращение амплитуды напряжения А низшей гармоники, вносимое колебаниями зазора на порядок и более, превосходит приращение, вносимое механическими напряже ниями (кривая Е, фиг. 2),поэтому при регистрации зазора по амплитуде напряжения низшей гармоники доля, а значит, и погрешность, вызванная приращением амплитуды напряжения этой гармоники от механических напряжений, незначительна. Для высшей гармоники, благодаря выбору парамет ров преобразователя, при зазоре Од 034 при котором производят измерения, приращение амплитуды напряжения этой гармоники от изменения механических напряжений (кривая г., фиг. 2) более чем на порядок превосходит приращение этой амплитуды от колебания зазора в достаточно малой окрестности фиксированного зазора , поэтому возможные изменения зазора при измереточность практически не влинии на Устройство, реализующее способ, содержит генератор 1 намагничивающего тока, например, прямоугольной формы, накладной электромагнитньп преобразователь 2, селективные усилители 3 и 4 соответственно низшей и высшей гармоник рабочего сигнала, выпрямители 5 и 6, интегрирующие усилители 7 и 8, регистрирующие приборы 9 и 10, образующие совместно с соответствующими селективными усилителями два раздельных канала выделения и регистрагии значений амплитуд напряжения соответственно низшей и высшей гармоник. Способ измерения механических наг пряжений в ферромагнитных изделиях-осуществляют следующим образом. Преобразователь 2 устанавливают на образце, изготовленном из материал контролируемого изделия, намагничивают образец электромагнитным полем, созданным намагничивающим током, который подается с генератора 1 и протекает через обмотку преобразователя. Выбирают параметры преобразователя, .например, изменяя число витков об- обмотки, либо любым другим способом так, чтобы при изменении зазора между преобразователем и образцом, приращения амплитуд гармоник имели зависимости а и о (фиг. 1), причем величина зазора S устанавливается (вы- ; бором параметров преобразователя) с превышением шероховатости и толщины защитного покрытия поверхности изделия. Значение Вд фиксируют по показанию прибора 9. Затем производят: тарировку прибора, нагружая образец с установленным на нем преобразователем 2 и снимают зависимость показания прибора 10 от величины механических напряжений в образце. После этого устанавливают преобразователь 2 на изделие с зазором 69 , который ределяется по зафиксированному ранее на образце соответствующему этому за-

зору показанию прибора 9, снимают показание прибора 10 и, используя тарировочную зависимость показаний этого прибора от механических напряжений А g 1(о), определяют величину механических напряжений в контролируемом изделии.

Предлагаемый способ за счет точной настройки преобразователя и непрерывного контроля величины зазора между ним и контролируемым изделием позволяет проводить при помощи реализующей его аппаратуры измерения как остаточных, так и действующих механических напряжений с регистрацией их знака на неподготовленной поверхности изделия, т.е. с большей степенью шероховатости, наличии незлектропроводящих покрытий и т.п. с точностью не хуже, чем на подготовленной поверхности. Кроме того, наличие канала контроля величины зазора повышает точность и надежность процесса измерения.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЯХ, при котором в контролируемом изделии возбуждают с помощью накладного электромагнитного преобразователя вихревые токи негармонической формы, выбирают параметры преобразователя, изменяя немагнитный зазор между преобразователем и поверхностью образца, измеряют параметры гармоник электрического напряжения на преобразователе, по которым определяют механическое напряжение, отличающийся тем, что, с целью повышения Точности измерений, сначала на ненагруженном образце, изготовленном из материала контролируе. мого изделия, снимают зависимости изменения амплитуд двух гармоник от величины зазора, а параметры преобразователя выбирают так, чтобы одна из гармоник имела экстремальную зависимость от величины немагнитного зазора с экстремумом при зазоре, превьш1ающем минимальный заданный для существующей поверхности контролируемого изделия, фиксируют значение амплитуды низшей гармоники, соответствующее величине зазора, при котором существует экстремум высшей гарсл моники, затем нагружают образец и снимают зависимость амплитуды высшей гармоники от величины механических напряжений при том фиксированном значении амплитуды низшей гармоники, при котором существует экстремум высшей гармоники на ненагруженном образце, устанавливают электромагнитный 4 преобразователь на изделие с зазором, N при котором низшая гармоника равна ранее зафиксированной величине, и считывают значение амплитуды высшей гармоники, по которому определяют ве личину механических напряжений.

f,

Фиг.

Фаг.

Фиг, J