Способ определения осевых остаточных напряжений в ферромагнитных изделиях Советский патент 1985 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к неразрушающим электромагнитным методам определения механических напряжений и предназначено для определения величины и знака осевых остаточных напряжений первого рода на поверхности ферромагнитных изделий, например крупных горячекатаных профилей проката: тавров, двутавров, швеллеров, уголков, железнодорожных рельсов и других профилей.

Известен способ измерения напряжений в элементах стальных конструкций, основанный на использовании нелинейного характера, зависимости магнитной проницаемости ферромагнитных материалов от приложенных напряжений. По этому способу исследуемую точку элемента дополнительно нагружают или разгружают в две ступени, измеряют на каждой ступени первую и вторую производные зависимости )выходного сигнала электромагнитного преобразователя от приложенных напржений и по значениям производных определяют величину и знак искомых напряжений Л .

Недостатком известного способа является невысокая точность измерения, так как значения производных зависимости выходного сигнала электромагнитного преобразователя от приложенных напряжений во многом определяются химическим составом ферромагнитного материала и его микроструктурой, на которую оказывают влияние термическая обработка и пластическая деформация.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения осевых остаточны напряжений первого рода в феррома - нитных изделиях, основанный на зависимости уровня магнитной анизотропии от напряжения. По этому способу в контролируемом месте изделия создют осевые напряжения от внешней нагрузки, измеряют поверхностную магнитную анизотропию, которая определяется разностью магнитных проница- ёмостей в направлениях остаточного напряжения и перпендикулярном ему, при нулевом значении магнитной анизотропии определяют величину напряжения от внешней нагрузки и соответ ствующую деформацию, измеряют остатную деформацию и определяют по этим данным остаточные напряжения {2J ,

Недостатком прототипа является то, что технически не всегда возможно создать внешние осевые напряжения, полностью компенсирующие остаточные, например, в крупных профилях проката (двутавры, тавры, швеллеры, железнодородные рельсы).

Целью изобретения является обеспечение возможности определения остаточных напряжений в крупных профилях проката.

Для достижения указанной цели согласно способу определения осевых остаточных напряжений в ферромагнитных изделиях, заключающемуся в создании внешних напряжений и измерении разности магнитньк проницаемостей, закручивают ферромагнитное изделие внешним моментом относительно его продольной оси, затем измеряют разность магнитных проницаемостей в направлении осевого остаточного напряжения и под углом 45° к продольной оси изделия, определяют удвоенную величину внешнего максимального касательного напряжения, при которой указанная разность равна нулю, и по этой величине определяют значение осевых остаточных напряжений.

На фиг. 1 приведена зависимость остаточных нормальных напряжений от направления; на фиг. 2 - зависимость внешних нормальных напряжений от направления; на фиг. 3 - зависимость результирующих нормальных напряжений от направления; на фиг. 4 - деформируемый профиль проката.

Создание в крупных профилях проката путем деформации кручением относительно оси профиля внешних касательных напряжений, максимальная величина которых составляет половину остаточного напряжения, практически осуществить несложно, так как момент сопротивления кручению профилей (двутавров, тавров, швеллеров, уголков, железнодорожных рельсов) имеет сравнительно небольшое значение и для осзгществления способа требуются небольшие значения крутящего момента.

Путем деформации изделия кручением относительно его оси в нем создают внешние касательные и нормальные напряжения. Главные внешние нормаль.ные напряжения, одно из которых является растягивающим, а другое сжимающим, ориентированы под углами 45°

к осевому остаточному напряжению. По абсолютной величине они равны внешнему максимальному касательному напряжению в плоскости, перпендикулярной оси. .

Измерение разности магнитных проницаемоетей в направлениях осевого остаточного напряжения и под углом 45° к нему (угол отсчитътается против часовой стрелки) характеризует разность осевого остаточного напряжения и результирукщего нормального напряжения в направлении под углом 45 к остаточному. При нулевом значении указанной разности Магнитны проницаемостей разност осевого остаточного напряжения и результирующего нормального в направлении под углом 45 к оси также равна нулю

Результирующее нормальное напряже ние под углом 45 к осевому остаточному является алгебраической суммой нормального остаточного напряжения и внешнего главного нормального напряжения в этом направлении. Следовательно, величина осевого остаточного напряжения равна взятой с тем же знаком величине внешнего максимального касательного напряжения.

Так, например, для определения осевых остаточньпс напряжений на поверхности профиля проката 1 в нем создают внепшее напряжение путем деформафо кручением относительно оси. С помо1цыо магнитоанизотропного пре:образователя 2, выходной сигнал кото

рого зависит от разности магнитных проницаемостей в направлении осевого остаточного напряжения и под углом 45° к нему, измеряют в относителных единицах разность соответствующих магнитных проницаемостей. При нулевом значении указанной разности магнитных проницаемостей по величине крутящего момента и момента сопротивления при кручении профипя находят величину максимального касательного напряжения в заданном месте профиля. Внешнее максимальное касательное напряжение может быть определено и -С помощью наклеенного на профиль под углом 45° к его оси тензорезистора. О величине осевого остаточного напряжения судят по взятой с тем же знаком удвоенной величине внешнего максимального касательного напряжений.

Изобретение позволяет без разрушения производить контроль осевых остаточных напряжений в крзппшх профилях проката по всей длине профяшя и с учетом полученных данных вводить коррективы в технологию их производства с целью оптимизации уровня остаточных напряжений. Это повышает несущую способность и надежность конструкций, изготовленных из профилей.Изобретение может быть использовано также для определения действухщих напряжений в стальных конструкциях.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСЕВЫХ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЯХ, включаищий создание внешних напряжений и измерение разности магнитных щ оницаемостей изделия, по которой определяют остаточные напряжения, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения остаточных напряжений в крупногабаритных профилях проката, сначала закручивают ферромагнитное изделие внешним моментом относительно его продольной оси, затем измеряют.разность магнитных проницаемостей в направлении осевого остаточного напряжения и под углом 45 к продольной оси изделияj определяют удвоенную величину внешнего, максимального касательного напряжения, при которой указанная разность равна нулю, и по этой (Л величине определяют значение осевых остаточных напряжений,СП «ifiiii CD 00