Способ контроля механических свойств ферромагнитных объектов и устройство для его реализации Советский патент 1988 года по МПК G01N27/82 

4

САЭ Ot)

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля механических свойств ферромагнитных объектов.Расширение функциональных возможностей за счет одновременного контроля совокупности механических свойств, неоднозначно связанных с выделяемыми гармониками, достигается путем определения механических свойств по совокупности гармоник с вьиелением области однозначной зависимости. Предварительно определяют интервал допустимых значений механических свойств, контролируемый объект намагничивают в области полей, охватывающих участки крутого восхождения кривой намагничивания, устанавливают уровни первой и третьей гармоник Е,, Е, и определяют механические свойства объекта в диапазоне изменения третьей гармоники Е, не превышающем установленного для нее минимального уровня по амплитуде первой гармоники Е,, 2 с.п. ф-лы, 4 ил. se (Л

сл

со

У1зобретение относится к неразруающему контролю и может быть испольовано для сортировки ферромагнитных лектропроводящих объектов по их еханическим свойствам.

Цель изобретения - расширение ункциональных возможностей за счет дновременного контроля совокупности еханических свойств, неоднозначно связанных с выделяемыми гармониками, остигается путем определения интерала однозначной зависимости по параетрам первой и третьей гармоник.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ контроля механических свойств; на фиг. 2 - график характеристик образ - ца; на фиг. 3 - график однозначной зависимости между параметрами первой и третьей гармоник и механическими свойствами контролируемого объекта; на фиг. 4 - график зависимости между амплитудой первой гармоники и механическими свойствами контролируемого объекта в полученной области

,Устройство, реализующее способ контроля механических свойств, состоит из последовательно соединенных генератора 1 гармонического напряжения и электромагнитного преобразователя 2, подключенных к выходу последнего избирательного усилителя 3 первой гармоники, избирательного усилителя 4 третьей гармоники и -дискриминатора 5 наличия объекта контроля, фазового корректора 6, дискриминатора 7 амплитуды первой гармоникиj ключа 8, соединенного сигнальньи-i входом через фазовый корректор 6 с выходом избирательного усилителя 4 третьей гармоники, управляющим входом через дискриминатор 7 амплитуды первой гармоники . с выходом избирательного усилителя 3 первой гармоники и выходом через дискриминатор 9 амплитуды третьей гармоники - с первым входом логической cxeNUii 10, подключенной вторым входом к выходу дискриминатора 7 амплитуды первой гармоники,, ключа 11, соединенного управляющим входом с вькодом избирательного усилителя 3 первой гармоники, индикатора 12, соединенного через ключ 11 с . первым выходом логической схемы 10, и третьего ключа 13, соединенного сиг нальным входом с выходом дискриминатора 5 наличия детапсй, и управляющим пходом с вторым выходом логичес

0

5

0

5

0

5

0

5

кой схемы 10, а выход ключа 11 и третий выход логической схемы 10 предназначены для подключения к цепям управления механизма сортировки (не показан) .

Способ контроля осуществляют следующим образом.

Определяют механические свойства мартенситно стареющей стали ЭПЗЗб БД, характеризуемой следующими параметрами (фиг. 2): 02 предел текучести, кгс/мм ; 69 - временное сопротивление, кгс/14м ; ИКС 3 - твердость по Роквеллу; v относительное сужение образца после разрыва, %; f - относительное удлинение образца после разрыва,1КСУ - ударная вязкость, кгс.м/см. Указанные механические характеристики получены на разрывных и ударных образцах. Технические требования к механическим свойствам материала деталей:6(2 кг.с/ /мм ;Ц 7/35%; КСТгЗ,Окгс.м/см2 ; 51. Центральной вертикальной штриховой линией на фиг. 2 пересекаются значения механических характеристик, соответствующие штатному режиму старения (). Боковые штриховые линии пересекают предельно допустим1ле значения механических характеристик. .Предельные значения определены по двум

характеристикам: 6о2 кгс/мм. и KCV 3,0 кгс.м/см. Интервал, заключенный .между боковыми штриховыми линиями, образует поле допустимых значений механических характеристик. Допустимые значения других механических характеристик находятся в пределах интервала и не определяют, в сипу допустимых значений, его ширины. Горизонтальными штриховыми отрезками показаны допустимые значения механических характеристик: 1 2 - KCV; 3 ,i ; 4 - HRCj.

Из анализа результатов, приведенных на фиг. 2, следует, что по мере увеличения температуры старения (до 300°С) механические свойства (6о, 6g и HRC,) изменяют свои величины незначительно. Затем, начиная от , указанные свойства резко возрастают по величине, достигают максимальньк значений в окресностях 550°С и при дальнейшем увеличении температуры также резко снижаются. Ударная вязкость по мере увеличения температуры, имеет максимальное значение при Т. Х-570 С, а затем вновь несколько возрастает. Относительное сужение практически не изменяется до Т. , Далее при увеличении температуры от постепенного снижения она начинает резко изменяться, принимая выражен ный колебательный характер, образуя два минимума в окресно.стях рабочего интервала температур и максимум с небольшими частными экстремумами не- посредственно в рабочем интервале,

Таким образом, механические свойства изменяются неоднозначно от температуры старения.

В процессе контроля контролируемый .объект намагничивают переменным магнитным полем, выделяют с помощью усилителя 3 первой гармоники и усилителя 4 третьей гармоники первую и третью гармоники вносимой в вихретоко вый преобразователь ЭДС. При этом контролируемый объект намагничивают в области заранее определенных по кривым намагничивания полей, охватывающих участки крутого восхождения кри- вой намагничивания. Устанавливают с помощью дискриминаторов 7 и 9 соответственно минимальный уровень амплитуды первой гармоники, соответствующий нижней границе допустимых значений механических свойств, и минимальный уровень амплитуды третьей гармоники, соответствующий верхней границе допустимых значений механических свойств. Зависимости механических свойств гармоник приведены на фиг, 3. Для при веденйого примера установленные гра ницУ соответствуют пересечению левой вертикальной линией значений о,2 195 кгс/мм и амплитуды первой гармо- V 1,46 В. На диаграмме интервал значений графически изображен в виде прямоугольного импульса V и охватывает область от 460 до б . В этот интервал могут попадать сигналы первой гармоники от деталей как с допустимыми, так и недопустимыми значениями механических свойств. Порог селекции амплитуды третьей гармоники устанавливается равным от деталей с минимально допустимым значением ударной вязкости KCV 3,0 кгсм/см (правая линия интервала при Тс 500 С). Сигналы третьей гармоники также могут находиться в произвольном положении интервала (Т 500 - 630 С), обозначенного V,. Вместе с этим, поведение амплитуд первой и третьей гармоник для каждой кон

0

5 д 5 д

0

5

5

0

5

кратной детали взаимосвязано, т.е. амплитуде первой гармоники всегда соответствует вполне определенная амплитуда третьей. Поэтому местоположения сигналов гармоник деталей с конкретными механическими свойствами в интервалах V и V- строго обусловлены.

Следовательно, если -регистрировать амплитуду первой гармоники при условии, что не будет регистр ироваться амплитуда третьей (при установленных уровнях селекции), то есть основание утверждать, что полоса амплитуд первой гармоники принадлежит интервалу допустимых значений механических свойств. Если же регистрируются одновременно амплитуды первой и третьей гармоник,, значит детали имеют недопустимые значения совокупности механических свойств.

Таким образом, используя амплитуды первой и третьей гармоник в качестве носителей информации, представляется возможнь м однозначное выделение деталей с допустимой совокупностью механических свойств.

Изменяя уровни селекции амплитуд первой и третьей гармоник (увеличивая первый и уменьшая второй), возможно проводить выборки деталей по уровню механических свойств в пределах их допустимых значений.

На фиг. 4 приведены зависимости механических свойств, а также температуры старения для допустимой полосы амплитуд первой гармоники 4U. Как видно, в пределах полосы механи- .чески-е свойства изменяются практически линейно, что дает возможность для количественной оценки величин механических свойств. За пределами допустимых значений связь между амплитудой первой гармоники и механическими свойствами нелинейна и неоднозначна.

Устройство, реализующее способ контроля механических свойств, работает следующим образом.

Переменный ток заданной силы от генератора 1 синусоидальных колеба НИИ подается на возбуждающую обмотку электромагнитного преобразователя 2. В электромагнитный преобразователь 2 предварительно помещают на- строечные детали и производят настройку прибора на допустимый интервал механических свойств. Вследствие нелинейности и гистерезиса в измерительной обмотке преобразователя iTaT- водится ЭДС сложной формы. С помощью избирательных усилителей 3 и А вьщеля- ют сигналы первой и третьей гармоник. Сигнал третьей гармоники фазовым корректором 6 устанавливают так, чтобы начальные фазы регистрируемых гармоник бьши близки к совпадению.

Минимальный уровень амплитуды пер- вой гармоники устанавливается дискриминатором 7 по настроечной детали с минимально допустимым пределом текучести. С его выхода сигналы, превышающие установленный порог, поступают на. один из входов (первый) схемы 10 логической обработки сигналов и на вход первого ключа 8. Нормально закрытый ключ 8 открывается только тогда.

когда амплитуда первой гармоники

превышает установленную. В этом случае ключ 8 пропускает сигналы третьей гармоники на дискриминатор 9 амплитуды третьей гармоники. Уровень дискриминатора 9 устанавливается по детали с минимально допустимой ударной вяз костью KCV (фиг. 2).

При наличии сигнала на выходе дискриминатора 7 и отсутствии сигнала на выходе дискриминатора 9 схема 10 логической обработки сигнала вьфаба- тывает импульсы, которые подаются на управляющий вход второго нормально закрытого ключа 11 .Последний открывается и пропускает на вход вольтметра сиг- налы с выхода усилителя 3. Когда сигналы на входы схемы 10 логической обработки поступают с обоих дискриминаторов, она не вырабатьшает импульсов, котот- рые открывали бы ключ 11, и индикатор 12 отключается.. Следовательно, индикатор 12 вьщает показания тогда, ког да амплитуда первой гармоники находится в пределах установленной полосы. Это позволяет делать количественную оцен- ку совокупности значений механических характеристик, находящихся в допустимых пределах.

Схема 10 логической обработки сиг налов функционально состоит из двух узлов: нормально открытого ключа и схемы совпадения (схемз Н). Входы этих узлов включены параллельно, В результате, когда сигнал поступает только с дискриминатора 7 амплитуды первой гармоники, то он проходит на управляющий вход нормально закрытого ключа II. Ключ 10 открываетс-я и прдпускает на индикатор ,12 сигнал с

Q 5

25

зо g Q g

gg

50

выхода избирательного усилителя 3 первой гармоники. Когда сиг налы посту- пают с обоих дискриминаторов (деталь с недопустимыми механическими свойствами) , то ключ схемы 10 закрывается, и сигнал на управляющий вход ключа 11 не поступает. Схема И при совпадении сигналов вырабать1вает импульсы на ее выходе. Которые подаются на вход нормально закрытого ключа 13, схему индикации и управляющую цепь механизма сортировки (не показаны). Ключ 13 пропускает сигналы с дискриминатора 5 наличия детали в тех случаях, когда срабатывают дискриминато ры 7 и 9, т.е. когда с его выхода поступают сигналы, свидетельствующие о бракованной детали. Дискриминатор 5 наличия детали вырабатывает импульсы тогда, когда деталь помещена в намагничивающее устройство и на измерительной катушке имеется выходное напряжение.

Формула изобретения

установленного для нее минимального уровня,

МОНИКИ, включенным между усилителем первой гармоники и вторым входом логической схемы, вторым ключом, соединенным управляющим входом с первым выходом логической схемы, сигнальным входом - с выходом усилителя первой гармоники, и выходом - с индикатором, третьим ключом, управляющим входом соединенным .с вторым выходом логической схемы, дискриминатором наличия объекта контроля, включенным между выходом электромагнитного блока и сигнальным входом третьего ключа, управляющий вход первого ключа под- ключё й к .второму выходу дискриминатора амплитуды первой гармоники, а выход третьего ключа и третий выход логической схемы подключены к управляющей цепи механизма сортировки.

Риг.1

,fl

(trc/MM

150

- 55

год

т

100 50

0

100 200 т Ш 500 600 Г,Т

u.z.2

KCl/

КГС Н/СМ

18

100 200 300 Ш 500 600 Tf/C

иг.з

O.t КГС/IW

too

Ш

100

fO

,

т/MM

120

гоо

т

т

т

)0

f, 5- Ц.В fe.

KCV

кгс-м/см

30 20