Способ контроля механических напряжений в ферромагнитных материалах Советский патент 1989 года по МПК G01N27/83 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля физико-механических свойств ферромагнитных материалов и изделий методом, основанным на э(ффекте Барк- гаузена.

Цель изобретения - повьшение точности контроля приложенных и остаточных механических напряжений в ферромагнитных материалах, предела текучести, сокращение времени и: упрощение контроля за счет выбора частоты пере- агничивания, позволяющего компенсировать нелинейность зависимостей отдельно магнитных и акустических

.шумов перемагничивания от напряжений. На фиг.1 приведена блок-схема устройства, осуществляющего способ контроля механических напряжений; на фиг,2 - 4 - огибающие текущих мощностей магнитных (м) и акустических (а) шумов на полупериоде Т/2 поля Н перемагничивания; на фиг.5 - 8 - зависимости информативных параметров

мт опп сА.ед J механических напряжений.

Устройство (фиг.1) содержит нинко- частотный генератор 1 тока треугольной формы, подключенный к катушке 2 перемагничивания, катушку 3 регистрации магнитных шумов Баркгаузена,

4

а

4 СО

314

подключенную к блоку 4 измерения огибающей текущей мощности магнитного шума, пьезопреобразователь 5 per гистрации акустических шумов Баркт. гаузена, подключенный к блоку 6 измерения огибающей текущей мощности акустического шуыа, блок 7 измерения максимумов, подключенный к блокам 4 и 6, и блок 8 измерения магнитного поля, подключенный к блоку 7 и генератору 1 ,

Способ осуществляют следующим образом.

Контролируемое изделие 9 перемаг- ничивают полем (кривая 10, фиг,2)„ катушки 2, питаемой током треугольной формы генератора 1, В измерительной катушке 3 наводится ЭДС шумов Баркгаузена, огибающая мощности ко- торой за полупериод Т/2 перемагничи- вания измеряется блоком 4, На фиг.З

и 4 показаны кривые 11, огибающие магнитных шумов, которые имеют один максимум, соответствующий значению поля Нц,йНр, При перемагничивании изделия 9 в пьезопреобразователе 5 регистрируются акустические шумы перемагничивания, огибающая мощности которых измеряются.блоком 6, Типич- ный вид огибающих акустических шумов для изделий из углеродистых сталей приведен на фиг,2 - ,4 кривые 12, Они имеют два максимума, если обеспечивается режим перемагничивания по предельной петле гистерезиса и частота тока перемагничивания (обычно 0,1,,,50 Гц), при которых эти максимумы . еще не сливаются.

Появление первого максимума можно объяснить магнитострикционными процессами при образовании и росте за- родьшей перемагничивания вследствие изменения знака напряженности внешнего поля, а второго - магнитострикционными процессами при необратимом движении 90-градусных доменных границ. Максимум магнитного шума (кривые 11) лежит между максимумами акустического шума в области полей Hj,, где основной вклад в эффект Баркгау- зена вносит скачкообразное смещение 180 -градусных доменных границ, В блоке 7 регистрируются значения пер

максимумов максимум

иа акустивого и второго ческих шумов и

го шума и вычисляется параметр В блоке 8 регистрируются значения

и...,, магнитно

m Ш

v-У Uc,полей Hj и Hjo,, соответствующих пергг вому и второму максимумам текущей мощности акустических шумов, и-поле Нд, соответствующее максимуму магнит- 1ных шумов, и вычисляется параметр

Так как форма тока генера гдТ fa тора треугольная, а следовательно,

зависимость между током. 1-й полем Н

Н м

линейна, для рпределения р

2е, тем

удобно пользоваться соот 2ветствукщйми значениями тока, .Строят

корреляционную зависимость р f () (фиг,5), которая, как показали исследования, обладает большей чувствительностью, чем известные U,(6) и ((.), и которая с большей точ ностью позволяет определить контролируемые механические напряжения, так как учитывает влияние напряжений на параметры магнитного и акустического , которые совместно более полно характеризуют влияние Ь н-а необратимые процессы перемагничивания ферромагнетика. .

Однако из зависимости (d) затруднительно определять предел текучести 6-г, так как эта зависимость

становится нелинейной при гз(0,б,,, 0,7) ёт- (фиг,5). Для более точного определения & строят зависимость

(d) (фиг ,7), на которой d соответствует точке отклонения кривой 16 от линейной зависимости, т,е.

0

45

40

55

dl-o d4

более

d компенточке, где . Возможность d4

точного определения 6 по зависимости (d) объясняется характером из енения кривых 14 - (d) и 15 и. (б) , показанных на фиг,6, из которой следует, что нелинейность кривых 14 и 15 в области сируется их обратным характером зависимости от cJ и точка перегиба, при 5 становится ярко выраженной.

Выбор параметра -v г- объясняет и„

ся более сильной зависимостью и, от напряжений 6 , чем U (кривые 12 на фиг,2-4),,На практике часто бывает неудобно методически измерять параметр J1, так как требуется дополнительное время для обработки информативных параметров магнитного и акустического шумов перемагничивания.

Из зависимостей 14 и 15 (фиг.6) видно, что при одновременном измерении т ск шагом через й6 можно посроить зависимость 17 (фиг. 8) /3 и f/4UD(, на которой точка перегиба

алит .,

jT7. что будет соответствовать

aaUcx

6-f, Такая же зависимость остается, . если измерять изменения среднеквад- ратических значений сигналов магнит ного ЛИ и акустического ди шумов, что на практике бывает выполнить проще, чем измерить U, Ц„, Uja . Наличие резкого перегиба (;:--.0) мож

aUa

объяснить тем, что при 7 6 быстр разрастается дислокационная сетка, наличие которой в большей степени сказывается на магнитострикционном механизме акустических шумов, чем на скачках 180-градусных доменных границ.

Способ опробирован на плоских образцах сечением рабочей части 2x12 мм, изготовленных из углеродистых сталей 60, 45X1 и ЭП 836, которые подвергались растяжению на разрывной машине Р5. Перемагничивание осуществляли с помощью накладного датчика, закрепленного на образце, полем треугольной формы частотой 10 Гц, Текущие параметры магнитного и акустического шумов регистрировались прибором АФС-2, по значениям которых строились огибающие. Прибор дополнительно снабжен аналогичным каналом для измерения акустических шумов.

шума уменьшается, причем расстояние между максимумами Н, и. также уменьшается (фиг.2 - 4), Одновременно наблюдается неравномерное уменьшение значений максимумов акустического шума. Так значение первого максимума при нагружении до предела текучести уменьшается в 2-3 раза, а второго - в 1,2 - 1,3 раза.

На фиг,5 показана кривая 13 зависимости (6), KOTOpiTo можно использовать для контроля 6 и для определения предела текучести i материала,

На фиг,6 показаны графики изменения максимумов огибакщей мощности магнитного шума (кривая 14) и акустического шума (кривая 15) в зависимости от приложенных напряжений, из которых видно, что магнитные шумы возрастают, а .акустические убывают при росте приложенных напряжений до предела текучести. Изменение параметра

5

0

1с--- - и.

Ма

ОТ сэ показано на фиг. 7, Видно,

что из зависимости г(3) можно более точно определить й, чем по зависимости (i5) (кривая 13), так как точка перегиба определена более резко .при 6-, Точность определения tJ сое- тавляет 10% от значений , найденного механическими разрушающими испытаниями. На фиг,8 приведена зависимость 17 среднеквадратических значений сигналов магнитного U, и акустичес- 5 кого И шумов, измеренные одновременно через равные промежутки возрастания приложенных напряжений ли . Зависимость позволяет более просто опра-

Изобретение может быть испольэо- вано в контрольно-измерительной технике для неразрушающего контроля, внутренних и приложенных напряжений в ферромагнитных материалах.Целью изобретения является повышение точности контроля приложенных и остаточных напряжений, предела текучести,а также сокращение времени и упрощение контроля. В ферромагнетике посредством индуктивного преобразователя возбуждают низкочастотное переменное поле и регистрируют магнитные и акустические шумы перемагничивания. Режим контроля выбирают так, что огибающая модности акустических шумов имеет два максимума. Регистрируют максимумы магнитных и акустических шумов перемагничивания и значения полей, при которых они наблюдаются. Строят зависимости параметров,вычисленных по измеренным характеристикам магнитных и акустических шумов перемагничивания, по которым определяют напряде- ния и предел текучести. Повьшгение точности контроля дости гается за счет компенсации нелинейности зависимостей отдельно магнитных и акустических шумов перемагничивания от напряжений. 2 з.п. ф-лы, 8 ил. с (С (Л С

На фиг.2 - 4 показана огибающая текущей мощности магнитных и акустических шумов при различных нагрузках ( ,45(5.; . Так .как уровень сигнала, отнесенный к собственным шумам предусилителёи У магнитного шума больше, чем у акустическог шума, для последнего в графиках берется множитель 10. У исследованных сталей в нагруженном состоянии огибающая магнитного шума имеет один .максимум, а огибающая акустического шума - два.

При приложении растягивающей нагрузки максимальное значение текущей

мощности магнитного шума . :увеличива- 55 жений, изделие перемагничивают по

ется. При этом оно наблюдается практически при одних и тех же значениях, Н, В то же время максимальное значение текущей мощности акустического

предельной петле гистерезиса с час той, при которой с тцествуют два ма симума огибающей текущей мощности акустических ш умов, регистрируют з

40 делить d.. при -;-, несколько боль- аи а

шей погрешностью 15%, мости (ё ) ,

чем по зависи4Г

50

Формула изобретения

1, Способ контроля механических напряжений в ферромагнитных материа- лах, заключающийся в перемагничива- нин контролируемого изделия полем низкой частоты и регистрации магнитного и акустического шумов Баркгаузе- на, о тлич ающийся тем, что, с целью повышения точности контроля приложенных и остаточных напряпредельной петле гистерезиса с частотой, при которой с тцествуют два максимума огибающей текущей мощности акустических ш умов, регистрируют зна71467А9

чения поля перемагничивания Н, и Н, соответствующие первому и вто- ; рому максимумам акустических шумов, и значение поля Н, соответствующее максиму магнитного шума, а напряже- , ние 6 определяют по заранее построенной корреляционной зависимости 5

(p), где .

(Н 1с(

2, Способ поп,1, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности определения пределагте- кучести (Ц., измеряют значения макси- мальной мощности акустических и магнитных шумов Цд, и, соответствующие значениям поля перемагничивания Н 1«.

1

., а напряжение & определяют из зависимости у(д), ka которой.предел текучести 6. регистрируют, в точ

ке 0, . ад

определяют в точке -j-r,daUc,

О, а шаг

изменения д определяют, исходя из требуемой - точности контроля.

Фие,1

aL fff,lf(i/c/r.e.) 26

m 20.

1 л Щ1Гм1 /с. 26

22 f8 / 70

,

Ij Lf U 70. M eL

Z 2

I

2

; /V Юус.б9.

.

yv

7S fS 9 6

0. .r 0i/9.7

.

гГ.

/«

369 Л / Фи.8