Способ контроля прочностных свойств протяженных ферромагнитных изделий Советский патент 1990 года по МПК G01N27/83 

протяженного изделия среднеквадратиче- ского значения магнитного шума,

Устройство, реализующее способ, содержит индуктивный преобразователь 1, включающий катушку 2 намагничивая с маг- нитопроводом, измерительную катушку 3 и датчик 4 координат, генератор 5 тока треугольной формы, подключенный к катушке 2, последовательно соединенные блок 6 измерения текущей мощности магнитного шума, измеритель 7 градиента и двухкоординатный индикатор 8, блок 9 измерения экстремумов (максимума и минимума) магнитных шумов, включенный между блоком 6 и вторым входом индикатора 8, последовательно соединенные пьезопреобразователь 10, блок 11 измерения текущей мощности акустических шумов пере- магничивания и второй индикатор 12, датчик 4 координат подключен соответственно к измерителю 7 градиента и индикаторам 8 и 12. Преобразователь 1 установлен на изделии 13 длиной I с возможностью перемещения по его поверхности, пьезопреобразователь 10 установлен неподвижно у торца изделия 13.

Способ осуществляется следующим образом.

Контролируемое изделие 13 перемагни- чивают полем треугольной формы (кривая 14 на фиг. 2), создаваемым током катушки 2, питаемой генератором 5. В измерительной катушке 3 возникает сигнал ЭДС магнитных шумов, огибающая мощности которого выделяется блоком 6 за полупериод перемаг- ничивания Т/2, Типичный вид огибающей текущей мощности магнитных шумов VM показан на фиг, 2 (кривые 15), которые имеют один максимум, расположенный вблизи значения поля Н Нс - коэрцитивной силы ферромагнитного материала, Измеритель 7

,dVM

определяет производную у

dx

при перемещении преобразователя 1 по изделию 13, блок 9 измеряет максимальное и минимальное значения параметра VM. Индикатор, выполненный в виде двухкоординатного самописца с разверткой от датчика 4 коорди нат, фиксирует распределение параметров магнитного шума у и VM по длине I изделия 13 (кривые 16-18 на фиг. 3) при перемещении преобразователя 1.

Одновременно при, перемагничивании ферромагнитного изделия вследствие маг- нитострикционного механизма преобразования скачков Баркгаузена возникают акустические шумы, которые регистрируются пьезопреобразователем 10. Огибающая мощности сигнала акустических шумов пе- ремагничивания выделяется блоком 11 (кривые 19 на фиг, 2), а распределение его

параметров VA вдоль изделия 13 при перемагничивании индуктивного преобразователя регистрируется индикатором 12 (кривая 20 на фиг. 3).

Исследования показали, что важно правильно выбрать режим перемагничивания. Для надежной регистрации магнитных шумов достаточно перемагничивать ферромагнитный материал по предельной петле

гистерезиса . Для надежной регистрации акустических шумов перемагничивания необходимо обеспечить , так как в этом режиме все необратимые процессы перемагничивания в ферромагнитном материале заканчиваются, при этом огибающая текущей мощности акустических шумов перемагничивания (кривые 19 на фиг. 2) имеют два максимума. Появление первого максимума можно объяснить магнитострикционными

процессами возникновения акустических волн при образовании и росте зародышей новой магнитной фазы (доменов) при изменении знака поля перемагничивания,а второго - магнитострикционными процессами при

необратимом смещении 90°-ных доменных границ при насыщении ферромагнитного материала. Максимум магнитного шума (кривые 15 на фиг. 2) приходится на область полей, близких коэрцитивной силе Нс материала

ферромагнетика, где основной вклад в эффект Баркгаузена вносят необратимые смещения 180°-ных доменных границ. Максимум магнитного шума лежит между максимумами акустических шумов перемагничивания, а

различный физический характер сигналов шумов позволяет их совместно использовать для надежного контроля приложенных и остаточных механических напряжений.

Изменение распределения напряжений

в ферромагнетике приводит к изменению его доменной текучести и характеристик эффекта Баркгаузена из-за перераспределения энергии и количества препятствий (дислокаций, локальных зон микронапряжений и т.д.) для смещения доменных границ. Из фиг. 3 видно, что распределение параметров VM(16) ty(18), Уд(20) вдоль контролируемого ферромагнетика неоднородно. Параметр VM имеет явно выраженные максимумы и минимумы. Если ферромагнетик

обладает положительной магнитострикцией Я , то большее значение VM сигнала

соответствует большому уровню растягивающих внутренних напряжений, меньший

сигнал - меньшему уровню растягивающих напряжений (кривые 15 на фиг, 2).

Появление наибольшего значения сигнала магнитного шума позволяет выявить участок изделия с наибольшими внутренними напряжениями, опасными для разрушения. Однако при разрушении изделия наиболее опасны участки изделия с большим перепадом внутренних напряжений в соседних зонах, которые выявляются по параметру У Однако абсолютный

уровень внутренних напряжений по одному сигналу магнитного шума определить затруднительно, так как знак напряжений может быть разный (растягивающие или сжимающие напряжения), Исследования показали, что при возрастании растягивающих внутренних напряжений первый максимум акустических шумов (кривая 19 на фиг. 2) резко падает и имеет минимальное значение при напряжениях, равных пределу текучести ov. Этот факт позволяет использовать акустический шум ( параметры его первого максимума) для оценки абсолютного среднего уровня внутренних напряжений, относительно которого меняется сигнал магнитного шума. По параметрам сигналов магнитного шума и акустического шума VM, VA и у надежно выявляются зоны изделия, наиболее опасные для разрушения, в этих зонах VM - максимален, у- наибольшая, VA - минимален. В качестве VM и VA соответственно сигналов магнитного и акустического шумов перемагничивания могут использоваться параметры, характеризующие их энергетические свойства, например мощность, среднеквадратические значения или параметры, характеризующие их эмиссионные свойства, например число выбросов, амплитудное (временное) распределение.

Пример 1. Исследуют трубн ые холод- нокатанные заготовки 21 (фиг. 3) из мартен- ситностареющей стали диаметром 40 мм, длиной 500 мм. Их перемагничивают полем частотой 10 Гц, напряженностью до 1 кА/м. Сигналы преобразователей 1 и 10записывают на двухканальном самописце. В качестве блоков 6 и 11 используют прибор АФС, позволяющий регистрировать среднеквадратические значения сигналов магнитного и акустического шумов в любой точке петли гистерезиса. Индуктивный преобразователь 1 перемещают по наружной поверхности заготовки вдоль оси, акустический преобразователь устанавливают неподвижно на торце заготовки. В партии заготовок имеется группа, в которой параметр VM (кривая 17 на фиг. 3) по длине I не меняется и у 0. Испытания этой группы заготовок в кислоте показывают их хорошую стойкость ктрещинообразованию, и в дальнейшем заготовки с равномерным распределением VM относят к разряду годных, Другая группа заготовок имеет явно выраженную неоднородность распределения VM и у по длине 5 I, что указывает на неоднородность распределения остаточных напряжений. Выделяют ЗОНЫ, Где Умакс И У макс (ЗОНЫ I, li, III), 8

следовательно, перепад напряжений наибольший. Испытания в кислоте показывают,

что трещины образуются именно в этих зонах у большинства заготовок, У заготовок, которые не потрещали в кислоте, но имеют перепады VM и у, оценили уровень сигнала первого максимума VA акустических шумов,

5 который был на 30-50% больше, чем для заготовок, склонных к трещинообразова- нию. Следовательно, эти заготовки также можно отнести к годным.

Пример 2. Контролируют осевые

0 напряжения, возникающие при сборке. В годную заготовку 22 по примеру 1 (с равномерным распределением VM)c глухим отверстием с резьбой вкручивают заглушки 23 до упора с различным моментом затяжки.

5 Вследствие упора заглушек 23 в дно отверстий в зонах IV и V заготовки 22 возникают растягивающие напряжения.

На фиг. 4 приведены распределения параметра VM магнитного шума 24 для заго0 товки, в которой напряжений нет, и 25 -для сборки с повышенным уровнем напряжений в зонах IV и V. Испытание кислотной пробой приводит к трещинообразованию в зонах IV и V для сборок. При частичном выкручива5 нии заглушек 23 пики напряжений (ее сигналов VM) исчезают.

Формула изобретения Способ контроля прочностных свойств

0 протяженных ферромагнитных изделии, заключающийся в персмогничивтнии изделия полем индуктивного преобразователя при его перемещении по поверхности изделия и регистрации сигнала ЭДС магнитного шу5 ма,отличающимся тем, что, с целью повышения информативности за счет выявления локальных зон с повышенным уровнем напряжений в изделии при одновременном определении вепичины

0 этих напряжений изделие псремагмичива- ют полем величиной , где Не - коэрцитивная сила материала контролируемого изделия, регистрируют акустические шумы перемагничивания пьезопреобразовате5 лем, дополнительно установленным неподвижно на поверхности изделия, при перемещении индуктивного преобразователя одновременно регистрируют распределение сигнала ЭДС магнитного шума и

его градиента вдоль поверхности изделия, по максимальным величинам градиента и абсолютных значений сигнала ЭДС магнитного шума определяют зоны с повышенным уровнем напряжений, по максимуму сигнала акустических шумов определяют величину напряжений и прогнозируют склонность изделия к трещинообразованию по наличию зон с максимальным значением сигнала ЭДС магнитного шума, его градиента и минимальным значением сигнала акустических шумов перемагничивания,

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение информативности способа за счет выявления локальных зон с повышенным уровнем напряжений в ферромагнитных изделиях при одновременном определении величины этих напряжений. Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля прочностных свойств ферромагнитных протяженных изделий, заключающемся в перемагничивании изделия низкочастотным полем индуктивного преобразователя при его перемещении по поверхности изделия и регистрации сигнала ЭДС магнитного шума изделия, изделие перемагничивают магнитным полем величиной H≥3H с, где H с - коэрцитивная сила материала контролируемого изделия, регистрируют акустические шумы перемагничивания пъезопреобразователем, дополнительно установленным неподвижно на поверхности изделия. При перемещении индуктивного преобразователя одновременно регистрируют распределение сигнала ЭДС магнитных шумов и его градиента вдоль поверхности изделия, по максимальным величинам градиента и абсолютных значений сигнала ЭДС магнитного шума определяют зоны с повышенным уровнем напряжений, по максимуму сигнала акустических шумов определяют величину напряжений и прогнозируют склонность изделия к трещинообразованию по наличию зон с максимальным значением сигнала ЭДС магнитного шума, его градиента и минимальным значением сигнала акустических шумов перемагничивания. 4 ил.

,VA-fO yc.edJ

Фиг. z

Фиг. 1

VM-M)

H(t)-(/4)

тп-за)

2Л

H/aax nPU Т/2

;(&)

У///////////

VM уса.ед

.

Фиг.З