Способ контроля качества многослойных ферромагнитных изделий Советский патент 1991 года по МПК G01N27/80 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для неразрушающего контроля физико-механических характеристик ферромагнитных материалов и изделий по магнитным параметрам и определения их качества и глубины упрочненных слоев поверхностно упрочненных стальных изделий

Цель изобретения - повышение достоверности и информативности контроля.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - зависимость ЭДС измерительной обмотки от напряженности манитного поля; на фиг. 3 - отношение ЭДС измерительных обмоток, охватывающих неупрочненную основу и упрочненную оболочку двуслойного цилиндрического стержня

Устройство содержит источник 1 линейно изменяющегося тока, соединенный через измерительный резистор 2 с последовательно соединенными намагничивающими катушками 3 и 4 преобразователей, в которые помещены поверхностно упрочненное изделие 5 и однородное изделие 6. На изделиях 5 и 6 размещены измерительные катушки 7 и 8 соответственно. Начало

ю

обмотки катушки 7 через соответствующие цепи соединено с инвертирующим входом дифференциального усилителя 9, Начало обмотки 8 через магазин сопротивлений 10 (например, Р 33) соединено с неинвертирующим входом дифференциального усилите- лч 9. концы обмоток 7 и 8 соединены между собой и с одной из клемм входа У двухкоор- динотмого графопрострпителя 11. другая клемма этого входа через переключатель 12 соединена либо с началом одной из измерительных обмоток, либо с выходом усилителя 9. Вход X графопостроителя 11 соединен с выводами измерительного резистора 2.

Способ осуществляют следующим образом.

Контролируемое изделие и однородное изделие с исходной структурой помещают в идентичные преобразователи (преобразователь г-юже быть один и в него последовательно могут помещаться сначала одно, а зги ем другое изделие или. если это возможно оба нзделич мотуг быть помещены в иди/ намагничивающую систему). Изделия M-p jMoi ничивоюг магнитным полем линей1с .13- :еняющогося в наманшчивающих ка- тока, поступающего через измерительный резне юр с источника ли- г : ч|п изменяющегося тока. Измеряют ЭДС . ff) цчморптельной обмотки контролируемо о изделия (кривая 1 на фиг. 2) и ЭДС

0200 измерительной обмотки однородно о изделия (кривая 2 на фиг. 2), Фиксируют напряженность магнитного поля, при которой функция ei (И) имеет макои мум. Определяют отношение

ео eoi

(1)

при напряженности поля, равной нулю, по- ькольку в области нулевого поля сигнал от упрочненнот о наружно о слоя вносит мини- rvi ibMbin вклад по сравнению с сигналом от не упрочненной основы (этот факт иллюст- pi руется на фиг. 3). Сигнал е/ (Н) уменьша- гTV.я в К раз (крипач 3 на фиг. 2) и вычитается из сигнала е (Н), при этом полученный сигЛе(П ) е,(ц)--Ј &2 (Н) , (2)

(крт ач 4 на фиг. 2) пропорционален зависи мости / di(i) Определяют напряженность попа отппяя гпотпетслпует максимальному значению функции Де(Н). По коэффициенту К, представляющему собой отношение площади сечения всего контролируемого изделия к сечению его неупрочнечной сердцевины, определяют глубину упрочненною слоя, по напряженности поля, со0

5

0

0

5

0

ответствующей максимуму сигнала ei(H). определяют качество неупрочненной основы изделия, а по напряженности поля, соответствующей максимуму сигнала Ае(Н). определяют качество упрочненного слоя.

Определение глубины возможно благодаря тому, что в нулевом поле дифференциальная магнитная проницаемость магнитожесткого упрочненного слоя в несколько раз меньше, чем у магнитомягкой неупрочненной основы изделия При этом, как правипо, площадь сечения магнитомягкой неупрочненной основы изделия в несколько раз превышает площадь сечения упрочненного слоя (цементированные и азотированные слои не превышают, как правило. 1 мм, а закаленные ТВЧ слои не превышают по сечению 25% от сечения детали). Сигнал ei(H) одновитковой измерительной катушки охватывающей контролируемое изделие, выражается соотношением

ei(H)- // di(H)Si + // d2(H)S2 . (3) где // di ли 62 - дифференциальная магнитная проницаемость упрочненного слоя и неупрочненной основы соответственно.

Si и S - их площади поперечного сечения.

Поскольку Si « Sv а и di ft rlo в нулевом поле, то // diSi « и r)2 S2. Поэтому с некоторой небольшой погрешностью можно пренебречь вторым членом в формуле (3) и записать ЭДС измерительной обмотки в нулевом поле в виде

ео2 , S ,(4)

Сигнал измерительной обмотки однородного изделия таких же размеров будет равен

е„(Н) i((2 (H) S :

(5)

ео: - S . где S - сечение всего изделия

Отношение этих сигналов, равное

ео2 // do S S eoi / do2 §2 §2

(6)

является мерой площади сечения упрочненного слоя при неизменной общей площади сечения детали.

Рели деталь простой формы, то из (6) по площади сечения упрочненного слоя легко определить ею глубину (например, для детали цилиндрической формы)

За счет определения напряженности поля, соответствующей максимальному значению функции Ае - е-(Н) - -гг- е2(Н). способ

К

позволяет определять качество упрочненного слоя Определение качества упрочненного слоя возможно благодаря тому, что из сигнала ei(H) измерительной катушки испытуемого образца, не имеющего явно

выраженного максимума, соответствующего упрочненному слою, вычитается сигнал

-г,- е (Н), приблизительно равный сигналу К

от неупрочненной основы:

Ae(H) ei(H)- е2(Н) / di(H) Si +

+ (H)S2--Ј-/ d2(H)S ,(7)

подставляя в (7) выражение для К из (6), получаем

Де(Н) //di(H)Si(8)

т. е. полученный таким образом сигнал соответствует дифференциальной магнитной проницаемости упрочненного слоя изделия.

Напряженность поля, при которой наблюдается максимум функции Ае(Н), совпадает с полем максимальной дифференциальной проницаемости упрочненного слоя, которая, в свою очередь, совпадает с его коэрцитивной силой. По известной напряженности поля определяют качество упрочненного слоя, в частности, его твердость.

Формула изобретения Способ контроля качества многослойных ферромагнитных изделий, заключающийся в перемэгничивании изделия магнитным полем линейно изменяющегося тока и определении дифференциальной магнитной проницаемости путем измерения ЭДС

измерительной катушки, охватывающей изделие, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и информативности способа, дополнительно при идентичных условиях перемагничивают однородное

изделие тех же размеров из материала основы и измеряют ЭДС охватывающей его катушки, по напряженности поля, соответствующей максимальному значению ЭДС измерительной катушки контролируемого

изделия, судят о качестве основы, определяют отношение К первой и второй ЭДС при напряженности поля, равной нулю, и по нему определяют глубину поверхностного слоя, а по напряженности поля, соответствующей максимальному значению разностной функции Ле(Н), равному

Ae(H)-ei(H)-Ј- e2(H)

где ei(H) и 62(Н) - ЭДС измерительной катушки контролируемого и однородного изделий, соответственно судят о качестве поверхностного слоя.

Изобретение относится к измерительной технике и можег использоваться для неразрушающего контроля физико-механических характеристик ферромагнитных материалов и изделий по магнитным параметрам и определения их качества и глубины упрочненных изделий. Целью изобретения является повышение достоверности и информативности контроля. Способ заключается в перемагничивании изделия магнитным полем линейно изменяющегося тока, измерении в процессе перемагничива- ния функции ei(H) ЭДС измерительной обмотки, схватывающей контролируемое изделие в зависимости от напряженности поля, определении напряженностей поля, при которых наблюдается максимальное значение ЭДС. Дополнительно при идентичных условиях перемагничивают однородное изделие таких же размеров и измеряют функцию в2(Н) ЭДС охватывающей его катушки. В нулевом поле определяют отношение К этих ЭДС К eoz/eoi, затем определяют разностную Функцию Ae(H)(H)-1/Ke2(H), качество неупрочненноп основы изделия определяют по величине напряженности магнитного поля, соответствующей максимальному значению функции ei(H) по напряженности поля, соответствующей максимальному значению функции А е(Н), судят о качестве упрочненного слоя, а по величине К определяют глубину упрочненного слоя 3 ил 00 С о CJ ел

Фиг.1

60

Фиг.2 3°

3030 И} А/см

Фи..Э

е,е. отн. ед

30 Н,А/см