Способ неразрушающего контроля качества локально-упрочненных поверхностных слоев ферромагнитных материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N27/83 

О

ь VJ со XI ю

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля качества поверхностно-упрочненных слоев ферромагнитных материалов по глубине зоны упрочнения и твердости. Целью изобретения является повышение точности контроля за счет раздельного определения геометрических параметров и твердости упрочненного слоя. Участок изделия перемагничивают низкочастотным магнитным полем индукционного преобразователя накладного типа, диаметр которого меньше ширины упрочненного слоя, выделяют ЭДС магнитных шумов, устанавливают частоту такой, чтобы глубина проникновения поля была больше максимальной глубины упрочнения, перемещают индукционный преобразователь через упрочненный слой, регистрируют изменение ЭДС во временных интервалах, соответствующих появлению потоков магнитных шумов на основе и упрочненных слоях, и по соотношению энергетических параметров ЭДС определяют геометрические размеры, а по изменению временных параметров ЭДС судят об изменении твердости упрочненного слоя. 2 ил.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля качества поверхностно-упрочненных слоев ферромагнитных материалов по глубине зоны упрочнения и твердости магнитошумовым методом.

Целью изобретения является повышение точности контроля за счет раздельного определения геометрических параметров и твердости упрочненного слоя.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 переменного напряжения, индукционный преобразователь 2 для регистрации шумов Баркгаузена. нуль- орган 3, инвертор 4, ждущие мультивибраторы 5 и 6, схему 7, реализующую функцию

ИЛИ, управляемый ключ 8, стробируемый блок 9 измерения текущих характеристик ЭДС магнитных шумов, аналого-цифровой преобразователь 10 и вычислительное устройство 11, последовательно соединенные вторые ждущие мультивибраторы 12 и 13, включенные между блоками 3 и 7, схему ИЛИ 14, включенную между мультивибратором 12 и ключом 8, мультивибраторы 5 и 12, 6 и 13 соединены входами управления, схе- ма ИЛИ 14 соединена вторым входом с мультивибратором 5, стробируемый блок 9 своим входом соединен с преобразователем 2.

Способ осуществляется следующим об- разом.

Генератор 1 переменного напряжения создает ток l(t) 15 (фиг.2), который, протекая по первичной обмотке индукционного преобразователя 2,перемагничивает контроли- руемый участок изделия в режиме заданного синусоидального магнитного потока. Во вторичной обмотке индукционного преобразователя 2 индуцируется ЭДС магнитных шумов e(t) 16, которая поступает на вход блока 9 измерения текущих характеристик. Последний осуществляет функции усиления, измерения энергетических (среднеквадратичная величина ЭДС, среднее число выбросов и т.д.) и временных характе- ристик ЭДС. Измеренные характеристики ЭДС преобразуются АЦП 10 в цифровой вид и поступают в вычислительное устройство 11, где в соответствии с принятым алгоритмом контроля принимается решение о каче- стве контролируемого участка.

При формировании стробирующих импульсов, необходимых для функционирования блоков 9 и 11, на вход нуль-органа 3 поступает сигнал 15, пропорциональный на- пряжению U(t), с выхода нуль-органа снимается симметричный прямоугольный сигнал Ut(t) 17, который инвертируется инвертором 4 в сигнал Ua(t) 18. Сигналы Ui(t), U2{t) поступают на два идентичных мультивибратора 5 и 12, которые запускаются задними фронтами и вырабатывают импульсы Ua(t) 19, (t) 20 длительностью т, причем, задние фронты импульсов устанавливаются на время появления потока ЭДС магнитных шумов на упрочненном слое. Импульсы Узф и LM(t) объединяются схемой 14, реализующей функцию ИЛИ, и поступают на первый вход управляемого ключа 8 в виде стробирующих импульсов Us(t) 21 потока магнитных шу- мое на неупрочненной основе.

Одновременно импульсы Ua(t), m(t) поступают на два идентичных мультивибратора 6 и 13, которые запускаются по заднему

фронту и вырабатывают импульсы Ue(t) 22, U7 (t) 23 длительностью t, причем, задние фронты импульсов соответствуют по времени исчезновению магнитного шума. Импульсы U6(t), U(t) объединяются схемой 7, реализующей функцию ИЛИ, и поступают на второй вход управляемого ключа 8 в виде вторых стробирукмцих импульсов Us(t) 24. Управляя переключением ключа 8, обеспечивается работа 9 по измерению текущих характеристик ЭДС магнитного шума на упрочненном слое или на основе.

Измеренные значения энергетических, например, напряжений и-ышмакс и Шмшмакс и временных характеристик, например, ti макс и t2 макс сигнала магнитных шумов e(t) 16 преобразователя обоих стробов запоминаются в вычислительном устройстве и по их изменениям судят о качестве упрочнения слоев ферромагнитных изделий, а именно, о глубине, ширине и твердости слоя. Например, глубину д упрочненного слоя определяют по алгоритму

д Ко + Kt(U) + K2(U)2 + ... где

U U 1 мшмакс

, 1 + Stgn ( У 1 мшмакс - U 2 мшмаке ) , 2+

J- 1 Sign ( U 1мшмакс U 2мшмакс )

2

Ко, Ki, «2 ... - масштабные коэффициенты, определяемые по экспериментальной градуировке на образцах с известной глубиной упрочнения,

твердость h упрочненного слоя определяют по алгоритму

И к{12макс-11Макс),

где к - градуировочный коэффициент.

При перемагничивании изделий с малыми глубинами упрочнения магнитный поток в основном замыкается через неупрочненную основу, и сигнал индукционного преоб- разователя определяется магнитным шумом основы и экранирующим влиянием упрочненного слоя, в этом случае глубину упрочненного слоя определяют только по изменению сигнала Кышмакс в первом стробе.

При увеличении глубины упрочнения магнитный поток в изделии перераспределяется и возрастает в упрочненном слое, причем, с увеличением глубины упрочнения возрастает магнитный шум с упрочненного слоя, регистрация сигнала ЭДС по изменению сигнала во втором строб-импульсе позволяет расширить контроль для больших глубин упрочнения.

Положение максимума потока магнитных ШУМОВ 11макс И Т2макс ДЭ6Т ИНфОрМЗЦИЮ

о коэрцитивной силе, поэтому, измеряя разность между положениями максимумов потока магнитных шумов с упрочненного слоя и с основы, можно судить об изменении твердости упрочненного слоя,

Способ применим для контроля глубины лазерно-упрочненных слоев образцов из стали У8 при изменении глубины упрочнен- ного слоя в диапазоне от 0 до 1,3 мм. При этом сигнал ЭДС, стробируемый первым строб-импульсом, монотонно уменьшался с увеличением глубины упрочнения от 0 до 0,5 мм, достигая своего минимального значения, и сохранял его при дальнейшем увеличении глубины упрочнения. Сигнал ЭДС, стробируемый вторым строб-импульсом, наоборот, начиная с глубины упрочнения 0,4 мм монотонно увеличивался с увеличением глубины упрочнения.

Предлагаемый способ позволяет обеспечить контроль глубины упрочнения с по- грешностью + 8% во всем широком диапазоне толщин упрочненных слоев.

. Г,

Формула изобретения Способ неразрушающего контроля качества локально-упрочненных поверхностных слоев ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что участок изделия перемагничивают низкочастотным магнитным полем индукционного преобразователя накладного типа, диаметр которого меньше ширины упрочненного слоя, регистрируют ЭДС магнитных шумов и используют ее для определения качества локально-упрочненных слоев, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, устанавливают частоту перемагничивания такой, чтобы глубина проникновения поля была больше максимальной глубины локально-упрочненного слоя, перемещают индукционный преобразователь поперек локально-упрочненных слоев, регистрируют изменение ЭДС во временных интервалах, соответствующих появлению магнитных шумов в основе и упрочненных слоях, и по соотношению энергетических параметров ЭДС определяют геометрические размеры, а по изменению временных параметров ЭДС - твердость упрочненного слоя.

,

фЩ

15

UfMUt AtCUGC.

Р||||ь Hllff

л5

J .2

+

Тг

J .2