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

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля физико-механических характеристик ферромагнитных материалов и изделий по магнитным параметрам.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет устранения влияния на результаты контроля нестабильности длины контролируемых изделий.

На фиг. 1 изображено устройство для реализации предлагаемого способа контроля качества ферромагнитных изделий; на фиг. 2 и 3 - зависимости индукции В от внутреннего поля HI контролируемого изделия при его размагничивании по предельной петле гистерезиса; на фиг, 4 зависимость В(Н|) при повторном намагничивании изделия после его размагничивания до заданной индукции.

Устройство содержит соленоид 1, соединенный с регулируемым источником 2 тока, преобразователь 3 ток - напряженность магнитного поля. Внутри соленоида соосно с ним установлен преобразователь 4 магнитной индукции - катушка, внутрь которой устанавливают контролируемое изделие 5. Катушка 4 соединена с интегратором 6 и измерителем 7 магнитной индукции.

Способ заключается в следующем.

Контролируемое изделие 5 устанавливают внутрь катушки 4 и намагничивают до насыщения путем пропускания тока от источника 2 через соленоид 1. После выключеО Ю 00 XJ СО О

ния намагничивающего тока измеряют остаточную магнитную индукцию (Вг) в изделии посредством катушки 4, интегратора 6 и измерителя 7 индукции и запоминают значение Вг.

Далее производят размагничивание изделия в соленоиде и по мере изменения внешнего магнитного поля (поля соленоида) измеряют его нэп ряженность Не с помощью преобразователя 3 ток - напряженность поля. В момент, когда индукция в изделии при размагничивании становится равной нулю, измеряют величину и запоминают ее.

Продолжают размагничивать изделие до тех пор, пока индукция в нем не станет равной заданному значению Вхр, выбранному для эталонных изделий (изделий с известным коэффициентом размагничивания N ). По достижении индукции Вхр изделие повторно намагничивают, т.е. перемагничи- вают его по кривой возврата. При этом измеряют текущие величины напряженности Не внешнего магнитного поля и индукции В в изделии, вычисляют текущую величину вспомогательного параметра А по формуле

,

jHo N

Br to

где //о магнитная постоянная, и сравнивают его с индукцией В. В момент равенства сравниваемых величин фиксируют значение индукции и по нему с использованием градуировочного графика, полученного на эталонных изделиях данного типоразмера, определяют качество контролируемого изделия,

Достоверность контроля качества ферромагнитных изделий при нестабильности их длины достигается за счет того, что, измеряя магнитные параметры изделия на спинке петли гистерезиса (остаточную индукцию Вг и напряженность поля Н0), можнс определить величину, пропорциональную коэффициенту размагничивания N контролируемого изделия, а затем в процессе перемагничивания изделия по кривой возврата после предварительного размагничивания до заданного значения индукции Вхр учесть эту величину при определении значения индукции, соответствующего параметру контроля (Вк). При этом используется величина коэффициента размагничивания эталонных изделий N , т.е. изделий известной длины, для которых получена градуировочная зависимость между параметром контроля и контролируемой характеристикой, например температурой термообработки.

5

После намагничивания разомкнутого ферромагнитного тела до насыщения и выключения намагничивающего поля магнетик характеризуется параметрами остаточного намагничивания - остаточной намагниченностью Мг, остаточной индукцией Вг.и внутренним полем Hir (фиг. 2). При этом, как видно на фиг. 2, угол ON пропорционален (с учетом магнитной постоян-, ной ц0 и масштабов по осям В и HI) коэффициенту размагничивания N тела, так как при напряженности внешнего поля внутреннее поле равно полю магнитных зарядов (размагничивающему-полю) Ног:

lg(m /10Мг ро /ЛоМт(1U

С другой стороны, величина остаточной индукции Вг согласно известному выражению 20 В (Н + М)равна

Вг /«оН|г 4- оМг (2)

5

0

5

0

Для магнитомягких материалов величиной fi0 HI можно пренебречь в сравнении с (Ло М, т.е. можно полагать, что М- Тогда (фиг. 2)

Hi tgoN«tga -g:(3)

Коэрцитивная сила по индукции тела, т.е. величина напряженности внешнего поля, при которой индукция в теле равна нулю, (Но), связана с коэрцитивной силой по индукции материала НсВ формулой

Но Нсв(1-М),(4)

а между НсВ и коэрцитивной силой по намагниченности Нсм существует зависимость

Нсв Нсмг-(5)

1 +

1 «сВ

где Ксв - Мв/(Нсм Нсв) восприимчивость магнетика на спинке петли гистерезиса вблизи Нем (где Мв - значение намагниченности при ),

5 Учитывая, что для магнитомягких материалов KCB составляет обычно более 1000, можно считать Нсв « Нем.

Как видно из фиг. 2, по мере увеличения коэффициента размагничивания тела (на0 пример, уменьшения длины контролируемых изделий при неизменной площади их поперечного сечения) внутреннее поле Ни- увеличивается, приближаясь к значению Нов. С другой стороны, согласно (4) величи5 на Н0 с увеличением N уменьшается от Нсв (при ) и стремится к нулю (при N, стремящемся к 1). При определенном значении N эти две величины (Hir и Н0) равны. Найдем условия, при которых это происходит.

На фиг. 3 представлено состояние остаточного намагничивания тела таких размеров (длины), при которых . Отношение В/(НсВ-Н|) дает значение магнитной проницаемости на спинке петли гистерезиса /Лс, т.е. для рассматриваемого случая

)

В то же время из фиг. 2 видно, что tga определяется не только формулой (3), но и выражением

(7)

Поскольку по условию , то, решая с учетом этого совместно с (3), (6) и (7), имеем для этого случая

N (8)

Учитывая, что для магнитомягких мате- риалов , а НсвМНсм,, может принят восприимчивость на петле гистерезиса равной Kc c/fio , а для режима остаточного намагничения

«НЕИ

откуда значение N при (обозначим его No, соответственно угол оь на фиг. 3) определяется как

Ксг

Из приведенных выражений видно, что при определенных условиях, а именно когда величина Hir не сильно отличается от Н0, вместо выражения (3) можно Использовать формулу

tgo«5r (11)

Это дает возможность определить величину, пропорциональную коэффициенту размагничивания тела, по измеренным значениям остаточной индукции Вг и коэрцитивной силы по индукции тела Н0, а также учитывать ее при определении параметра контроля.,

Это достигается тем, что после измерения Вг и Но изделие продолжают размагничивать внешним полем Не до заданного значения индукции Вхр (фиг. А). В момент, когда , на изделие воздействует внешнее поле Hep, при этом внутреннее поле в нем равно Н|Р. Величина Вхр выбирается из условия получения однозначной зависимости между параметром контроля Вк и контролируемой характеристикой. Для этого эталонные изделия с различными физико- механическими свойствами, например с различной термообработкой, подвергаются

5

Ю

0

30

35

40

45

50

55

намагничиванию до насыщения и последующему размагничиванию до одинакового значения Вр, После выключения размагничивающего поля измеряется остаточная индукция в изделии, являющаяся параметром контроля Вк для эталонных изделий. Изменяя величину Вр, можно подобрать такое ее значение (Вхр), при котором зависимость остаточной индукции от контролируемого параметра, например от температуры термообработки, эталонных изделий будет однозначна.

На фиг. 4 показано изменение индукции В в изделии при перемагничивании его по кривой возврата от значения Вхр. Если изделие эталонное (ему соответствует угол

о1 , причем tgo1 N ///O) , то при остаточная индукция в нем равна Вх. Если же изделие отличается от эталонного длиной, т.е. имеет коэффициент размагничивания (на фиг. 4 показан случай, когда N N

, соответственно а о1), то остаточная индукция такого изделия при одних и тех же свойствах материала отличается от Вх (на фиг. 4 это индукция .

Как видно из фиг. 4, для того, чтобы на результаты контроля не сказывалось непостоянство длины изделий, необходимо отсчет индукции проводить в момент, когда ее текущее значение ча кривой возврата совпадает с вспомогательным параметром А, имеющим размерность индукции и соответствующим прямой, проведенной из начала координат под углом а к оси В.

В процессе перемагничивзния изделия с коэффициентом размагничивания N (угол а на фиг. 4) значение Вх в изделии будет достигнуто при , при этом . Если рассматривать на кривой перемагничива- ния некоторую точку 1, лежащую между Вхр и Вх, то, как видно из фиг. 4, ей соответствует внешнее поле Hei, внутреннее поле в изделии Ни и индукция в нем BL Величина вспомогательного параметра А, соответствующая внешнему полю Hei, характеризуется точкой 1 на прямой, проведенной с начала координат под углом а к оси В, и равна AI.

При уменьшении внешнего поля от Не1 до нуля рабочие точки смещаются вправо вдоль кривой перемагничивания и указанной прямой и при некотором значении внешнего поля, а именно Нхе, совпадают. В этот момент . Таким образом, независимо от длины контролируемого изделия отсчитывается одна и та же величина индукции, по которой определяется качество изделия,

Приведенные построения на фиг. 4 позволяют определить параметр А как функцию внешнего поля Не и других величин - Вг, Но и N . Из фиг. 4 видно, что

tga Jirik;(12)

.(13)

Учитывая (11), а также то, что tgo1 N1/ , находим

Не

А.

N

(14)

Но

ВТ о

Формула изобретения Способ контроля качества ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что контролируемое изделие намагничивают до насыщения, выключают намагничивающее поле, размагничивают изделие до заданного значения индукции, повторно намагничи- вают изделие и измеряют величину индукции Bk, по которой определяют каче0

5

0

ство изделия, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, после выключения намагничивающего поля измеряют величину остаточной индукции Вг изделия, при размагничивании измеряют величину напряженности Н0 внешнего магнитного поля, при которой индукция в изделии равна нулю, в процессе повторного намагничивания измеряют текущие величины индукции В изделия и напряженности Не внешнего магнитного поля, вычисляют текущую величину вспомогательного параметра А по формуле

Не

А -

N

с

Но

Вг Цо

где N - коэффициент размагничивания эталонных изделий известных размеров;

/io - магнитная постоянная, и величину индукции Вк определяют в момент равенства текущих значений индукции В и вспомогательного параметра А.

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества различных ферромагнитных изделий и может быть использовано в машиностроительной и металлургической промышленности, Цель изобретения - повышение достоверности за счет устранения влияния на результаты контроля нестабильности длины контролируемых изделий - достигается измерением остаточной индукции- и коэрцитивной силы изделия после намагничивания изделия до насыщения, а также определением при перемагничивании изделия по кривой возврата вспомогательного параметра, зависящего от измеренных ранее величин, внешнего магнитного поля и коэффициента размагничивания эталонных изделий, сравнением этого параметра с индукцией в изделии и определением параметра контроля в момент равенства сравниваемых величин. 4 ил.

fer.J

Г