Способ определения механических напряжений в ферромагнитных изделиях Советский патент 1992 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к неразрушающему электромагнитному контролю металлических изделий и может быть использовано для определения механических напряжений в различных областях народного хозяйства,

Известен способ измерения механических напряжений в металлических изделиях, заключающийся в том, что предварительно вихретоковый преобразователь размещают над образцом с заданным зазором, компенсируют его сигнал.

компенсирующее напряжение выбирают совпадающим по фазе с максимальным напряжением на преобразователе, амплитуду компенсирующего напряжения подбирают такой, чтобы при изменении компенсирующего напряжения и напряжения на преобразователе было минимальным, получают тарировочную зависимость величины разностного сигнала от величины механических напряжений в образце, устанавливают преобразователь над изделием с заданным зазором, при измерениях поддерживают совпадение фаз компенсиXI

IKD

ч

О

о

|CJ

рующего напряжения и напряжения преобразователя и по отклонению разностного сигнала судят о величине механических напряжений в изделии.

Недостатком способа является то, что для достижения требуемой точности при проведении измерений и тарировки необходимости активный контроль зазора между датчиком и контролируемой поверхностью.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения главного напряжения в магнитных материалах, заключающийся в том, что после снятия на образце градуировочной зависимости потерь в материале от величины механических напряжений, несколько магнитных датчиков располагают по радиусу таким образом, чтобы осевые линии каждого датчика пересекались в одной точке, причем точку пересечения осевых линий совмещают с измеряемой точкой на поверхности магнитного материала. Магнитные датчики возбуждают переменным током и вращают вокруг измеряемой точки. Затем сравнивают потери в стали, измеренные каждым датчиком, и определяют направление осевых линий по меньшей мере двух датчиков, у которых разность потерь стала равной нулю. В результате в измеренной точке получают величину и направление главного напряжения.

Недостатком известного способа является низкая точность измерений, обусловленная влиянием зазора. При измерениях на реальной поверхности металла величина зазора является случайной величиной и потери в стали зависят не только от величины механических напряжений, но и от величины воздушного зазора, так как часть потоков рассеяния замыкается по стали сердечника, причем влияние зазора на изменение потерь соизмеримо с влиянием механических напряжений на изменение потерь. Таким образом, при определении величины механических напряжений необходимо учитывать реальную величину зазора и потоки рассеяния, иначе ошибка может достигать большой величины.

Цель изобретения - повышение точности способа определения механических напряжений за счет учета влияния зазора на измеряемые потери.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения механических напряжений в ферромагнитных изделиях, заключающемся в том, что устанавливают датчик на поверхности образца из материала контролируемого изделия без зазора, новым является то, что при этом измеряют реактивную мощность. Возбуждают датчик переменным током, нагружают образец заданными напряжениями, снимают граду- ировочную зависимость потерь в материале

от величины механических напряжений, новым является то, что при установке датчика на поверхности ненагруженного образца с зазором снимают зависимость потерь в материале и реактивной мощности от величины зазора, линеаризуют зависимости, определяют по ним коэффициенты пропорциональности. Тогда потери в материале и реактивная мощность, измеренные датчиком, могут быть выражены

,.

fP P0+Kih+ АР (о)

|Q Q0 + K2 -h

0)

где А Р( о) - градуировочная зависимость потерь от механических напряжений, в общем виде эта зависимость нелинейная и выражена графически;

Р - величина потерь, измеренная в кон- тролируемом изделии;

Ро - величина потерь ненагруженного образца при установке на него датчика без зазора;

Q - величина реактивной мощности, из- меренная в контролируемом изделии;

QO - величина реактивной мощности ненагруженного образца при установке на него датчика без зазора;

Ki - коэффициент пропорциональности линеаризованной зависимости потерь от зазора;

К2 - коэффициент пропорциональности линеаризованной зависимости реактивной мощности от зазора; h - величина воздушного зазора.

При установке датчика на контролируемую поверхность с неизвестным зазором измеряют потери в материале и дополнительно измеряют реактивную мощность, что также является новым. Преобразуя систему (1), величину механических напряжений определяют из уравнения

50

AP(o) (P-Po)(Q-Qo) -(2)

На фиг. 1 изображена зависимость потерь от механических напряжений для стали Ст 20; на фиг. 2 - блок-схема устройства, реализующего способ определения механических напряжений в ферромагнитных изделиях.

Устройство содержит автогенератор 1, датчик 2, ваттметр 3 и варметр 4. Автогенератор 1 подает на датчик 2 синусоидальное напряжение. Ваттметр 3 и варметр 4, подключенные входами к датчику 2, измеряют соответственно потери в материале и реактивную мощность, потребляемую датчиком от автогенератора.

Способ осуществляют следующим образом.

Устанавливают датчик на поверхность образца из материала контролируемого изделия без зазора и возбуждают переменным током с частотой 1 кГц. Измеряют реактивную мощность (Qo) и потери (Ро) в ненагруженном материале. Снимают зависимости реактивной мощности и потерь в материале от величины зазора между датчиком и ненагруженным образцом. Линеаризуют эти зависимости. Определяют по ним коэффициенты пропорциональности. Нагружают образец известными напряжениям от 0 до 0,8 предела текучести и снимают градуировочную зависимость приращений потерь в материале от величины механических напряжений ДР(а). Так как реактивная мощность в стали на несколько порядков меньше реактивной мощности в зазоре (при h 0,05 мм), а ее изменение от влияния механических напряжений еще меньше, то изменениями реактивной мощности от величины механических напряжений можно пренебречь. Тогда потери в материале и величина реактивной мощности, измеренные датчиком могут быть выражены следующим образом

h + Л Р( о) h

0)

Преобразуя систему 1 получают выражение

ЛР(с$ (Р-Ро)- -| (Q-Qo) . (2)

Устанавливают датчик на контролируемую поверхность в неизвестным воздушным зазором, измеряют потери в материале и величину реактивной мощност, подставляя эти значения в выражение 2 определяют приращение потерь в материале Д Р и по градуировочной зависимости потерь от механических напряжений, приведенной на чертеже для стали Ст.20, находят механические напряжения.

Все измерения проводят при постоянстве индукции в сердечнике датчика.

Формула изобретения

Способ определения механических

напряжений в ферромагнитных изделиях, заключающийся в том, что датчик устанавливают без зазора на поверхности ненагруженного образца из материала

контролируемого изделия, возбуждают переменным током, нагружают образец заданными напряжениями и снимают градуировочную зависимость потерь в материале от величины механических

напряжений, устанавливают датчик на контролируемую поверхность и измеряют потери в контролируемом изделии, по которым с учетом градуировочной зависимости определяют механические напряжения, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, при установке датчика на поверхности ненагруженного образца дополнительно измеряют реактивную мощность, после чего датчик устанавливают там же с

зазором и снимают дополнительно зависимость потерь в материале и реактивной мощности от величины зазора, линеаризуют эти зависимости и определяют по ним коэффициенты пропорциональности, а при установке датчика на контролируемом изделии дополнительно измеряют реактивную мощность, при этом величину потерь определяют из уравнения:

ДР(о) (Р-Ро)-Ц (Q-Qo).

где Д Р( о) - градуировочная зависимость потерь от механических напряжений:

р - величина потерь, измеренная в контролируемом изделии;

РО - величина потерь ненагруженного образца при установке на него датчика без зазора;

Q - величина реактивной мощности, измеренная в контролируемом изделии;

Qo величина реактивной мощности ненагруженного образца при установке на него датчика без зазора;

Ki - коэффициент пропорциональности линеаризованной зависимости потерь от зазора;

К2 - коэффициент пропорциональности линеаризованной зависимости реактивной

мощности от зазора.

-zoo -is® -6°

so foo so zoo г& @-млс)

Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить точность измерения механических напряжений в ферромагнитных изделиях. На образце из материала контролируемого изделия снимают градуировочную зависимость потерь в материале от величины механических напряжений, зависимость потерь в материале и реактивной мощности от величины зазора между датчиком и образцом и определяют величину реактивной мощности при установке датчика без зазора. При установке датчика на контролируемом изделии измеряют потери и реактивную мощность. Величину механических напряжений определяют с учетом градуировочной зависимости по величине потерь, определяемых из уравнения: ДР(сг) - (Р-Р0) - (Q-Qo), где К2 А Р (о) - градуировочная зависимость потерь от механических напряжений; Р - величина потерь, измеренная в контролируемом изделии; Р0 - величина потерь ненагруженного образца при установке на него датчика без зазора; Q - величина реактивной мощности, измеренная в контролируемом изделии; Qo - величина реактивной мощности ненагруженного образца при установке на него датчика без зазора; Ki - коэффициент пропорциональности линеаризованной зависимости потерь от зазора; «2 - коэффициент пропорциональности линеаризованной зависимости реактивной мощности от зазора. сл С

Фиъ.

ДЁтс&енератср f

9ui.2

-/ i -л

-ч

г

bammvemp 5

бо/э#е/п/э t