Способ определения послойного распределения физико-механических свойств в поверхностно-упрочненных слоях из ферромагнитных материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N27/83 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к сг ,обу контроля напряженного состояния в ферромагнитных материалах.

Известен способ контроля качества ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что контролируемое изделие перемагничивэют, преобразуют скачки Бар- кгаузена в эдс, усиливают,фильтруют, измеряют спектральную плотность или другие энергетические параметры магнитного шума при различных значениях перемагничи- вающего поля и сравнивают измеренные значения с соответствующими значениями эталонной кривой Данный способ контроля

не позволяет осуществлять послойный анализ, т.к. измеряемый сигнал содержит интегральную информацию о свойствах поверхностно-упрочненного слоя и подвержен влиянию большого числа структурных составляющих материала.

Известен способ контроля, реализованный в устройстве для магнитошумовой структуроскопии поверхностно-упрочненных слоев ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что контролируемое изделие перемагничивают, а затем регистрируют спектральные плотности шума при различных частотах анализа, вычитаются распределения спектральных плотностей

Ю С

ю

шума на частотах анализа в испытуемом и эталонном образцах и по полученному спектру вычисляют обратное преобразование Лапласа, по которому судят о зависимости интенсивности шума от глубины залегания слоя. Указанный способ характеризуется низкой точностью, связанной с трудностями измерения спектра магнитного шума без учета влияния спектральных характеристик измерительного устройства.

Наиболее близким техническим решением является способ послойного анализа структуры и механических напряжений в пр- верхностных слоях ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что перед контролем предварительно определяют зависимость глубины информативного слоя от амплитуды поля перемагничивания, по ней определяют диапазон изменения поля от нуля до величины, при которой указанная глубина достигает предельного значения, численно решают обратную задачу, описываемую интегральным уравнением, что позволяет восстановить зависимость интенсивности магнитного шума от глуби- ны, по которой судят о распределении искомого параметра по глубине.

Недостатком данного способа является то, что из-за ограниченного объема априорной информации решение ищется на беско- нечном классе функций, что приводит к значительной погрешности восстанавливаемой зависимости по отношению к истинной, т.е. низкой точности послойного анализа.

Цель изобретения - повышение точности определения послойного распределения физико-механических свойств в поверхностно-упрочненных слоях изделий из ферромагнитных материалов.

Поставленная цель достигается тем, что в данном способе послойного неразрушающего контроля параметров поверхностных слоев изделий из ферромагнитных материалов, заключающемся в том, что изделие перемагничивают магнитным полем с нарастающей амплитудой и регистрируют параметры шума Баркгаузена, определяют зависимость интенсивности V спектральной плотности шума от амплитуды поля пере- магничивания и восстанавливают численно эпюру распределения контролируемого параметра по глубине в поверхностном слое, дополнительно предварительно определяют зависимость интенсивности VB шума на частоте его анализа, близкой и предельно высокой в диапазоне существования шума Баркгаузена, от величины о напряжения, частоту fn перемагничивания выбирают из условия максимальной чувствительности к

контролируемому параметру а

а

fn

max) частоту анализа при контроле выбирают такую, чтобы на глубине Z0 съема информации ослабление шума было в. е раз больше глубины упрочненного слоя, по предварительно построенной грздуировоч- ной зависимости VB(o) при указанных частотах и амплитуде тока перемагничивания оценивают величину а контролируемого параметра в тонком поверхностном слое, а численное восстановление оригинала a (Z) выполняют по уравнению

Fu,l.ff(z)(l dZ о

с использованием в качестве граничного условия при Z « 0 величины о контролируемого параметра, где Z - координата, отсчитываемая от поверхности вглубь ферромагнетика.

Использование при решении обратной задачи, описываемой интегральным уравнением, априорной информации значительно уменьшает погрешность восстановления распределения контролируемого параметра по глубине.

На фиг.1 схематически изображен вариант устройства для реализации способа.

Изобретение осуществляется следующим образом.Контролируемым участком изделия 1 замыкают магнитную цепь магнитопровода 2 и с помощью обмотки 3 намагничивания, питаемой от генератора 4 с плавно изменяемой амплитудой тока и перестраиваемым диапазоном варьирования амплитуды, производят перемагничивание изделия. Возникший в результате перемагничивания шум в преобразователе 5 усиливается широкополосным усилителем 6 и после прохождения через полосовой фильтр 7 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 8. с выхода которого сигнал в цифровом виде поступает на вход микропроцессора 9. С выхода микропроцессора 9 снимается функциональная зависимость, характеризующая распределения Рш(1, Z). Перед контролем в память микропроцессора 10 заносится в цифровом виде зависимость плотности интенсивности шума от механических напряжений Рш (о) для данного материала, определяемая экспериментально. В микропроцессоре 10 в ходе контроля из зависимостей Fuj(Z)i - const и РШ (о) вычисляется зависимость а a (Z), которая отображается на экране дисплея 11.

Для получения значения контролируемого параметра на поверхности материала, которое является априорной информацией для интегрального уравнения, шум после

широкополосного усилителя 6 поступает на фильтр 12 высоких частот, с выхода которого сигнал в цифровом виде поступает на вход микропроцессора 10.

На фиг.2 приведены кривые истинного распределения контролируемого параметра, полученного разрушающим способом (а), восстановленная без использования априорной информации, применяемой в данном способе (в), восстановленная по данному способу (с).

Формула изобретения Способ определения послойного распределения физико-механических свойств в поверхностно-упрочненных слоях изделий из ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что изделия перемагничивают магнитным полем с нарастающей амплитудой и регистрируют параметры шума Барк- гаузена, определяют Рш - зависимость интенсивности V спектральной плотности шума от амплитуды поля перемагничивания и восстанавливают вычислительным методом эпюру распределения контролируемого параметра по глубине в поверхностном слое, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, предварительно определяют зависимость интенсивности VB шума на частоте анализа шума Баркгаузена, близкой к предельно высокой в диапазоне существования шума Баркгаузена, от величины а напряжения, частоту fn перемагничивания выбирают из условия максимальной чувствительности к контролируемому параП, 1

метру o(b7j /fn макс), частоту анализа

при контроле выбирают такую, чтобы на глубине ZQ объема информации ослабление шума было в е раз больше глубины упрочненного слоя, по предварительно построенной градуировочной зависимости VB(0) при указанных частотах и амплитуде тока перемагничивания оценивают величину а контролируемого параметра в поверхностном слое, а численное восстановление оригинала a(Z) выполняют по уравнению

Vi } .аф е-2/2°0) dZ,

о

с использованием в качестве граничного условия при Z 0 величины а контролируемого параметра, где Z - координата, отсчитываемая от поверхности вглубь ферромагнетика.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к контролю напряженного состояния в ферромагнитных материалах. Цель - повышение точности определения послойного распределения физико-механических свойств в поверхностно- упрочненных слоях изделий из ферромагнитных материалов. Изделия пе- ремагничивают переменным магнитным полем с нарастающей амплитудой и регистрируют параметры шума Баркгаузена индукционным накладным преобразователем с последующим определением зависимости интенсивности спектральной плотности шума от амплитуды поля пере- магничивания и восстановлением эпюры распределения контролируемого параметра в поверхностном слое. Для повышения точности построения эпюры частоту пере- магничивания выбирают из условия максимальнойчувствительностик контролируемому параметру, а частоту анализа при контроле выбирают так, чтобы на глубине съема информации ослабление шума было в 3 раза больше, чем на глубине информативного слоя. 2 ил. м w &

Ил.

е.мпа.

/ tu

X. ЛАМ

-Я

-лев