Способ контроля качества ферромагнитных изделий Советский патент 1993 года по МПК G01N27/80 

ции В изделия, вычислении текущей величины вспомогательного параметра А и определении величины индукции Вк в момент равенства текущих значений индукции В и вспомогательного параметра А, в процессе повторного намагничивания изделия измеряют напряженность внутреннего поля Hi в нем, а текущую величину вспомогательного параметра А вычисляют по формуле

где //о магнитная постоянная; N - коэффициент размагничивания эталонных изделий.

По величине индукции Вк судят о качестве изделия.

Повышение достоверности контроля достигается за счет того, что магнитный материал контролируемого изделия, независимо от его относительных размеров и формы, приводится в процессе перемаг- ничивания в такое состояние, которое обеспечивает однозначную зависимость параметра контроля (Вк) от физико-механических характеристик изделий.

На фиг.1 показано устройство для реализации способа контроля качества ферромагнитных изделий; на фиг.2 - зависимость индукции В и намагниченности М от внутреннего поля Hi ферромагнитного тела с коэффициентом размагничивания N при его перемагничивании; ча фиг.3-6 - зависимость остаточной индукции В от температуры отпуска Тотп изделий из стали 40Х с различными значениями коэффициента N и индукции Вр частичного размагничивания; на фиг.7 - зависимость В(Н|) ферромагнитного изделия в процессе контроля.

Устройство для контроля (фиг.1) содержит соленоид 1, соединенный с регулируемым источником 2 тока, преобразователь 3 магнитной индукции - катушку, внутрь которой устанавливается контролируемое изде лие 4, Катушка 3 соединена с интегратором 5 и измерителем 6 магнитной индукции В. У поверхности изделия 4 (вблизи его нейтральной плоскости) установлен преобразователь 7 внутреннего поля, соединенный с измерителем 8 внутреннего поля HI. В качестве преобразователя внутреннего поля может быть применен феррозонд, датчик Холла и т.п. с осью чувствительности, параллельной длинной оси контролируемого изделия. В основе способа контроля качества ферромагнитных изделий лежат следующие предпосылки. Магнитное состояние ферромагнитного тела с коэффи-

циентом размагничивания N после его намагничивания до насыщения и выключения намагничивающего поля (остаточное намагничение) определяется точкой пересечения прямой, проведенной из начала координат под углом «м, пропорциональ- .ным (с учетом масштабов и знаков величин по осям координат) коэффициенту размагничивания N (пунктир на фиг.2) с кривой

(Hi). При этом остаточной намагниченности Мг соответствует индукция Вг и внутреннее поле Н|Г. Поскольку Вг /Uo(Hjr + Мг), а для магнитомягких материалов Мг Н|Г даже при сравнительно больших значениях N, то Вг -//о Mr, Учитывая, что при остаточном намагничении Hir Hs г. где HC i - размагничивающее поле (поле магнитных зарядов), имеем

Hir tg ON

. Mr

Л tnf2- Hi m

П)

Вг

25

30

35

40

45

50

55

(коэффициент размагничивания считаем положительной величиной, принимающей значения от 0 до 1 в зависимости от соотношения размеров ферромагнитного тела, т.е. О N 1). При частичном размагничивании тела внешним полем Не Нер состояние магнетика характеризуется точкой на спинке петли магнитного гистерезиса с координатами Вр, Hip. После выключения размагничивающего поля (Не 0) состояние магнетика соответствует точке пересечения кривой возврата (повторного намагничивания) и прямой, проведенной из начала координат под углом ак оси В. При этом магнитное состояние тела характеризуется остаточной индукцией Ве/, которую обычно используют для определения качества изделий из данного материала, подбирая необходимое значение индукции частичного размагничивания Вр, Как показывает практика контроля ферромагнитных изделий по величине Bj ,однозначная зависимость между параметров контроля и физико-механическими характеристиками материала наблюдается лишь при больших значениях коэффициента размагничивания N изделий, в то время как при малых значениях N и N 0 контроль невозможен из-за неоднозначности указанной зависимости. В качестве примера на фиг.3-6 приведены зависимости остаточной .индукции Bfj от тем- .пературы отпуска Т0тп изделий из стали 40Х (закалка от температуры 860°С в масло и отпуск) с различными коэффициентами размагничивания: N 0(образцы в форме тора) - фиг.З, N 0,0009 - фиг.4, N 0,003 - фиг.5, N 0,0095 - фиг.б. Значения В получены после частичного размагничивания изделий до следующих индукций Вр: кривая 1 - 0,4; 2 - 0,1; 3 - 0; 4 - (-0,1); 5 - (-0,4); 6 -(-0,8); 7-(-1,2)Тл. Как видно из графиков, контроль изделий возможен лишь при коэффициентах размагничивания, больших 0,003, в частности, при N 0,0095 и Вр -0,1 Тл (фиг.6, кривая 4).

Обозначим величины N, Вр и В, соответствующие однозначной зависимости В (Тотп), через N1, Вр и В. Тргда, для того, чтобы проконтролировать изделия из стали 40Х с коэффициентами N 0,003, необходимо после частичного размагничивания изделий до заданного значения индукции Вр привести его в состояние, соответствующее значению В Вс/. Это достигается тем, что вводят вспомогательный параметр А, имеющий размерность индукции В и изменяющийся по линейной зависимости в координатах В; Hi, являющейся геометрическим местом точек с ординатами В±{ изделий из того же материала, что и контролируемые, но имеющих коэффициент размагничивания N (назовем их эталонными изделиями),

На фиг.7 зависимость А(Н|) представляет собой прямую, выходящую из начала координат под углом а к оси В, причем в соответствии с (1)

.(2)

ам же показана прямая, соответствующая контролируемым изделиям с коэффициентом размагничивания N N , проведенная под углом , Точка пересечения данной прямой со спинкой петли магнитного гистерезиса контролируемого изделия (после его намагничивания до насыщения и выключения намагничивающего поля, т.е. при Не 0) соответствует остаточной индукции Вг. Частичное размагничивание изделия производится до индукции Вр . которой соответствует напряженность внешнего поля Н ер и внутреннее поле Hip.

При перемагничивании изделия по кривой возврата (повторном намагничивании) некоторому текущему значению внутреннего поля HI соответствует индукция В в изделии (точка С на фиг.7) и параметр А (точка D) при напряженности внешнего поля Не. По мере уменьшения Hi (по модулю) рабочая точка, характеризующая состояние магнетика, перемещается вверх от точки С по кривой возврата, а точка, соответствующая параметру А, перемещается вниз от точки D по прямой A(Hi). При значении. внутреннего поля HI НГ (соответственно, Не Не ) текущие величины В и А станут равны друг другу (точка Е). Это

значение (В А) и принимается за параметр . контроля Вк B d.

Найдем зависимость параметра А от внутреннего поля Hi при известном коэф- фициенте размагничивания N эталонных изделий в процессе повторного намагничивания контролируемого изделия. Из треугольника ODHi на фиг.7 находим:

10

tg « , (3) Тогда с учетом (1) и (2),имеем:

15

(4)

Таким о&разом, если в процессе повторного намагничивания контролируемого изделия от индукции Вр производить

измерение текущих величин индукции В и внутреннего поля Hi, вычислять текущую величину вспомогательного параметра А по формуле (4), то в момент равенства текущих значений В и А будет зафиксировано значение параметров контроля Вк В.

Способ контроля заключается в следующем. Контролируемое изделие 4 (см.фиг. 1) устанавливают внутрь катушки 3, прикладывают к нему преобразователь 7 внутреннего поля (или устанавливают изделие на преобразователь) и намагничивают изделие до насыщения путем пропускания т-ока от источника 2 через соленоид 1. После выключения намагничивающего тока производят размагничивание изделия в соленоиде и измеряют текущее значение индукции В с помощью катушки 3, интегратора 5 и измерителя 6 индукции. Размагничивание изделия аедут до тех пор, пока индукция в нем

не станет равной заданному значению Вр .

По достижении индукции Вр изделие

повторно намагничивают, т.е. перемагничивают по кривой возврата. При этом

измеряют текущие величины индукции В,

внутреннего поля Hi ( с помощью преобразователя 7 и измерителя 8) вычисляют текущую величину вспомогательного параметра А по формуле (4). В момент равенства сравниваемых величин фиксируют

значение индукции В - А В Вк и по нему, с использованием градуировочного графика, полученного на эталонных изделиях, определяют качество контролируемого изделия.

Например, если в качестве эталонных изделий из стали 40Х взять образцы с коэффициентом размагничивания 1ST 0,0095, а индукцию размагничивания Вр -0,1 Тя, то градуировочной будет зависимость В (Т0тп), изображенная кривой 4 на фиг.6. При этом изделия из стали 40Х. с любым типоразмером могут быть проконтролированы с достаточной достоверностью по приведенному способу с использованием одной и той же градуировочной характеристики В1 (Torn). Для этого необходимо все изделия размагничивать до Вр -0,1 Тл, а параметр А рассчитывать по формуле

А 4 я 10 0,0095

Hi

где А - в Тл, Hi - в А/см.

Способ позволяет при наличии градуировочной характеристики для какой-либо марки стали контролировать изделия из данного материала любых типоразмеров без какой-либо настройки при переходе от одного типоразмера :: другому.

Это значительно расширяет возможности применения предлагаемого способа и упрощает процесс контроля, поскольку Исключается необходимость измерения и учета при контроле коэффициентов размагничивания N контролируемых изделий.

Формула изобретения Способ контроля качества ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что изделие намагничивают до насыщения, выключают намагничивающее поле, размагничивают изделие до заданного значения магнитной индукции, повторно намагничивают изделие, измеряют текущую величину индукции В изделия, вычисляют текущую

величину, вспомогательного параметра А и в момент равенства текущих значений индукции В и вспомогательного параметра А определяют величину индукции Вк, по которой судят о качестве изделия, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, измеряют текущую величину напряженности внутреннего поля Hi в изделие в процессе повторного намагничивания, а текущую величину вспомогательного параметра А вычисляют по формуле

А где jU0 - магнитная постоянная;

N - коэффициент размагничивания эталонных изделий.

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества ферромагнитных изделий и может быть использовано в машиностроительной и металлургической промышленности. Способ повышает достоверность контроля за счет устранения неоднозначности зависимости параметра контроля Вх от физико-механических характеристик изделий. Он заключается в том, что изделие намагничивают до насыщения, вы- ключают намагничивающее поле, размагничивают изделие до заданного значения индукции, повторно намагничивают изделие, при этом измеряют текущие величины индукции В и напряженности поля Hi. созданной в изделии, вычисляют-текущую величину вспомогательного параметра А, являющегося функцией напряженности поля Hi и коэффициента размагничивания N эталонных изделий. В момент равенства индукции В и параметра А фиксируют значение параметра контроля Вк. 7 ил. 00 Указанная цель достигается тем, что в способе контроля качества ферромагнитных изделий, заключающемся в намагничивании изделия до насыщения, выключении намагничивающего поля, размагничивании изделия до заданного значения магнитной индукции, повторном намагничивании изделия, измерении текущей величины индук00 XI О N

1

3

I - соленоид; 2 - источник токя; 3 - преобразователь магнитной индукций; 4 - изделие; 5 - интегратор; 6 - измеритель магнитной индукции В; 7 -/преобразователь внутреннего поля Н;.; 8 - измеритель внутреннего поля

ФигЛ

200 400 600 ТотП/С 200 4CO 600 Тогл/С Фиг. В ФиГб;