Способ контроля ферромагнитных материалов Советский патент 1982 года по МПК G01N29/00 

(54) СПОССБ КОНТРОЛЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ 1 Изобретение относится к акустическим методам неразрушанлцего контроля н может быть использовано в металлургической и металлообрабатывающей промьшшен ности для контроля структурного состояния н Д1шамических магнитостршшионных характеристик полуфабрикатов и изделий из зяектротехнических и малоуглеродистых сталей. Известен способ контроля ферромагяи:1 ных материалов, при котором в язделии щя наличии постоянного магнитного поля возбуждают ультразвуковые колебания, регистрируют сигнал, наведенный на специальную измерительную катушку, помешенную в пучности давления на вэделаи, и по разности фаз между возбужда шим и наведенным сигналам судят о меха нических свойствах изделия 1 Наиболее близким по техвяческой сущности к изобретению является саюсоб . контроля ферромагнитных материалов, захлючаншийся в тем, что матер1Еал попМАТЕРИАЛОВмагничивают посто1пшым полем, возбуждают в нем упругие колебания, изменяют частоту колебаний, регистрирукт акустический сигнал на частоте резонанса этих колебаний, определяют зависимость амплитуды этого сигнала от величины подмагничивакхцего поля и по величине подмагничивакшего поля, соответствующей максимуму амплитуды акустического сигнала, судят о свойствах материала Общим недостаткам известных способов является низкая точность измерений характеристик материалов вследствие влияния величины подмагничиваюшего паля Но на механические и магнитные характеристики материалов, в частности кажущуюся магнитную пронипает лость .д и затухаемость Q , (добротность Q Г упругих колебаний. В случае же магнитомягкнх материалов влиявие HO на fl и С) не поэ-i воляет одвозначно установить величину подмагничввашцего поля, соответствук щую максимуму амплитуды акустического сигнала. Цепь изобретения - повьпыение TOHHOCSти контроля и обеспечение возможности контроля магнитомягких материалов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контрсяя ферромагнитных материалов, заключающемуся в там, что материал подмагннчнвают постоянным полем, возбуждают в нем упругие копебаяня, изменяют частоту колебаний, регистрируют акустический сигнал на частоте резонанса этих колебаний, опредвпяют зависимость амплитуды этого сигнала от величины подмагничивакяцего поля и по величине подмагничившощего поля соответствующей максимуму амплитуды акустического сигнала, судят о свойствах материала, стабилизируют переменную магнитную индукцию в материале в эсдае возбуждения и демпфируют ynpynie.колебания до устранения зависимости затухаНИН от величины подмагничивакйцего поля I На фиг. 1 представлены кривые зависимости добротности от подмагничивакяаего поля Но при разной степени и&лпфтрую щего воздействия на образец. Кривая Ополучена в недемпфированном состоянии, кривые d , Л, 1 - в дем11|||)Щ}ованнс (по мере роста номера кривой растет дем (}шрующее воздействие). На фиг. 2 представлены зависимости нормированной по максимуму амплитуды акустического сигнала на частоте резонанса упругих ксйебаний в материале от подмагнячивающего поля Но. Кривая д соответствует случаю отсутствия стабилизации переменной магнитной шздукшги в э1Ьне возбуждешш недемпфированного образца, кривая в наличию стабипизашш при демпфировании образца, устранякяцем зависимость Q от Но. На фиг. 3 приведена схема реа лизацви способа, содержащая поопедовател но соеш1ненные амперметр 1 и соленовд .2 подмагничивания, образец 3 исследуемого материала, расположенные на нем излучающий и приемный электромагнитноакустические (ЭМА) преобразователи 4 t 5, вспомогательную проходную катушку б, охватьшакицую сечение образца в зоне под преобразователем 4, демпфирующие накладки 7 и 8, прикрашенные в местах пучностей колебаний образца 3 Сраспределение узлов н пучностей колебаний по дагпше образца псжазано пунктиром),, ге- нератор 9 качакхцейся частоты, выход которого соединен с входом излучающего преобразователя, частотомер Ю, бяок 11 автоматической регулировки амгоштуды, подключенный к катушке 6, измеритель 12 амплитудно-частотных характеристик, ервый вход которого подключен к выходу риемного преобразователя 5, а второй к выходу генератора 9 качающейся частоты, и вольтметр 13, подключенный к выходу приемного преобразователя 5. Способ реализуется следующим образом. Образец 3 с раположенными на нем излучающим и приемным ЭМА преобразователями 4 и 5, вспомогательной пррходной катушкой 6 и демпфирующими наклад}сами 7 и 8 подмагничивают в .соленоиде 2 постоянным магнитным полем, величину Но оцшпгаают с помощью aMnepvieTpa 1. В иэлучакяций преобразователь 4 от генератс а 9 качакяцейся частоты подаю1Т высокочастотное напряжение V и, варьируя частоту колебаний, с помощью измерителя 12 амплитудно-частотных характеристик определяют резонансную частоту образца 3, контролируя ее частотомере .Ю. Индугшруемый во вспомогательной катушке 6 сигнал обратной связи подают на вход блока 11, подклю ченного к генератору 9 качакяцейся частоты и автоматически регулирующего -ра входе преобразователя Резонансный акустический сигнал регистрируют приемным преобразователетл 5, измеряют его амплитуду g. вольтметром 13 и наблюдают этот сигнал на экране измерителя 12 амплитудно-частотных характеристик, В случае двойного (излучение и прием) ЭМА преобразования C lrгде 0- затухание упругих колебаний, складывающееся из 0„ - затухания, обусловленного потерями на излучение в окружающую среду, и - затухания, обусловленного внутренними потерями в материале ( магнитомеханическим затуханием, зависящим от Но), /J ксгк кажущаяся магнитная щюницаемость, представляющая собой пульсационную магнитную проницаемость, усредненную по скин-слою в зоне ЭМА хфеобразования,/ЭХо5в обратимая магшггострикцнонная восхфи- нмчивость материала при фиксированном механическом напряжении (Г . У средне и высокоуглеродистых сталей слабо зависит от Но, и форма зависю ос-ти.{. г If (Но) в, общем повторяет форму зависимости ЭН /а что поэ«оляет вести контроль структурного соетояния этих материалов по параметрам, определяемым на зависимости - V (Но и, в частности по Нс,,д - велнчтше подмагничивающего поля, соответствующе максимуму амплитуды акустического сиг нала g у, Однако в случае магнитомяг ких материалов ,|,, О существенно за висят от Но (кривая а. «У в на фиг. 1, кривая на фиг. 2), что приводит к нар шецию подобия зависимостей V() .oEg N . ,ц . Для предегаьного слуi Л эн чая магнитомягкогб материала вообще н возможно опредетшть Ho,Q по зависямости i-Ч (Но), так как вместо острог максимум на кривой tj (Но) имеет место горизонтальная плошадка (кривая Э на фиг. 2), Однако поскольку цо,|1 определяется , переменной магнитнбй индукцией, то фиксирование независ5пцего от Но значения усередненного по сечен р объекта в зоне возбуждения с учетом скин-эффекта (э фективного) переменного мапштного потока приводит к отстройке влияния ff (Йо)на С - «Р(МО)(ФИГ. 1). Фиксирование переменной магнитной индукшш и достигается с помощью обратной связи, компенсирующей изменение переменного магнитного потока, обусловленное изменением Но, за счет автоматической регулировки амгшитуды переменного напряжения VI на входе излучаюшего ЭМА преобразователя. Прикрепление к образцу в местах пучностей колебаний демпфирующих навпадок 7 и 8, масса которых подбирается такой, чтобы i&f,7760 , позволяет отстроится от зависимости б от Но. В этом случае, учитывая, что,0 -IC/Q. Q QHQft/CQM+Oft) W и суммарное затухание . или добротность Q определяются потерями .-.на излучение в окружающую среду и не зависят от Но (кривая г- на фиг. 1). Однсжременное применение фиксашп переменной магнитной индукшш при демтьфировании. образца позволяет получить зависимость Е (Но), подобную зависимости (кривая на фиг. 2), определить иагнее величину ,, отвечающую позволяющу оценить структурное состояние образца. Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность контроля И расширить область применения его на магнитомягкие материалы за счет отстройки от влияния изменений кажущейся магнитной проницаемости и затуханий упругих колебаний; на зависимость акустического сигнала от подмагничивающего поля. Формула изобретенияСпособ контроля ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что,материал подмагничивают постоянным полем, возбуждают в нем уйругие колебания, изменяют частоту колебаний, регистрируют акустический сигнал на часта те. резонанса этих колебаний, определяют зависимость амплитуды этого сигнала от велЕсчшол подмагничивающего пояя и по величине подмагничивающего поля, соответствующей максимуму амплитуды акустического сигнала судят о свойствах материала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроя и обеспечения возможности контроля магнитомягких материалов, стабвдшзируют еременную магнитную индукцию в материале в зоне возбуждения и демпфируют упугие колебания до -устранения зависимоси затухания от величины подмагничиваккего поля. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР fe 552553, кл. GOIN 29/JpO, 1977. 2.KoMapfffi В. А., Кузнецов И. Д., акипга Н. И. и др. Контроль термичесой обработки конструкционной стали ЧОХ лектромагнитноб1кустическим методом. - Дефектоскопия, 1981, №2, с. 41-47 тфототкп). 20 30 40 Фи8.1 OJ50,50055Но глох Р08.2 т-- д зг HO, /см 50 60 . Но//см

If V X X X V H

ri KjT « -/ .J

5

/0

и

ФизЗ

4

f3