Способ контроля физико-механическихпараметров ферромагнитных материалови преобразователь для его осуществле-ния

Союз Советсннк Соцналнстнчесннк Республнк)М. Кл 26.12.78 (21) 2702784/25-28нем заявки йо 1 й 27/90 1 й 33/12 осударствеииый комитет СССР оо аелам изобретеиий и открытийбликовано 23.0481. Бюллетень Йо 15 53) УДК 620 ,14(088.8) опублнкованияописа 5.04.81 2) Авторизобретени Нагаев Заявитель зрушающего контроля АН Белорусской ССР ел физики СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к измерению физико-механических параметров ферромагнитных материалов и может быть использовано для контроля внутренних и приложенных напряжений, измерения магнитной анизотропии и слежения за развитием усталостной псзреждаемости,ИЗвестны способы определения фиЗико-механических свойств ферромагнитных изделий, в которых о контролируемом параметре судят по изменению коэрцитивной силы 11.Недостаток этих способов заключается в том, что они не позволяют локально исследовать зоны с концентрацией механических напряжений в изделии на ранней стадии развития усталостной повреждаемости и обладают низ кой корреляцией между амплитудой сигнала преобразователя и параметрами усталостного разрушения. На качество контроля сказывается нестабильность зазора вследствие применения П-образных электромагнитов.Известен способ измерения коэрцитивной силы ферромагнитных иэделий, который заключается в том, что ферромагнитное изделие вначале намагничивают до насыщения постоянным магнитным полем с помощью приставного электромагнита, а затем размагничивают и по величине размагничивающего тока определяют коэрцитивную силу Затем повторно намагничивают и размагничивают, но уже в противоположном направлении, и по сумме двух маг нитодвижущихся сил судят о коэрцитивной силе 2 1.Однако этот способ не позволяетконтролировать магнитоанизотропные материалы, не позволяет также конт.ролировать наличие концентраторов напряжений, приводящих к усталостной повреждаемости в структуре мате риала изделия, регистрировать экстремальные точки и по их распределению судить об изменениях в структуре. Кроме того, для осуществления этого способа необходима система на магничивания и размагничивания, чтоусложняет конструкцию преобразователя, аппаратуру контроля, Невозможно также постоянно контролировать вертикальные поверхности конструкций 25 Известно устройство для измерениямагнитной анизотропии Ферромагнитных материалов, содержащее электромагнит ный преобразователь, выполненный в виде двух взаимно перпендикулярных 30 П-образных магнитопровопон с возбуждающими и измерительными обмотками,источник переменного поля и электронный коммутатор, вход которого подключен к источнику переменного тока, авыход - к возбуждающим обмоткам магнитопровода, В качествЕ чувствительного элемента использованы измерительные обмотки, которые располагаются на намагничивающих магнктопроводахи подключены к диФФеренциальной изме-.рительной схеме 3 ).Однако оно обладает низкой досто- оверностью контроля, так, как на пОкаэания индикатора сказываются магнит- .ная связь магнитопроводов и непостоянство зазора между преобразователем иисследуемым изделием. 15Известен также преобразователь, который содержит феррозонд с продольнымвозбуждением, ферромагнитный сердечник П-образной Формы, установленныйвнутри общей возбуждающей обмотки,Измерительные обмотки выполнены в 34 раза короче сердечника и размещенына его концах 4 .В результате применения общей на-магиичнвающей обмотки чувствительность преобразователя к обнаружениювнутренних напряжений. уменьшается,а исследование остаточных напряженийневозможно, так как не обеспечиваетсяодинаковая высокая чувствительностьк концентраторам напряжений и развивающимся усталостным трещинам малыхразмеров, Невозможна также одновременная регистрация сигнала в двух направлениях от концентратора механических напряжений и определение усталостЗ 5ных.изменений материала, последовательно возникающих в наиболее напряженных участках, с регистрацией экс"тремумов от незначительных измененийсоставляющей индукции магнитного по Отока. рассеяния,Наиболее бЛизким по техническойсущности к изобретению является способ контроЛя фйэико-механических параметров ферромагнитных материалов,за ключающийся в том, что изделие намагничивают одновременно постоянным ипеременным магнитными полями и определяют амплитуду сигнала преобразователя, по котороф судят о контроли- рруемом . параметре 5 .Недостатком даного способа является то,что для измерения коэрцитаВной силы необходима каждый раз передизмерением коийеисация до .нуля измеряемого магнитиоге поля,что не отвечает,истинным условиям измерения коэрцитивиой силы. Кроме того, для осуществления даиыога способа необходима система перемевиого подмагничивания ввйде катушки, что усложняет конст- ФВрукцию и аппаратуру контроля, крометого испрльэуется электромагнитный .преобразователь, в конструкции которого измерительная катушка не даетвозможность проводить измерения напряжений, измерять магнитную аниэотропию, направление действия напряжений.Невозможно осуществлять непрерывныйконтроль вертикальных н труднодоступных потолочных конструкций в течениедлительного времени без съема преобразователя,Способ также не позволяет измеритьлокально остаточные напряжения,определить наличие концентраторов напряжений, приводящих к усталостной повреждаемости в структуре материала,не обеспечивает необходимой надежности и достоверности контроля пристатическом и динамическом нагружении, не чувствителен к изменениювнутренних напряжений и обладает слабой разрешающей способностью к изменению коэрцитивной силы.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является преобразователь, содержащий цилиндрический осесимметричный постоянный магнити расположенный по оси магнита магннточувствительный элемент 6 .Однако известный преобразовательобладает низкой достоверностью контроля, так как на показания индикатора существенное влияние будет оказывать магнитная связь магнитопроводови зазор. между преобразователем и исследуемым материалом.Цель изобретения - повышение надежности и достоверности контроля пристатическом н динамическом нагружении,Поставленная цель достигается тем,что с помощью электромагнитного пре-.образователя с осесимметричным постоянным цилиндрическим магнитом помаксимуму амплитуды его сигнала, пропорциональной нормальной составляющейиндукции магнитного потока рассеяния,определяют зону концентрации напряжений или зону с развивающейся усталостной трещиной, сканируют преобразователем поверхность материала во-.круг определенной зоны, строят зависимость эменения амплитуды сигналапреобразователя в радиальных направлениях от зоны концентрации напряжений и по полученной зависимости судят о величине и направлении напряжений, стадиях усталостной повреждаемости и оставшемся ресурсе.А в преобразователе для осуществлеиияспособа магниточувствительныйэлемент установлен с возможностьюперемещения вдоль оси магнита и выполнен в виде не менее чем двух феррозондов-градиентометров с П-образными сердечниками, каждый из которыхрасположен симметрично относительнооси магнита, а высота боковых вет-вей сердечников ферроэонда-градиентометра и внутренний диаметр цнлийдрического канала магнита выбраны изсоотношения 1 гЗ, возбуждающие обмотки феррозонда-градиентометра распрзферрбэонды-градиентометры с помощью держателя 8 закреплены внутри каркаса 9, ориентированного относительно цилиндрического канала 4 постоянного магнита 1.Ориентация производится при настройке таким образом,делены вдоль боковых ветвей сердечников, а измерительные обмотки расположены на концах ветвей и выполнены в 5-б раз короче возбуждающих обмоток. Кроме того, преобразователь снабжен магнитной фокусирующей системой, выполненной в виде стакана иэмагнитомягкого материала,охватывающего постоянный магнит и имеющего отверстие в области расположения ферроэондов-градиентометров,На чертеже представлен преобразователь для осуществления способа. Преобразователь содержит цилиндрический осесимметричный постоянный маг нит 1 и расположенный по оси магнита с возможностью перемещения вдоль нее магниточувствительный элемент, выполненный в виде не менее чем двух феррозондов-градиентометров с П-образными сердечниками 2 и 3, каждый из которых расположен симметрично относительно оси магнита 1.Высота боковых стержней сердечников и внутренний диаметр цилиндрическога канала 4 магнита 1 выбраны иэ соотношения 1:3.Возбуждающие обмотки 5 каждого феррозонда-градиентометра распределены вдоль боковых ветвей б П-образных сердечников, а измерительные обмотки 7 размещены на концах ветвей и выполнены в 5-6 раэ короче возбуждающих обмоток. что продольная ось симметрии П-образных сердечников совпадает с осьюсимметрии магнита 1. Каркас 9 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения по отношениюк,магниту 1 с частотой, обратно пропорциональной скорости. сканирования.,Корпус 10 преобразователя выполненс градусной шкалой, а каркас 9 - сострелочным иидикатором 11.Преобразователь позволяет в пределах точности градусной шкалы отмечать на контролируемом изделии иаправленре линий действия главиьйс напряженИ по максимуму сигнала с измерительных обмоток феррозондов-градиентовертров.В случае контроля криволинейныхповерхностей на постоянный магнит 1устанавливается магнитная фокусируащая система 12 в виде стакана иэ магнитомягкого материала, имеющая отверстие 13 в области расположенияферроэондов. Область между корпусоми магнитом 1 заполнена жидким гелиемили азотом.Способ осуществляется следующим образом. В начальный момент преобразовательустанавливается так, что одна параферрозондов ориентирована своими ветвями по градусной шкале на нуль. Преобразователь устанавливают на контро 5 лируемую поверхность ферромагнитногоматериала таким образом, что передначалом проведения измерений феррозонды находятся в нейтральной точке (врабочем объеме) цилиндрического канала 4 постоянного магнита. Это достигается регулировкой каркаса 9 с ферроэондами относительно магнита 1вдоль его оси. Показания на индикаторе 11 измерительного прибора при этомблизки к нулю,15 Переменное магнитное поле создается поочередно через электронный коммутатор (не показан) П-образными сердечниками 2 и 3 феррозондов-градиенто метров с возбуждающими обмотками.5,20 которые питаются переменным токомзвуковой частоты. Переменное магнитное поле направлено под углом З; 90к постоянному магнитному полю.Постоянное магнитное поле создаетд ся сверхпроводящим осесимметричнымпостоянным магнитом 1 и направлено .под углом г45 О к контролируемомуиэделию. Взаимодействие этих двух полей в объеме сердечников с продольным .возбуждением приводит к появлению визмерительных обмотках 7 ЭДС сигналавторой гармоники, по величине которойсудят об изменении индукции магнитного потока рассеяния.Электронный коммутатор переключая на ту пару ферроэондов ветвикоторых ориентированЫ на нуль градусной шкалы, Затем он отключает намагничивающие обмотки первой пары и подключает вторую пару феррозондов. Сиг 40 нал на измерительный прибор теперьпоступает со второй пары, расположенной под углом 90 О к первой, Такимобразом, измеряется амплитуда сигнала в двух направлениях.4 При обнаружении зоны с концентрацией механических напряжений по максимуму амплитуды сигнала, начинаютсканировать поверхность материалавдоль радиальных направлений по зао данной функции от эоны концентрациинапряжений или места развития усталостиой. повреждаемости.Строят зависимость амплитуды сигнала от координат перемещения преобразователя. По поМученной зависимости строят эпюру распределения внутренних напряжений, по которой судят овеличине и направлении напряжений, атакже о процессе накопления усталостной повреждаемости в материале иэдеО лия. По максимумам или минимумам сигналов определяют стадии усталостнойповреждаемости и оставшийся ресурс.Способ и преобразователь для егоосуществления позволяют определятьвеличину и направление действия глав824019 Формула изобретения НИ ПИ Заказ 2097/6 ж 907 Подписное ных напряжений, остаточные и приложен,ные напряжения, выявлять места с концентрацией механических напряженийв зоне роста усталостной трещины иследить эа накоплением циклическойповреждаемости материала в процессеиспытания, повысить точность и надежность контроля при исследовании текстуры и магнитоупругой аниэотропии,производить контроль изделий с криволинейной поверхностью. За счет применения постоянного магнита иэ высо- фкокоэрцитивного материала преобразователь может быть установлен на вер"тикальных поверхностях таких конструкций как бурильные трубы, корпусаатомных электростанций и ускорителей 5и другом оборудовании, где существующие методы контроля не могут обеспечить постоянное слежение за накоплением повреждаемости и выявлением зонс напряженным состоянием беэ снятия Щпреобразователя в течение длительного периода с места контроля,1. Способ контроля физико-механических параметров ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что изделие намагничивают одновременно постоянным и переменным магнитными полями и определяют амплитуду сигнала преобразователя, о т л и ч, а ю щ и й с я тем, что, с целью повыше- ния надежности и достоверности контроля при статическом и динамическом нагружении, с помощью электромагнитногореобраэователя с осесимметричным постоянным цилиндрическим магнитом по максимуму амплитуды его сиг- . нала, пропорциональной нормальной 40 составляющей индукции магнитного по-тока рассеяния, определяют зону концентрации напряжений или зону с развивающейя устахостной трещиной, сканируют преобразователем поверхность материала вокруг определенной эоны, строят зависимость изменения амплитуды сигнала преобразователя в радиальных направлениях от зоны концентрации напряжений, и по полученной з,1 висимости судят о величине и направлении напряжений, стадиях усталостнойповреждаемости. и оставшемся ресурсе,2. Преобразователь для осуществления способа по п. 1, содержащий цилиндрический осесимметричный постоянный магнит и расположенный по оси магниточувствительный элемент, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, магниточувствительный элемент установлен своэможностью перемещения вдоль осимагнита и выполнен в виде не менеечем двух ферроэондов-градиентометровс П-образными сердечниками, каждыйиэ которых расположен симметрично относительно оси магнита, а высота боковых ветвей сердечников феррозондаградиентометра и внутренний диаметрцилиндрического канала магнита выб-раны из соотношения 1:3.3. Преобразователь по п. 2, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что возбуждающие обмотки феррозонда-градиентометра распределены вдоль боковых ветвей сердечников, а измерительные обмотки расположены на концах ветвейи выполнены в 5-6 раз короче возбуждающих обмоток.4. Преобразователь по пп, 2 и 3,отличающийся тем, чтоон снабжен магнитной фокусирующейсистемой, выполненной в виде стаканаиз магнитомягкого материала, охватывающего настоящий магнит и имеющегоотверстие в области расположения феррозондов-градиентометров.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 332377, кл. С 01 й 27/86, 1969.2. Авторское свидетельство СССРР 413443, кл. С 01 й 33/12, 1972.3. Авторское свидетельство СССРР 397834, кл. С 01 й 27/72, 1972.4. Авторское свидетельство СССРВ 225518, кл, С 01 й 27/90, 1967,5. Авторское свидетельство СССРР 587424,кл. С 01 й 27/90, 1976,6. Авторское свидетельство СССРР 412543, кл. С.01 й 27/90, 1971