Способ определения ширины трещины в ферромагнитном изделии

Но фиг.З изображено поперечное сечение реальной поверхностной трещины и ее. линейная аппроксимация,На фиг,4 изображена блок-схема установки, реализующей данный способ,На фиг.5 изображена экспериментальная зависимость тангенциальной составляющей поля дефекта от координаты Х, дляпервой траектории МЭ а) и второй б).Сущность изобретения основана наследующих физических закономерностях.Из законов магнитостатики известно, чтоциркуляция вектора напряженности магнитного поля по замкнутому контуру, который не охватывает токов проводимости,равна нулю:фНеб = 0 (4)3Проведем контур относительно трещины; находящейся в ферромагнитном полупространстве так, как показано на фиг.1.Тогда криволинейнйй интеграл (4) будет состоять из следующих компонент;с оФн.с =3 й.ай. +3 й.а+я ед ее+Не о = 0 (5)оОтрезки контура Е,А и О,Е удалены от центра трещины настолько, что поле там однородно, а вектор напряжейностиотносительно их перпендикулярен. Тогда;Ехй,а: .7 д.т= 0д оВектор напряженности вдоль линии АО,проходящей через середину узкой трещины, у которой глубина много больше ее ширины, постоянен по направлению и равенпо величине Но в металле и р Но внутритрещины, где,и - проницаемость материалаобъекта контроля. С учетом этого линейныйинтеграл на отрезке А.О будет равен:о в о3 Не б =, Но с +,1 Но б +,и НоВС 1д д сПринимая во внимание, что АР 1 ВС 1 =(7)еВеличина Я =(Нх - Но) сх - есть площадь,езаключенная между кривой тангенциальнойсоставляющей напряженности магнитногополя Нх дефекта и горизонтальной прямой,соответствующей величине намагничивающего поля Но, измеренной с помощьюмагниточувствительного элемента, прошедщего путь от точки Е до Е. Точки Е и Е (см.фиг.1) удалены на такое расстояние, где поле рассеяния от трещины практически отсутствует,Из теоремы о циркуляции вектора магнитной напряженности следует, что путь,пройденный, МЭ между Е и Е может бытькакой угодно, например, Е-а-Е (см, фиг.1).Окончательный результат будет одним и темже независимо от формы траектории перемещения МЭ, поэтому в предлагаемом способе нет необходимости обеспеченияточности определения местоположения Мэв пространстве в отличие от способа-прототипа, для реализации которого необходимовыдержать траекторию передвижения магниточувствительного элемента (МЭ) строгопараллельно поверхности контролируемогоизделия, причем эта траектория должнабыть параллельна намагничивающему полюНо и перпендикулярна продольной.оси дефекта. Аналогичные рассуждения можнопровести и для внутреннего узкого дефекта(см. Фиг,2). Ширина в этом случае вычисляется по (6).Пример конкретного выполненияПредлагаемый способ определения ширины раскрытия узкой тоещины был реализован на экспериментальной установке,блок-схема которой изображена на фиг,4.Установка содержит генератор 1(ГЗ-ЗЗ),выходом соединенный с устройством 2, возбуждающим датчик Холла 3 и выдающимпостоянное напряжение, пропорциональ-ное величине магнитного поля, которое подавалось к двухкоординатному самописцу 4 еТак как ЕЕ =АО 1, то / (Нх, - Но) дх =е= НоЬОтсюда ширина узкой трещины в средней еечастиГ(6)ф Но10 а при аппроксимации сечения трещины ввиде треугольника (см. Фиг,З) раскрытие еена поверхности будет вдвое превышать Ь,т.е,10 15 20 30 40 45 50 с временной разверткой, Перемещение датчика Холла вдоль образца 5 синхронизировано с перемещением пера самописца по одной из координат. В образце 5 была выращена трещина с шириной раскрытия 0,045+ 0,05 мм и глубиной 5,8 мм. Датчик Холла располагался над образцом 5. Образец намагничивался в полюсах электромагнита 6 до индукции Во = 1,94 Тл или р Но =Во- 15438 А/см, Топография поля тан,огенциальной составляющей Нх над дефектом, полученная на этой установке, экспериментально приведена на фиг.5(а). Численным методом была вычислена площадь, заключенная между этой кривой Нх и прямой, соответствующей величине поля намагничивания Но, На фиг.5 эта площадь заштрихована, Вычисленная площадь, в системе координат, где по оси ординат отложены (А/см), а по оси абсцисс (м), равна 36,5 А.Далее полученное значение этой площади, равное 36,5 А, делилось на/ Но =7719 А/см и получалась искомая величина ширины дефекта, равная 0,0473 мм, что отличается от среднего значения ширины реальной трещины всего на 5%, Далее была снята топография поля для другой траектории движения датчика Холла, которая была выбрана также случайным образом, фиг.5(б). Измеренная площадь при этом была равна 33,9 А. Отсюда вычисленная ширина трещины была равна 0,0439 мм, что отличается на 2,4 ОД от реальной величины, При применении способа-прототипа, использующего максимальные значения топографий, снятых при движении датчика по первой и второй траектории.и при неизвестном произвольном расстоянии МЭ до иэделия, определить ширину вообще не удается,Если значения У и У 2(3) в способе-прототипе могут быть определены с точностью20%, что подтверждается на практике, и тогда Нх 1 и На также будут известны не точнее чем 20 О, то из (2), приняв для простоты Т - со общая погрешность способа- прототипа может составлять - 40 О. что, естественно, является неприемлемым для проведения контроля ответственных деталей. Таким образом, проведенная экспериментальная проверка показала, что предлагаемый способ по сравнению со способом-прототипом обеспечивает более стабильное и точное определение ширины узкой трещины. прием повышение точности измерений достигает величины в 10 - 20 раз,На основе вышесказанного можно выделить следующие преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом:1, На окончательный результат. определяемый предлагаемым способом, не оказывает влияние нестабильность положения Мэ в пространстве, так как криволинейный интеграл по замкнутому контуру равен нулю (при отсутствии токов проводимости через него), в прототипе же необходимо точно определять координаты датчика, так как от них зависят значения измеренных магнитных полей, по которым на основании формул (3), связывающих размеры дефекта с значениями напряженности магнитного поля рассеяния, вычисляются геометрические параметры дефектов. Это преимущество оказывается особенно важным при практическом применении способа, т,к, в условиях реального производства иметь обеспечение идеальной траектории движения датчика представляет наибольшую трудность.2, В предлагаемом способе сигнал, полученный с МЭ, интегрируется, что увеличивает помехозащищенность измерений.3. Не требуется сложных вычислительных операций, что увеличивает скорость определения значения ширины и позволяет реализовать способ с помощью простых электронных устройств.4. Измерение ширины предлагаемым способом можно производить и при нанесенных на поверхность изделия немагнитных и магнитных покрытиях любой толщины, чего в принципе нельзя осуществить с помощью способа-прототипа, так как поле с увеличением расстояния между датчиком и изделием стремительно убывает и отдельные значения поля можно измерить лишь с большой погрешностью.5. В предлагаемом способе размеры МЭ не оказывают влияния на точность определения размеров дефектов, так как последующее измерение площади, ограниченной кривой распределения тангенциальной составляющей обозначает, что, иначе говоря, все равно берется интеграл, что делает результат независящим от физических размеров самого магниточувствительного элемента, в то время, как в способе-прототипе МЭ должен иметь как можно более малые размеры, в противном случае, он не сможет с достаточной точностью измерить значение величины напряженности в конкретной точке, вследствие значительной неоднородности распределения напряженности магнитного поля рассеяния над дефектом, т,е, в малом пространстве, соизмеримом с величиной дефекта, обычно лежащей в пределах нескольких микрон.Формул а изобретен ия Способ определения ширины трещины в ферромагнитном изделии, заключающийся в том, что изделие намагничивают посто янным магнитным подем с напряженностью Но, измеряют тангенциальную составляющую поля рассеяния наддефектом и используют ее при определении ширины дефекта, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 10 повышения точности, регистрируют кривую распределения тангенциальной составляющей нагруженности магнитного поля рассеяния в направлении, перпендикулярном направлению трещины, измеряют площадь , ограниченную этой кривой и прямой, соответствующей значению намагничиваю- щего поля, а ширину Ь раскрытия трещины определяют из соотношения Ь = Я/и Но, где р- магнитная проницаемость материала изделия.1810809 5 х см) едакт аказ 1442 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Т СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 Нх) АЯ О И 271 И(х) Ми Составитель О,БулычевТехред М. Моргентал Корректор С.Пекарь