Способ магнитографического контроля изделий из ферромагнитных материалов

Способ магнитографического контроля изделий из ферромагнитных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к магнитной дефектоскопии и может применяться для определения величины дефекта в ферромагнитном изделии независимо . от глубины его залегания. Целью изобретения является повьцпение точности определения величины дефекта за счет использования нового, информативного параметра. Способ магнитографического контроля изделий осуществляется с помощью датчика феррозокдового магнитометра, которым определяют величину Н нормальной составляющей напряженности поля дефекта, записанного на магнитную ленту, затем измеряют расстояние L между экстремумами этой нормальной-составляющей и в качестве информативного паракетра используют произведения , где показатель степени ot зависит от толщины изделия и изменяется в пределах от до 3,5 ил.

СООЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕО !ИХ

РЕСПУБЛИК

nm св ду y G 01 N 27/82

ГОСУДМ СТВЕННЫй КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЗ у . qc

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AB"rOPCHGMV СВЙДЕТейьОТВУ (21) 3798732/25-28 (22) 09.!0.84 (46) 07.09.86. Был. У 33 (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики металлов Уральского научного центра АН СССР (72) И,Л,Шур, С.Л.Ваулин и В.Е.Щербинин (53) 620.179.14 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 564583, кл. G О! Я 27/82, 1977.

Авторское свидетельство СССР

9 796750, кл. G 01 Н 27/84, 1980 ° (54) СПОСОБ ИАГНИТОГРАФИЧЕСКОГО

КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к магнитной дефектоскопии и может применять ся для определения величины дефекта в ферромагнитном изделии независимо от глубины его залегания. Целью изобретения является повыщение точности определения величины дефекта за счет использования нового. информативного параметра. Способ магнитографического контроля изделий осуществляется с помощью датчика феррозондового магнитометра, которым определяют величину Н: нормальной состав » ляющей напряженности поля дефекта, записанного на магнитную ленту, sa" тем измеряют расстояние Ь„, между экстремумами этой нормальной составляющей и в качестве информативного параметра используют произведения 6

Н„„. L», где показатель степени зависит от толщины изделия и изменяется в пределах от до 3,5 нл. С"

1 I 2559I I

Иэоб, етение относится к магнитноf» дефектоскопии, а именно к пераэрушающему контролю материалов и иэделий, обладающи7 ферромагнитными свойствами, и может быть использовано в машиностроительной, энергетической и других отраслях промьш ленности для выявления дефектов тина нарушений сплошности, Целью изобретения является новы- 10 шение точности определения величины дефекта независимо от глубины его залегания за счет выбора информативных чараметров, менее чувствительHbtx к изменению параметров считываю- 15 щего магниточувствительного датчика.

На фиг.i изображена блок-схема устройства, реализующего способ магнитографического контроля; на фиг.2 приведены графики, поясняющие суш- 20 ность способа; на фиг. 3 — 5 — аависимости информативного параметра от глубины {h ) залегания дефекта в

3 изделиях разных диаметров„

Схема содержит зпектромагнит I 25 с полюСами, контролируемое иэделие

2 с дефектом 3, расположенным псpпендикулярпо однородному полю II, в изделии, магнитную ленту ч, расположенHpþ рабОчнм слоем к пОвеpxнос 30 ти изделия 2, феррозондовый чувствительный элемент 5 и магнитометр б

Ь" х

k-x

ar0tg ††-- + arctg

У

Ь+х

arctg

У с индикатором.

p+

Л ----- ) 0.

Я+ 1.Способ основан на выборе в качестBf информативного параметра величины

ot.

Н„„ L, где показатель степени ot гь зависит от толщины иэделия и изменяется в пределах от I до 3, Н„„- величина нормальной составляющей напряженности поля дефекта, L„„ рассто- 4О яние между двумя экстремумами э"ой нормальной составляющей. Так как по величине нормальной составляющей напряженности поля дефекта нель3я Однозначно определить, какова величина дефекта, то дополнительным параметром может служить ширина поля дефекта, т.е. расстояние Ll„ межцу двумя экстремумами пормальнои составляющей Н напряженности поля дефекта, записанного на магнитную ленту,.

Нормальная составляющая Н„ напряженности записанного на ленту поля дефекта описывается формулой 55

6 k+x ,Н = — — - (are tg ь 2lTpo у где с, b - -границы раэноименно и равноименно заряженных участков поверхностного диполя, имитирующего дефект, х - текущая координата по длине ленты; у — высота точки наблюдения;

Π— плотность зарядов поверхностного диполя;

8, - магнитная йостоянная в системе СИ.

Для того, чтобы определить 6, плотность зарядов поверхностного диполя, рассмотрим случай, когда на ленту записывается поле внутреннего дефекта в виде кругового цилиндра радиусом а: иэделие намагничивается внешним однородным полем Н, перпендикулярным продольной оси дефектa ТОГДА и Р

Н =Г +ЛГ7 o о (у + х ) Второе слагаемое в этом выражении есть собственно поле дефекта, записанное в системе координат, начало которой совпадает с центром дефекта, распределение ко7орого изображено на фиг.2о для разных глубин расположения дефекта.

Коэффициент Л учитывает влияние нелинейных свой .тв ферромагнигной среды

Для того, чтобы вычислить заряды на ленте, пользуются кусочнолинейной аппроксимацией, показанной на фиг ° 2а {пунктирные линии).

Иэ уравнения прямой AB и Л Б (фнг. 2,п ) определяют.2

Н «Л - --- {x +.? ) + Н

Нра

,з 3 О

Поле ленты создается зарядами постоянной величины на Отреэках -ы ; -Ь ) и f b; ), плотность ь этих зарядов определится о

1255911

Расстояние между экстремумами нормальной составляющей напряженности поля записи дефекта на ленте определяется как

Н вЂ” H 3

Е «1+Ь «2h --> — — 4 h

Н,а дН Н а

6 Х вЂ”" МА -а-а Ь х

10 где р1- магнитная восприимчивость ленты.

Если имеются заряды только на отрезках (Ь; k) и (-ki -Ь), то из

15 симметрии очевидно, что экстремумы нормальной составляющей магнитного поля дефекта, записанного на ленту, будут иметь место в центре эаряжен20 ных участков, т, е. при

1 +Ь! х

К+ Ь 25

Например, при х —" — экстремум нормальной составляющей равен мАНа k- Ь вЂ” - -у 2 arctg — — —, зто

Ьь гу выражение получено из формулы (1). 30

Пусть нормальная составляющая напряженности поля ленты измеряется достаточно близко от ее поверхности, так что у c c k - Ь. Тогда

Известно, что нормальная составляющая напряженности поля заряженной плоскости непосредственно на ее поверхности в системе СИ равна

45 т.е. половине плотности заряда расположенного в этой точке плоскости. Таким образом, максимальное значение нормальной составляющей поля1 записи дефекта Н „ убывает как у-. ж д установлено, что нелинейность характеристики М „(Ю (фиг. 20) приводит к более медленному убыванию Н „, и существуют области глубин залегания Я .дефекта, при которых Н„будет убы-.

1 1 вать медленнее, чем -- и — .

Ь Ь б «л « „«. .«« И ЗН дКг Н } а. а„, ц, где М„{Н) - .зависимость остаточной намагниченности лент от внешнего намагничивающеro поля (фиг.28), тогда,k-b — — — »1 и, воспользовавшись тем, И что arctg х - при х э 1 получим

ЯНаа

2 н 211 .Ь " г

В этом выражении Ь запишется иэ условия л Н а (-Ъ+Ь )

Н= Н + Н H -Н А-s-— - — -- .Д о> 3 о

М h (H - He h з л

Ь = h — -- — --«"4 если Н <Н 1 + Н

Н а А > $ go e

А

С увеличением Н, 1 + Н значение

Ь стремится к Ь, исходное распределение тангенциальной составляющей поля дефекта в плоскости рабочего слоя ленты показано на фиг,2, а. и далее когд.". Н ленты будет равно л 3

Н „1 + Н, величина L будет равна

2h .. Выберем значение исходного на5 магничивающего поля Н, близко к Н> ленты, напрймер, в районе точки перегиба характеристики ленты Н„.(фиг.гЮ)1 тогда иэ приведенных оценок следует, что можно подобрать такое, напри мер ь 2, что произведение

Н L = ---- à - f(h) л ol гАМН (2)

5лл

Величина показателя степени d. on" " ределяется толщиной иэделия, которая, и свою очередь, определяет максимальную глубину залегания дефекта, Так, для внутренних дефектов глубиной залегания h до 10 мм ot. выбрано равным 1 и прй увеличении глубины залегания h унеличиваетсяюС для дефектов глубиной залегания Ь до 20 мм С равняется Э/г, Таким образом, произведение k „ L „ не зависит от глубины залегания >,, а в укаэанных пределах изменения глубины h получаем однозначную эависи"

) к мость Н 1.„ от радиуса дефекта о

Так, дефекты разной величины имеют свои интервалы изменения произведения

Н„„Ь„„, которые не перекрываются, Иэ этого следует, что величина произведения Н „Е„.„ может . служить информативным йараметром для определения размера дефекта неэависнмо от глубины его залегания.

Пример. Для осуществления предлагаемого способа контроля исдение Н „1„„. Далее выбирают <>с= l, строят графики зависимости этого произведения от глубины залегания (фиг.3) и выясняют, что при контроле изделий с глубиной залегания дефектов 1>3 < 10 мм величина произведения

Н„ L„„ однозначно связана с величиь» ной дефекта. Результаты экспериментов показывают также, что для того, чтобы вести магнитографический контроль на глубине до 20 мм и определять размеры дефектов независимо от их глубины залегания, удобнее выбрать коэффициент<>< ранным 3/2 (фиг,4).

Увеличив толшину иэделия до 30 мм и выбрав <с =- 2, получают выражение

Нг 1гн

На графиках зависимостей (фиг.5) функции Н„, 1,,>, от глубины залегания для дефектов 13азличной величины можно видеть, что интервалы изменения

2 значений функции Н„1.„„четко разделяются, 2

Так, например, величина F!„„L» для деФектов диаметром 1 мм изменя2. ется от 0 до 300 мВ мм ; диаметром

2 мм — от 500 дл 900 мВ мм диаметI ром 3 мм — от 1400 до 1800 мВ мм; диаметром 4 мм — от 2400 до 2800 мВ мм . Причем, средние значения вели1 чины про3<з>Зеленин Н, 1.„для. каждого

>» г»

2 размсра дефектов пропорциональны сд где <:< — радиус цилиндрического дефек- та, что подтверждает правильность формулы (2) т>р3. <3. = 2, H L = ---- -" а — f (F3 ), 2<тМ!. г>» г тГ <„ 1 где Е(1< ) — добавка более высоких

3 порядков малости.

Таким образом, удается определить величину де<1>екта независимо от его глубины залегания по всей толщине изделия, равной 30 мм.

Формула и з о б р е т е н и я

$ 1255911 пользуются пластины 2 (фиг,1), изготовленные из ст.3, Размеры пластин следующие: длина

150 мм, ширина 100 мм; толщина меняется от 10 до 30 мм.

Внутренние дефекты 3 (фиг.1) и пластинах имитируются цилиндрическими отверстиями диаметрами 1, 2, 3, 4 мм, расположенными на глубине залегания от 2 до 30 мм. Намагничивание образ- 10 цов осуществляют .с помощью электромагнита постоянного тока, Пластины п<3мещают торцами .между полюсами электромагнита при межполюсном расстоянии ISO мм, причем площадь полюсов 15

2 составляет )6750 мм

Намагничивающее поле цо толщине образца практически однородно;

Tto длине область однородности порядка

60 мм и располагается н центральной 2Q части образцов. Длина всех дефектов перпендикулярна полю Н„, а образующая параллельна поверхности образца, на который помещается лента, Запись производят на раэмагииченнь>Х отрЕЗ- 25 ках магнитных лент типа 2 длиной

100 мм <и шириной 35 мм, Поле Н действует ндоль длины ленты и плилнием краев отрезка ленты на центральную часть можно пренебречь ° Величина 30 нама1 ничивающего ноля выбрана П„

400 А/см.

Процесс запи<.и Заключается и намагничивании иэделия с прижатой к нему магнитной лентoA 4 (фиг, 1) до заданной величины Н„ц последующим плавным уменьи>енисм намагничивающего поля до нуля, Отрезки лент прижимаются к поверхности образца эластичной подушкой раб<3ч1>м с33оем вниз„и считывание, производится так>хе со стороны рабочего слоя, Считывание нормальной состанлвкп,ей поля дефекта, записацн< го ла .-<евту, производится лабораторным фер1>озо<3дочым магнитометром.

Для этого сканируют датчиком магнитометра по магнитной ленте, уложенной на специальной немагнитной подстанке. Результаты измерений пред- 5О ставлены на фиг,3. Топографию нормальной составляющей поля ленты регистрируют на двухкоординатный самописец (не показан).

Используя графические данные само- пишущего прибора и измерив расстояние между экстремумами нормальной составляющей Н, получают проиэнеСпособ магнитографического контроля иэделий из ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что на поверхность контролируемоro изделия укладывают магнитную ленту, намагни-. чивают ее совместно с изделием и счи" тынают записанную магнитную информацию с помощью датчика феррозондоного магнитометра, о т л и ч а ю— щ H и с я тем, что, с целью повышения точности определения величины де1 255911

-10 фекта независпмо от глубины его залегания, датчиком сканируют по магнитной ленте, измеряют в личину Н „ нормальной составляющей напряженности поля дефекта, фиксируют два экстремума этой нормальной составляющей, измеряют расстояние Lме,жду этими

t Q экстремумами, размеры дефекта onpedl деляют из выражения H„„ L,„ где показатель степени . зависит от толщины иэделия и изменяется в пределах от 1 до 3.

1255911

Составитель В.Филинов

Техред N.Õoäàíê÷ Корректор В.Синицкая

Редактор А.Шандор

Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

1?ЗОЗЬ, Иосква, Ж-35, Раушская наб,, д,4/5

Заказ 4815/43

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4