Способ определения ширины трещины в ферромагнитном изделии

Способ определения ширины трещины в ферромагнитном изделии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля магнитными методами и может служить для определения размеров дефектов типа узкой поверхностной и внутренней трещины, оно может быть использовано для дефектоскопии ферромагнитных изделий труб, рельсов и т.д. Целью изобретения является повышение точности за счет исключения погрешностей вызванных изменением траектории преобразователя . Способ включает намагничивание изделия полем Но, снятие топографии тангенциальной составляющей индукции магнитного поля рассеяния над дефектом при произвольной траектории датчика, затем вычитают из полученных значений топографии величину Но и находят величину площади под полученной кривой тангенциальной составляющей поля рассеяния над дефектом, после чего полученное значение площади делят на fi H0/2 для поверхностной трещины и на величину fi H0 для внутренней , при этом / - величина магнитной проницаемости материала изделия, определяемая из известной характеристики намагничивания контролируемого материала. 5 ил. ел с оо о 00 о О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я G 01 N 27/90

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О

СО

О

О (21) 4930952/28 (22) 23.04.91 (46) 23,04,93, Бюл. ЬЬ 15 (71) Институт физики металлов Уральского отделения АН СССР (72) О.А.Булычев, А.С.Шлеенков и В.Е. Щербинин (56) Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий в 2-х книгах. Кн. 2

/Под ред. В.В.Клюева — М,: Машиностроение, 1986. Страница 116, Фридрих Ферстер. Неразрушающий контроль методом магнитных полей рассеяния. Теоретические и экспериментальные основы выявления поверхностных дефектов конечной и бесконечной глубины. Дефектоскопия М 11, 1982 r. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ШИРИНЫ

ТРЕЩИНЫ В ФЕРРОМАГНИТНОМ ИЗДЕЛИИ (57) Изобретение относится к области неразрушающего контроля магнитными методами и может служить для определения размеров дефектов типа узкой поверхностИзобретение относится к области неразрушающего контроля магнитными методами и может служить для определения параметров дефектов типа узкой поверхностной и внутренней трещины, оно может быть использовано для дефектоскопии ферромагнитных изделий, например, труб, рельсов и т.д.

Целью изобретения является повыше"ние точности определения геометрических параметров поверхностного дефекта типа

„„5U„, 1810809 А1 ной и внутренней трещины, оно может быть использовано для дефектоскопии ферромагнитных иэделий труб, рельсов и т.д, Целью изобретения является повышение точности за счет исключения погрешностей вызванных изменением траектории преобразователя. Способ включает намагничивание изделия полем Но, снятие топографии тангенциальной составляющей индукции магнитного поля рассеяния над дефектом при произвольной траектории датчика, затем вычитают из полученных значений топографии величину Но и находят величину площади под полученной кривой тангенциальной составляющей поля рассеяния над дефектом, после чего полученное значение площади делят на,и Но/2 для поверхностной трещины и на величину,и Но для внутренней, при этом /c — величина магнитной проницаемости материала изделия, определяемая из известной характеристики намагничивания контролируемого материала. 5 ил. узкой трещины и узкого вытянутого внутреннего дефекта, На фиг.1 изображено поперечное сечение узкого поверхностного дефекта в ферромагнитном полупространстве и контур циркуляции вектора магнитной индукции.

На фиг,2 изображено поперечное сечение узкого внутреннего дефекта в ферро- магнитном полупространстве и контур циркуляции вектора магнитной индукции, 1810809

Но фиг.3 изображено поперечное сечение реальной поверхностной трещины и ее . линейная аппроксимация.

На фиг.4 изображена блок-схема установки, реализующей данный способ.

На фиг.5 изображена эксперименталь-. ная зависимость тангенциальной составляющей поля дефекта от координаты Х, для первой траектории МЭ а) и второй б).

Сущность изобретения основана. на следующих физических закономерностях.

Из законов магнитостатики известно, что циркуляция вектора напряженности магнитного поля по замкнутому контуру, который не охватывает токов проводимости, равна нулю: ф Ней = 0 (4)

Проведем контур относительно трещины; находящейся в ферромагнитном полупространстве так, как показано на фиг.1.

Тогда криволинейнйй интеграл (4) будет состоять из следующих компонент: с» о Н. И =3 й.а- f H.dI+Õй.сн+

S Е А F. е

+f H.а =0 (5) .D

Отрезки контура F,А и D,E удалены от центра трещины настолько, что поле там однородно, а вектор напряжейности относительно их перпендикулярен. Тогда;

f H,ä =ои и от= 0

A o

Вектор напряженности вдоль линии AD, проходящей через середину узкой трещины, у которой глубина много больше ее ширины, постоянен по направлению и равен по величине Hp в металле и р Не внутри трещины, где,и — проницаемость материала объекта контроля. С учетом этого линейный интеграл на отрезке А.0 будет равен: о» в о

f НеdI = f HodI +f Ho dI +p Ho !ВС!

А A С

Принимая во внимание, что AD I » I BC I =

= Ь где Ь вЂ” ширина трещины в ее средней части, можно принять

IАВ + !CD I = !AD I

Выражение (5) в этом случае примет вид:

F» О

f Не г!1,! Hp dI p НпЬ = 0 е Д

Для магниточувствительного элемента, ориентированного вдоль оси Х (см. фиг,1); е о

f Н, dx — f Н, dx -Р Hob = 0 е А

Ьп = — ц2S р (7) е

Величина S = f (Íx — Ho) dx — есть площадь, е заключенная между кривой тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля Нх дефекта и горизонтальной прямой, соответствующей величине намагничивающего поля Не. измеренной с помощью магниточувствительного элемента, прошедшего путь от точки Е до F. Точки Е и F (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 F может быть какой угодно, например, Е-à-F (см. фиг.1).

Окончательный результат будет одним и тем же независимо от формы траектории перемещения МЭ, поэтому в предлагаемом способе нет необходимости обеспечения точности определения местоположения Мэ в пространстве в отличие от способа-прототипа, для реализации которого необходимо выдержать траекторию передвижения магниточувствительного элемента (МЗ) строго параллельно поверхности контролируемого изделия, причем эта траектория должна быть параллельна намагничивающему полю

Но и перпендикулярна продольной.оси дефекта. Аналогичные рассуждения можно провести и для внутреннего узкого дефекта (см. фиг,2). Ширина в этом случае вычисляется по (6).

Пример конкретного выполнения

Предлагаемый способ определения ширины раскрытия узкой трещины был реализован на экспериментальной установке, блок-схема которой изображена на фиг.4.

Установка содержит генератор 1(ГЗ 33), выходом соединенный с устройством 2, возбуждающим датчик Холла 3 и выдающим постоянное напряжение, пропорциональ- ное величине магнитного поля, которое подавалось к двухкоординатному самописцу 4 !

Так как I EF = I AD I то (Н Hp) dx = е

= НОЬ

Отсюда ширина узкой трещины в средней ее части е

f (Н вЂ” Не) dX

Ь= е S (6)

P o

10 а при аппроксимации сечения трещины в виде треугольника (см. фиг,3) раскрытие ее на поверхности будет вдвое превышать Ь, т.е.

1810809

15

30

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 танро генциальной составляющей Нх над дефектом, полученная на этой установке, экспериментально приведена на фиг.5(а).

Численным методом была вычислена площадь, заключенная между этой кривой Н> 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

P Ho =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% 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 У1 и У2 (3) в способе-прототипе могут быть определены с точностью

20%, что подтверждается на практике, и тогда Н» и Нх2 также будут известны не точнее чем 20%, то из (2), приняв для простоты Т вЂ” о общая погрешность способапрототипа может составлять - 40%. 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-проТо типе 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.

1810809

Формула изобретения

Способ определения ширины трещины в ферромагнитном изделии, заключающийся в том, что изделие намагничивают посто- 5 янным магнитным полем с напряженностью

Н, измеряют тангенциальную составляющую поля рассеяния наддефектом и используют ее при определении ширины дефекта, отличающийся 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 намагничивающего поля, а ширину Ь раскрытия трещины определяют из соотношения Ь = S/ ñ Но, где р- магнитная проницаемость материала изделия.

1810809

Риг4

Н(х)

АЯ

Я(х)

Ми

-г () Z S Х(C ) .а) Я

Фцг 5

Редактор

Заказ 1442 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 fN

З0

550

Составитель О.Булычев

Техред М. Морге нтал Корректор С.Пекарь