DE3338070C2

DE3338070C2 -

Info

Publication number: DE3338070C2
Application number: DE19833338070
Authority: DE
Inventors: Michail Aleksandrovic Melgui; Vladimir Fedorovic Matjuk; Ivan Iosifovic Linnik; Valerij Lazarevic Minsk Su Tsukerman
Original assignee: INSTITUT PRIKLADNOJ FIZIKI AKADEMII NAUK BELORUSSKOJ SSR MINSK SU
Current assignee: INSTITUT PRIKLADNOJ FIZIKI AKADEMII NAUK BELORUSSKOJ SSR MINSK SU
Priority date: 1983-10-20
Filing date: 1983-10-20
Publication date: 1990-12-13
Also published as: DE3338070A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Er mittlung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften ferromagneti scher Prüflinge durch Magnetisieren des Prüflings mittels Mag netisierungsimpulsen mit bestimmter Amplitude, nachfolgender Messung des Feldgradienten der Normalkomponente des magnetischen Restfeldes und Vergleich der Meßwerte der laufenden Messung mit gespeicherten Meßwerten vorhergehender Messungen.

Ein solches Ver fahren ist aus der GB-OS 21 15 557 bzw. der dieser entsprechenden DE-PS 31 52 921 bekannt.

Bei diesem bekannten Verfahren geht es um die Erweiterung des Be reichs der Dicken des Prüflings, in dem zuverlässige Meßergebnisse unabhängig von der magnetischen Vorgeschichte der Prüflinge ge wonnen werden können. Zu diesem Zweck werden die Prüflinge mit einer Serie ansteigender Magnetisierungsimpulse magnetisiert, bis ein erstes Maximum des Gradienten der Restfeld-Normalkomponente erreicht ist und ein weiterer Anstieg zu einer Abnahme des Gra dienten der Restfeld-Normalkomponente führt, und danach mit einer Serie schwächerer, vorzugsweise wieder abnehmender Magnetisierungs impulse, wobei ein neuerliches Ansteigen des Gradienten der Rest feld-Normalkomponente zu beobachten ist, und zwar bis zur Erzielung eines zweiten Maximums.

Mit diesem bekannten Verfahren können zwar verfälschende Ein flüsse ausgeschlossen werden, die sich aus verschiedener Vormag netisierung der Prüflinge ergeben könnten, nicht jedoch Ein flüsse, die auf Grund von zwischen dem Meßkopf und der Prüflings oberfläche vorhandenen Luftspalten auftreten können.

Ähnliches gilt für weitere bekannte Verfahren der zerstörungs freien Werkstoffprüfung der betrachteten Art. Aus dem Aufsatz "Zerstörungsfreie Schnellbestimmung der Anisotropie eines Bleches nach der Methode der Messung eines magnetischen Rest feldes um einen Punktpol" von F. Förster in Zeitschrift für Metallkunde, 1954, Bd. 45, H. 4, S. 245 bis 249 ist eine Messung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften von ferromagnetischen Prüflingen mit Hilfe eines Magnetisierungs elements in Form eines stabförmigen Dauermagneten und einer ferromagnetischen Sonde zur Messung der Tangentialkomponente des Feldgradienten des magnetischen Restfeldes bekannt. Hier hängt die Qualität der Meßergebnisse wesentlich von der Güte des mag netischen Kontaktes zwischen dem Dauermagneten und dem Prüfling ab. Dieser kann aber durch eine bezüglich ihrer Dicke unkontrol lierbare Zunderschicht oder eines Schutzüberzuges auf der Ober fläche des Prüflings stark beeinflußt werden.

Aus dem SU-Erfinderschein 5 87 355 ist eine Einrichtung zur Messung der physikalisch-mechanischen Parameter von ferromag netischen Prüflingen bekannt, die eine Gleichstromquelle, einen elektronischen Umschalter, ein Magnetisierungssystem, das in Form zweier zueinander senkrecht stehender Rahmenkerne mit darauf aufgebrachten Speisewicklungen, die unabhängig vonein ander über den elektronischen Umschalter mit der Gleichstrom quelle verbunden sind, und eine ferromagnetische Sonde enthält, die in der Ebene der Pole der Kerne symmetrisch um deren Kreu zungsachse drehbar um diese Achse angeordnet und über den elektronischen Umschalter mit einem Registrierer verbunden ist.

Auch für diese Einrichtung ist aus dem obengenannten Grunde eine niedrige Stabilität der Meßergebnisse kennzeichnend, auch wenn die Zuverlässigkeit wegen der größeren Kontaktfläche dieser Einrichtung etwas besser ist.

Schließlich ist aus dem SU-Erfinderschein 3 31 303 eine Ein richtung zur Messung der physikalisch-mechanischen Parameter der Härte ferromagnetischer Prüflinge bekannt, die ein in Solenoid form ausgeführtes Magnetisierungselement, dessen Achse senkrecht zur Oberfläche des Prüflings verläuft, einen an den Eingang des Magnetisierungselementes gelegten Generator für Stromimpulse und eine Reihenschaltung aus einem magnetischen Fühler (ferro magnetische Sonde), einer Meßeinrichtung und einem Registrierer aufweist. Die ferromagnetische Sonde liegt innerhalb des Sole noids.

Da diese Einrichtung keinen Kern aufweist, werden die Meßergeb nisse durch die Größe des Luftspaltes zwischen der Stirnfläche des Magnetisierungssolenoids und der Oberfläche des Prüflings weniger beeinflußt, jedoch ist eine Beeinflussung auch hier vorhanden und verfälscht die Meßergebnisse um ca. 2% pro 0,1 mm Änderung der Spaltgröße.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften von ferromagnetischen Prüflingen zu schaffen, bei dem eine Änderung der Größe des Spaltes zwischen dem Magnetisierungselement und der Oberfläche des Prüflings auf die Meßergebnisse praktisch ohne Wirkung bleibt.

Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren wird diese Auf gabe dadurch gelöst, daß folgende Verfahrensschritte aufeinander folgen:

- Erzeugung einer auf den Probekörper einwirkenden zeitlichen Folge von Entmagnetisierungsimpulsen und nachfolgenden Magne tisierungsimpulsen, wobei jeweils zwei zeitlich aneinander grenzende Folgen ein Paar bilden,
- Vergleich der bei jeweils zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Paaren ermittelten Meßwerte, wobei die Amplitude der Magneti sierungsimpulse in der zweiten Folge jedes Paares höher einge stellt wird, als in der ersten Folge, und diese Amplitude der Magnetisierungsimpulse dann für die erste Folge des zeitlich nachfolgenden Paares beibehalten wird,
- Verstärkung der Meßwerte während der ersten Folge jedes Paares mit einem ersten niedrigeren Verstärkungsfaktor und während der zweiten Folge jedes Paares mit einem zweiten höheren Ver stärkungsfaktor,
- Abbruch der Messungen am Probekörper beim Auftreten von glei chen oder kleineren Meßwerten aus der zweiten Folge eines ver glichenen Paares und
- Festlegung der Amplitude der Magnetisierungsimpulse der zweiten Folge des letzten Paares als Amplitude der Magneti sierungsimpulse für die Messung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Prüflinge.

Durch die Anwendung dieses Verfahrens ergibt sich eine Erhöhung der Meßsicherheit durch automatische Wahl einer optimalen Impuls amplitude des Magnetfeldes, bei der die Beeinflussung der Meßer gebnisse durch die Spaltgröße unter 0,2% pro 0,1 mm Änderung der Spaltgröße bleibt.

Hinzu kommt, daß eine große Verschiedenartigkeit der ferro magnetischen Prüflinge zulässig ist und daß die physikalisch- mechanischen Parameter von ferromagnetischen Prüflingen mit verschiedenen Schutzüberzügen ermittelt werden können.

Die Erfindung wird nachstehend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Einrichtung zur Messung der physikalisch-mechanischen Parameter von ferromagnetischen Prüf lingen;

Fig. 2 Diagramme zur Abhängigkeit des Feldgradienten eines mag netischen Restfeldes von der Amplitude der Magnetisierungsim pulse.

Die zur Durchführung des Verfahrens dienende Einrichtung zur Messung der physikalisch-mechanischen Parameter von ferromagne tischen Prüflingen enthält eine Reihenschaltung einer ferromagne tischen Sonde 1 als magnetischer Fühler, einer Meßeinrichtung 2 und eines Registrierers 3. An den Ausgang der Meßeinrichtung 2 sind auch eine Speichereinheit 4 und eine Vergleichseinheit 5 an geschlossen, deren zweiter Eingang an den Ausgang der Speicher einheit 4 geschaltet ist. Am Ausgang der Vergleichseinheit 5 liegt eine Reihenschaltung aus einer Steuereinheit 6, einem programmier baren Generator 7 für Stromimpulse steuerbarer Amplitude und einem Solenoid 8 als Magnetisierungselement. Zwei weitere Eingänge der Steuereinheit 6 sind an den Ausgang der Meßeinrichtung 2 bzw. an den Ausgang des Generators 7 angeschlossen, während ihre Aus gänge an den Eingang der Meßeinrichtung 2, an den Eingang der Speichereinheit 4, an den Eingang der Vergleichseinheit 5 und an den Eingang des Registrierers 3 gekoppelt sind.

Die Steuereinheit 6 ist auf der Basis von logischen "UND-NICHT"- Schaltungen ausgeführt. Die ferromagnetische Sonde 1 liegt inner halb des Magnetisierungssolenoids 8.

Im Diagramm von Fig. 2 sind auf der Abszisse die Amplitude H des Magnetfeldes an der Stirnfläche des Magnetisierungssolenoids 8 in A/m und auf der Ordinate der Feldgradient ΔH der Normalkompo nente des magnetischen Restfeldes in A/m² aufgetragen. Die Kurve 9 zeigt diese Abhängigkeit des Feldgradienten von der Amplitude für den Fall, daß die Stirnfläche des Solenoids 8 die Oberfläche des Prüflings abstandslos berührt (es liegt kein Spalt vor), und die Kurve 10 stellt die gleiche Abhängigkeit für den Fall dar, daß ein Spalt vorhanden ist.

Das Verfahren zur Messung der physikalisch-mechanischen Parameter von ferromagnetischen Prüflingen verläuft wie folgt.

Bei der Einschaltung der Steuereinheit 6 löst diese den pro grammierbaren Generator 7 für Stromimpulse aus, der Folgen von Stromimpulsen erzeugt, die das Magnetisierungssolenoid 8 durch fließen, so daß dieses Folgen von Magnetflußimpulsen erzeugt. Je de dieser Folgen besteht aus einer Mehrzahl von Entmagnetisierungs impulsen und einer nachfolgenden Mehrzahl von Magnetisierungsimpulsen. Die Entmagnetisierungsimpulse beseitigen ein etwa vorhandenes Restmagnetfeld und die Magneti sierungsimpulse erzeugen einen Magnetpunkt auf dem Prüfling, von dessen Restfeld dann der Feldgradient der Normalkomponente gemessen wird.

Zur Ermittlung der optimalen Amplitude der Magnetisierungsim pulse, bei der die Messung nicht beeinflußt wird von einem eventuellen Spalt zwischen der Stirnfläche des Meßfühlers 1 und der metallischen Oberfläche des Prüflings, ist - bei Betrachtung von Fig. 2 - der Kreuzungspunkt der Kurven 9 (Abhängigkeit der Meßergebnisse von der Amplitude der Magnetisierungsimpulse bei Messungen ohne Spalt) und 10 (gleiche Abhängigkeit bei Messungen mit Spalt) bzw. die diesem Kreuzungspunkt entsprechende Ampli tude H_o der Mangetisierungsimpulse zu finden.

Hierzu wird eine Vielzahl von paarweisen Magnetimpulsfolgen er zeugt, wobei innerhalb eines Paares von Folgen die eine Folge einer Messung mit Spalt und die andere einer Messung ohne Spalt entspricht. Anstatt aber nun den Meßfühler tatsächlich jeweils abzuheben und dann wieder satt aufzusetzen, wird das Vorhanden sein eines Spaltes dadurch simuliert, daß der Verstärkungsfaktor der Meßeinrichtung 2 kleiner gewählt wird, was den gleichen Effekt hat wie die schwächere Wirkung eines Spalts.

Die Ermittlung der optimalen Amplitude der Magnetisierungsimpulse verläuft dabei so, daß während der ersten Folge des ersten Folgenpaares ein erster niedriger Verstärkungsfaktor der Meßein richtung 2 eingestellt wird, so daß eine Messung mit Spalt simu liert wird. Nach Beendigung der Magnetisierung durch die Magne tisierungsimpulse der ersten Folge wird der Remanenzmagnetismus gemessen und ein bestimmtes (auf der Kurve 10 in Fig. 2 zu denkendes) Ausgangssignal erhalten, das als Meßwert in der Speichereinheit 4 festgehalten wird.

Danach wird der Verstärkungsfaktor der Meßeinrichtung 2 auf einen zweiten höheren Wert (entsprechend einer Messung ohne Spalt) umge schaltet und die zweite Folge des ersten Folgenpaares wird mit größerer Amplitude der Magnetisierungsimpulse erzeugt. Nach der Beendigung der Magnetisierung durch diese Impulse ergibt sich ein neuer Meßwert, welcher mit dem von der vorangegangenen Folge stammenden Meßwert verglichen wird. Der neue (auf der Kurve 9 in Fig. 2 zu denkende) Meßwert wird, sofern mit Magnetisierungs impulsen einer unter H_o liegenden Amplitude begonnen wurde, höher liegen, so daß die Ermittlung weitergeht.

Die erste Folge des nächsten Folgenpaares, also die 3. Folge, wird bei unveränderter Amplitude der Magnetisierungsimpulse (also der dem Wert in der 2. Folge entsprechende Amplitude) und bei wieder dem ersten niedrigen Verstärkungsfaktor vorgenommen und die anschließende zweite Folge dieses Paares (also die 4. Folge) findet dann wieder mit dem zweiten höheren Verstärkungsfaktor und nochmals erhöhter Amplitude der Magnetisierungsimpulse statt. Am Ende dieses Zyklus steht wieder der Vergleich der Meßwerte aus der 3. Folge und der 4. Folge. Zeigt dieser wiederum einen Anstieg, so geht die Ermittlung weiter.

Die Aufeinanderfolge von Folgepaaren wiederholt sich so lange, bis das Meßergebnis aus der zweiten Folge eines Paares nur noch gleich dem Ergebnis der ersten Folge dieses Paares ist oder unter diesem liegt. Dies bedeutet, daß man den Schnittpunkt der Kurven in Fig. 2 erreicht hat und daß die optimale Amplitude der Magnetisierungsimpulse gefunden ist, bei welcher das Meßergebnis nicht mehr vom eventuell vorhandenen Spalt beeinflußt wird.

Mit dem gefundenen Wert der Amplitude der Magnetisierungsimpulse werden dann die Eigenschaften der Prüflinge ermittelt. Bei Be trachtung von Fig. 1 verläuft das beschriebene Verfahren derart, daß nach jedem Wirksamwerden von Magnetisierungsimpulsen einer ersten Folge eines Paares das auf die ferromagnetische Sonde 1 einwirkende magnetische Restfeld (des Magnetpunktes) durch die Meßeinrichtung 2 gemessen wird und an einem Eingang der Speicher einheit 4 eintrifft. Ein Signal über den Abschluß der Messung kommt von der Meßeinrichtung 2 zur Steuereinheit 6. Hierbei gibt die Steuereinheit 6 an die Speichereinheit 4 ein Freigabe signal für die Einschreibung der Eingangsinformation ab, schaltet den Verstärkungsfaktor der Meßeinrichtung 2 auf den zweiten höheren Wert und startet erneut den programmierbaren Generator 7 für Stromimpulse, der die zweite Folge von Entmagnetisierungs- Magnetisierungsimpulsen erzeugt, die das Erzeugnis zuerst ent magnetisieren und dann wieder magnetisieren, wobei die Amplitude dieser Magnetisierungsimpulse größer als in der ersten Folge ist. Ein Signal über den Abschluß der zweiten Impulsfolge gelangt in die Steuereinheit 6, die hierbei die Meßeinrichtung 2 und die Vergleichseinheit 5 messen läßt. Dabei steht an einem Eingang der Vergleichseinheit 5 von der Speichereinheit 4 das Signal der vorhergehenden Messung und am zweiten Eingang von der Meßein richtung 2 das Signal der letzten Messung an. Das Ergebnis des Vergleiches dieser Meßwerte gelangt vom Ausgang der Vergleichs einheit 5 in die Steuereinheit 6.

Ist das Ergebnis des Vergleiches kleiner als Null, fällt also das Ausgangssignal der Meßeinrichtung 2 bei der Messung der zweiten Folge des Folgenpaares größer als bei der ersten Folge dieses Paares aus, so wird, wie oben beschrieben, ein neuer Zyklus der Entmagnetisierung-Magnetisierung und der Umschaltung des Verstärkungsfaktors der Meßeinrichtung 2 gestartet. Dies wird wiederholt, bis diese Signale gleich sind, wobei die An fangsamplitude der Magnetisierungsimpulse in der ersten Folge des neuen Folgenpaares gleich der Amplitude der zweiten Folge des vorangegangenen Paares ist.

Sind die Meßsignale gleich, oder liegt deren Differenz über Null, werden von der Steuereinheit 6 Signale geliefert, die die Amplitude der Magnetisierungsimpulse fixieren und einen vorge gebenen Verstärkungsfaktor der Meßeinrichtung 2 festlegen. Nachfolgend werden dann alle Prüflinge der gegebenen Art durch je einen Zyklus der Entmagnetisierung-Magnetisierung mit der festgelegten Amplitude der Magnetisierungsimpulse und der Messung des Feldgradienten des Restfeldes geprüft. Der Ver stärkungsfaktor der Meßeinrichtung 2 wird dabei konstant gehalten, muß aber nicht einem der beiden bisher verwendeten Werte entspre chen.

Da sich die Abhängigkeitskurven 9, 10 des Wertes des Feldgra dienten des Restfeldes eines lokal magnetisierten Erzeugnisses von der Amplitude der Magnetisierungsimpulse bei Vorhandensein eines Spaltes (Abhängigkeitskurve 10 bei kleinerem Verstärkungs faktor) und ohne Spalt (Abhängigkeitskurve 9 bei höheren Ver stärkungsfaktor) an einem Punkt mit dem Abszissenwert H_o (Fig. 2) schneiden, nähert man sich durch das beschriebene Vorgehen durch die jeweilige Erhöhung der Amplitude der Magnetisierungsimpulse, ausgehend von niedrigen Werten, dem Wert H_o der Amplitude der Magnetisierungsimpulse, bei der die Meßergebnisse bei Vorhanden sein eines Spaltes oder ohne ihn voneinander wenig abweichen.

Die Prüfungen einer erfindungsgemäßen Einrichtung haben ergeben, daß der durch das Vorhandensein eines Spaltes von der Größe 0 bis 2 mm zwischen dem Meßkopf und dem Prüfling verursachte Fehler nur noch 0,2% pro 0,1 mm Änderung der Spaltgröße beträgt.

Claims

Verfahren zur Ermittlung der physikalisch-mechanischen Eigen schaften ferromagnetischer Prüflinge durch Magnetisieren des Prüflings mittels Magnetisierungsimpulsen mit bestimmter Amplitude, nachfolgender Messung des Feldgradienten der Normalkomponente des magnetischen Restfeldes und Vergleich der Meßwerte der laufenden Messung mit gespeicherten Meßwerten vorhergehender Messungen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- - Erzeugung einer auf einen Probekörper einwirkenden zeitlichen Folge von Entmagnetisierungsimpulsen und nachfolgenden Magne tisierungsimpulsen, wobei jeweils zwei zeitlich aneinander grenzende Folgen ein Paar bilden,
- - Vergleich der bei jeweils zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Paaren ermittelten Meßwerte, wobei die Amplitude der Magneti sierungsimpulse in der zweiten Folge jedes Paares höher eingestellt wird, als in der ersten Folge, und diese Ampli tude der Magnetisierungsimpulse dann für die ersten Folge des zeitlich nachfolgenden Paares beibehalten wird,
- - Verstärkung der Meßwerte während der ersten Folge jedes Paares mit einem ersten niedrigeren Verstärkungsfaktor und während der zweiten Folge jedes Paares mit einem zweiten höheren Verstärkungsfaktor,
- - Abbruch der Messungen am Probekörper beim Auftreten von gleichen oder kleineren Meßwerten aus der zweiten Folge eines verglichenen Paares und
- - Festlegung der Amplitude der Magnetisierungsimpulse der zweiten Folge des letzten Paares als Amplitude der Magneti sierungsimpulse für die Messung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Prüflinge.