GR20160100075A

GR20160100075A - Method for the supervision of stress distribution in ferromagnetic steel inside the elasic and plastic deflection areas

Info

Publication number: GR20160100075A
Application number: GR20160100075A
Authority: GR
Inventors: Ευαγγελος Βασιλειου Χριστοφορου
Original assignee: Ευαγγελος Βασιλειου Χριστοφορου
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2017-11-22

Abstract

The present invention discloses methods and arrangements meant for the measurement of the spatially identified stress distribution effected by a stress tensor on the surface and depth of the ferromagnetic steel, comprising the algebraic sum of the remaining stresses (type II and III) and hydraulic stresses (type I) on both the elastic and plastic deflection area as well as the determination of the plastic deflection degree. Furthermore, the invention highlights the universal law defining the dependence of the magnetic parameters from the stress tensor allowing the stress measurement, without knowledge of the stoichiometry, structure, microstructure and previous thermal treatment of the ferromagnetic steel under measurement. Furthermore, the invention presents the measurement correction due to the lift-off effect as well as the reading correction due to the temperature change at the measurement time. The invented method can be used as a system of self-acting or hand-driven feed-back for obtaining the precise desired internal mechanical stress in steel.

Description

Σύστημα και μέθοδος επιτήρησης της κατανομής των τάσεων σε σιδηρομαγνητικούς χάλυβες εντός της ελαστικής περιοχής και της περιοχής πλαστικής παραμόρφωσης System and method for monitoring the distribution of stresses in ferromagnetic steels within the elastic region and the plastic deformation region

Το πεδίο της τεχνικής The field of technique

Η παρούσα εφεύρεση αναφέρεται σε μέθοδο και συσκευή για την επιτήρηση της κατανομής των υδραυλικών τάσεων (τάσεις τύπου I) και των παραμενουσών τάσεων (τάσεις τύπου II και III) σε σιδηρομαγνητικούς χάλυβες εντός της ελαστικής περιοχής και της περιοχής πλαστικής παραμόρφωσης, τον προσδιορισμό της παραμορφωτικής βαθμίδας τους και την χρήση τους για απαλοιφή ή/και έλεγχο των τάσεων στους χάλυβες. The present invention relates to a method and apparatus for monitoring the distribution of hydraulic stresses (type I stresses) and residual stresses (type II and III stresses) in ferromagnetic steels within the elastic region and the plastic deformation region, determining the deformation gradient and their use for elimination and/or stress control in steels.

Η υπάρχουσα τεχνογνωσία Existing know-how

Οι μέθοδοι αναφοράς για την επιτήρηση των παραμενουσών τάσεων σε χάλυβες είναι η μέθοδος ακτινών X με την τεχνική Bragg - Brentano (XRDBB) , που αφορά σε δισδιάστατη τεχνική επιτήρησης τάσεων (ήτοι επιφανειακών τάσεων) [Mario Birkholz, Thin Film Analysis by X-Ray Scattering, WILEY-VCH, 2006] και η μέθοδος της περίθλασης νετρονίων (ND) που αφορά σε τρισδιάστατη επιτήρηση του τανυστή των τάσεων (μέτρηση στο πάχος του υλικού) [A.J. Allen , Μ.Τ. Hutchings , C.G. Windsor & C. Andreani (1985) Neutron diffraction methods for the study of residual stress fields, Advances in Physics, 34:4, 445-473, DOI: 10.1080/0001873850010179]. Αυτές οι δύο μέθοδοι χαρακτηρίζονται ως εργαστηριακές τεχνικές, οι οποίες απαιτούν μεγάλες υποδομές και χρόνο για να επιτύχει κανείς μία σημειακή μέτρηση. Τελευταία, εμφανίστηκαν στην αγορά νέες φορητές διατάξεις περίθλασης ακτινών X, που εφαρμόζουν τη μέθοδο XRDBB. Οι διατάξεις αυτές είναι κατάλληλες να πραγματοποιήσουν το σημειακό δισδιάστατο προσδιορισμό των τάσεων, σε δείγματα των οποίων η επιφάνεια έχει προετοιμαστεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις που ορίζει η κατασκευάστρια εταιρεία και διαμορφώνει το περιβάλλον της μέτρησης [XSTRESS 3000 G3R, X-ray diffractometer, StressTech]. The reference methods for monitoring residual stresses in steels are the X-ray method with the Bragg - Brentano technique (XRDBB), which refers to a two-dimensional technique for monitoring stresses (i.e. surface stresses) [Mario Birkholz, Thin Film Analysis by X-Ray Scattering , WILEY-VCH, 2006] and the Neutron Diffraction (ND) method for three-dimensional monitoring of the stress tensor (measurement in the thickness of the material) [A.J. Allen, M.T. Hutchings, C.G. Windsor & C. Andreani (1985) Neutron diffraction methods for the study of residual stress fields, Advances in Physics, 34:4, 445-473, DOI: 10.1080/0001873850010179]. These two methods are characterized as laboratory techniques, which require large infrastructures and time to achieve a point measurement. Recently, new portable X-ray diffractometers have appeared on the market, applying the XRDBB method. These devices are suitable to carry out the point two-dimensional determination of stresses, on samples whose surface has been prepared according to the requirements set by the manufacturing company and shape the measurement environment [XSTRESS 3000 G3R, X-ray diffractometer, StressTech].

Αναφορικά με βιομηχανικές μεθόδους, υπάρχουν και χρησιμοποιούνται τρεις μέθοδοι: Regarding industrial methods, three methods exist and are used:

Η πρώτη μέθοδος είναι η τεχνική που κάνει χρήση αισθητήρων strain gauges, σύμφωνα με την οποία, αγώγιμα υμένια επικολλώνται στην κατάλληλα προετοιμασμένη επιφάνεια του υπό μελέτη χάλυβα, ο οποίος όμως μπορεί να χαρακτηρίζεται από διάφορες γεωμετρίες [https://en.wikipedia.org/wiki/Strain_gauge]. Αυτοί οι αισθητήρες είναι ικανοί να καταγράφουν τις συνιστώσες του τανυστή των παραμορφώσεων στην επιφάνεια του υπό εξέταση χάλυβα και στη συνέχεια να υπολογίζεται η τιμή των παραμενουσών τάσεων στο σημείο με της μέτρησης. Ο προσδιορισμός των παραμενουσών τάσεων με τη μέθοδο αυτή μπορεί να πραγματοποιηθεί και σε πραγματικό χρόνο (κατά την διάρκεια της λειτουργίας του υπό εξέταση χάλυβα), κάτω από συγκεκριμένες προϋποθέσεις, με τηλε-μετάδοση δεδομένων [στοιχεία του American Bureau of Shipping]. Η μέθοδος είναι ικανή να επιτηρεί τάσεις μόνο στο σημείο ή σημεία όπου έχουν τοποθετηθεί (κολληθεί) οι αισθητήρες, θεωρώντας ωστόσο ότι, οι τάσεις πριν την τοποθέτησή τους ίσες με το μηδέν. The first method is the technique that makes use of strain gauge sensors, according to which, conductive films are attached to the suitably prepared surface of the steel under study, which, however, can be characterized by various geometries [https://en.wikipedia.org/ wiki/Strain_gauge]. These sensors are capable of recording the components of the strain tensor on the surface of the steel under test and then calculating the value of the residual stresses at the point of measurement. The determination of residual stresses by this method can also be carried out in real time (during the operation of the steel in question), under certain conditions, by tele-transmission of data [data from the American Bureau of Shipping]. The method is capable of monitoring voltages only at the point or points where the sensors have been placed (glued), considering, however, that the voltages before their placement are equal to zero.

Η δεύτερη μέθοδος είναι η μέθοδος της διάνοιξης οπής (hole-drill), σύμφωνα με την οποία ανοίγεται οπή μικρού βάθους με τρύπημα της επιφάνειας στον υπό μέτρηση χάλυβα [G. S. Schajer, Measurement of Non-Uniform Residual Stresses Using the Hole-Drilling Method. Part I— Stress Calculation Procedures, J. Eng. Mater. Technol 110(4), 338-343 (Oct 01, 1988) doi:10. 1115/1. 3226059]. Ιδανικά, σε ένα μη παραμορφωμένο χάλυβα, η οπή θα έπρεπε να είχε κυκλική γεωμετρία. Η οποιαδήποτε αλλοίωση της κυκλικής γεωμετρίας επιβεβαιώνει την παρουσία τάσεων. Σε μια οπή ελλειψοειδούς μορφολογίας ο λόγος των δύο διαμέτρων της καθορίζει το μέγεθος του διανύσματος τάσης και η διεύθυνση του μεγάλου και μικρού άξονα καθορίζει τις δύο βασικές συνιστώσες της επιφανειακής τάσης στον υπό μελέτη χάλυβα. Πρόσφατα, μέθοδοι νανο-οπών υπόσχονται εξαιρετικές μετρήσεις κάτω από πολύ καλά ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες [Standards Measurement & Testing Project No. SMT4, Manual of Codes of Practice for the Determination of Uncertainties in Mechanical Tests on Metallic Materials, NPL, UK, 2000], Πρέπει να σημειωθεί ότι η μέθοδος της οπής μπορεί να επιτηρήσει τον δισδιάστατο επιφανειακό τανυστή τάσεων μόνο στο σημείο της οπής. The second method is the hole-drill method, according to which a hole of small depth is opened by piercing the surface in the steel under measurement [G. S. Schajer, Measurement of Non-Uniform Residual Stresses Using the Hole-Drilling Method. Part I—Stress Calculation Procedures, J. Eng. Mater. Technol 110(4), 338-343 (Oct 01, 1988) doi:10. 1115/1. 3226059]. Ideally, in an undeformed steel, the hole should have a circular geometry. Any alteration of the circular geometry confirms the presence of stresses. In an ellipsoidal hole, the ratio of its two diameters determines the magnitude of the stress vector, and the direction of the major and minor axes determine the two main components of the surface stress in the steel under study. Recently, nanohole methods promise excellent measurements under very well controlled laboratory conditions [Standards Measurement & Testing Project No. SMT4, Manual of Codes of Practice for the Determination of Uncertainties in Mechanical Tests on Metallic Materials, NPL, UK, 2000], It should be noted that the hole method can only monitor the two-dimensional surface stress tensor at the point of the hole.

Η τρίτη μέθοδος αφορά στην μέτρηση του μαγνητικού θορύβου Barkhausen (Magnetic Barkhausen Noise - MBN). Η μέθοδος βασίζεται στα άλματα Barkhausen κατά την διαδικασία μαγνήτισης του σιδηρομαγητικού χάλυβα, που προκαλούνται την ανάπτυξη ενός μικροτασικού πεδίου παραμορφώσεων, το οποίο σχετίζεται με την υπερπήδηση ατελειών -εμποδίων, όπως όρια κόκκων, δάση διαταραχών, κατακρημνίσεις, δομικές ατέλειες [βλέπε ενδεικτικά http://www.swieet2007.org.uk/files/LukaszMierczak.pdf]. Υπάρχουν αρκετές έρευνες που βασίζονται στην αρχή αυτή, μερικές από τις οποίες μετρούν το πεδίο τάσεων [Ρ Vourna, A Ktena, PE Tsakiridis, E Hristoforou, A novel approach of accurately evaluating residual stress and microstructure of welded electrical steels, NDT and E International, 71, pp. 33-42, 2015]. Ομοίως, υπάρχει ένα πλήθος ευρεσιτεχνιών (για παράδειγμα Seppo I. Tiitto, Barkhausen noise method for determining biaxial stresses in ferromagnetic materials, US 4977373 A, [Werner Zimmermann, Juergen Halm, Method for measuring stress/strain using Barkhausen noises, US 7317314 B2, οι οποίες προσδιορίζουν τη μέσης τιμή των παραμενουσών τάσεων σε ένα σημείο. Σε μερικές περιπτώσεις, η μέθοδος αυτή είναι ικανή να επιτηρήσει τον δισδιάστατο τανυστή της επιφανειακής τάσης στην επιφάνεια του υπό έλεγχο χάλυβα, ενώ είναι επίσης δυνατή η επιτήρηση της χωρικής κατανομής των τάσεων με την μετακίνηση του αισθητήρα. Η μέθοδος ΜΒΝ και οι αισθητήρες που βασίζονται στην μέθοδο αυτή απαιτεί την σωστή τοποθέτηση του αισθητήρα, καθώς η οποιαδήποτε απόκλιση από αυτή εισάγει μεγάλες γεωμετρικές αβεβαιότητες και προκαλεί πολλαπλάσιες μεταβολές στο σήμα εξόδου του μαγνητικού αισθητήρα. The third method concerns the measurement of magnetic Barkhausen noise (Magnetic Barkhausen Noise - MBN). The method is based on the Barkhausen jumps during the magnetization process of the ferromagnetic steel, which cause the development of a micro-voltage field of deformations, which is related to the jumping of imperfections-barriers, such as grain boundaries, disorder forests, precipitates, structural defects [see for example http:/ /www.swieet2007.org.uk/files/LukaszMierczak.pdf]. There are several investigations based on this principle, some of which measure the stress field [P Vourna, A Ktena, PE Tsakiridis, E Hristoforou, A novel approach of accurately evaluating residual stress and microstructure of welded electrical steels, NDT and E International, 71, pp. 33-42, 2015]. Similarly, there are a number of patents (for example Seppo I. Tiitto, Barkhausen noise method for determining biaxial stresses in ferromagnetic materials, US 4977373 A, [Werner Zimmermann, Juergen Halm, Method for measuring stress/strain using Barkhausen noises, US 7317314 B2, which determine the average value of the residual stresses at a point.In some cases, this method is capable of monitoring the two-dimensional surface stress tensor on the surface of the steel under test, while it is also possible to monitor the spatial distribution of stresses by sensor movement The MBN method and sensors based on this method require the correct placement of the sensor, as any deviation from this introduces large geometric uncertainties and causes multiple changes in the output signal of the magnetic sensor.

Όλες αυτές οι μέθοδοι αφορούν στην μέτρηση επιφανειακών ορθών τάσεων, με τις δύο πρώτες να αφορούν σε σημειακή μέτρηση τάσης και όχι στην κατανομή του επιφανειακού τανυστή των τάσεων, ενώ η τρίτη μέθοδος αφορά στην μέτρηση της χωρικής κατανομής του επιφανειακού τανυστή των τάσεων και μόνον. Σε κάθε περίπτωση, η τρισδιάστατη κατανομή του τανυστή των τάσεων μπορεί να είναι σημαντικά διαφορετική από την δισδιάστατη κατανομή της επιφανειακής τάσης, για διάφορους λόγους. All these methods concern the measurement of surface normal stresses, with the first two concerning a point stress measurement and not the distribution of the surface stress tensor, while the third method concerns the measurement of the spatial distribution of the surface stress tensor only. In any case, the three-dimensional stress tensor distribution can be significantly different from the two-dimensional surface stress distribution, for several reasons.

Έχουν επίσης αναπτυχθεί μαγνητικές τεχνικές επιτήρησης του τανυστή των τάσεων στην επιφάνεια και στο βάθος του υπό μελέτη σιδηρομαγνητικού χάλυβα, όπου η μέθοδος, οι διατάξεις και οι αισθητήρες που μέχρι σήμερα χρησιμοποιούνται αφορούν στην επιτήρηση μαγνητικών ιδιοτήτων, ήτοι του επιφανειακού ΜΒΝ και της επιφανειακής μαγνητικής διαπερατότητας, καθώς επίσης και της σε βάθος μαγνητικής διαπερατότητας του υπό μέτρηση χάλυβα [Ρ Vourna, A Ktena, PE Tsakiridis, E Hristoforou, A novel approach of accurately evaluating residual stress and microstructure of welded electrical steels, NDT and E International, 71, pp. 33-42, 2015]. Με την μέθοδο αυτή, η οποία είναι ήδη δημοσιευμένη στη διεθνή βιβλιογραφία, σχετίζεται με την επιτήρηση των παραμενουσών τάσεων (residual stresses) σε χάλυβες έχοντας επιτευχθεί αβεβαιότητα καλύτερη από 1%. Οι παραμένουσες τάσεις εισάγονται στον χάλυβα με αυτογενή συγκόλληση. Στην συνέχεια, χρησιμοποιούνται OL μέθοδοι XRDBB και ND για την επιτήρηση των παραμενουσών τάσεων κατά μήκος των θερμικά επηρεασμένων ζωνών και της ζώνης τήξης. Τα όρια των ορθών τάσεων βρίσκονται εντός της ελαστικής περιοχής, δεν υπερβαίνουν δηλαδή το μηχανικό όριο διαρροής, είτε σε εφελκυστικές (θετικές), είτε σε θλιπτικές (αρνητικές) καταπονήσεις. Η επακόλουθη επιτήρηση των επιφανειακών μαγνητικών ιδιοτήτων στα ίδια σημεία που μετρήθηκαν οι τάσεις, με την χρήση των αισθητήρων επιφανειακής μαγνητικής διαπερατότητας που έχουμε αναπτύξει [Ε. Hristoforou, Κ. Kosmas, Μ. Kollar, Surface magnetic non-destructive evaluation using permeability sensor based on the MDL technique. Journal of Electrical Engineering, 59, p. 90-93, 2008] ή αισθητήρων MBN, συσχετίζεται με τις μετρήσεις XRDBB, δίνοντας μία μονοτονική απόκριση σε όλο το φάσμα των παραμενουσών τάσεων με μία απόκλιση μεταξύ των επιφανειακών μαγνητικών μετρήσεων και των τάσεων καλύτερη από 1%. Ομοίως, επιτηρώντας τον τανυστή της μαγνητικής διαπερατότητας σε όλο το πάχος του υλικού, στα ίδια σημεία που πραγματοποιούνται οι μετρήσεις περίθλασης νετρονίων, λαμβάνεται μονοτονική συσχέτιση μεταξύ της εις βάθος μαγνητικής διαπερατότητας και των αντίστοιχων συνιστωσών τάσεως με αβεβαιότητα καλύτερη από 1% [Ρ Vourna, C Hervoches, Μ Vrana, A Ktena, E. Hristoforou, Correlation of magnetic properties and residual stress distribution monitored by X-ray and neutron diffraction in welded AISI 1008 steel sheets, IEEE Transactions on Magnetics, 51 (1), 7029219, 2015]. Έχοντας με τον τρόπο αυτό αναπτύξει τη μέθοδο της εξεύρεσης της μαγνητικής καμπύλης βαθμονόμησης ορθών τάσεων (magnetic stress calibration curve - MASC curve) για παραμένουσες τάσεις, ήτοι για τάσεις κάτω του ορίου διαρροής υπό συνθήκες εφελκυστικής ή θλιπτικής καταπόνησης, είμαστε σε θέση να εκτιμήσουμε την ποιότητα της συγκόλλησης του χάλυβα ή να προσδιορίσουμε τις παραμένουσες τάσεις αυτού, χρησιμοποιώντας συγκολλημένα δοκίμια ως δοκίμια αναφοράς, καθώς επίσης και δοκίμια μηδενικής τάσης. Αυτές οι μετρήσεις αφορούν σε προσδιορισμό τάσεων τύπου II (inter-grain stresses, ήτοι μετρήσεις που αφορούν στο μέσον όρο του τανυστή των τάσεων σε γειτνιάζοντες κόκκους σιδηρομαγνητικού χάλυβα, συνολικής διαμέτρου της τάξης του 1 mm). Πρόσφατα, χρησιμοποιήσαμε την τεχνική του δομικού χαρακτηρισμού της περίθλασης των οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (electron back scattering diffraction -EBSD) για την επιτήρηση τάσεων τύπου III (intra-grain stresses, ήτοι μετρήσεις που αφορούν στο μέσον όρο του τανυστή των τάσεων ενδοκρυσταλλικά, σε συνολικό αναλυόμενο όγκο της τάξης μερικών κυβικών μικρών), με μια απόκλιση μεταξύ της επιφανειακής μαγνητικής διαπερατότητας και της εκτίμησης EBSD καλύτερης του3%. Magnetic techniques have also been developed to monitor the stress tensor on the surface and at the depth of the ferromagnetic steel under study, where the method, the devices and the sensors used to date relate to the monitoring of magnetic properties, i.e. the surface MBN and the surface magnetic permeability, as well as the in-depth magnetic permeability of the steel under measurement [P Vourna, A Ktena, PE Tsakiridis, E Hristoforou, A novel approach of accurately evaluating residual stress and microstructure of welded electrical steels, NDT and E International, 71, pp. 33-42, 2015]. With this method, which is already published in the international literature, it is related to the monitoring of residual stresses in steels, having achieved an uncertainty of better than 1%. Residual stresses are introduced into the steel by autogenous welding. Then, OL XRDBB and ND methods are used to monitor the residual stresses along the heat-affected zones and the melting zone. The limits of the normal stresses are within the elastic region, i.e. they do not exceed the mechanical yield point, either in tensile (positive) or in compressive (negative) stresses. The subsequent monitoring of the surface magnetic properties at the same points where the voltages were measured, with the use of the surface magnetic permeability sensors we have developed [E. Hristoforou, K. Kosmas, M. Kollar, Surface magnetic non-destructive evaluation using permeability sensor based on the MDL technique. Journal of Electrical Engineering, 59, p. 90-93, 2008] or MBN sensors, correlates with XRDBB measurements, giving a monotonic response over the entire range of residual stresses with a deviation between surface magnetic measurements and stresses better than 1%. Similarly, by monitoring the magnetic permeability tensor throughout the thickness of the material, at the same points as the neutron diffraction measurements, a monotonic correlation between the in-depth magnetic permeability and the corresponding stress components is obtained with an uncertainty of better than 1% [P Vourna, C Hervoches, M Vrana, A Ktena, E. Hristoforou, Correlation of magnetic properties and residual stress distribution monitored by X-ray and neutron diffraction in welded AISI 1008 steel sheets, IEEE Transactions on Magnetics, 51 (1), 7029219, 2015]. Having thus developed the method of finding the magnetic stress calibration curve (MASC curve) for residual stresses, i.e. for stresses below the yield point under conditions of tensile or compressive stress, we are able to estimate the quality of the steel weld or to determine its residual stresses, using welded specimens as reference specimens, as well as zero stress specimens. These measurements concern the determination of type II stresses (inter-grain stresses, i.e. measurements concerning the average of the stress tensor in adjacent grains of ferromagnetic steel, with a total diameter of 1 mm). Recently, we used the technique of structural characterization of electron back scattering diffraction (EBSD) to monitor type III stresses (intra-grain stresses, i.e. measurements related to the average of the intra-crystalline stress tensor, in a total analyzed volume of the order of a few cubic microns), with a deviation between the surface magnetic permeability and the EBSD estimate of better than 3%.

Ωστόσο, ο υπό μέτρηση χάλυβας μπορεί να εμπεριέχει παραμένουσες τάσεις (τάσεις τύπου II και III) με ή χωρίς την ύπαρξη εξωτερικής υδραυλικής τάσης (τάσεις τύπου I). Η γενική περίπτωση είναι ότι ο τανυστής υδραυλικής τάσης (ήτοι τάσης που εφαρμόζεται ομότροπα καθ' όλο το μήκος του υπό μέτρηση χάλυβα) προστίθεται αλγεβρικά στον αντίστοιχο τανυστή των παραμενουσών τάσεων, με αποτέλεσμα η συνολική τιμή της τάσης να εισέρχεται ενδεχομένως στην περιοχή πλαστικής παραμόρφωσης του υπό μέτρηση χάλυβα. However, the steel under measurement may contain residual stresses (type II and III stresses) with or without the presence of external hydraulic stress (type I stresses). The general case is that the hydraulic stress tensor (ie stress applied uniformly along the length of the steel under measurement) is algebraically added to the corresponding residual stress tensor, resulting in the total stress value potentially entering the plastic deformation region of the steel measurement.

Κατά συνέπεια, αντικείμενο της παρούσας ευρεσιτεχνίας είναι η ανάπτυξη μιας μεθόδου και διάταξης (ενός αισθητήρα ή ενός μετρητικού συστήματος) ικανού να επιτηρεί την συνολική επιφανειακή και κυρίως εις βάθος χωρική κατανομή του τανυστή των τάσεων σε σιδηρομαγνητικούς χάλυβες, συμπεριλαμβανομένων των τανυστών των παραμενουσών τάσεων (τάσεις τύπου II και III) και της υδραυλικής τάσης (τάσεις τύπου I), εφαρμοζομένων ταυτοχρόνως στον υπό μέτρηση χάλυβα. Στην περίπτωση αυτή, επιλύεται το πλέον άλυτο έως και σήμερα πρόβλημα, κατά το οποίο οι μαγνητικές παράμετροι δεν υπακούουν σε μονοτονική εξάρτηση από την επιβαλλόμενη τάση μετά το σημείο Villari του υλικού, καθώς οι μαγνητικές ιδιότητες, όπως η μαγνητική διαπερατότητα, το συνεκτικό πεδίο, η παραμένουσα μαγνήτιση κλπ., έχουν μια μονοτονική απόκριση μέχρι το σημείο Villari του υλικού, και στην συνέχεια αλλάζουν την κλίση της καμπύλης απόκρισης αυτών συναρτήσει της τάσης. Το μαγνητο-ελαστικό φαινόμενο της αναστροφής της μαγνητικής συμπεριφοράς του σιδηρομαγνητικού χάλυβα μετά το σημείο Villari, δυσχεραίνει μέχρι σήμερα τη βαθμονόμηση του χάλυβα εκτός του σημείου διαρροής, καθώς το σημείο Villari δε ταυτίζεται με το περατωτυ<ό όριο της ελαστικής περιοχής παραμορφώσεων. Consequently, the object of the present invention is the development of a method and device (a sensor or a measuring system) capable of monitoring the overall surface and mainly in-depth spatial distribution of the stress tensor in ferromagnetic steels, including the residual stress tensors (stresses type II and III) and the hydraulic stress (type I stresses), applied simultaneously to the steel under measurement. In this case, the most unsolved problem to date is solved, in which the magnetic parameters do not obey a monotonic dependence on the imposed stress after the Villari point of the material, since the magnetic properties, such as the magnetic permeability, the coherent field, the remanent magnetization, etc., have a monotonic response up to the Villari point of the material, and then change the slope of their response curve as a function of voltage. The magneto-elastic phenomenon of the reversal of the magnetic behavior of ferromagnetic steel after the Villari point, makes it difficult to date the calibration of the steel outside the yield point, since the Villari point does not coincide with the finite limit of the elastic region of deformations.

Σύνοψη της εφευρέσεως Summary of the invention

Αντικείμενο της εφευρέσεως είναι να επιλύσει το παραπάνω πρόβλημα προσφέροντας ένα μετρητικό σύστημα ικανό να προσδιορίζει την κατανομή του συνολικού τανυστή τάσεων, τόσο στην επιφάνεια του χάλυβα όσο και σε όλη την έκταση της κάθετης διατομής του, διά μέσου της συσχέτισης των μετρήσεων μαγνητικής διαπερατότητας με τον τανυστή τάσεων στα σημεία της μέτρησης, συμπεριλαμβάνοντας το αλγεβρικό άθροισμα του τανυστή παραμενουσών τάσεων και του τανυστή υδραυλικής τάσης στον υπό έλεγχο χάλυβα. The object of the invention is to solve the above problem by offering a measuring system capable of determining the distribution of the total stress tensor, both on the surface of the steel and throughout its vertical cross-section, through the correlation of the magnetic permeability measurements with the tensor stresses at the points of measurement, including the algebraic sum of the residual stress tensor and the hydraulic stress tensor in the steel under test.

Σύμφωνα με την εφεύρεση το μετρητικό σύστημα μετρά την τοπική μαγνητική διαπερατότητα και τον τοπικό συντελεστή μαγνητοελαστικότητας ή μαγνητοσυστολής συναρτήσει του εξωτερικώς επιβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου, μ(Η) και λ(Η) αντίστοιχα. Αυτή η μέτρηση όπως θα αποδειχθεί στην συνέχεια, είναι σε θέση να προσδιορίσει τις τοπικές συνιστώσες του τανυστή τάσεων του χάλυβα. According to the invention, the measuring system measures the local magnetic permeability and the local coefficient of magnetoelasticity or magnetostriction as a function of the externally imposed magnetic field, μ(H) and λ(H) respectively. This measurement, as will be shown later, is able to determine the local components of the steel stress tensor.

Η παρούσα εφεύρεση έχει επίσης αντικείμενο να προτείνει μέθοδο και τεχνική για την απαλοιφή του προφίλ των τάσεων ή την προσαρμογή τους σε επιθυμητά επίπεδα και μάλιστα να επιτελέσει την επιθυμητή απαλοιφή ή προσαρμογή των τάσεων σε επιθυμητό επίπεδο δυναμικά στη διάρκεια της παραγωγικής διαδικασίας, όπου το προαναφερόμενο προτεινόμενο μετρητικό σύστημα να προσαρμόζεται σε λειτουργία αισθητήρα ανάδρασης, μέσω του οποίου ελέγχεται η απαλοιφή ή εισαγωγή τάσεων, σύμφωνα με τις απαιτήσεις των προδιαγραφών του τελικού προϊόντος χάλυβα. The present invention also has the object of proposing a method and technique for eliminating the profile of the stresses or adjusting them to desired levels and in fact to carry out the desired elimination or adjustment of the stresses to a desired level dynamically during the production process, where the aforementioned proposed measuring system to be adapted to a feedback sensor mode, through which the elimination or introduction of stresses is controlled, according to the requirements of the specifications of the final steel product.

Ένα ακόμη κίνητρο της παρούσας εφεύρεσης είναι η απαλοιφή του προβλήματος της ασύμμετρης έδρασης ή της υπερυψωμένης τοποθέτησης των σκελών του ηλεκτρομαγνήτη στην επιφάνεια του χάλυβα (lift-off phenomenon) με την χρήση αισθητήρων μαγνητικού πεδίου. Another motivation of the present invention is the elimination of the problem of asymmetric seating or elevated placement of the legs of the electromagnet on the surface of the steel (lift-off phenomenon) by using magnetic field sensors.

Τέλος, ένα ακόμη κίνητρο της παρούσας εφεύρεσης είναι η απαλοιφή της αβεβαιότητας του συστήματος μέτρησης, εξ' αιτίας της θερμοκρασιακής βάθμωσης, ώστε η μέτρηση να καθίσταται ανεξάρτητη των μεταβολών της θερμοκρασίας κατά τη διεξαγωγή των μετρήσεων του μικρο-τασικού πεδίου παραμορφώσεων. Finally, another motivation of the present invention is to eliminate the uncertainty of the measurement system, due to the temperature gradient, so that the measurement becomes independent of the temperature changes during the performance of the micro-stress strain field measurements.

Σύντομη περιγραφή των σχεδίων Brief description of the plans

Η εφεύρεση θα καταστεί εμφανής στους εξειδικευμένους στην τεχνική με αναφορά στα συνοδευτικά σχέδια στα οποία: The invention will become apparent to those skilled in the art by reference to the accompanying drawings in which:

Το Σχήμα 1 παρουσιάζει μετρητική διάταξη αισθητήρων σύμφωνα με μία πρώτη προτιμώμενη εφαρμογή της εφευρέσεως, στην οποία χρησιμοποιείται διάταξη κατάλληλη για την μέτρηση της συνιστώσας της μαγνητικής διαπερατότητας μ(Η) και μαγνητοσυστολής λ(Η), εφ' όσον ο εξεταζόμενος χάλυβας έχει περιορισμένη διατομή σε σχέση με το μήκος του. Figure 1 shows a measuring device of sensors according to a first preferred embodiment of the invention, in which a device suitable for measuring the component of the magnetic permeability μ(H) and magnetostriction λ(H) is used, as long as the examined steel has a limited cross-section in relative to its length.

Το Σχήμα 1α παρουσιάζει εγκάρσια τομή της διατάξεως αισθητήρων του Σχήματος 1. Figure 1a shows a cross-section of the sensor arrangement of Figure 1.

Το Σχήμα 2 παρουσιάζει μία δεύτερη προτιμώμενη εφαρμογή της εφευρέσεως στην οποία η μετρητική διάταξη αισθητήρων του σχήματος 1 προσαρμόζεται σε ένα ζεύγος ηλεκτρομαγνητών και είναι ικανή να μετρά τον τανυστή της μαγνητικής διαπερατότητας και της μαγνητοσυστολής ως συνάρτηση του εξωτερικώς επιβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου. Figure 2 shows a second preferred embodiment of the invention in which the measuring sensor arrangement of Figure 1 is attached to a pair of electromagnets and is capable of measuring the magnetic permeability and magnetostriction tensor as a function of the externally imposed magnetic field.

Το Σχήμα 3 παρουσιάζει παραλλαγή του μετρητικού συστήματος διάταξης αισθητήρων της δεύτερης προτιμώμενης εφαρμογής της εφευρέσεως που απεικονίζεται στο Σχήμα 2, στην οποία παραλλαγή χρησιμοποιείται πλήθος ζευγών ηλεκτρομαγνητών τοποθετημένων στην επιφάνεια του χάλυβα σε διαφορετικές γωνίες σε σχέση με την θέση του υπό μέτρηση χάλυβα, ώστε να μετρώνται στις διαφορετικές αυτές γωνίες οι συναρτήσεις μ(Η) και λ(Η), για τον προσδιορισμό του τανυστή της μαγνητικής διαπερατότητας και της μαγνητοσυστολής μ(Η) και λ(Η). Figure 3 shows a variation of the sensor array measuring system of the second preferred embodiment of the invention illustrated in Figure 2, in which variation a plurality of pairs of electromagnets placed on the surface of the steel at different angles relative to the position of the steel under measurement are used to measure at these different angles the functions μ(H) and λ(H), to determine the tensor of magnetic permeability and magnetostriction μ(H) and λ(H).

Το Σχήμα 4 παρουσιάζει διάγραμμα τυπικής απόκρισης της συνάρτησης μαγνητικής διαπερατότητας μ(σ) συναρτήσει της επιβαλλόμενης μονοαξονικής θετικής μηχανικής τάσης και περιλαμβάνει διάγραμμα τυπικής απόκρισης της συνάρτησης συντελεστή μαγνητοσυστολής λ(Η) συναρτήσει της τάσης του υπό μέτρηση χάλυβα με θετικό και αρνητικό συντελεστή μαγνητοσυστολής ανάντη και κατάντη του σημείου Villari, αντίστοιχα, η οποία επιτρέπει την μονοτονική συσχέτιση της συνιστώσας της μαγνητικής διαπερατότητας μ με την συνιστώσα της μηχανικής τάσης, εκφρασμένης ως το αλγεβρικό άθροισμα των παραμενουσών τάσεων (τάσεις τύπου II και III) και της υδραυλικής τάσης (τάσεις τύπου I), με την επιτήρηση του προσήμου και των τιμών της συνάρτησης μαγνητοσυστολής λ(Η). Figure 4 shows a typical response plot of the magnetic permeability function μ(σ) as a function of applied uniaxial positive mechanical stress and includes a typical response plot of the magnetostriction coefficient function λ(H) as a function of the stress of the steel under measurement with positive and negative magnetostriction upstream and downstream of the Villari point, respectively, which allows the monotonic correlation of the magnetic permeability μ component with the mechanical stress component, expressed as the algebraic sum of the residual stresses (type II and III stresses) and the hydraulic stress (type I stresses) , by monitoring the sign and values of the magnetostriction function λ(H).

Το Σχήμα 5 παρουσιάζει την παγκόσμια καμπύλη MASC συσχέτισης της κανονικοποιημένης τιμής της συνιστώσας της μαγνητικής διαπερατότητας με την κανονικοποιημένη τιμή της συνιστώσας της μηχανικής τάσης. Figure 5 shows the global MASC curve of the correlation of the normalized value of the magnetic permeability component with the normalized value of the mechanical stress component.

Το Σχήμα 6α παρουσιάζει ευαίσθητο μαγνητόμετρο (για παράδειγμα αισθητήρα Hall) στην άκρη του ηλεκτρομαγνήτη πολώσεως με στόχο την διόρθωση του φαινόμενου της ασύμμετρης έδρασης ή της υπερυψωμένης τοποθέτησης των σκελών του ηλεκτρομαγνήτη στην επιφάνεια του χάλυβα (lift-off phenomenon) Figure 6a shows a sensitive magnetometer (for example a Hall sensor) on the edge of the biasing electromagnet with the aim of correcting the phenomenon of asymmetric seating or raised placement of the legs of the electromagnet on the steel surface (lift-off phenomenon)

Το Σχήμα 6β παρουσιάζει τον αισθητήρα θερμοκρασίας πάνω στον υπό μέτρηση χάλυβα με στόχο την διόρθωση της ανάγνωσης της μαγνητικής διαπερατότητας. Figure 6b shows the temperature sensor on the steel under measurement to correct the magnetic permeability reading.

Το Σχήμα 7 παρουσιάζει το διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας για την απαλοιφή ή προσαρμογή των μηχανικών τάσεων σε επιθυμητά επίπεδα. Figure 7 shows the flow diagram of the methodology for eliminating or adjusting the mechanical stresses to desired levels.

Λεπτομερής περιγραφή προτιμώμενων εφαρμογών Detailed description of preferred applications

Η εφεύρεση θα παρουσιαστεί στη συνέχεια με αναφορά σε ενδεικτικές εφαρμογές όπως απεικονίζονται και στα συνοδευτικά σχέδια, με την αλληλουχία της αποκάλυψης των διατάξεων της μέτρησης της σημειακής συνιστώσας της μαγνητικής διαπερατότητας μ(Η) και της μαγνητοσυστολής λ(Η) σε έναν άξονα, της συσχέτισης των συνιστωσών των συναρτήσεων μ(Η) και λ(Η) σε έναν άξονα με την συνιστώσα του αλγεβρικού αθροίσματος των παραμενουσών τάσεων (τάσεις τύπου II και III) και υδραυλικών τάσεων (τάσεων τύπου I) στο ίδιο σημείο του ίδιου άξονα και της κατανομής της στον χώρο. The invention will then be presented with reference to illustrative applications as illustrated in the accompanying drawings, in the sequence of the disclosure of the devices for measuring the point component of the magnetic permeability μ(H) and the magnetostriction λ(H) on an axis, the correlation of the components of the functions μ(H) and λ(H) on an axis with the component of the algebraic sum of the residual stresses (type II and III stresses) and hydraulic stresses (type I stresses) at the same point on the same axis and the distribution of in the place.

Επίσης, παρουσιάζονται μετρητικά συστήματα ικανά να μετρήσουν τον τανυστή και την κατανομή του τανυστή επιφανειακής και εις βάθος τάσης σε χάλυβες, συμπεριλαμβάνοντας το αλγεβρικό άθροισμα του τανυστή παραμενουσών τάσεων (τάσεις τύπου II και III) και του τανυστή υδραυλικής τάσης (τάσεις τύπου I) στον υπό έλεγχο χάλυβα, διά μέσου της συσχέτισης των μετρήσεων μαγνητικής διαπερατότητας με τον τανυστή τάσεων στα σημεία της μέτρησης. Also, measuring systems capable of measuring the surface and depth stress tensor and distribution in steels are presented, including the algebraic sum of the residual stress tensor (Type II and III stresses) and the hydraulic stress tensor (Type I stresses) in the sub steel control, through the correlation of the magnetic permeability measurements with the stress tensor at the measurement points.

Σύμφωνα με μία πρώτη προτιμώμενη εφαρμογή της εφευρέσεως προτείνεται μετρητικό σύστημα διάταξης αισθητήρων όπως απεικονίζεται στο Σχήμα 1, που έχει την ικανότητα να μετρά την συνιστώσα της μαγνητικής διαπερατότητας μ(Η) και μαγνητοσυστολής λ(Η) στο σημείο μέτρησης και κατά συνέπεια την συνιστώσα του αλγεβρικού αθροίσματος των παραμενουσών τάσεων (τάσεις τύπου I και IΙ) και των υδραυλικών τάσεων (τάσεις τύπου I) στο σημείο μέτρησης, όπως θα αποδειχθεί παρακάτω, στην περίπτωση όπου το σχήμα του χάλυβα το επιτρέπει, ήτοι σε μετρούμενες γεωμετρίες χαλύβων περιορισμένης διατομής σε σχέση με το μήκος τους, όπως ενδεικτικά σε ράβδους χάλυβα μικρής τετραγωνικής διατομής ή μικρής διατομής σχήματος I ή/και Η, κλπ. According to a first preferred embodiment of the invention, a measuring system of a sensor arrangement as illustrated in Figure 1 is proposed, which has the ability to measure the component of the magnetic permeability µ(H) and magnetostriction λ(H) at the measurement point and consequently the component of the algebraic of the sum of the residual stresses (type I and II stresses) and the hydraulic stresses (type I stresses) at the point of measurement, as will be shown below, in the case where the shape of the steel allows it, i.e. in measured geometries of steels of limited cross-section with respect to their length, as indicative of steel bars of small square cross-section or small cross-section I and/or H shape, etc.

Όπως απεικονίζεται στο Σχήμα 1, τα πηνία διέγερσης/λήψης (3α) και (3β) και τα πηνία πόλωσης (2α) και (2β) είναι τοποθετημένα στην διεύθυνση του μεγάλου άξονα του χάλυβα (5). Στην διάταξη αυτή, είναι δυνατή η μέτρηση της συνιστώσας της μαγνητικής διαπερατότητας μ(Η) και μαγνητοσυστολής λ(Η) στο σημείο μέτρησης κατά μήκος του άξονα των πηνίων διέγερσης/λήψης. As shown in Figure 1, the excitation/reception coils (3a) and (3b) and the biasing coils (2a) and (2b) are arranged in the direction of the major axis of the steel (5). In this setup, it is possible to measure the component of magnetic permeability μ(H) and magnetostriction λ(H) at the measurement point along the axis of the excitation/reception coils.

Το ένα από τα δύο πηνία διέγερσης/λήψης (3α) ενεργεί ως πηνίο διέγερσης, επιβάλλοντας μαγνητικό πεδίο χαμηλής συχνότητας το οποίο εισέρχεται στο βάθος του υπό μέτρηση χάλυβα (5) δημιουργώντας έτσι ελαστικά κύματα εξαιτίας της μετατόπισης μαγνητικών τοιχωμάτων 90°. Αυτά τα ελαστικά κύματα μεταδίδονται βασικά κατά το διάμηκες στην διεύθυνση του μεγάλου άξονα του προς μέτρηση χάλυβα (5) και με πολλές μορφές ελαστικών κυμάτων (modes). Η διαμήκης μορφή ελαστικού κύματος, όντας η ταχύτερη μορφή ελαστικού κύματος, φθάνει πρώτη και αρκετά απομονωμένη από τα υπόλοιπα ελαστικά κύματα στην περιοχή του χάλυβα (5) κάτω από το άλλο πηνίο διέγερσης/λήψης (3β) το οποίο λαμβάνει το εν λόγω ελαστικό κύμα ως τάση εξόδου λόγω του ανάστροφου φαινόμενου της μαγνητοσυστολής και κατά συνέπεια λειτουργεί ως πηνίο λήψης. One of the two excitation/reception coils (3a) acts as an excitation coil, imposing a low frequency magnetic field which penetrates the depth of the steel under measurement (5) thereby creating elastic waves due to the 90° displacement of magnetic walls. These elastic waves are transmitted basically longitudinally in the direction of the major axis of the steel to be measured (5) and with many elastic wave forms (modes). The longitudinal elastic wave form, being the fastest elastic wave form, arrives first and quite isolated from the rest of the elastic waves in the area of the steel (5) below the other excitation/reception coil (3b) which receives said elastic wave as output voltage due to the reverse magnetostriction effect and thus acts as a pickup coil.

Στην συνέχεια, η παροχή ρεύματος πόλωσης ρυθμιζόμενης έντασης (Η) στο πηνίο πόλωσης (2α) που ευρίσκεται γύρω από το πηνίο διέγερσης/λήψης (3α) και συνεπώς πεδίο πόλωσης στην τοιουτοτρόπως μαγνητιζόμενη περιοχή του υπό δοκιμή χάλυβα (5) έχει σαν αποτέλεσμα την διαμόρφωση της τάσης εξόδου (Vο) του πηνίου διέγερσης/λήψης (3β), η μέγιστη τιμή της οποίας είναι ανάλογη με την μέση τιμή της μαγνητοσυστολής (λ) του όγκου του υπό μέτρηση χάλυβα (5) που βρίσκεται κάτω από το πηνίο διέγερσης/λήψης (3α), σύμφωνα με τον τύπο: Then, the supply of a bias current of adjustable intensity (H) to the bias coil (2a) located around the excitation/reception coil (3a) and thus a bias field in the thus magnetized area of the steel under test (5) results in the formation of the output voltage (Vο) of the excitation/reception coil (3b), the maximum value of which is proportional to the average value of the magnetostriction (λ) of the volume of steel under measurement (5) located below the excitation/reception coil ( 3a), according to the formula:

όπου C1είναι σταθερά και προσδιορίζεται από πειραματικά δεδομένα. where C1 is constant and determined from experimental data.

Παρομοίως, η δημιουργία πεδίου πόλωσης από το πηνίο πόλωσης (2β) που ευρίσκεται γύρω από το πηνίο διέγερσης/λήψης (3β) οδηγεί στην διαμόρφωση της κορυφής της τάσης εξόδου (Vo) στο πηνίο διέγερσης/λήψης (3β), η κορυφή του οποίου είναι ανάλογη με την μέση μαγνητική διαπερατότητα (μ) του όγκου του χάλυβα που βρίσκεται κάτω από το πηνίο διέγερσης/λήψης (3β): Similarly, the creation of a bias field by the bias coil (2b) located around the excitation/reception coil (3b) leads to the formation of the peak of the output voltage (Vo) in the excitation/reception coil (3b), the peak of which is proportional to the average magnetic permeability (μ) of the volume of steel located below the excitation/reception coil (3b):

όπου C2 είναι μία σταθερά, που καθορίζεται από πειραματικά δεδομένα. where C2 is a constant, determined from experimental data.

Με τον τρόπο αυτό προσδιορίζεται η συνάρτηση μαγνητοσυστολής λ(Η) του όγκου του χάλυβα κάτω από το πηνίο διέγερσης/λήψης (3α) και η συνάρτηση μαγνητικής διαπερατότητας μ(Η) του χάλυβα κάτω από το πηνίο διέγερσης/λήψης (3β). In this way, the magnetostriction function λ(H) of the volume of steel under the excitation/reception coil (3a) and the magnetic permeability function μ(H) of the steel under the excitation/reception coil (3b) are determined.

Αντιστρέφοντας τον ρόλο και την λειτουργία των δύο πηνίων δίέγερσης/λήψης (3α) και του πηνίου διέγερσης/λήψης (3β), ήτοι χρησιμοποιώντας το πηνίο διέγερσης/λήψης 3(β) ως πηνίο διέγερσης και το πηνίο διέγερσης/λήψης (3α) ως πηνίο λήψης επιτυγχάνεται η μέτρηση της συνάρτησης μαγνητοσυστολής (λ) στον όγκο του χάλυβα που περικλείεται από το πηνίο διέγερσης/λήψης (3β) και η συνάρτηση μαγνητικής διαπερατότητας στον όγκο του χάλυβα που περικλείεται από το πηνίο διέγερσης/λήψης (3α). Έτσι, επιτυγχάνεται η μέτρηση της συνάρτησης λ(Η) και μ(Η) του όγκου του χάλυβα που ευρίσκεται κάτω και από τα δύο πηνία διέγερσης/λήψης (3α) και (3β). Reversing the role and function of the two excitation/reception coils (3a) and the excitation/reception coil (3b), i.e. using the excitation/reception coil 3(b) as the excitation coil and the excitation/reception coil (3a) as the reception, the measurement of the magnetostriction function (λ) in the volume of steel enclosed by the excitation/reception coil (3b) and the magnetic permeability function in the volume of steel enclosed by the excitation/reception coil (3a) is achieved. Thus, the measurement of the function λ(H) and μ(H) of the volume of steel under both excitation/reception coils (3a) and (3b) is achieved.

Με τον τρόπο αυτό και την μετακίνηση του συστήματος των πηνίων (2α)-(3α) και (2β)-(3β) κατά μήκος του χάλυβα (5), μετρείται η κατανομή της μαγνητικής διαπερατότητας μ(Η) και της μαγνητοσυστολής λ(Η) κατά μήκος του χάλυβα, και ως εκ τούτου και η κατανομή της μηχανικής τάσης κατά μήκος του υπό μέτρηση χάλυβα (5), όπως θα δειχθεί στην συνέχεια. In this way and moving the system of coils (2a)-(3a) and (2b)-(3b) along the steel (5), the distribution of the magnetic permeability μ(H) and the magnetostriction λ(H) is measured ) along the steel, and therefore also the distribution of the mechanical stress along the measured steel (5), as will be shown next.

Σύμφωνα με μία δεύτερη προτιμώμενη εφαρμογή της εφευρέσεως προτείνεται μετρητικό σύστημα διάταξης αισθητήρων όπως απεικονίζεται στο Σχήμα 2, που έχει την ικανότητα να μετρά την συνιστώσα του αλγεβρικού αθροίσματος των παραμενουσών τάσεων (τάσεις τύπου Ι και II) και των υδραυλικών τάσεων (τάσεις τύπου I), στην περίπτωση όπου το σχήμα του χάλυβα δεν επιτρέπει την χρήση των αισθητήρων και διατάξεων του Σχήματος 1, ήτοι σε μετρούμενες γεωμετρίες χαλύβων επιφάνειας ή/και διατομής συγκρίσιμης με το μήκος τους, μετρώντας τον τανυστή της μαγνητικής διαπερατότητας και τον τανυστή της μαγνητοσυστολής ως συνάρτηση του επιβαλλόμενου πεδίου. According to a second preferred embodiment of the invention, a sensor arrangement measuring system as illustrated in Figure 2 is proposed, which has the ability to measure the component of the algebraic sum of the residual stresses (type I and II stresses) and the hydraulic stresses (type I stresses), in the case where the shape of the steel does not allow the use of the sensors and devices of Figure 1, i.e. in measured geometries of steels of surface and/or cross-section comparable to their length, measuring the magnetic permeability tensor and the magnetostriction tensor as a function of the imposed field.

Σύμφωνα με την διάταξη αυτή, η εξέταση χάλυβα (5) με επιφάνεια ή/και διατομή διαστάσεων συγκρίσιμων με το μήκος του υλοποιείται ως εξής: η προαναφερόμενη πρώτη διάταξη πηνίων εγκαθίσταται σε έναν πρώτο ηλεκτρομαγνήτη (1) με ένα σκέλος (1α) εκτεινόμενο παράλληλα στην επιφάνεια του εξεταζόμενου σιδηρομαγνητικού χάλυβα (5) και με δύο σκέλη (1β, 1γ) οριοθετημένα κάθετα στα άκρα του σκέλους (1α) και εδρασμένα στην επιφάνεια του εξεταζόμενου σιδηρομαγνητικού χάλυβα (5) με το πρώτο πηνίο διέγερσης/λήψης (3α) τυλιγμένο πέριξ της διατομής ενός των σκελών (1β, 1γ) και με το πρώτο πηνίο πόλωσης (2α) τυλιγμένο πέριξ της διατομής του σκέλους (1α) του ηλεκτρομαγνήτη (1). Η προαναφερόμενη δεύτερη διάταξη πηνίων εγκαθίσταται σε ορισμένη απόσταση από την ρηθείσα πρώτη διάταξη σε έναν δεύτερο ηλεκτρομαγνήτη (1') με ένα σκέλος (1α') εκτεινόμενο παράλληλα στην επιφάνεια του εξεταζόμενου σιδηρομαγνητικού χάλυβα (5) KOL με δύο σκέλη (1β', 1γ') οριοθετημένα κάθετα στα άκρα του σκέλους (1α') και εδρασμένα στην επιφάνεια του εξεταζόμενου σιδηρομαγνητικού χάλυβα (5) με το δεύτερο πηνίο διέγερσης/λήψης (3β) τυλιγμένο πέριξ της διατομής ενός των σκελών (1β', 1γ’) και με το δεύτερο πηνίο πόλωσης (2β) τυλιγμένο πέριξ της διατομής του σκέλους (Ια<'>) του ηλεκτρομαγνήτη (1'), όπου η κατανομή των υδραυλικών και παραμενουσών τάσεων στον εξεταζόμενο σιδηρομαγνητικό χάλυβα (5) μετράται με την ταυτόχρονη μετακίνηση της πρώτης και δεύτερης διατάξεως πηνίων (2α)-(3α) και (2β)-(3β) κατά μήκος και κατά πλάτος του εξεταζόμενου σιδηρομαγνητικού χάλυβα (5). According to this arrangement, the examination of steel (5) with a surface and/or cross-section of dimensions comparable to its length is implemented as follows: the above-mentioned first coil arrangement is installed in a first electromagnet (1) with a leg (1a) extending parallel to surface of the ferromagnetic steel under test (5) and with two legs (1b, 1c) bounded perpendicular to the ends of the leg (1a) and seated on the surface of the ferromagnetic steel under test (5) with the first excitation/reception coil (3a) wound around it cross-section of one of the legs (1b, 1c) and with the first bias coil (2a) wound around the cross-section of the leg (1a) of the electromagnet (1). The aforementioned second arrangement of coils is installed at a certain distance from said first arrangement on a second electromagnet (1') with one leg (1a') extending parallel to the surface of the examined ferromagnetic steel (5) KOL with two legs (1b', 1c' ) bounded perpendicular to the ends of the leg (1a') and mounted on the surface of the ferromagnetic steel under test (5) with the second excitation/reception coil (3b) wound around the cross-section of one of the legs (1b', 1c') and with the second bias coil (2b) wound around the cross-section of the leg (Ia<'>) of the electromagnet (1'), where the distribution of the hydraulic and residual stresses in the ferromagnetic steel under test (5) is measured by the simultaneous movement of the first and second arrangement of coils (2a)-(3a) and (2b)-(3b) along and across the ferromagnetic steel under consideration (5).

Σύμφωνα με προτιμώμενη εφαρμογή της εφευρέσεως, η πρώτη διάταξη πηνίων του ηλεκτρομαγνήτη (1) περιλαμβάνει ένα επιπλέον πηνίο διαμόρφωσης (4α) τυλιγμένο πέριξ της διατομής του έτερου των σκελών (1β, 1γ) και η δεύτερη διάταξη πηνίων του ηλεκτρομαγνήτη (1') περιλαμβάνει ένα επιπλέον πηνίο διαμόρφωσης (4β) τυλιγμένο πέριξ της διατομής του έτερου των σκελών (1β', 1γ'),όπου το πηνίο διαμόρφωσης (4β) ή το πηνίο διαμόρφωσης (4α) παράγει εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο στην περιοχή του χάλυβα (5) κάτω από τον ηλεκτρομαγνήτη (1') ή (1) αντιστοίχως όταν η διέγερση και παραγωγή ελαστικών κυμάτων παράγεται από το πρώτο πηνίο διέγερσης/λήψης (3α) ή από το δεύτερο πηνίο διέγερσης/λήψης (3β) αντιστοίχως, οπότε με την σύζευξη του εκ του πηνίου διαμόρφωσης (4β) ή (4α) εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου με το μεταδιδόμενο ελαστικό κύμα βελτιστοποιείται η διαμόρφωση της τάσης εξόδου (Vο). According to a preferred embodiment of the invention, the first arrangement of coils of the electromagnet (1) includes an additional shaping coil (4a) wound around the cross-section of the other of the legs (1b, 1c) and the second arrangement of coils of the electromagnet (1') includes a additional modulation coil (4b) wound around the cross-section of the other of the legs (1b', 1c'), where the modulation coil (4b) or the modulation coil (4a) produces an alternating magnetic field in the region of the steel (5) below the electromagnet (1') or (1) respectively when the excitation and generation of elastic waves is produced by the first excitation/reception coil (3a) or by the second excitation/reception coil (3b) respectively, so by coupling the from the modulation coil (4b) or (4a) alternating magnetic field with the transmitted elastic wave, the modulation of the output voltage (Vο) is optimized.

Τα πηνία διέγερσης/λήψης (3α) ή (3β) όταν λειτουργούν ως πηνία διέγερσης μεταφέρουν ημιτονοειδές ή τριγωνικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο χαμηλής συχνότητας. The excitation/reception coils (3a) or (3b) when operating as excitation coils carry a low frequency sinusoidal or triangular electromagnetic field.

Με δεδομένη την εν σειρά τοποθέτηση των ηλεκτρομαγνητών (1) και (1') στην επιφάνεια του υπό μέτρηση χάλυβα (5), τα παραγόμενα πεδία από τα πηνία πόλωσης (2α) και (2β) είναι συνγραμμικά. Όπως θα αποδειχθεί στην συνέχεια αυτοί οι δύο ηλεκτρομαγνήτες (1) και (1') είναι ικανοί να μετρήσουν την συνάρτηση μαγνητικής διαπερατότητας, μ(Η) και την συνάρτηση μαγνητοσυστολής, λ(Η) στην περιοχή του υπό μέτρηση χάλυβα (5) κάτω από κάθε έναν από τους ηλεκτρομαγνήτες αυτούς και κατά συνέπεια το αλγεβρικό άθροισμα των παραμενουσών τάσεων (τάσεις τύπου II και III) και των υδραυλικών τάσεων (τάσεις τύπου I). Given the serial placement of the electromagnets (1) and (1') on the surface of the steel under measurement (5), the fields produced by the bias coils (2a) and (2b) are collinear. As will be shown below, these two electromagnets (1) and (1') are capable of measuring the magnetic permeability function, μ(H) and the magnetostriction function, λ(H) in the region of the steel under measurement (5) under each of these electromagnets and consequently the algebraic sum of the residual stresses (type II and III stresses) and the hydraulic stresses (type I stresses).

Η μετρητική λειτουργία των ως άνω περιγραφόμενων διατάξεων έχει ως εξής: The measuring function of the above described provisions is as follows:

Μαγνητίκό πεδίο χαμηλής συχνότητας δημιουργείται από το πηνίο διέγερσης/λήψης (3α) του πρώτου ηλεκτρομαγνήτη (1) και εισέρχεται στο βάθος του υπό μέτρηση χάλυβα (5) δημιουργώντας έτσι ελαστικά κύματα εξαιτίας της μετατόπισης μαγνητικών τοιχωμάτων 90°. Αυτά τα ελαστικά κύματα μεταδίδονται στον υπό μέτρηση χάλυβα (5) σε πολλές διευθύνσεις και με πολλές μορφές ελαστικών κυμάτων (modes). Η ταχύτερη μορφή ελαστικού κύματος είναι η διαμήκης η οποία φθάνει πρώτη και αρκετά απομονωμένη από τα υπόλοιπα ελαστικά κύματα στην περιοχή του χάλυβα (5) κάτω από τον δεύτερο ηλεκτρομαγνήτη (1'). Το πηνίο διέγερσης/λήψης (3β) του δεύτερου ηλεκτρομαγνήτη (1') είναι συζευγμένο με το μεταδιδόμενο ελαστικό κύμα, και προσφέρει τάση εξόδου εξαιτίας του ανάστροφου φαινομένου μαγνητοσυστολής, που είναι ανάλογη της πρώτης παραγώγου του προαναφερθέντος ελαστικού κύματος, η οποία βελτιστοποιείται με την βοήθεια του πηνίου διαμόρφωσης (4β). A low frequency magnetic field is generated by the excitation/reception coil (3a) of the first electromagnet (1) and enters the depth of the steel under measurement (5) thus creating elastic waves due to the 90° displacement of magnetic walls. These elastic waves are transmitted to the steel under measurement (5) in many directions and in many modes. The fastest form of elastic wave is the longitudinal one which arrives first and quite isolated from the rest of the elastic waves in the area of the steel (5) below the second electromagnet (1'). The excitation/reception coil (3b) of the second electromagnet (1') is coupled to the transmitted elastic wave, and offers an output voltage due to the inverse magnetostriction effect, which is proportional to the first derivative of the aforementioned elastic wave, which is optimized with of the modulation coil (4b).

Στην συνέχεια, παρέχοντας ρεύμα πόλωσης ρυθμιζόμενης έντασης (Η) στο πηνίο πόλωσης (2α) του πρώτου ηλεκτρομαγνήτη (1) και συνεπώς πεδίο πόλωσης κάτω από τον εν λόγω ηλεκτρομαγνήτη (1) κατά την διάρκεια της διέγερσης ελαστικού κύματος από το πηνίο διέγερσης/λήψης (3α), έχει σαν αποτέλεσμα την διαμόρφωση της τάσης εξόδου του πηνίου διέγερσης/λήψης (3β) του ηλεκτρομαγνήτη (1'), με την βοήθεια του πηνίου διαμόρφωσης (4β), η μέγιστη τιμή (Vο) της οποίας είναι ανάλογη με την μέση τιμή της μαγνητοσυστολής (λ) του όγκου του υπό μέτρηση χάλυβα (5) που βρίσκεται κάτω από τον ηλεκτρομαγνήτη (1), σύμφωνα με τον τύπο: Then, providing a bias current of adjustable intensity (H) to the bias coil (2a) of the first electromagnet (1) and thus a bias field under said electromagnet (1) during elastic wave excitation by the excitation/reception coil ( 3a), results in the modulation of the output voltage of the excitation/reception coil (3b) of the electromagnet (1'), with the help of the modulation coil (4b), the maximum value (Vο) of which is proportional to the average value of the magnetostriction (λ) of the volume of steel under measurement (5) located under the electromagnet (1), according to the formula:

όπου C3είναι σταθερά και προσδιορίζεται από πειραματικά δεδομένα. where C3 is constant and determined from experimental data.

Παρομοίως, η δημιουργία πεδίου πόλωσης ρυθμιζόμενης έντασης (Η) στο πηνίο πόλωσης (2β) του δεύτερου ηλεκτρομαγνήτη (1') οδηγεί στην διαμόρφωση της κορυφής της τάσης εξόδου στο πηνίο διέγερσης/λήφης (3β) του ηλεκτρομαγνήτη (1'), με την βοήθεια του πηνίου διαμόρφωσης (4β), όπου η κορυφή της εν λόγω τάσης εξόδου (Vο) είναι ανάλογη με την μέση μαγνητική διαπερατότητα (μ) του όγκου του χάλυβα (5) που βρίσκεται κάτω από τον ηλεκτρομαγνήτη (1'), σύμφωνα με τον τύπο: Similarly, the creation of a bias field of adjustable intensity (H) in the bias coil (2b) of the second electromagnet (1') leads to the formation of the peak of the output voltage in the excitation/receiver coil (3b) of the electromagnet (1'), with the help of the modulation coil (4b), where the peak of said output voltage (Vο) is proportional to the average magnetic permeability (μ) of the volume of steel (5) located under the electromagnet (1'), according to the formula :

Όπου C4είναι μία σταθερά, που καθορίζεται από πειραματικά δεδομένα. Where C4 is a constant, determined from experimental data.

Με τον τρόπο αυτό προσδιορίζεται η συνάρτηση μαγνητοσυστολής λ(Η) του όγκου του χάλυβα κάτω από τον ηλεκτρομαγνήτη (1) και η συνάρτηση μαγνητικής διαπερατότητας μ(Η) του χάλυβα κάτω από τον ηλεκτρομαγνήτη (1'). In this way, the magnetostriction function λ(H) of the volume of steel under the electromagnet (1) and the magnetic permeability function μ(H) of the steel under the electromagnet (1') are determined.

Αντιστρέφοντας την λειτουργία των δύο ηλεκτρομαγνητών (1) και (1'), ήτοι χρησιμοποιώντας τον ηλεκτρομαγνήτη (1') για την δημιουργία ελαστικού κύματος και τον ηλεκτρομαγνήτη (1) για την ανίχνευση του ελαστικού κύματος, επιτυγχάνεται η μέτρηση της συνάρτησης μαγνητοσυστολής (λ) στον όγκο του χάλυβα κάτω από τον ηλεκτρομαγνήτη (1') και η συνάρτηση μαγνητικής διαπερατότητας (μ) στον όγκο του χάλυβα (5) κάτω από τον ηλεκτρομαγνήτη (1). Έτσι, επιτυγχάνεται η μέτρηση της συνάρτησης λ(Η) και μ(Η) του όγκου του χάλυβα, κάτω από τους δύο ηλεκτρομαγνήτες (1) και (1'). By reversing the operation of the two electromagnets (1) and (1'), i.e. using the electromagnet (1') to generate the elastic wave and the electromagnet (1) to detect the elastic wave, the measurement of the magnetostriction function (λ) is achieved in the steel volume under the electromagnet (1') and the magnetic permeability function (μ) in the steel volume (5) under the electromagnet (1). Thus, the measurement of the function λ(H) and μ(H) of the steel volume is achieved, under the two electromagnets (1) and (1').

Περιστρέφοντας το σύστημα των δύο ηλεκτρομαγνητών (1) και (1') σε διαφορετικές γωνίες (πρακτικά, περιστρέφοντας το σε άλλες σαφώς προσδιορισμένες διευθύνσεις), προσδιορίζονται η συνάρτηση λ(Η) και μ(Η) σε διαφορετικές γωνίες και έτσι, προσδιορίζεται ο τανυστής της συνάρτησης λ(Η) και μ(Η) στις προαναφερθείσες γωνίες. By rotating the system of the two electromagnets (1) and (1') at different angles (in practice, by rotating it in other clearly defined directions), the function λ(H) and μ(H) at different angles are determined and thus, the tensor is determined of the function λ(H) and μ(H) at the aforementioned angles.

Αντί αυτής της περιστροφής, είναι δυνατή η χρήση πλειάδας τέτοιων ζευγών ηλεκτρομαγνητών (1) και (1'), τοποθετημένων σε διάφορες γωνίες για τον προσδιορισμό αυτών των συναρτήσεων λ(Η) και μ(Η) στις γωνίες αυτές, όπως αποτυπώνεται στο Σχήμα 3. Με τον τρόπο αυτό, προσδιορίζεται ο τανυστής των συναρτήσεων λ(Η) και μ(Η) στις δύο περιοχές του χάλυβα κάτω από τους ηλεκτρομαγνήτες (1) και (1'). Μετατοπίζοντας την διάταξη του Σχήματος 1 και του Σχήματος 3 σε σχέση με τον υπό μέτρηση χάλυβα (5), είναι δυνατή η μέτρηση της κατανομής του τανυστή των συναρτήσεων λ(Η) και μ(Η) και κατά συνέπεια ο προσδιορισμός της κατανομής του τανυστή του αλγεβρικού αθροίσματος των παραμενουσών τάσεων (τάσεις τύπου II και III) και υδραυλικών τάσεων (τάσεις τύπου I) κατά μήκος της μετατόπισης. Instead of this rotation, it is possible to use a plurality of such pairs of electromagnets (1) and (1'), placed at various angles to determine these functions λ(H) and μ(H) at these angles, as depicted in Figure 3 In this way, the tensor of the functions λ(H) and μ(H) is determined in the two regions of the steel under the electromagnets (1) and (1'). By shifting the arrangement of Figure 1 and Figure 3 relative to the steel under measurement (5), it is possible to measure the tensor distribution of the functions λ(H) and μ(H) and consequently determine the tensor distribution of algebraic sum of residual stresses (type II and III stresses) and hydraulic stresses (type I stresses) along the displacement.

Σημειώνεται ότι η εν λόγω μέθοδος με χρήση των ως άνω περιγραφόμενων διατάξεων προτείνεται για εφαρμογή σε μεγάλες επιφάνειες χαλύβων, όπου δεν είναι δυνατή η περιέλιξη του παραγόμενου ή χρησιμοποιούμενου υπό μέτρηση χάλυβα (5) με πηνία διέγερσης/λήψης και πόλωσης. It is noted that the said method using the above described devices is recommended for application on large steel surfaces, where it is not possible to wind the produced or used steel under measurement (5) with excitation/reception and bias coils.

Η μέτρηση του τανυστή του αλγεβρικού αθροίσματος των παραμενουσών τάσεων (τάσεις τύπου II και III) και υδραυλικών τάσεων (τάσεις τύπου I) με την συσχέτισή του με τον τανυστή μαγνητικής διαπερατότητας μ(Η) και μαγνητοσυστολής λ(Η) γίνεται ως εξής: The measurement of the tensor of the algebraic sum of residual stresses (type II and III stresses) and hydraulic stresses (type I stresses) by relating it to the tensor of magnetic permeability μ(H) and magnetostriction λ(H) is done as follows:

Λαμβάνοντας υπόψη ότι και οι δύο συναρτήσεις μ(Η) και λ(Η) όλων των προαναφερθέντων διατάξεων ακολουθούν μονοτονική απόκριση μέχρι το σημείο Villari του υπό μέτρηση χάλυβα, όπου αλλάζουν κλίση διατηρώντας και πάλι την μονοτονικότητα της απόκρισής τους μετά από αυτό το σημείο, τότε, η επιλογή του κατάλληλου τμήματος της συνάρτησης μ(Η) επιτυγχάνεται από την επιτήρηση της συνάρτησης λ(Η). Σε χάλυβες χαμηλής ενέργειας σφαλμάτων επιστοίβαξης και με θετικό συντελεστή μαγνητοσυστολής και για προκαθορισμένες τιμές μαγνητικού πεδίου στην ελαστική περιοχή, η συνάρτηση μ(Η) είναι συνεχώς αύξουσα και η συνάρτηση λ(Η) έχει θετικές τιμές μέχρι το σημείο Villari για θετικές (εφελκυστικές) τιμές εφαρμοζόμενης τάσης, ενώ μετά από το σημείο Villari η συνάρτηση μ(Η) είναι συνεχώς μειούμενη και η συνάρτηση λ(Η) έχει αρνητικές τιμές μέχρι το σημείο Μέγιστης Εφελκυστικής Τάσης UTS (Ultimate Tensile Stress). Το αντίστροφο συμβαίνει για αρνητικές (θλιπτικές) τιμές τάσης. Σε χάλυβες χαμηλής ενέργειας σφαλμάτων επιστοίβαξης και με αρνητικό συντελεστή μαγνητοσυστολής στην ελαστική περιοχή, η συνάρτηση μ(Η) είναι συνεχώς μειούμενη για θετικές (εφελκυστικές) τιμές τάσης και η συνάρτηση λ(Η) έχει αρνητικές τιμές μέχρι το σημείο Villari, ενώ μετά από το σημείο Villari η συνάρτηση μ(Η) είναι συνεχώς αύξουσα και η συνάρτηση λ(Η) έχει θετικές τιμές. Considering that both μ(H) and λ(H) functions of all the aforementioned devices follow a monotonic response up to the Villari point of the steel under measurement, where they change slope while again maintaining the monotonicity of their response after that point, then , the selection of the appropriate part of the function μ(H) is achieved by monitoring the function λ(H). In steels of low stacking fault energy and with a positive magnetostriction coefficient and for predetermined values of the magnetic field in the elastic region, the μ(H) function is continuously increasing and the λ(H) function has positive values up to the Villari point for positive (tensile) values of applied stress, while after the Villari point the function μ(H) is continuously decreasing and the function λ(H) has negative values until the point of Maximum Tensile Stress UTS (Ultimate Tensile Stress). The reverse occurs for negative (compressive) stress values. In steels of low stacking fault energy and with a negative modulus of magnetostriction in the elastic region, the μ(H) function is continuously decreasing for positive (tensile) stress values and the λ(H) function has negative values up to the Villari point, while after Villari point the function μ(H) is continuously increasing and the function λ(H) has positive values.

Στο Σχήμα 4 αποτυπώνεται ενδεικτικά μια τυπική απόκριση της συνάρτησης μ(σ) συναρτήσει της επιβαλλόμενης θετικής μηχανικής τάσης και η κυματομορφή της συνάρτησης λ(Η) συναρτήσει της τάσης του υπό μέτρηση χάλυβα με θετικό συντελεστή μαγνητοσυστολής στην ελαστική του περιοχή. Αντίστροφη απόκριση παρατηρείται για αρνητικές τιμές (θλιπτικές) τάσης, όπου η συνάρτηση μ(Η) θα βαίνει μειούμενη μέχρι το αρνητικό σημείο Villari και εν συνεχεία θα αυξάνεται μέχρι το σημείο UTS . Ακριβώς αντίθετη συμπεριφορά θα έχει ο χάλυβας με αρνητική συνάρτηση μαγνητοσυστολής στην ελαστική του περιοχή. In Figure 4, a typical response of the μ(σ) function as a function of the imposed positive mechanical stress and the waveform of the λ(H) function as a function of the stress of the steel under measurement with a positive coefficient of magnetostriction in its elastic region are depicted indicatively. An inverse response is observed for negative (compressive) stress values, where the μ(H) function will decrease until the negative Villari point and then increase until the UTS point. Steel with a negative magnetostriction function in its elastic region will have exactly the opposite behavior.

Κατά συνέπεια, γίνεται δυνατή η μονοτονική συσχέτιση της τοπικής τιμής της μαγνητικής διαπερατότητας μ με την τοπική τιμή του αλγεβρικού αθροίσματος των παραμενουσών τάσεων (τάσεις τύπου II και III) και υδραυλικών τάσεων (τάσεις τύπου I) στον άξονα μέτρησης, στην περιοχή διέγερσης και λήψης ελαστικών κυμάτων, κάνοντας επιλογή μιας εκ των δύο μονοτονικών συναρτήσεων μ(Η), με βάση την μετρούμενη τιμή της συνάρτησης λ(Η): για κάθε μία από τις δύο περιοχές τιμών της συνάρτησης μ, αντιστοιχεί ένα και μόνο ένα πρόσημο της συνάρτησης λ. Σημειώνεται ότι οι μηχανικές παραμένουσες τάσεις (τάσεις τύπου II και III) μετρούνται με τις κλασσικές τεχνικές που αναλύθηκαν παραπάνω (XRDBB και ND για επιφανειακές και εις βάθος μετρήσεις αντίστοιχα), ενώ η υδραυλική τάση (τάσεις τύπου I) νοείται ως μακροσκοπική τάση που θεωρείται εφαρμοζόμενη ομοιόμορφα καθ' όλο το μήκος του χάλυβα. Κατά συνέπεια, η συνάρτηση μ(σ) μετατρέπεται σε μονοτονική, όχι μόνο μέχρι το θετικό και αρνητικό σημείο Villari, αλλά και μέχρι το θετικό και αρνητικό σημείο UTS, με την ταυτόχρονη επιτήρηση της συνάρτησης λ(Η). Έτσι, επιτυγχάνεται η μαγνητική καμπύλη βαθμονόμησης τάσεων (magnetic stress calibration curve - MASC) έως το σημείο UTS. Consequently, it becomes possible to monotonically correlate the local value of the magnetic permeability μ with the local value of the algebraic sum of the residual stresses (type II and III stresses) and hydraulic stresses (type I stresses) on the measurement axis, in the tire excitation and receiving area waves, choosing one of the two monotonic functions μ(H), based on the measured value of the function λ(H): for each of the two ranges of values of the function μ, there corresponds one and only one sign of the function λ. It is noted that the mechanical residual stresses (type II and III stresses) are measured by the classical techniques analyzed above (XRDBB and ND for surface and deep measurements respectively), while the hydraulic stress (type I stresses) is understood as a macroscopic stress considered applied uniformly along the entire length of the steel. Consequently, the function μ(σ) becomes monotonic, not only up to the positive and negative Villari point, but also up to the positive and negative UTS point, while observing the function λ(H). Thus, the magnetic stress calibration curve (MASC) is achieved up to the UTS point.

Έχοντας διακριβώσει τις κατάλληλες καμπύλες μαγνητικής βαθμονόμησης τάσεων (Magnetic Stress Calibration Curve - MASCC), που συσχετίζουν την μαγνητική διαπερατότητα με την μηχανική τάση στον ίδιο άξονα για τον υπό μέτρηση χάλυβα, γίνεται δυνατή η μέτρηση των συνιστωσών του αλγεβρικού αθροίσματος παραμενουσών τάσεων και υδραυλικής τάσης κατά μήκος των δύο ηλεκτρομαγνητών (1) και (1') στους όγκους του χάλυβα (5) κάτω από τις περιοχές διέγερσης και λήψης των ελαστικών κυμάτων. Having determined the appropriate Magnetic Stress Calibration Curves (MASCC), which relate the magnetic permeability to the mechanical stress in the same axis for the steel under measurement, it becomes possible to measure the components of the algebraic sum of residual stresses and hydraulic stress by length of the two electromagnets (1) and (1') in the volumes of steel (5) below the areas of excitation and reception of the elastic waves.

Η κανονικοποίηση της καμπύλης βαθμονόμησης ως προς την τιμή της διαπερατότητας μ στο σημείο Villari και την τιμή τάσης στο όριο διαρροής και στο σημείο UTS οδηγεί σε μια παγκόσμια καμπύλη MASC, ίδια για κάθε τύπο χάλυβα, όπως η καμπύλη αυτή απεικονίζεται στο Σχήμα 5. Με βάση την καμπύλη αυτή δεν είναι απαραίτητη η γνώση του τύπου του προς μέτρηση χάλυβα. Αντίθετα, η μέτρηση της μαγνητικής διαπερατότητας (μ) με ταυτόχρονη μέτρηση της συνάρτησης λ(Η) δίνει την συνιστώσα της μηχανικής τάσης στον άξονα μέτρησης. The normalization of the calibration curve in terms of the value of permeability μ at the Villari point and the stress value at the yield point and at the UTS point leads to a global MASC curve, the same for each type of steel, as this curve is illustrated in Figure 5. Based on this curve does not require knowledge of the type of steel to be measured. Conversely, the measurement of the magnetic permeability (μ) with the simultaneous measurement of the function λ(H) gives the component of the mechanical stress on the measuring axis.

Με τον τρόπο αυτό, δεν χρειάζεται η γνώση της στοιχειομετρίας και της φάσης του κάθε χάλυβα: η μέτρηση της υστερετικής συνάρτησης μαγνητικής διαπερατότητας μ(Η) και της υστερετικής συνάρτησης λ(Η) επιτρέπουν την εύρεση της κανονικοποιημένης τιμής μαγνητικών παραμέτρων και κατά συνέπεια της τιμής της συνιστώσας της τάσης στον άξονα μέτρησης. In this way, it is not necessary to know the stoichiometry and the phase of each steel: the measurement of the hysteretic function of magnetic permeability μ(H) and the hysteretic function λ(H) allow finding the normalized value of magnetic parameters and consequently the value of the stress component on the measuring axis.

Σύμφωνα με εναλλακτική εφαρμογή της εφευρέσεως ο ένας από τους δύο ηλεκτρομαγνήτες (1) ή (1') του Σχήματος 2 και το ένα από τα δύο πηνία του κάθε ζεύγους ηλεκτρομαγνητών (1) καί (1') του Σχήματος 3 μπορούν να αντικατασταθούν από μόνιμους μαγνήτες, οπότε η μετατόπιση της μετρητικής διάταξης με σταθερή ταχύτητα πάνω από την επιφάνεια του υπό μέτρηση χάλυβα προσφέρει βάθμωση της μαγνητικής ροής και την δημιουργία ελαστικού κύματος στην περιοχή του χάλυβα κάτω από τον μόνιμο μαγνήτη μόνο στην περίπτωση που υπάρχει τασικό πεδίο, το οποίο λαμβάνεται από τον εναπομείναντα ηλεκτρομαγνήτη (1) ή (1') και κατά συνέπεια επιτρέπει την μέτρηση της βάθμωσης του πεδίου τάσεων στον άξονα μέτρησης. According to an alternative application of the invention one of the two electromagnets (1) or (1') of Figure 2 and one of the two coils of each pair of electromagnets (1) and (1') of Figure 3 can be replaced by permanent magnets, so the displacement of the measuring device at a constant speed over the surface of the steel under measurement offers a gradation of the magnetic flux and the creation of an elastic wave in the area of the steel under the permanent magnet only in the case of a voltage field, which is obtained from the remaining electromagnet (1) or (1') and consequently allows the measurement of the gradation of the voltage field on the measuring axis.

Σύμφωνα με προτιμώμενη εφαρμογή της εφευρέσεως η διόρθωση του φαινομένου της ασύμμετρης έδρασης ή της υπερυψωμένης τοποθέτησης των σκελών του ηλεκτρομαγνήτη στην επιφάνεια του χάλυβα (lift-off phenomenon) μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας ευαίσθητα μαγνητόμετρα (6), για παράδειγμα μαγνητόμετρα Hall ή άλλα ευαίσθητα μαγνητόμετρα, όπως για παράδειγμα αισθητήρων μαγνητοαντίστασης, στην βάση των πελμάτων των σκελών (1β, 1γ) του ηλεκτρομαγνήτη (1) ή των σκελών (1β', 1γ') του ηλεκτρομαγνήτη (1'), στην διεπιφάνεια μεταξύ του μετρητικού συστήματος και του υπό μέτρηση χάλυβα (Σχήμα 6a). Στην περίπτωση της ασύμμετρης έδρασης ή της υπερυψωμένης τοποθέτησης των σκελών του ηλεκτρομαγνήτη στην επιφάνεια του χάλυβα (lift-off phenomenon), η τάση εξόδου του μαγνητόμετρου Hall ή άλλου ευαίσθητου μαγνητόμετρου, γίνεται μικρότερη από την ιδεατή της τιμή. Έτσι, με την μεγιστοποίηση της τάσης εξόδου του μαγνητόμετρου επιτυγχάνεται η διόρθωση της θέσης του μετρητικού συστήματος ή η αυτόματη λογισμική διόρθωση της απόκρισης του, επιδιώκοντας κατά συνέπεια την άρση του lift-off phenomenon στην απόκριση του αισθητήρα. According to a preferred application of the invention, the correction of the phenomenon of asymmetric seating or the elevated placement of the legs of the electromagnet on the surface of the steel (lift-off phenomenon) can be done using sensitive magnetometers (6), for example Hall magnetometers or other sensitive magnetometers, such as for example magnetoresistance sensors, at the base of the soles of the legs (1b, 1c) of the electromagnet (1) or the legs (1b', 1c') of the electromagnet (1'), at the interface between the measuring system and the steel under measurement (Figure 6a). In the case of asymmetric seating or elevated placement of the electromagnet legs on the steel surface (lift-off phenomenon), the output voltage of the Hall magnetometer or other sensitive magnetometer becomes lower than its ideal value. Thus, by maximizing the output voltage of the magnetometer, the correction of the position of the measuring system or the automatic software correction of its response is achieved, thus seeking to remove the lift-off phenomenon in the response of the sensor.

Έχοντας διακριβώσει την συσχέτιση της μαγνητικής απόκρισης και των τάσεων στον χάλυβα συναρτήσει της θερμοκρασίας, έχοντας δηλαδή τις καμπύλες MASC του χάλυβα για διάφορες θερμοκρασίες, μπορούμε να μετρήσουμε τις συνιστώσες των τάσεων σε αυξημένες ή κρυογενικές θερμοκρασίες (μέχρι το σημείο Curie του υπό εξέταση χάλυβα) με την χρήση αισθητήρα θερμοκρασίας (7) στην περιοχή του χάλυβα (5) όπου μετρείται η μηχανική τάση, όπως δείχνεται στο Σχήμα 6b, εργαζόμενοι ως εξής: μετρούμε την θερμοκρασία με τον αισθητήρα θερμοκρασίας και επιλέγουμε την καμπύλη MASC που είναι πλησιέστερη στην μετρηθείσα θερμοκρασία και έτσι προσδιορίζουμε την συνιστώσα της τάσης στον άξονα μέτρησης. Βέβαια, η θεωρία του παραμαγνητισμού μας επιτρέπει να υπολογίζουμε θεωρητικά την καμπύλη MASC σε οποιαδήποτε θερμοκρασία αρκεί να έχουμε καμπύλες MASC σε γειτονικές θερμοκρασίες. Μπορούμε επίσης να προσδιορίσουμε την συνιστώσα της τάσης με γραμμική προσαρμογή της θερμοκρασίας στην καμπύλη MASC, γνωρίζοντας τις γειτνιέστερες καμπύλες MASC στο πεδίο θερμοκρασίας. Having ascertained the correlation of the magnetic response and stresses in the steel as a function of temperature, i.e. having the MASC curves of the steel for various temperatures, we can measure the stress components at elevated or cryogenic temperatures (up to the Curie point of the steel under consideration) with the use of a temperature sensor (7) in the area of the steel (5) where the mechanical stress is measured, as shown in Figure 6b, working as follows: we measure the temperature with the temperature sensor and choose the MASC curve that is closest to the measured temperature and so we determine the stress component on the measurement axis. Of course, the theory of paramagnetism allows us to theoretically calculate the MASC curve at any temperature as long as we have MASC curves at neighboring temperatures. We can also determine the voltage component by linearly fitting the temperature to the MASC curve, knowing the nearest MASC curves in the temperature field.

Οι μέθοδοι και οι διατάξεις της επιτήρησης της κατανομής του τανυστή των τάσεων στην επιφάνεια και εις βάθος των υπό μέτρηση χαλύβων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίτευξη των επιθυμητών επιπέδων τάσεων (παραμενουσών τάσεων) στον υπό μέτρηση χάλυβα στην διαδικασία παραγωγής ή κατεργασίας και μεταποίησής του. Οι χάλυβες πρέπει να έχουν συγκεκριμένο, επιτρεπτό παράθυρο τάσεων για να έχουν την βέλτιστη συμπεριφορά. Αν είναι πολύ μαλακοί μηχανικά τότε δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δομικά υλικά και αν είναι πολύ σκληροί, τότε μπορούν να υποφέρουν από ρωγματώσεις και καταστροφή των. Έτσι, η μέθοδος και τα μετρητικά συστήματα της εφευρέσεως για την επιτήρηση της κατανομής του τανυστή των τάσεων στους χάλυβες, εκτός από την χρήση για την παροχή ένδειξης του επιπέδου των τάσεων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως ανάδραση συστήματος αυτόματου ελέγχου ικανού να διορθώσει το τελ χάλυβα, όπως δείχνεται στο Σχήμα 7. Η ανάδ τάσεων σε επιθυμητά επίπεδα μπορεί να ε μηχανική κατεργασία ή με συνδυασμό τους. βιβλιογραφία και δεν αποτελούν αντικείμενο παρούσας εφεύρεσης είναι η χρήση της μεθόδο αυτόματο ή χειροκίνητο έλεγχο για την επίτευ της από την προτεινόμενη μέθοδο και τα προτει ικό τασικό πεδίο κατά μήκος του υπό μέτρηση ραση, ήτοι η απαλοιφή ή η προσαρμογή των πιτευχθεί είτε με θερμική κατεργασία ή με Οι τεχνικές αυτές είναι γνωστές στην διεθνή της παρούσας εφεύρεσης. Αντικείμενο της υ και των μετρητικών μας συστημάτων για τον ξη της επιθυμητής της τιμής, πάντα με έλεγχο νόμενα μετρητικά συστήματα. The methods and devices of monitoring the stress tensor distribution on the surface and in depth of the steels under measurement can be used to achieve the desired stress levels (residual stresses) in the steel under measurement in the process of its production or treatment and processing. Steels must have a specific, allowable stress window to perform optimally. If they are too soft mechanically then they cannot be used as building materials and if they are too hard then they can suffer from cracking and destruction. Thus, the method and measuring systems of the invention for monitoring the stress tensor distribution in steels, in addition to being used to provide an indication of the stress level, can also be used as an automatic control system feedback capable of correcting the steel end , as shown in Figure 7. The restoration of voltages to desired levels can be by machining or by a combination of them. bibliography and are not the subject of the present invention is the use of the automatic or manual control method for its effect from the proposed method and the proposed voltage field along the measurement, i.e. the elimination or adjustment of the folds either by heat treatment or with These techniques are known in the international of the present invention. Object of y and our measuring systems to use the desired value, always with controlled measuring systems.

Claims

CLAIMS 1. System for monitoring the distribution of hydraulic stresses (type I stresses) and residual stresses (type II and III stresses) in ferromagnetic steels within the elastic region and the plastic deformation region, characterized in that it consists of at least one pair of coil arrangements arranged in series on the surface of the examined ferromagnetic steel (5) with a first arrangement consisting of a first biasing coil (2a) and a first excitation/reception coil (3a) and with a second arrangement consisting of a second biasing coil (2b) and a second excitation/reception coil (3b), wherein alternately said first or second excitation/reception coil (3a) or (3b) of the first or second order is adapted to generate a low-frequency magnetic field as a result of which elastic waves are generated that propagate in the depth of ferromagnetic steel in question (5) and said second or first excitation/reception coil (3b) or (3a) of the second or first order is respectively adapted to receive the longitudinally transmitted said elastic waves which causes, due to the inverse magnetostriction effect, in the said excitation/reception coil (3b) or (3a) an output voltage with a maximum value (Vo) proportional to its first derivative of said elastic wave, and wherein said first and second biasing coils (2a) and (2b) of the first and second arrangements are adapted to be alternately supplied with a current of adjustable intensity (H) which produces a biasing field during the generation of an elastic wave by said excitation/reception coil (3a) or (3b); where as a consequence of the bias field produced by the coil (2a) during the excitation of the elastic wave by the excitation/reception coil (3a) an output voltage with a maximum value (Vo) proportional to the average is formed in said excitation/reception coil (3b) value of the magnetostriction (λ) of the subject in the excitation/reception coil (3a) volume of the examined ferromagnetic steel (5) according to the formula:

and as a consequence of the polarization field produced by the coil (2b) an output voltage with a maximum value (Vo) proportional to the average value of the magnetic permeability (μ) of the subject in the excitation/reception coil (3b) is formed in said excitation/reception coil (3b) ) volume of the examined ferromagnetic steel (5) according to the formula:

where by moving the said first and second arrangement of coils (2a)-(3a) and (2b)-(3b) on the surface of the examined ferromagnetic steel (5), the distribution of the magnetic permeability μ(H) and the magnetostriction λ is measured (H) and therefore also the algebraic sum of the distribution of hydraulic and residual stresses in the ferromagnetic steel under consideration (5).

2. System for monitoring the distribution of hydraulic stresses (type I stresses) and residual stresses (type II and III stresses) in ferromagnetic steels within the elastic region and the plastic deformation region, according to Claim 1, characterized in that it is used for the examination of steels (5) with a cross-section of limited dimensions in relation to their length, in which case said first coil arrangement is delimited by said first excitation/reception coil (3a) wound around the cross-section of the steel under examination (5) and in contact with it and with said first bias coil (2a) wound around said excitation/reception coil (3a) and in contact therewith and said second coil array delimited at a certain distance from said first array by said second excitation/reception coil (3b ) wound around the cross-section of the steel under test (5) and in contact with it and with said second bias coil (2b) wound around said excitation/reception coil ( 3b) and intact therewith and where the distribution of hydraulic and residual stresses in the ferromagnetic steel under consideration (5) is measured by moving said first and second order coils (2a)-(3a) and (2b)-(3b) along of the ferromagnetic steel under consideration (5).

3. System for monitoring the distribution of hydraulic stresses (type I stresses) and residual stresses (type II and III stresses) in ferromagnetic steels within the elastic region and the plastic deformation region, according to Claim 1, characterized in that it is used for the examination of steels (5) with cross-sectional dimensions comparable to their length, in which case said first coil arrangement is installed in a first electromagnet (1) with one leg (1a) extending parallel to the surface of the ferromagnetic steel under examination (5) and with two legs (1b, 1c) bounded perpendicular to the ends of the leg (1a) and mounted on the surface of the ferromagnetic steel under test (5) with said first excitation/reception coil (3a) wound around the cross-section of one of the legs (1b, 1c) and with said first bias coil (2a) wound around the cross-section of said leg (1a) of the electromagnet (1) and said second coil arrangement is installed at a certain distance from said first arrangement in a second electromagnet (1<'>) with one leg (1a') extending parallel to the surface of the ferromagnetic steel (5) under consideration and with two legs (1b', 1c') bounded perpendicularly to the ends of the leg ( 1a') and mounted on the surface of the ferromagnetic steel under consideration (5) with said second excitation/reception coil (3b) wound around the cross-section of one of the legs (1b', 1c') and with said second bias coil (2b) wound around the cross-section of said leg (1a') of the electromagnet (1') and where the distribution of hydraulic and residual stresses in the ferromagnetic steel (5) under consideration is measured by the simultaneous movement of said first and second arrangement of coils (2a)-(3a) ) and (2b)-(3b) along and across the examined ferromagnetic steel (5).

4. System for monitoring the distribution of hydraulic stresses (type I stresses) and residual stresses (type II and III stresses) in ferromagnetic steels within the elastic region and the plastic deformation region, according to Claim 3, characterized in that said first coil arrangement includes an additional modulation coil (4a) wound around the cross-section of the other of the legs (1b, 1c) of the electromagnet (1) and said second coil arrangement includes an additional modulation coil (4b) wound around the cross-section of the other of the legs (1b', 1c') of the electromagnet (1'), where the modulation coil (4b) or the modulation coil (4a) produces an alternating magnetic field in the area of the steel (5) below the electromagnet (1') or ( 1) respectively when the excitation and production of elastic waves is produced by said first excitation/reception coil (3a) or by said second excitation/reception coil (3b) respectively, so by coupling the by modulating (4b) or (4a) an alternating magnetic field with the transmitted elastic wave, the output voltage modulation is optimized.

5. System for monitoring the distribution of hydraulic stresses (type I stresses) and residual stresses (type II and III stresses) in ferromagnetic steels within the elastic region and the plastic deformation region, according to Claim 3 or 4, characterized in that it includes a plurality of pairs of electromagnets (1) and (1') placed at various angles to determine the functions λ(H) and μ(H) at these angles.

6. System for monitoring the distribution of hydraulic stresses (type I stresses) and residual stresses (type II and III stresses) in ferromagnetic steels within the elastic region and the plastic deformation region, according to any one of Claims 3-5, characterized by that it includes a sensitive magnetometer (6) at the base of the sole of each of the legs (1b, 1c) of the electromagnet (1) and at the base of the sole of each of the legs (1b<'>, 1c') of the electromagnet (1'), so the maximization of the output voltage of the sensitive magnetometer in the measuring position by the correct adaptation of the electromagnet (1) and the electromagnet (2) to the surface of the steel (5) ensures the correction of the phenomenon of any asymmetrical seating and/or elevated placement of the legs (1b, 1c) of the electromagnet (1) and the legs (1b', 1c') of the electromagnet (1') on the surface of the steel (5) (lift-off phenomenon).

7. System for monitoring the distribution of hydraulic stresses (type I stresses) and residual stresses (type II and III stresses) in ferromagnetic steels within the elastic region and the plastic deformation region, according to any one of Claims 2-6, characterized by that it includes a temperature sensor (7) in the region of the steel where the stress measurement takes place, in order to measure the temperature with said temperature sensor (7) and to select the MASC curve of correlation of the magnetic response and the stresses in the steel as a function of temperature which is closest to the measured temperature and to remove the uncertainty of the measurement system due to the temperature gradient during the measurements.

8. Method of monitoring the distribution of hydraulic stresses (type I stresses) and residual stresses (type II and III stresses) in ferromagnetic steels within the elastic region and the plastic deformation region, characterized by including the following steps: placing on the surface of the examined ferromagnetic steel (5) a monitoring system consisting of a first arrangement of a first excitation/reception coil (3a) and a first biasing coil (2a) wrapped either concentrically around its cross-section or around the electromagnet legs (1 ) and by a second arrangement of a second excitation/reception coil (3b) and a second bias coil (2b) wound either concentrically around its cross-section or around the electromagnet legs (1'), the generation by said first excitation/reception coil (3a) of the first order low-frequency magnetic field as a consequence of which elastic waves are produced which propagate to the depth of the examined ferromagnetic steel (5) and are received by said second excitation/reception coil (3b) of the second order in which an output voltage proportional to the first derivative of said elastic wave is created, supplying said first biasing coil (2a) of the first arrangement with a current of adjustable intensity (H) which produces a biasing field during the generation of an elastic wave by said first excitation/reception coil (3a), where as a result of the bias field produced by the coil (2a) the magnetostriction (λ) is measured in the excitation region of the first order by measuring the maximum value of the output voltage (Vo) formed in said excitation/reception coil (3b), which is proportional to the average value of the magnetostriction (λ) of the volume of the examined ferromagnetic steel (5) according to either the formula:

for a surveillance system with coils wound concentrically around the ferromagnetic steel cross-section (5), either of the type:

for surveillance system with coils wound around electromagnet legs (1, 1') the supply of the said second biasing coil (2b) of the second device with a current of adjustable intensity (H) which produces a polarization field as a result of which the magnetic permeability (μ) is measured in the receiving area of the second device by measuring the maximum value of the output voltage ( Vo) formed in said excitation/reception coil (3b), which is proportional to the average value of the average magnetic permeability (μ) of the volume of the examined ferromagnetic steel (5) according to either the formula: for a surveillance system with coils wound concentrically around the cross-section of the ferromagnetic steel (5), either of the type:

for surveillance system with coils wound around electromagnet legs (1), (1') where C1, C2, C3, C4, are constants determined from experimental data reversing the functions of the first and second order coils by creating a low-frequency magnetic field as a result of which the elastic waves are generated and transmitted by said second excitation/reception coil (3b) and the measurement of the magnetostriction function (λ) in the volume of the ferromagnetic being examined of steel (5) in the excitation area of the second arrangement and of the magnetic permeability function (μ) in the volume of the examined ferromagnetic steel (5) in the receiving area of the first arrangement, the displacement of the consisting of said first and said second arrangement of the monitoring system in order to take measurements at successive positions of the ferromagnetic steel under examination (5) in order to take measurements of the function λ(H) and the function μ(H) and to determine the distribution of the algebraic sum of the hydraulic and residual stresses, the recording of the measurements obtained above in a monotonic correlation of the local value of the magnetic permeability μ with the local value of the algebraic sum of the residual stresses (type II and III stresses) and hydraulic stresses (type I stresses) in the measurement axis and in the excitation area and receiving elastic waves, where mechanical residual stresses (type II and III stresses) are measured by XRDBB and ND techniques for surface and deep measurements respectively), while hydraulic stress (type I stresses) is understood as a macroscopic stress assumed to be uniformly applied along the entire length of the steel, choosing one of the two monotonic functions μ(σ), based on the measured value of the function λ(H) in these two areas, where for each of the two mentioned monotonic value areas of function μ(σ) corresponds to one and only one sign of the function λ, which is opposite in the two mentioned areas, transforming the function μ(σ ) in monotonic, not only up to the positive and negative Villari point, but also up to the positive and negative UTS point, while monitoring the function λ(H)„ to achieve the appropriate magnetic stress calibration curves (Magnetic Stress Calibration Curves - MASCC) with which the magnetic permeability μ(σ) is related to the mechanical stress to measure the components of the algebraic sum of residual stresses (type II and III stresses) and hydraulic stress (type I stresses) of the ferromagnetic steel under consideration (5) and of the universality curve by normalizing the magnetic permeability µ at the Villari point and normalizing the mechanical stress at the yield point or UTS point.

9. Method for monitoring the distribution of hydraulic stresses (type I stresses) and residual stresses (type II and III stresses) in ferromagnetic steels within the elastic region and the plastic deformation region, according to claim 8, characterized in that the system monitoring device consists of a first arrangement of a first excitation/reception coil (3a) and a first biasing coil (2a) wound around the electromagnet legs (1) and of a second arrangement of a second excitation/reception coil (3b) and a second biasing coil (2b) wrapped around the electromagnet legs (1'), where after taking the measurements of the function λ(H) and the function μ(H) in each of the successive positions of the examined ferromagnetic steel (5) and before determining the distribution of the algebraic sum of the hydraulic and residual stresses, a rotation step of the system of electromagnets (1) and (1') is performed, in order to obtain measurements of function λ(H) and the function μ(H) and to determine the distribution tensor of the algebraic sum of the hydraulic and residual stresses.

10. Use of the system consisting of said first and said second arrangement for monitoring the distribution of hydraulic stresses (type I stresses) and residual stresses (type II and III stresses) on the surface of ferromagnetic steels (5) within the elastic region and area of plastic deformation to eliminate or adjust by thermal and/or mechanical treatment of the ferromagnetic steel (5) examined along the surface of the stresses to desired levels.