RU121597U1

RU121597U1 - SUPPLIED MAGNETIZING DEVICE

Info

Publication number: RU121597U1
Application number: RU2012121292/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Захаров; Сергей Михайлович Молин; Сергей Викторович Леньков; Александр Александрович Зотов
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2012-10-27

Abstract

1. Приставное намагничивающее устройство, содержащее корпус с установленным на нем двухполюсным намагничивающим элементом на основе электромагнита или постоянного магнита с плоскостью намагничивания, перпендикулярной направлению передвижения устройства, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено одним или несколькими двухполюсными намагничивающими элементами на основе электромагнита или постоянного магнита с плоскостями намагничивания, перпендикулярными направлению передвижения устройства и установленными у основного намагничивающего элемента со стороны, противоположной направлению движения устройства, причем первый или несколько последующих дополнительных намагничивающих элементов выполнены с намагничивающими силами, обеспечивающими одинаковое заданное воздействие на намагничиваемое изделие, а один или несколько последующих за ними намагничивающих элементов выполнены с намагничивающими силами, обеспечивающими последовательное снижение магнитного поля в изделии до нуля с градиентом его изменения по длине устройства, не большим заданного. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено двумя ферромагнитными пластинами, замыкающими одноименные полюсы намагничивающих элементов. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено одним или несколькими измерителями магнитного поля, установленными у рабочей поверхности устройства между полюсами намагничивающих элементов, с осью чувствительности, перпендикулярной направлению движения устройства и параллельной его рабочей поверхности. ! 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что измерите 1. Attached magnetizing device containing a housing with a bipolar magnetizing element installed on it based on an electromagnet or a permanent magnet with a magnetizing plane perpendicular to the direction of movement of the device, characterized in that it is additionally equipped with one or more bipolar magnetizing elements based on an electromagnet or a permanent magnet magnetizing planes perpendicular to the direction of movement of the device and installed at the main magnetizing element on the side opposite to the direction of movement of the device, and the first or several subsequent additional magnetizing elements are made with magnetizing forces that provide the same specified effect on the magnetized product, and one or more subsequent magnetizing elements are made with magnetizing forces, ensuring a consistent decrease in the magnetic field in the product to zero with a gradient ohm of its change along the length of the device, not larger than the given one. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with two ferromagnetic plates closing the poles of the same name of the magnetizing elements. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with one or more magnetic field meters installed at the working surface of the device between the poles of the magnetizing elements, with the axis of sensitivity perpendicular to the direction of movement of the device and parallel to its working surface. ! 4. The device according to claim 3, characterized in that measure

Description

Полезная модель относится к области измерения магнитных параметров ферромагнитных материалов и может быть применена, например, для определения свойств и напряженно-деформированного состояния различных ферромагнитных изделий по параметрам поля остаточного намагничения.The utility model relates to the field of measuring the magnetic parameters of ferromagnetic materials and can be used, for example, to determine the properties and stress-strain state of various ferromagnetic products from the parameters of the field of remanent magnetization.

Известны приставные (накладные) намагничивающие устройства в составе приборов для определения коэрцитивной силы ферромагнитных материалов на образцах и изделиях разнообразной формы и размеров [1]. Они содержат разомкнутый П- или С-образный магнитопровод, замыкаемый контролируемым изделием, с установленными на нем одной или двумя катушками (обмотками), соединенными с источником питания. При определении коэрцитивной силы устройство устанавливается на контролируемое изделие, в катушку магнитопровода подается намагничивающий ток от источника питания, после выключения которого определяется ток размагничивания, пропорциональный коэрцитивной силе контролируемого изделия.Known attached (overhead) magnetizing devices as part of devices for determining the coercive force of ferromagnetic materials on samples and products of various shapes and sizes [1]. They contain an open P- or C-shaped magnetic circuit, closed by a controlled product, with one or two coils (windings) installed on it, connected to a power source. When determining the coercive force, the device is installed on the controlled product, the magnetizing current from the power source is supplied to the coil of the magnetic circuit, after turning off the magnetization current, proportional to the coercive force of the controlled product.

Недостатком таких устройств является большое энергопотребление при намагничивании изделия и связанные с этим трудности применения аппаратуры с автономным питанием. Кроме того, они обладают низким быстродействием, что ограничивает их функциональные возможности, особенно при контроле протяженных объектов и изделий с развитой поверхностью.The disadvantage of such devices is the high power consumption during magnetization of the product and the associated difficulties with the use of self-powered equipment. In addition, they have low speed, which limits their functionality, especially when monitoring extended objects and products with a developed surface.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является намагничивающее устройство в составе передвижного (сканирующего) коэрцитиметра [2]. Оно содержит корпус и двухполюсный намагничивающий элемент на основе электро- или постоянного магнита. При определении коэрцитивной силы намагничивающее устройство устанавливается на контролируемое изделие и перемещается вдоль заданного направления с образованием в изделии полосы остаточного намагничения с поперечной к направлению передвижения устройства намагниченностью. Вслед за этим вдоль намагниченной полосы производится считывание параметра магнитного поля, пропорционального коэрцитивной силе контролируемого изделия, с помощью сканирующего измерителя (датчика) магнитного поля.Closest to the proposed technical solution is a magnetizing device as part of a mobile (scanning) coercimeter [2]. It contains a housing and a bipolar magnetizing element based on an electro- or permanent magnet. When determining the coercive force, the magnetizing device is installed on the controlled product and moves along a predetermined direction with the formation of a strip of residual magnetization in the product with magnetization transverse to the direction of movement of the device. Following this, along the magnetized strip, the magnetic field parameter proportional to the coercive force of the product being monitored is read with a scanning magnetic field meter (sensor).

Недостатком известного намагничивающего устройства являются ограниченные функциональные возможности из-за больших погрешностей измерения, возникающих при намагничивании изделий со скоростями сканирования, превышающими заданные значения.A disadvantage of the known magnetizing device is limited functionality due to the large measurement errors that occur during magnetization of products with scanning speeds exceeding predetermined values.

Предлагаемая полезная модель направлена на снижение погрешностей измерения, связанных со скоростью передвижения намагничивающего устройства, и расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения номенклатуры контролируемых изделий.The proposed utility model is aimed at reducing measurement errors associated with the speed of movement of the magnetizing device, and expanding the functionality of the device by increasing the range of controlled products.

Указанный технический результат достигается тем, что приставное намагничивающее устройство, содержащее корпус с установленным на нем двухполюсным намагничивающим элементом на основе электромагнита или постоянного магнита с плоскостью намагничивания, перпендикулярной направлению передвижения устройства, согласно полезной модели, дополнительно снабжено одним или несколькими двухполюсными намагничивающими элементами на основе электромагнита или постоянного магнита с плоскостями намагничивания, перпендикулярными направлению передвижения устройства, и установленными у основного намагничивающего элемента со стороны, противоположной направлению движения устройства. Первый или несколько последующих дополнительных намагничивающих элементов выполнены с намагничивающими силами, обеспечивающими одинаковое заданное воздействие на намагничиваемое изделие, а один или несколько последующих за ними намагничивающих элементов выполнены с намагничивающими силами, обеспечивающими последовательное снижение магнитного поля в изделии до нуля с градиентом его изменения по длине устройства, не большим заданного.The specified technical result is achieved by the fact that the attached magnetizing device comprising a housing with a bipolar magnetizing element mounted thereon based on an electromagnet or a permanent magnet with a magnetization plane perpendicular to the direction of movement of the device, according to a utility model, is additionally equipped with one or more bipolar magnetizing elements based on electromagnet or a permanent magnet with magnetization planes perpendicular to the direction of motion device and installed at the main bias element on the side opposite the direction of motion of the device. The first or several subsequent additional magnetizing elements are made with magnetizing forces providing the same predetermined effect on the magnetized product, and one or more subsequent magnetizing elements are made with magnetizing forces providing a sequential decrease in the magnetic field in the product to zero with a gradient of change along the length of the device not large given.

Кроме того, устройство может быть дополнительно снабжено двумя ферромагнитными пластинами, замыкающими одноименные полюсы намагничивающих элементов.In addition, the device can be additionally equipped with two ferromagnetic plates, closing the same poles of the magnetizing elements.

Устройство может быть снабжено одним или несколькими измерителями магнитного поля, установленными у рабочей поверхности устройства между полюсами намагничивающих элементов, преимущественно элементов с максимальной намагничивающей силой, и осью чувствительности, перпендикулярной направлению движения устройства, а также измерителем пути и элементами качения по поверхности намагничиваемого изделия.The device can be equipped with one or more magnetic field meters installed on the working surface of the device between the poles of the magnetizing elements, mainly elements with the maximum magnetizing force, and a sensitivity axis perpendicular to the direction of movement of the device, as well as a path meter and rolling elements on the surface of the magnetized product.

Введение в намагничивающее устройство дополнительных двухполюсных намагничивающих элементов с заданными намагничивающим силами позволяет регулировать степень уменьшения магнитного поля, создаваемого устройством, до нуля в направлении, противоположном направлению передвижения устройства. Это, в свою очередь, обеспечивает плавное снижение магнитного поля в контролируемом изделии при его намагничивании и сохранение остаточной намагниченности в изделии за счет уменьшения влияния вихревых токов.The introduction into the magnetizing device of additional bipolar magnetizing elements with predetermined magnetizing forces allows you to adjust the degree of decrease in the magnetic field generated by the device to zero in the direction opposite to the direction of movement of the device. This, in turn, provides a smooth decrease in the magnetic field in the controlled product during its magnetization and the preservation of residual magnetization in the product by reducing the influence of eddy currents.

Введение в устройство двух ферромагнитных пластин, замыкающих одноименные полюсы намагничивающих элементов, позволяет выравнивать магнитное поле, воздействующее на контролируемое изделие, при переходе от одного намагничивающего элемента к другому.The introduction of two ferromagnetic plates into the device, closing the same poles of the magnetizing elements, allows you to align the magnetic field acting on the controlled product, when moving from one magnetizing element to another.

Применение в устройстве одного или нескольких измерителей магнитного поля, установленных у рабочей поверхности устройства между полюсами намагничивающих элементов, расширяет функциональные возможности устройства за счет определения в контролируемых изделиях дефектов, расположенных в межполюсном пространстве намагничивающего устройства.The use in the device of one or more magnetic field meters installed on the working surface of the device between the poles of the magnetizing elements expands the functionality of the device by identifying defects in the controlled products located in the interpolar space of the magnetizing device.

Введение в устройство измерителя пути позволяет определять координаты выявленных в процессе намагничивания изделия дефектов, а с применением элементов качения по поверхности намагничиваемого изделия повышается удобство пользования прибором.Introduction to the device of the path meter allows you to determine the coordinates of defects detected during magnetization of the product, and with the use of rolling elements on the surface of the magnetized product, the convenience of using the device is increased.

Приставное намагничивающее устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - один из намагничивающих элементов в разрезе, на фиг.3 - зависимость магнитной индукции В в заданном сечении контролируемого изделия при последовательном расположении над ним намагничивающих элементов 1-6.Attached magnetizing device is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the device; figure 2 is one of the magnetizing elements in the context, figure 3 is the dependence of the magnetic induction In a given section of the controlled product with a sequential location above it of the magnetizing elements 1-6.

Устройство (фиг.1, 2) состоит из двухполюсных намагничивающих элементов 1-6 в виде электромагнитов, закрепленных на корпусе 7. Плоскость намагничивания элементов перпендикулярна направлению передвижения устройства (показано стрелкой на фиг.1) по поверхности контролируемого ферромагнитного изделия 8. Намагничивающие элементы 1 и 2 выполнены с намагничивающими силами, обеспечивающими одинаковое заданное воздействие на намагничиваемое изделие (например, до состояния, близкого к техническому насыщению материала), а последующие за ними элементы 3-6 выполнены с намагничивающими силами, обеспечивающими последовательное снижение магнитного поля в изделии до нуля с градиентом его изменения по длине устройства, не большим заданного. Намагничивающие элементы 1-6 устройства могут быть выполнены также на основе постоянных магнитов.The device (figure 1, 2) consists of bipolar magnetizing elements 1-6 in the form of electromagnets mounted on the housing 7. The plane of magnetization of the elements is perpendicular to the direction of movement of the device (shown by the arrow in figure 1) on the surface of the monitored ferromagnetic product 8. Magnetizing elements 1 and 2 are made with magnetizing forces providing the same predetermined effect on the magnetizable product (for example, to a state close to the technical saturation of the material), and the subsequent elements s 3-6 are configured magnetizing forces ensuring consistent reduction of the magnetic field in the product to zero with a gradient of change along the length of the device is not greater than a predetermined. Magnetizing elements 1-6 of the device can also be made on the basis of permanent magnets.

Намагничивающее устройство может быть снабжено двумя ферромагнитными пластинами 9 (фиг.2), замыкающими одноименные полюсы намагничивающих элементов 1-6, а также одним или несколькими измерителями 10 магнитного поля, установленными у рабочей поверхности устройства между полюсами намагничивающих элементов (преимущественно, элементов 1 и/или 2 с максимальной намагничивающей силой), с осью чувствительности, перпендикулярной направлению движения устройства и параллельной его рабочей поверхности.The magnetizing device can be equipped with two ferromagnetic plates 9 (figure 2), closing the same poles of the magnetizing elements 1-6, as well as one or more meters 10 of the magnetic field mounted on the working surface of the device between the poles of the magnetizing elements (mainly elements 1 and / or 2 with the maximum magnetizing force), with the sensitivity axis perpendicular to the direction of movement of the device and parallel to its working surface.

Устройство может быть дополнительно снабжено измерителем пути и элементами качения по поверхности намагничиваемого изделия (на фигурах не показаны).The device can be additionally equipped with a path meter and rolling elements on the surface of the magnetized product (not shown in the figures).

Намагничивающее устройство (фиг.1, 2) работает следующим образом. При перемещении устройства по поверхности контролируемого изделия 8 в направлении, показанном стрелкой на фиг.1, в том или ином сечении изделия (фиг.2) последовательно создается магнитное поле (магнитная индукция В), имеющее максимальное значение при прохождении намагничивающих элементов 1 и 2 (кривые на фиг.3) и уменьшающееся с прохождением элементов 3-6. В результате изделие намагничивается до заданного состояния, например, близкого к техническому насыщению материала, а после удаления намагничивающего устройства с поверхности изделия в последнем образуется полоса с остаточной намагниченностью. По параметрам магнитного поля над намагниченной полосой определяется структура или напряженно-деформированное состояние материала (средства измерения остаточного магнитного поля изделия на фигурах не показаны).The magnetizing device (figure 1, 2) works as follows. When moving the device along the surface of the controlled product 8 in the direction shown by the arrow in Fig. 1, in one or another section of the product (Fig. 2), a magnetic field (magnetic induction B) is created successively, having a maximum value when magnetizing elements 1 and 2 pass ( curves in figure 3) and decreasing with the passage of elements 3-6. As a result, the product is magnetized to a predetermined state, for example, close to the technical saturation of the material, and after removal of the magnetizing device from the surface of the product, a strip with residual magnetization is formed in the latter. By the parameters of the magnetic field above the magnetized strip, the structure or stress-strain state of the material is determined (means for measuring the residual magnetic field of the product are not shown in the figures).

При использовании одного намагничивающего элемента, например, элемента 1 (фиг.1), и медленном перемещении его по изделию 8 материал последнего успевает намагнититься до заданного состояния, а вихревые токи, образующиеся в материале при снижении магнитного потока от перемещающегося намагничивающего элемента, незначительны и не приводят к снижению полученной остаточной намагниченности. Однако при превышении скорости передвижения намагничивающего элемента выше некоторого критического значения V_кр материал изделия не успевает намагничиваться элементом 1 в силу ограниченных размеров последнего в направлении перемещения. Это объясняется двумя причинами: влиянием вихревых токов, препятствующих нарастанию магнитного потока в изделии, и наличием магнитной вязкости материала. С другой стороны, при наличии достаточной (при заданном значении скорости перемещения устройства относительно контролируемого изделия) для надежного намагничивания материала длины элемента 1 (или суммарной длины элементов 1 и 2) вдоль направления перемещения устройства снижение остаточного магнитного поля изделия может произойти за счет влияния вихревых токов, возникающих на выходе элементов из зоны намагничивания. Вихревые токи возникают из-за резкого снижения магнитного потока от намагничивающего элемента и частично размагничивают предыдущие участки изделия, что приводит к уменьшению остаточной намагниченности в намагниченной полосе и снижает достоверность контроля.When using one magnetizing element, for example, element 1 (Fig. 1), and slowly moving it through the product 8, the material of the latter manages to magnetize to a predetermined state, and the eddy currents generated in the material when the magnetic flux decreases from the moving magnetizing element are insignificant and not lead to a decrease in the resulting residual magnetization. However, when the movement speed of the magnetizing element is exceeded above a certain critical value V _cr , the product material does not have time to magnetize by element 1 due to the limited dimensions of the latter in the direction of movement. This is due to two reasons: the influence of eddy currents that prevent the growth of magnetic flux in the product, and the presence of magnetic viscosity of the material. On the other hand, if there is sufficient (for a given value of the device moving speed relative to the controlled product) for reliable magnetization of the material the length of element 1 (or the total length of elements 1 and 2) along the direction of movement of the device, a decrease in the residual magnetic field of the product can occur due to the influence of eddy current arising at the exit of elements from the magnetization zone. Eddy currents arise due to a sharp decrease in the magnetic flux from the magnetizing element and partially demagnetize the previous sections of the product, which leads to a decrease in the residual magnetization in the magnetized strip and reduces the reliability of the control.

Для исключения влияния вихревых токов и магнитной вязкости материала на величину остаточной намагниченности изделия необходимо обеспечить некоторый градиент изменения (снижения после максимального значения) магнитного поля намагничивающего устройства по длине l, т.е. dB/dl (фиг.3). Это осуществляется с помощью соответствующего выбора намагничивающих сил элементов 3-6, например, путем последовательного уменьшения тока в элементах. Расчет необходимого градиента dB/dl производится исходя из заданной максимальной скорости V_м взаимного перемещения намагничивающего устройства и контролируемого изделия на основании следующих зависимостей.To exclude the influence of eddy currents and magnetic viscosity of the material on the value of the residual magnetization of the product, it is necessary to provide some gradient of change (decrease after the maximum value) of the magnetic field of the magnetizing device along the length l, i.e. dB / dl (figure 3). This is done using the appropriate selection of the magnetizing forces of the elements 3-6, for example, by sequentially reducing the current in the elements. The calculation of the required dB / dl gradient is based on the given maximum speed V _{m of the} mutual displacement of the magnetizing device and the controlled product based on the following relationships.

Вихревые токи в том или ином месте изделия определяются скоростью изменения магнитной индукции В во времени t, т.е. величиной dB/dt=(dB/dl)(dl/dt) или dB/dt=V(dB/dl), где V=dl/dt - скорость перемещения намагничивающего устройства. На основании известных параметров для данного типа изделий - градиента (dB/dl)₁ одиночного намагничивающего элемента и соответствующей ему критической скорости V_кр, определяем необходимый при заданной скорости V_м минимально допустимый градиент уменьшения магнитного поля устройства из нескольких намагничивающих элементов по формуле dB/dl=V_м(dB/dl)₁/V_кр.Eddy currents in one place or another of the product are determined by the rate of change of magnetic induction B in time t, i.e. dB / dt = (dB / dl) (dl / dt) or dB / dt = V (dB / dl), where V = dl / dt is the speed of movement of the magnetizing device. Based on the known parameters for this type of product - the gradient (dB / dl) _{1 of a} single magnetizing element and the corresponding critical velocity V _cr , we determine the minimum permissible gradient of decreasing the magnetic field of a device from several magnetizing elements at a given speed V _m using the formula dB / dl = V _m (dB / dl) ₁ / V _cr

Введение в устройство двух ферромагнитных пластин 9, замыкающих одноименные полюсы намагничивающих элементов 1-6, позволяет выравнивать магнитное поле, воздействующее на контролируемое изделие, при переходе от одного намагничивающего элемента к другому (фиг.3). В отсутствие пластин 9 магнитное поле между намагничивающими элементами может иметь минимумы (пунктирная кривая на фиг.3), а наличие пластин обеспечивает более плавное изменение магнитного поля (сплошная кривая на фиг.3).The introduction into the device of two ferromagnetic plates 9, closing the same poles of the magnetizing elements 1-6, allows you to align the magnetic field acting on the controlled product, when moving from one magnetizing element to another (figure 3). In the absence of plates 9, the magnetic field between the magnetizing elements can have minima (dashed curve in Fig. 3), and the presence of the plates provides a smoother change in the magnetic field (solid curve in Fig. 3).

Применение в намагничивающем устройстве одного или нескольких измерителей 10 магнитного поля (фиг.2), установленных у рабочей поверхности устройства между полюсами намагничивающих элементов, позволяет в процессе намагничивания выявлять в приповерхностных областях изделия дефекты (трещины, пустоты, немагнитные включения и т.д.), ориентированные преимущественно по направлению перемещения намагничивающего устройства («продольные» дефекты), т.е. перпендикулярно плоскости намагничивания. Для определения координат дефектов может быть использован измеритель пути, установленный на корпусе устройства (на фигурах не показан).The use in the magnetizing device of one or more meters 10 of the magnetic field (Fig. 2), installed at the working surface of the device between the poles of the magnetizing elements, allows the process of magnetization to detect defects in the surface areas of the product (cracks, voids, non-magnetic inclusions, etc.) oriented primarily in the direction of movement of the magnetizing device (“longitudinal” defects), i.e. perpendicular to the plane of magnetization. To determine the coordinates of defects, a path meter mounted on the device case (not shown in the figures) can be used.

Источники информацииInformation sources

1. Горкунов Э.С., Захаров В.А. Коэрцитиметры с приставными магнитными устройствами (обзор). - Дефектоскопия, 1995, №8, с.69-88.1. Gorkunov E.S., Zakharov V.A. Coercimeters with attached magnetic devices (overview). - Defectoscopy, 1995, No. 8, pp. 69-88.

2. Приставное устройство коэрпитиметра. Описание изобретения к патенту РФ №2327180, G01R 33/12.2. Attachment device coerpimeter. Description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2327180, G01R 33/12.

Claims

1. An attached magnetizing device comprising a housing with a bipolar magnetizing element mounted thereon based on an electromagnet or a permanent magnet with a magnetization plane perpendicular to the direction of movement of the device, characterized in that it is additionally equipped with one or more bipolar magnetizing elements based on an electromagnet or a permanent magnet magnetization planes perpendicular to the direction of movement of the device and installed at the main of the magnetizing element from the side opposite to the direction of movement of the device, the first or several subsequent additional magnetizing elements made with magnetizing forces providing the same desired effect on the magnetized product, and one or more subsequent magnetizing elements made with magnetizing forces providing a consistent decrease in the magnetic field in the product to zero with a gradient of its change along the length of the device, not greater than the specified.

2. The device according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with two ferromagnetic plates, closing the same poles of the magnetizing elements.

3. The device according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with one or more magnetic field meters installed at the working surface of the device between the poles of the magnetizing elements, with a sensitivity axis perpendicular to the direction of movement of the device and parallel to its working surface.

4. The device according to claim 3, characterized in that the magnetic field meters are installed between the poles of the magnetizing elements with the maximum magnetizing force.

5. The device according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with a path meter.

6. The device according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with rolling elements on the surface of the magnetized product.