RU149689U1

RU149689U1 - METAL WIRES ULTRASONIC CONTROL

Info

Publication number: RU149689U1
Application number: RU2014129659/28U
Authority: RU
Inventors: Виталий Васильевич Муравьев; Ольга Владимировна Муравьева; Андрей Валерьевич Платунов
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2015-01-20

Abstract

1. Устройство ультразвукового контроля металлической проволоки, содержащее механизм перемотки проволоки, излучающий преобразователь, соединенный с генератором зондирующих электрических импульсов, и приемный преобразователь, соединенный с усилителем и блоком регистрации, излучающий и приемный преобразователи выполнены в виде электромагнитно-акустических преобразователей, отличающеесятем, что излучающий и приемный преобразователи выполнены многосекционными.2. Устройство ультразвукового контроля металлической проволоки по п.1, отличающеесятем, блок регистрации выполнен на основе цифрового осциллографа.3. Устройство ультразвукового контроля металлической проволоки по п.1, отличающееся тем, что блок регистрации выполнен на основе аналого-цифрового преобразователя, подключенного к персональному компьютеру.1. An ultrasonic monitoring device for a metal wire, comprising a wire rewinding mechanism, an emitting transducer connected to a probe of electric pulses, and a receiving transducer connected to an amplifier and a recording unit, radiating and receiving transducers are made in the form of electromagnetic-acoustic transducers, characterized in that and receiving converters are multi-sectional. 2. The device for ultrasonic monitoring of a metal wire according to claim 1, characterized in that the registration unit is made on the basis of a digital oscilloscope. The device for ultrasonic testing of a metal wire according to claim 1, characterized in that the registration unit is based on an analog-to-digital converter connected to a personal computer.

Description

Полезная модель относится к устройствам для исследования материалов с помощью ультразвуковых волн и может быть использована при контроле неравномерности распределения остаточных напряжений и структурного состояния металла по длине проволоки при приемочных испытаниях на метизных производствах.The utility model relates to devices for the study of materials using ultrasonic waves and can be used to control the uneven distribution of residual stresses and the structural state of the metal along the length of the wire during acceptance tests in hardware production.

Из уровня техники известен стационарный вихретоковый дефектоскоп для поточного контроля металлической проволоки Eddychek LAB2 (Неразрушающий контроль: справочник: в 7 т. Под общ. ред. В.В. Клюева), содержащий устройство перемотки проволоки, размагничивающее устройство, измерительный специализированный датчик, блок регистрации, блок маркировки дефектных участков [1].The prior art stationary eddy current flaw detector for flow control of a metal wire Eddychek LAB2 (Non-destructive testing: reference: 7 vol. Under the general editorship of VV Klyuyev), containing a wire rewinder, demagnetizing device, specialized measuring sensor, registration unit , block marking defective areas [1].

Недостатком известного технического решения, использующего в качестве метода контроля (определения механических напряжений) регистрацию изменения параметров вихревых токов, возникающих в металлической проволоке, являются:A disadvantage of the known technical solution, using as a control method (determination of mechanical stresses) the registration of changes in the parameters of eddy currents arising in a metal wire, are: ограничение по минимально возможному диаметру контролируемой проволоки (1 мм), низкая чувствительность к структурным неоднородностям.restriction on the smallest possible diameter of the controlled wire (1 mm), low sensitivity to structural inhomogeneities.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для структуроскопии металлической проволоки, содержащее калиброванное устройство натяжения, блок генерации, вырабатывающий короткие электрические импульсы, блок регистрации и подключенные к ним, соответственно, электромагнито-акустические излучатель и приемник (Исследования акустоупругих характеристик стержневой волны в термически обработанных стальных проволоках электромагнитно-акустическим методом / Муравьев В.В., Муравьева О.В., Злобин Д.В., Платунов А.В. // Дефектоскопия. - 2012. - №8. - с.6-8).Closest to the claimed technical solution is a device for structuretroscopy of a metal wire containing a calibrated tension device, a generation unit that generates short electrical pulses, a recording unit and connected, respectively, electromagnetic-acoustic emitter and receiver (Studies of acoustoelastic characteristics of a rod wave in heat-treated steel wires by the electromagnetic-acoustic method / Muravyov VV, Muravyova OV, Zlobin DV, Platunov AV // D efectoscopy. - 2012. - No. 8. - p.6-8).

Недостатком данного технического решения является то, что контроль возможен только коротких отдельных образцов проволоки. Устройство невозможно применить для сплошного контроля всего мотка проволоки. Кроме того, амплитуды снимаемых сигналов малы по амплитуде, что осложняет расшифровку результатов и автоматизацию процесса контроля [2].The disadvantage of this technical solution is that control is possible only for short individual wire samples. The device cannot be used for continuous monitoring of the entire coil of wire. In addition, the amplitudes of the recorded signals are small in amplitude, which complicates the decoding of the results and the automation of the control process [2].

Техническими задачами заявленной полезной модели являются: повышение технологичности устройства ультразвукового контроля металлической проволоки за счет применения бесконтактного способа ввода и приема упругих ультразвуковых волн, а также повышение точности контроля неравномерности распределения остаточных напряжений и структурного состояния металла по длине проволоки в процессе перемотки, путём применения многосекционных электромагнитно-акустических преобразователей.The technical objectives of the claimed utility model are: increasing the manufacturability of the device for ultrasonic testing of metal wire through the use of a non-contact method of input and receiving elastic ultrasonic waves, as well as improving the accuracy of monitoring the uneven distribution of residual stresses and the structural state of the metal along the length of the wire during rewinding, by using multi-section electromagnetic -acoustic transducers.

Указанные задачи решены за счет того, что в устройстве ультразвукового контроля металлической проволоки, содержащем механизм перемотки проволоки, излучающий преобразователь, соединенный с генератором зондирующих электрических импульсов, и приемный преобразователь, соединенный с усилителем и блоком регистрации, излучающий и приемный преобразователи выполнены в виде электромагнитно-акустических преобразователей. Упомянутые электромагнитно--акустические преобразователи выполнены многосекционными, а блок регистрации может быть выполнен, например, на основе цифрового осциллографа или аналого-цифрового преобразователя, подключенного к персональному компьютеру.These problems are solved due to the fact that in the device for ultrasonic monitoring of a metal wire containing a wire rewinding mechanism, an emitting transducer connected to an probe electric pulse generator and a receiving transducer connected to an amplifier and a recording unit, radiating and receiving transducers are made in the form of electromagnetic acoustic transducers. The mentioned electromagnetic - acoustic transducers are multi-sectional, and the registration unit can be performed, for example, on the basis of a digital oscilloscope or an analog-to-digital converter connected to a personal computer.

Положительный технический результат, обеспечиваемый указанной совокупностью признаков, состоит в следующем: выполнение излучающего и приемного преобразователей в виде электромагнитно-акустических преобразователей позволяет упростить устройство за счет исключения специальной контактной жидкости и необходимости сложной фокусировки волн, а выполнение электромагнитно-акустических преобразователей многосекционными позволяет повысить точность определения контролируемых свойств проволоки за счет увеличения отношения сигнал/шум снимаемого сигнала.A positive technical result provided by the indicated combination of features is as follows: the implementation of the emitting and receiving transducers in the form of electromagnetic-acoustic transducers allows to simplify the device by eliminating special contact fluid and the need for complex focusing of waves, and the implementation of electromagnetic-acoustic transducers with multisection allows to increase the accuracy of determination controlled properties of the wire by increasing the signal-to-noise ratio sn MAEM signal.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана общая схема устройства ультразвукового контроля металлической проволоки; на фиг. 2-многосекционный электромагнитно-акустический преобразователь.The utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general diagram of a device for ultrasonic testing of metal wire; in FIG. 2-sectional electromagnetic-acoustic transducer.

Устройство ультразвукового контроля металлической проволоки (фиг.1) содержит механизм перемотки проволоки, состоящий из ведущей (наматывающей) катушки 1, ведомой катушки 2 и направляющих роликов 3, излучающий электромагнитно-акустический преобразователь (ЭМАП) 4, соединенный с генератором 5 зондирующих электрических импульсов, приемный ЭМАП 6, соединенный с усилителем 7, и блок регистрации 8, подключенный к выходу усилителя. Блок регистрации может быть выполнен, например, на основе цифрового осциллографа или аналого-цифрового преобразователя, подключенного к персональному компьютеру. Излучающий (4) и приемный (6) ЭМАП, расположенные между направляющими роликами 3, могут быть выполнены проходными одноэлементными, при этом контролируемая проволока 9 пропускается через ЭМАП (фиг.1). Преобразователи могут быть выполнены многосекционными (фиг.2). Они состоят из последовательно соединенных обмоток 10, диэлектрического несущего каркаса 11 и постоянного магнита 12. Конструктивные размеры преобразователя (a, b, d, l, k) выбираются исходя из диаметра проволоки, ее магнитных свойств и параметров контроля. Увеличение регистрируемого сигнала на многосекционных ЭМАП достигнуто за счет расположения обмоток 10 (при последовательном соединении) таким образом, что принимаемый импульс на каждой из обмоток находится в синфазе.The device for ultrasonic control of a metal wire (Fig. 1) comprises a wire rewinding mechanism, consisting of a leading (winding) coil 1, a driven coil 2 and guide rollers 3, an emitting electromagnetic-acoustic transducer (EMAP) 4 connected to a probe 5 electric pulse generator, receiving EMAT 6 connected to the amplifier 7, and the registration unit 8 connected to the output of the amplifier. The registration unit can be performed, for example, based on a digital oscilloscope or analog-to-digital Converter connected to a personal computer. Radiating (4) and receiving (6) EMAT located between the guide rollers 3 can be made through single-element, while the monitored wire 9 is passed through EMAT (figure 1). The converters can be made multi-section (figure 2). They consist of series-connected windings 10, a dielectric supporting frame 11 and a permanent magnet 12. The design dimensions of the transducer (a, b, d, l, k) are selected based on the diameter of the wire, its magnetic properties and control parameters. The increase in the recorded signal at the multi-section EMAT is achieved due to the arrangement of the windings 10 (in series connection) so that the received pulse on each of the windings is in phase.

Устройство работает следующим образом. При перемотке проволоки с катушки 2 (фиг.1) на катушку 1 через направляющие ролики 3 генератор 5 вырабатывает короткие электрические импульсы высокой амплитуды, которые с помощью ЭМАП 4 преобразуются в акустические импульсы в проволоке. Акустическая волна проходит по проволоке на приемный ЭМАП б, преобразующий акустические колебания в электрические импульсы, проходящие через усилитель 7 в регистратор 8. По параметрам электрического сигнала определяются механические свойства (модуль упругости) проволоки 9.The device operates as follows. When the wire is rewound from coil 2 (Fig. 1) to coil 1 through guide rollers 3, the generator 5 generates high-amplitude short electrical pulses, which are converted into acoustic pulses in the wire using EMAT 4. An acoustic wave passes through the wire to the receiving EMAT b, which converts the acoustic vibrations into electrical pulses passing through the amplifier 7 to the recorder 8. The mechanical properties (elastic modulus) of the wire 9 are determined by the parameters of the electrical signal.

Наиболее информативен для обозначенной цели акустический метод контроля структурных изменений проволоки с использованием стержневой волны Похгаммера. Основным информативным параметром волны Похгаммера, регистрируемым предлагаемым устройством, является скорость С прохождения сигнала по участку проволоки между ЭМАП. При этом модуль упругости Е проволоки определяется по формуле Е = ρС² , где ρ - плотность материала. Изменение скорости волны Похгаммера, распространяющейся вдоль продольной оси проволоки с поляризацией в направлении продольной оси проволоки в условиях одноосных растяжений σ, может быть описано с помощью акустоупругого коэффициента β_с:The most informative for the indicated purpose is the acoustic method of monitoring structural changes in the wire using the Pohhammer rod wave. The main informative parameter of the Pohhammer wave recorded by the proposed device is the speed C of the signal passing through the wire section between the EMAT. In this case, the elastic modulus E of the wire is determined by the formula E = ρС ² , where ρ is the density of the material. The change in the velocity of the Pohhammer wave propagating along the longitudinal axis of the wire with polarization in the direction of the longitudinal axis of the wire under uniaxial tension σ can be described using the acoustoelastic coefficient β _c :

где σ - продольная растягивающая нагрузка, С₀ - начальное значение скорости, ΔС - изменение скорости при приложении растягивающей нагрузки [2].where σ is the longitudinal tensile load, С ₀ is the initial value of the velocity, ΔС is the change in speed upon application of the tensile load [2].

В случае применения ЭМАП многосекционного типа удается достичь большего отношения сигнал/шум снимаемого сигнала, что позволяет повысить чувствительность контроля, а также обеспечить контроль проволок с меньшей эффективностью электромагнитно-акустического преобразования (контроль проволок из магнитномягких материалов).In the case of application of a multi-section type EMAT, it is possible to achieve a higher signal-to-noise ratio of the recorded signal, which makes it possible to increase the sensitivity of control, as well as to provide control of wires with lower efficiency of electromagnetic-acoustic conversion (control of wires from soft magnetic materials).

Таким образом, предлагаемое устройство не зависит от качества контакта, не требует применения фокусирующих линз и контактной жидкости, имеет большую чувствительность, чем известные аналоги при контроле металлических проволок малых диаметров.Thus, the proposed device does not depend on the quality of the contact, does not require the use of focusing lenses and contact fluid, has greater sensitivity than the known analogues when monitoring metal wires of small diameters.

Список использованных источников:List of sources used:

1. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 2: В 2 кн. - М: Машиностроение, 2003. - 688 с: ил. - стр. 616-617.1. Non-destructive testing: Reference: In 7 t. Under the general. ed. V.V. Klyueva. T. 2: In 2 book. - M: Engineering, 2003. - 688 s: silt. - p. 616-617.

2. Исследования акустоупругих характеристик стержневой волны в термически обработанных стальных проволоках электромагнитно-акустическим методом / Муравьев В.В., Муравьева О.В., Злобин Д.В., Платунов А.В. // Дефектоскопия. - 2012. - №8, с. 3-15.2. Studies of the acoustoelastic characteristics of a core wave in heat-treated steel wires by the electromagnetic-acoustic method / Muravyov VV, Muravyova OV, Zlobin DV, Platunov AV // Defectoscopy. - 2012. - No. 8, p. 3-15.

Claims

1. An ultrasonic control device for a metal wire, comprising a wire rewinding mechanism, an emitting transducer connected to a probe of electrical pulses, and a receiving transducer connected to an amplifier and a recording unit, radiating and receiving transducers are made in the form of electromagnetic acoustic transducers, characterized the fact that the emitting and receiving converters are multi-sectional.

2. The device for ultrasonic testing of a metal wire according to claim 1, characterized the registration unit is based on a digital oscilloscope.

3. The device for ultrasonic monitoring of a metal wire according to claim 1, characterized in that the registration unit is made on the basis of an analog-to-digital converter connected to a personal computer.