RU1777067C

RU1777067C - Method of determination of parameters of surface defect of type of crack on ferromagnetic object

Info

Publication number: RU1777067C
Application number: SU894730237A
Authority: RU
Inventors: Ринат Васикович Загидулин; Вильям Вячеславович Дякин; Михаил Степанович Дударев; Александр Сергеевич Шлеенков; Виталий Евгеньевич Щербинин
Original assignee: Институт физики металлов Уральского отделения АН СССР
Priority date: 1989-08-16
Filing date: 1989-08-16
Publication date: 1992-11-23

Abstract

Изобретение относитс к неразрушающему контролю и может быть использовано дл измерени параметров дефектов в ферромагнитных объектах. Повышение точности определени параметров дефектов достигаетс за счет итерационного уточнени результатов измерени . Тангенциальна составл юща магнитных потоков рассе ни измер етс при нескольких значени х рабочего зазора датчика над образцом с дефектом, считываемые значени сигналов датчика обрабатываютс по алгоритму интерпробации на ЭВМ. ЈThe invention relates to non-destructive testing and can be used to measure defect parameters in ferromagnetic objects. Improving the accuracy of defect parameter determination is achieved by iteratively refining the measurement results. The tangential component of the scattering magnetic flux is measured at several values of the working gap of the sensor over the defective sample, and the read values of the sensor signals are processed by the computer interpolation algorithm. Ј

Description

Изобретение относитс к области неразрушающего контрол изделий и материалов и может быть использовано в машиностроительной, металлургической и металлообрабагывающей промышленности при дефектоскопии изделий и конструкций из ферромагнитных материалов и сплавов.The invention relates to the field of non-destructive testing of products and materials and can be used in the engineering, metallurgical and metal processing industries for inspection of products and structures from ferromagnetic materials and alloys.

Известен электропотенциальный способ определени параметров поверхностного дефекта типа трещины 1, заключающийс в пропускании посто нного электрического тока, через контролируемое изделие с помощью токовых электродов, расположеннь по обе стороны от трещины на линии, перпендикул рной ее длине, и измерении падени напр жени между точками соприкосновени токовых электродов с изделием, которое пропорционально глубине дефекта.A known electropotential method for determining the parameters of a surface defect such as crack 1, which consists in passing a constant electric current through a controlled product using current electrodes, located on both sides of the crack on a line perpendicular to its length, and measuring the voltage drop between the points of contact of the current electrodes with a product that is proportional to the depth of the defect.

Недостатком этого способа применительно к контролю качества изделий из ферромагнитных материалов вл ютс мала точность определени глубины трещины, св занна с объемным растеканием тока в контролируемом изделии, из-за чего дл определени глубины дефекта необходимо знать его прот женность на поверхности издели , невозможность определени ширины трещины, св занна со слабой зависимостью падени напр жени между токовыми электродами от этого параметра, мала производительность и непригодность способа дл контрол изделий в производственном потоке, что св зано с трудностью обеспечени надежного контакта токовых электродов с поверхностью контролируемого издели , возникновением сильных элект NJ VJ Ч| О ОThe disadvantage of this method in relation to the quality control of products made of ferromagnetic materials is the low accuracy of determining the crack depth associated with volumetric spreading of current in the controlled product, because of which, to determine the depth of a defect, it is necessary to know its length on the surface of the product, the impossibility of determining the crack width due to the weak dependence of the voltage drop between current electrodes on this parameter, the productivity and unsuitability of the method for monitoring products in zvodstvennom stream that is associated with the difficulty of providing reliable current electrode contact with the surface of Controlled article the appearance of strong electron NJ VJ H | Oh Oh

44

рических помех из-за искрени токовых контактов.crosstalk due to sparking current contacts.

Наиболее близким решением поставленной проблемы вл етс способ определени параметров поверхностного дефекта 2, заключающийс в том, что контролируемое изделие намагничивают посто нным магнитным полем, измер ют тангенциальную и нормальную составл ющие магнитного пол дефекта на поверхности издели , определ ют координаты точек на поверхности издели , где тангенциальна составл юща имеет максимальную величину и нули, а нормальна составл юща имеет экстремальное значение, определ ют координаты точек, где тангенциальна и нормальна составл ющие пол дефекта равны друг другу, затем ввод т координаты точек и соответствующие им значени тангенциальной и нормальной составл ющие магнитного пол дефекта, величину посто нного намагничивающего тока, магнитной проницаемости в этом посто нном поле и максимальной магнитном проницаемости материала издели в ЭВМ, где обрабатывают эту информацию по заданному алгоритму на основе модели углубленный линейный диполь и получают искомые параметры.The closest solution to this problem is a method for determining the parameters of surface defect 2, namely, that the controlled product is magnetized by a constant magnetic field, the tangential and normal components of the magnetic field of the defect on the surface of the product are measured, the coordinates of the points on the surface of the product are determined, where the tangential component has a maximum value and zeros, and the normal component has an extreme value, the coordinates of the points where the tangential and normal The total components of the defect field are equal to each other, then the coordinates of the points and the corresponding values of the tangential and normal components of the defect magnetic field, the value of the constant magnetizing current, the magnetic permeability in this constant field and the maximum magnetic permeability of the material of the product in a computer are introduced, where process this information according to a given algorithm based on the model of an in-depth linear dipole and obtain the desired parameters.

Однако вз тый за прототип способ 2 имеет следующие недостатки:However, taken as a prototype method 2 has the following disadvantages:

1.Низкую точность определени параметров поверхностного дефекта, св занную с тем, что способ не учитывает причины, вызывающие случайные флуктуации магнитного пол . Например, при определении координат точек, где тангенциальна составл юща имеет нулевое значение, суммарное измеренное поле, которое по величине близко к внешнему намагничивающему полю, вычитают из величины внешнего магнитного пол . Эта разность имеет величину пор дка абсолютной погрешности измерени внешнего магнитного пол , поэтому погрешность определени координаты точки, где тангенциальна составл юща магнитного пол трещина равна нулю, весьма велика и сильно зависит от флуктуации магнитного пол и точности измерени магнитного пол .1. The low accuracy of determining the parameters of a surface defect due to the fact that the method does not take into account the causes of random fluctuations of the magnetic field. For example, when determining the coordinates of points where the tangential component has a zero value, the total measured field, which is close in magnitude to the external magnetizing field, is subtracted from the value of the external magnetic field. This difference has a magnitude of the order of the absolute error in measuring the external magnetic field; therefore, the error in determining the coordinate of the point where the tangential component of the magnetic field crack is zero is very large and strongly depends on the fluctuation of the magnetic field and the accuracy of the measurement of the magnetic field.

2.Низкую производительность способа , св занную со сложностью его реализации . Дл эффективности работы способа требуетс априорна информаци (величина магнитных характеристик контролируемого издели - магнитна проницаемость материала ft при данной величине внешнего магнитного пол Но. максимальна магнитна проницаемость материала, высокостабильное намагничивающее поле Но. координаты точек расположени преобразователей пол и величины пол дефекта в этих точках), однако получение такой информации вл етс очень сложной практической задачей.2. The low productivity of the method associated with the complexity of its implementation. The efficiency of the method requires a priori information (the magnitude of the magnetic characteristics of the monitored product is the magnetic permeability of the material ft for a given external magnetic field Ho. however, obtaining such information is a very difficult practical task.

Целью изобретени вл етс повышение точности определени параметров поверхностного дефекта типа трещины.The aim of the invention is to increase the accuracy of determining the parameters of a surface defect such as a crack.

Поставленна цель достигаетс тем, чтоThe goal is achieved in that

в известном способе определени параметров поверхностного дефекта, заключающемс в намагничивании ферромагнитной пластины толщиной d посто нным магнитным полем, измерении изменени in the known method for determining the parameters of a surface defect, which consists in magnetizing a ferromagnetic plate of thickness d with a constant magnetic field, measuring the change

максимального значени тангенциальной составл ющей магнитного пол над дефектом в совокупности точек с разными зазорами над поверхностью образца, измерении координат этих точек и определении поthe maximum value of the tangential component of the magnetic field over the defect in a set of points with different gaps above the surface of the sample, measuring the coordinates of these points and determining from

совокупности измеренных значений параметров поверхностной трещины, предварительно с помощью контрольных образцов интерпретируют результаты измерений не менее чем в двух точках с разными зазорами , пользу сь математической моделью полей рассе ни дефекта:the totality of the measured values of the surface crack parameters, previously using control samples, interpret the measurement results at at least two points with different gaps, using the mathematical model of defect scattering fields:

A h (у + 2 d)A h (y + 2 d)

Ь2 + (у + 2 d - h)2 b2 + (у + 2 d + h)2B2 + (y + 2 d - h) 2 b2 + (y + 2 d + h) 2

4040

(1)(1)

где о - поверхностна плотность магнитных зар дов;where o is the surface density of magnetic charges;

у - высота расположени измерител y is the height of the meter

над поверхностью издели .above the surface of the product.

При превышении допустимой погрешности провод т дополнительные измерени в новой точке с другим зазором и интерпретацию результата по расширенному множеству измеренных значений, добившись погрешности, не превышающей допустимую , или ее стабилизации, измер ют значени Нхт в полученной совокупности точек над контролируемым участком и по ним интерпретируют результат измерени , пользу- сь тем же алгоритмом, что и на предварительном этапе.If the permissible error is exceeded, additional measurements are carried out at a new point with a different gap, and the result is interpreted using an expanded set of measured values, achieving an error not exceeding the permissible one, or its stabilization, the Нхt values in the obtained set of points over the controlled area are measured and the result is interpreted by them measurements using the same algorithm as in the preliminary stage.

Сопоставительный анализ за вл емого решени с прототипом 2J показывает, что за вл емый способ отличаетс от известного тем, что задают ожидаемую погрешность определени значений параметров дефекта , предварительно с помощью контрольных образцов с модельными дефектами интерпретируют результаты измерений в нескольких точках с разными зазорами над поверхностью образца, пользу сь математической моделью (1) полей рассе ни дефекта , на основе чего определ ют необходимое количество точек измерений магнитного пол дефекта, определ ют в этих фиксированных точках над контролируемым участком максимальные значени тангенциальной составл ющей НХт магнитного пол дефекта и по ним интерпретируют результат измерени , пользу сь тем же алгоритмом, что и на предварительном этапе.A comparative analysis of the claimed solution with prototype 2J shows that the claimed method differs from the known one in that they set the expected error in determining the values of the defect parameters, previously, using control samples with model defects, they interpret the results of measurements at several points with different gaps above the surface of the sample Using the mathematical model (1) of the defect scattering fields, on the basis of which the required number of measurement points of the defect magnetic field is determined, determined in their fixed locations on the controlled portion of the maximum value of the tangential component of the magnetic field NHT defect thereon and interpret the measurement result can, using the same algorithm as in the preliminary stage.

Дл обосновани существенности отличий предлагаемого способа проанализируем известность этих отличительных признаков в других технических решени х и сравним свойства, ими про вл емые, со свойствами предлагаемого решени .In order to substantiate the materiality of the differences of the proposed method, we analyze the popularity of these distinctive features in other technical solutions and compare the properties they exhibit with the properties of the proposed solution.

Известен, например, способ определени глубины залеганий и размеров внутренних дефектов путем регистрации пол дефекта двум магнитными сло ми ленты, отсто щими друг от друга на заданном рассто нии .A known method, for example, is to determine the depth and size of internal defects by detecting the sex of the defect with two magnetic layers of the tape spaced apart by a predetermined distance.

Однако этот метод пригоден только дл магнитографического метода вы влени дефектов, залегающих в толще металла. По отношению к поверхностным дефектам этот способ не дает положительного результата. Другим недостатком способа вл етс низка точность определени глубины залегани и параметров дефекта. Как показывают исследовани , дл достижени требуемой точности необходимо иметь не мене 6-8 измерений пол дефекта на различной высоте расположени датчика или магнитной ленты над дефектом.However, this method is only suitable for the magnetographic method for detecting defects occurring in a metal bulk. In relation to surface defects, this method does not give a positive result. Another disadvantage of the method is the low accuracy of determining the depth and defect parameters. As studies show, to achieve the required accuracy, it is necessary to have at least 6-8 measurements of the defect field at different heights of the sensor or magnetic tape above the defect.

Операци выбора необходимого количества точек измерени , исход из погрешности измерени магнитного пол дефекта датчиками пол , обеспечивающа заданную точность определени параметров дефекта , несмотр на флуктуации магнитного пол дефекта в пределах погрешности измерени , в литературе не описана.The operation of selecting the required number of measuring points, based on the error in measuring the magnetic field of the defect by the field sensors, which provides the specified accuracy in determining the parameters of the defect, despite fluctuations in the magnetic field of the defect within the measurement error, is not described in the literature.

Таким образом, отличительные признаки за вл емого способа про вл ют в нем новые свойства, не совпадающие со свойствами , которые про вл ют сходные с ними признаки в других технических решени х.Thus, the distinguishing features of the claimed method exhibit new properties in it that do not coincide with properties that exhibit similar features in other technical solutions.

Сравнение с прототипом показывает также, что такие признаки как ввод массива данных, а также величин толщины издели , внешнего магнитного пол и основной кривой намагничивани материала издели в ЭВМ, где по заданному алгоритму на основе модели ленточный диполь ведетс обработка информации и определ ютс размеры 5 поверхностного дефекта типа трещины, вл ютс сходными. Однако в за вл емой совокупности признаков они про вл ют новое свойство - повышение точности определени ширины и глубины трещины, благо0 дар отстройке от мешающего вли ни флуктуации магнитного пол дефекта.Comparison with the prototype also shows that such signs as entering an array of data, as well as values of the thickness of the product, the external magnetic field and the main magnetization curve of the material of the product in a computer, where according to a given algorithm based on the tape dipole model, information is processed and dimensions 5 of the surface crack type defects are similar. However, in the claimed combination of features, they exhibit a new property - increasing the accuracy of determining the crack width and depth, due to the detuning from the interfering influence of the magnetic field of the defect.

Вышеизложенное позвол ет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решени критерию существенныеThe above allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of significant

5 отличи .5 differences.

Предлагаемый способ заключаетс в следующем. Магнитное поле исследуемого дефекта взаимодействуете датчиком дл измерени тангенциальной составл ющейThe proposed method is as follows. The magnetic field of the investigated defect interacts with the sensor to measure the tangential component

0 магнитного пол трещины, располагаемым на разных высотах от поверхности издели , причем измерени провод тс в найденной с помощью контрольного образца оптимальной совокупности точек над контроли5 руемым участком. Значени максимума тангенциальной составл ющей пол трещины поступают в ЭВМ, где происходит обработка входной информации по заданному алгоритму и определение глубины и ширины0 of the magnetic field of the crack located at different heights from the surface of the product, and the measurements are carried out in the optimal set of points found over the controlled area, found using the control sample. The maximum values of the tangential component of the crack floor are sent to a computer, where the input information is processed according to a given algorithm and the depth and width are determined

0 трещины.0 cracks.

Предлагаемый способ определени параметров трещины в ферромагнитной пластине реализуетс следующим образом. Микродатчиками Холла измер ютс не5 сколько значений максимума тангенциальной составл ющей магнитного пол HXm3(yi) трещины глубиной h и шириной 2Ь в пластине толщиной d на разных высотах yi от поверхности издели и эти значени ввод тс The proposed method for determining crack parameters in a ferromagnetic plate is implemented as follows. The Hall microsensors measure several values of the maximum tangential component of the magnetic field HXm3 (yi) of the crack with depth h and width 2b in a plate of thickness d at different heights yi from the surface of the article and these values are entered

0 в ЭВМ, в которой происходит минимизаци функционала0 in the computer in which the minimization of the functional

4545

11eleven

I I Hxm3 (yi) - HXmT (О h, 2Ь, у,)2. 1 1I I Hxm3 (yi) - HXmT (Oh h, 2b, y,) 2. eleven

где HxmT (7 , h, 2b, yi) определ етс по формуле (1), котора позвол ет вычисл ть максимальные значени тангенциальнойwhere HxmT (7, h, 2b, yi) is determined by formula (1), which allows us to calculate the maximum tangential

составл ющей магнитного пол трещины в ферромагнитной пластине на основе модели ленточный диполь, в результате ЭВМ выдает требуемые параметры поверхностного дефекта.component of the magnetic field of a crack in a ferromagnetic plate based on the tape dipole model; as a result, the computer gives the required parameters of the surface defect.

Процедура определени оптимальнойThe procedure for determining the optimal

совокупности точек измерени основываетс на вышеизложенной методике. Различие состоит в том. что вместо реального объекта исследуетс топографи пол модельного дефекта на контрольном образце, изготовленном из точно такого же материала, что и контролируемый объект. Пользу сь математической моделью (1) полей рассе ни дефекта осуществл ют интерпретацию результатов измерений пол модельного дефекта не менее чем в двух точках с разными зазорами. При превышении допустимой погрешности провод т дополнительные измерени в новой точке с другим зазором и интерпретацию результата по расширенному множеству измеренных значений. Получение погрешности, не превышающей допустимую, или ее стабилизаци означает, что это и есть оптимальна совокупность точек измерений, которую необходимо выдерживать при исследовании реальных объектов контрол .sets of measurement points are based on the foregoing technique. The difference is. that instead of a real object, the topography of the model defect field is examined on a control sample made of exactly the same material as the controlled object. Using the mathematical model (1) of defect scattering fields, the results of measurements of the half-model defect are interpreted at no less than two points with different gaps. If the permissible error is exceeded, additional measurements are taken at a new point with a different gap and the result is interpreted using an expanded set of measured values. Obtaining an error not exceeding the permissible one, or its stabilization means that this is the optimal set of measurement points that must be maintained in the study of real objects of control.

Таким образом, использование предлагаемого способа определени параметров поверхностного дефекта типа трещины обеспечивает по сравнению с существующими более высокую точность определени параметров дефекта благодар использованию в предлагаемом методе в качестве информативного параметра максимальных значений тангенциальной составл ющей магнитного пол дефекта, котора может Ьыть измерена с высокой точностью в отличие от измерени координаты точек с нулевым значением тангенциальной составл ющей поле дефекта, необходимого в способе прототипа,Thus, the use of the proposed method for determining the parameters of a surface defect such as a crack provides higher accuracy in determining the parameters of the defect due to the use in the proposed method of the maximum value of the tangential component of the magnetic field of the defect as an informative parameter, which can be measured with high accuracy, unlike from measuring the coordinates of points with a zero value of the tangential component of the defect field necessary in benefits of the prototype,

Пример конкретного выполнени . Способ был реализован на пластине из стали Ст.З толщиной 10 мм, в которой была изготовлена трещина шириной 0,3 мм и глубиной 10 мм (сквозна трещина). Эта же пластина вл лась контрольным образцом. Пластина с дефектом намагничивалась внешним магнитным полем 100 А/см. На высотах от 1 до 6 мм с шагом 0,5 мм над пластиной были измерены 11 значений (yi), равных соответственно: 1053.8; 700; 527,3; 412,5; 326.4; 270,5; 237,6; 205,5; 183,7; 160; 147,1 А/см, которые вводились в ЭВМ БЭСМ-6. В процессе обработки были получены следующие значени параметровтрещины: ширина дефекта 0,288. глубина трещины 8,05 мм. Врем работы - 2 с. Таким образом, погрешность определени ширины трещины не превышает 5%, погрешность определени глубины трещины не более 20%, врем работы программы обработки информации обеспечивает высокую производительность способа.An example of a specific implementation. The method was implemented on a plate of steel St.Z. 10 mm thick, in which a crack was made with a width of 0.3 mm and a depth of 10 mm (through crack). The same plate was a control sample. The defective plate was magnetized by an external magnetic field of 100 A / cm. At heights of 1 to 6 mm in increments of 0.5 mm above the plate, 11 values (yi) were measured, which were respectively: 1053.8; 700; 527.3; 412.5; 326.4; 270.5; 237.6; 205.5; 183.7; 160; 147.1 A / cm, which were introduced into the BESM-6 computer. During processing, the following values of crack parameters were obtained: defect width 0.288. crack depth 8.05 mm. Work time - 2 s. Thus, the error in determining the width of the crack does not exceed 5%, the error in determining the depth of the crack is not more than 20%, the operating time of the information processing program ensures high productivity of the method.

Таким образом, использование предлагаемого способа определени параметров поверхностного дефекта типа трещины обеспечивает по сравнению с существующими способами более высокую скорость контрол и точность определени параметров дефекта благодар применению в качестве априорной информации значений максимума тангенциальной составл ющейThus, the use of the proposed method for determining the parameters of a surface defect of the type of a crack provides, in comparison with existing methods, a higher control speed and accuracy of determining the parameters of the defect due to the use of the values of the maximum tangential component as a priori information

Claims

5 magnetic field cracks identified at fixed points, and also thanks to the use of an adequate mathematical model of the magnetic field of the defect. The claims

0 A method for determining the parameters of a surface defect such as a crack on a ferromagnetic object, the method being that the controlled portion is magnetized by a constant magnetic field,

5 measure the change in the maximum value of the tangential component of the magnetic field strength Нхт over the defect in the set of points with different gaps above the sample surface, measure the coordinates of these points and determine the crack surface parameters from the set of measured values, characterized in that, in order to to increase the accuracy, first with the help of control samples they interpret the measurement results at at least two points with different gaps, using the mathematical model of defect scattering fields and, when exceeding the permissible error

0 additional measurements are carried out at a new point with a different gap, and the result is interpreted using an expanded set of measured values, having achieved an error not exceeding the permissible value, or its stabilization, the values of HXt in the obtained set of points over the controlled area are measured and the measurement result is interpreted from them use the same algorithm as at the preliminary stage.