RU1810809C - Method of determining crack width in ferromagnetic article - Google Patents

Method of determining crack width in ferromagnetic article

Info

Publication number
RU1810809C
RU1810809C SU914930952A SU4930952A RU1810809C RU 1810809 C RU1810809 C RU 1810809C SU 914930952 A SU914930952 A SU 914930952A SU 4930952 A SU4930952 A SU 4930952A RU 1810809 C RU1810809 C RU 1810809C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
defect
crack
field
width
magnetic
Prior art date
Application number
SU914930952A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Анатольевич Булычев
Александр Сергеевич Шлеенков
Виталий Евгеньевич Щербинин
Original Assignee
Институт физики металлов Уральского отделения АН СССР
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт физики металлов Уральского отделения АН СССР filed Critical Институт физики металлов Уральского отделения АН СССР
Priority to SU914930952A priority Critical patent/RU1810809C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1810809C publication Critical patent/RU1810809C/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к области неразрушающего контрол  магнитными методами и может служить дл  определени  размеров дефектов типа узкой поверхностной и внутренней трещины, оно может быть использовано дл  дефектоскопии ферромагнитных изделий труб, рельсов и т.д. Целью изобретени   вл етс  повышение точности за счет исключени  погрешностей вызванных изменением траектории преобразовател . Способ включает намагничивание издели  полем Но, сн тие топографии тангенциальной составл ющей индукции магнитного пол  рассе ни  над дефектом при произвольной траектории датчика, затем вычитают из полученных значений топографии величину Но и наход т величину площади под полученной кривой тангенциальной составл ющей пол  рассе ни  над дефектом, после чего полученное значение площади дел т на fi H0/2 дл  поверхностной трещины и на величину fi H0 дл  внутренней , при этом / - величина магнитной проницаемости материала издели , определ ема  из известной характеристики намагничивани  контролируемого материала. 5 ил. ел с оо о 00 о ОThe invention relates to the field of non-destructive testing by magnetic methods and can be used to determine the size of defects such as narrow surface and internal cracks, it can be used for inspection of ferromagnetic products of pipes, rails, etc. The aim of the invention is to increase accuracy by eliminating errors caused by a change in the path of the transducer. The method involves magnetizing the product with the field Ho, removing the topography of the tangential component of the induction of the magnetic field scattered over the defect with an arbitrary sensor path, then the value Ho is subtracted from the obtained topography values and the area under the obtained curve of the tangential component of the scattering field over the defect is found after which the obtained value of the area is divided by fi H0 / 2 for the surface crack and by fi H0 for the internal crack, while / is the magnetic permeability of the product material, determined EMA from the known characteristics of magnetizing the test material. 5 ill. ate oo o 00 o o

Description

Изобретение относитс  к области неразрушающего контрол  магнитными методами и может служить дл  определени  параметров дефектов типа узкой поверхностной и внутренней трещины, оно может быть использовано дл  дефектоскопии ферромагнитных изделий, например, труб, рельсов и т.д.The invention relates to the field of non-destructive testing by magnetic methods and can be used to determine the parameters of defects such as narrow surface and internal cracks, it can be used for inspection of ferromagnetic products, for example, pipes, rails, etc.

Целью изобретени   вл етс  повыше ние точности определени  геометрическихThe aim of the invention is to increase the accuracy of determining geometric

параметров поверхностного дефекта типаtype surface defect parameters

узкой трещины и узкого выт нутого внутреннего дефекта.narrow crack and narrow elongated internal defect.

На фиг.1 изображено поперечное сечение узкого поверхностного дефекта в ферромагнитном полупространстве и контур циркул ции вектора магнитной индукции.Figure 1 shows a cross section of a narrow surface defect in a ferromagnetic half-space and a circulation loop of the magnetic induction vector.

На фиг.2 изображено поперечное сечение узкого внутреннего дефекта в ферро: магнитном полупространстве и контур циркул ции вектора магнитной индукции.Figure 2 shows a cross section of a narrow internal defect in a ferro: magnetic half-space and the circulation loop of the magnetic induction vector.

Но фиг.З изображено поперечное сечение реальной поверхностной трещины и ее линейна  аппроксимаци .But Fig. 3 shows a cross section of a real surface crack and its linear approximation.

На фиг.4 изображена блок-схема установки , реализующей данный способ.Figure 4 shows a block diagram of an installation that implements this method.

На фиг.5 изображена экспериментальна  зависимость тангенциальной составл ющей пол  дефекта от координаты X, дл  первой траектории МЭ а) и второй б).Figure 5 shows the experimental dependence of the tangential component of the defect field on the X coordinate for the first ME path a) and second b).

Сущность изобретени  основана на следующих физических закономерност х. Из законов магнитостатики известно, что циркул ци  вектора напр женности магнитного пол  по замкнутому контуру, который не охватывает токов проводимости, равна нулю:The invention is based on the following physical laws. From the laws of magnetostatics it is known that the circulation of the vector of the magnetic field strength in a closed loop, which does not cover the conduction currents, is zero:

ЈНеаТ 0(4)Ј НеаТ 0 (4)

SS

Проведем контур относительно трещины; наход щейс  в ферромагнитном полупространстве так, как показано на фиг.1. Тогда криволинейный интеграл (4) будет состо ть из следующих компонент:Draw a contour relative to the crack; located in the ferromagnetic half-space as shown in Fig. 1. Then the curvilinear integral (4) will consist of the following components:

F D А- #Hedl /Hedl-/Hedl +J Hedl + SE A F  F D A- #Hedl / Hedl- / Hedl + J Hedl + SE A F

E +7 Hedl 0(5)E +7 Hedl 0 (5)

D D

Отрезки контура F,A и D.E удалены от центра трещины настолько, что поле там однородно , а вектор напр женности относительно их перпендикул рен. Тогда:The segments of the contours F, A, and D.E are so far from the center of the crack that the field is uniform there, and the stress vector is relative to their perpendicular. Then:

F Е F e

/ Не di О и J Hedl О/ Not di Oh and J Hedl Oh

ADAD

Вектор напр женности вдоль линии AD, проход щей через середину узкой трещины , у которой глубина много больше ее ширины , посто нен по направлению и равен по величине Но в металле и / Н0 внутри трещины, где /I- проницаемость материала объекта контрол . С учетом этого линейный интеграл на отрезке A.D будет равен: о во /Hedl jH0dl +JH0dl +/гН0 I ВС IThe stress vector along the line AD passing through the middle of a narrow crack, whose depth is much greater than its width, is constant in direction and equal in magnitude to Ho in the metal and / Н0 inside the crack, where / I is the permeability of the material of the test object. With this in mind, the linear integral on the segment A.D will be equal to: o in / Hedl jH0dl + JH0dl + / rH0 I BC I

АА СAA C

Принима  во внимание, что IADI IBCI bWhereas IADI IBCI b

где b - ширина трещины в ее средней части, можно прин тьwhere b is the width of the crack in its middle part, we can take

IABI + ICDI IADI Выражение (5) в этом случае примет вид:IABI + ICDI IADI Expression (5) in this case will take the form:

F о jHedl-jHodl-// Hob 0F about jHedl-jHodl - // Hob 0

EAEA

Дл  магниточувствительного элемента, ориентированного вдоль оси X (см. фиг,1):For a magnetically sensitive element oriented along the X axis (see FIG. 1):

FDFd

/Hxdx-/H0dx-/«Hob 0/ Hxdx- / H0dx - / "Hob 0

EAEA

Так как |EF| IADI , то /(Нх - Н0) dx Since | EF | IADI, then / (Hx - H0) dx

ЕE

Н0Ь Отсюда ширина узкой трещины в средней ее H0b Hence the width of a narrow crack in its middle

частиparts

/(Hx-Ho)dx/ (Hx-Ho) dx

ЕоYeo

--- -4т-(6) --- -4t- (6)

/ГНо I Но v; а при аппроксимации сечени  трещины в виде треугольника (см. фиг.З) раскрытие ее на поверхности будет вдвое превышать Ь, т.е./ GNO I But v; and when approximating the cross section of a crack in the form of a triangle (see Fig. 3), its opening on the surface will be twice as large as b, i.e.

2 S2 s

Ьп Bn

TRoTRo

(7)(7)

Величина S / (Нх - Н0) dx - есть площадь,The value of S / (Hx - H0) dx is the area

заключенна  между кривой тангенциальной Q составл ющей напр женности магнитного пол  Нх дефекта и горизонтальной пр мой, соответствующей величине намагничивающего пол  Но, измеренной с помощью магниточувствительного элемента, прошед- с шего путь от точки Е до F. Точки Е и F (см. фиг.1) удалены на такое рассто ние, где поле рассе ни  от трещины практически отсутствует .concluded between the curve of the tangential Q component of the magnetic field strength Hx of the defect and the horizontal line corresponding to the magnitude of the magnetizing field Ho, measured using a magnetically sensitive element that has traveled from point E to F. Points E and F (see Fig. 1) are removed at a distance where the scattering field from the crack is practically absent.

Из теоремы о циркул ции вектора магQ нитной напр женности следует, что путь, пройденный. МЭ между Е и F может быть какой угодно, например, E-a-F (см. фиг.1). Окончательный результат будет одним и тем жз независимо от формы траектории пере - мещени  МЭ, поэтому в предлагаемом способе нет необходимости обеспечени  точности определени  местоположени  Мэ в пространстве в отличие от способа-прототипа , дл  реализации которого необходимоFrom the theorem on the circulation of the magnetic-stress vector it follows that the path is passed. ME between E and F can be anything, for example, E-a-F (see figure 1). The final result will be the same regardless of the shape of the ME trajectory, therefore, the proposed method does not need to ensure the accuracy of determining the position of Me in space, unlike the prototype method, for the implementation of which it is necessary

п выдержать траекторию передвижени  маг- ниточувствительнсго элемента (МЭ) строго параллельно поверхности контролируемого издели , причем эта траектори  должна быть параллельна намагничивающему полюn to withstand the path of movement of the magnetically sensitive element (ME) strictly parallel to the surface of the monitored product, and this path should be parallel to the magnetizing field

с Но и перпендикул рна продольной .оси дефекта . Аналогичные рассуждени  можно провести и дл  внутреннего узкого дефекта (см. фиг,2). Ширина в этом слунае вычисл етс  по (6).c But also perpendicular to the longitudinal axis of the defect. Similar considerations can be made for an internal narrow defect (see Fig. 2). The width in this sluna is calculated from (6).

Пример конкретного выполнени  Предлагаемый способ определени  ширины раскрыти  узкой трещины был реализован на экспериментальной установке, блок-схема которой изображена на фиг.4.An example of a specific implementation The proposed method for determining the width of the opening of a narrow crack was implemented in an experimental setup, a block diagram of which is shown in Fig. 4.

Установка содержит генератор 1 (ГЗ-33), выходом соединенный с устройством 2, возбуждающим датчик Холла 3 и выдающим посто нное напр жение, пропорциональное величине магнитного пол , которое подавалось к двухкоординатному самописцу 4The installation contains a generator 1 (GZ-33), connected to the device 2 by an output, exciting the Hall sensor 3 and issuing a constant voltage proportional to the magnitude of the magnetic field, which was supplied to the two-coordinate recorder 4

00

55

с временной разверткой, Перемещение датчика Холла вдоль образца 5 синхронизировано с перемещением пера самописца по одной из координат. В образце 5 была выращена трещина с шириной раскрыти  0,045 + 0,05 мм и глубиной 5,8 мм. Датчик Холла располагалс  над образцом 5. Образец намагничивалс  в полюсах электромагнита 6 до индукции В0 1,94 Тл или ц Н0 with a time scan, the movement of the Hall sensor along sample 5 is synchronized with the movement of the pen of the recorder in one of the coordinates. In sample 5, a crack was grown with an opening width of 0.045 + 0.05 mm and a depth of 5.8 mm. The Hall sensor was located above sample 5. The sample was magnetized at the poles of an electromagnet 6 until induction B0 1.94 T or c H0

Р -- J5438 А/см. Топографи  пол  танРОP - J5438 A / cm. Topography Paul TanRO

генциальной составл ющей Нх над дефектом , полученна  на этой установке, экспериментально приведена на фиг.5(а). Численным методом была вычислена площадь , заключенна  между этой кривой Нх и пр мой, соответствующей величине пол  намагничивани  Н0. На фиг.5 эта площадь заштрихована. Вычисленна  площадь, в системе координат, где по оси ординат отложены (А/см), а по оси абсцисс (м), равна 36,5 А.the genetic component Hx over the defect obtained in this apparatus is experimentally shown in Fig. 5 (a). The area enclosed between this Hx curve and the straight line corresponding to the magnitude of the magnetization field H0 was calculated by numerical method. 5, this area is shaded. The calculated area in the coordinate system where the ordinates are plotted (A / cm) and the abscissa (m) is 36.5 A.

Далее полученное значение этой плои Н щади, равное 36,5 А, делилось на ° Further, the obtained value of this area H of spares, equal to 36.5 A, was divided by °

А/см и получалась искома  величина ширины дефекта, равна  0,0473 мм, что отличаетс  от среднего значени  ширины реальной трещины всего на 5%. Далее была сн та топографи  пол  дл  другой траектории движени  датчика Холла, котора  была выбрана также случайным образом, фиг.5(б). Измеренна  площадь при этом была равна 33,9 А. Отсюда вычисленна  ширина трещины была равна 0,0439 мм, что отличаетс  на 2,4% от реальной величины. При применении способа-прототипа, использующего максимальные значени  топографии , сн тых при движении датчика по первой и второй траектории.и при неизвестном произвольном рассто нии МЭ до издели , определить ширину вообще не удаетс , Если значени  YI и Ya (3) в способе-прототипе могут быть определены с точностью 20%, что подтверждаетс  на практике, и тогда НХ1 и Нх2 также будут известны не точнее чем 20%, то из (2), прин в дл  простоты Т - со обща  погрешность способа- прототипа может составл ть 40%, что, естественно,  вл етс  неприемлемым дл  проведени  контрол  ответственных деталей . Таким образом, проведенна  экспериментальна  проверка показала, что предлагаемый способ по сравнению со способом-прототипом обеспечивает более стабильное и точное определение ширины узкой трещины, прием повышение точности измерений достигает величины в ID- 20 раз, A / cm and the desired defect width was obtained, equal to 0.0473 mm, which differs from the average value of the width of a real crack by only 5%. Next, the field topography was taken for another trajectory of the Hall sensor, which was also chosen randomly, Fig. 5 (b). In this case, the measured area was 33.9 A. Hence, the calculated crack width was 0.0439 mm, which is 2.4% different from the actual value. When applying the prototype method, using the maximum topography values taken when the sensor moved along the first and second path. And with an unknown arbitrary distance of the ME to the product, the width cannot be determined at all, if the values YI and Ya (3) in the prototype method can be determined with an accuracy of 20%, which is confirmed in practice, and then HX1 and Hx2 will also be known no more than 20%, then from (2), for the sake of simplicity T - the total error of the prototype method can be 40% , which, of course, is unacceptable for testing day control of critical details. Thus, the conducted experimental verification showed that the proposed method in comparison with the prototype method provides a more stable and accurate determination of the width of a narrow crack, the method of increasing the measurement accuracy reaches a value of ID-20 times

На основе вышесказанного можно выделить следующие преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом:Based on the foregoing, the following advantages of the proposed method can be distinguished in comparison with the prototype:

1. На окончательный результат, опреде5 л емый предлагаемым способом, не оказывает вли ние нестабильность положени  Мэ в пространстве, так как криволинейный интеграл по замкнутому контуру равен нулю (при отсутствии токов проводимости через1. The final result determined by the proposed method is not affected by the instability of the position of Me in space, since the curvilinear integral over the closed loop is equal to zero (in the absence of conduction currents through

0 него), в прототипе же необходимо точно определ ть координаты датчика, так как от них завис т значени  измеренных магнитных полей, по которым на основании формул (3), св зывающих размеры дефекта с значени 5 ми напр женности магнитного пол  рассе ни , вычисл ютс  геометрические параметры дефектов. Это преимущество оказываетс  особенно важным при практическом применении способа, т.к. в услови х0 of it), in the prototype it is necessary to precisely determine the coordinates of the sensor, since the values of the measured magnetic fields depend on them, according to which, based on formulas (3), which relate the dimensions of the defect to the values of 5 scattered magnetic fields, The geometric parameters of the defects are determined. This advantage is especially important in the practical application of the method, since under conditions

0 реального производства иметь обеспечение идеальной траектории движени  датчика представл ет наибольшую трудность.It is most difficult to have a perfect trajectory of the sensor in actual production.

2. В предлагаемом способе сигнал, полученный с МЭ, интегрируетс , что увеличи- 5 вает помехозащищенность измерений.2. In the proposed method, the signal received from the ME is integrated, which increases 5 the noise immunity of the measurements.

3. Не требуетс  сложных вычислительных операций,что увеличивает скорость определени  значени  ширины и позвол ет реализовать способ с помощью простых 0 электронных устройств.3. No complex computational operations are required, which increases the speed of determining the width value and allows the method to be implemented using simple 0 electronic devices.

4. Измерение ширины предлагаемым способом можно производить и при нанесенных на поверхность издели  немагнитных и магнитных покрыти х любой4. The measurement of the width of the proposed method can be performed with non-magnetic and magnetic coatings applied to the surface of the product.

5 толщины, чего в принципе нельз  осуществить с помощью способа-прототипа, так как поле с увеличением рассто ни  между датчиком и изделием стремительно убывает и отдельные значени  пол  можно измерить5 thicknesses, which in principle cannot be carried out using the prototype method, since the field rapidly decreases with increasing distance between the sensor and the product, and individual values of the field can be measured

0 лишь с большой погрешностью.0 only with a big error.

5. В предлагаемом способе размеры МЭ не оказывают вли ни  на точность определени  размеров дефектов, так как последующее измерение площади, ограниченной5. In the proposed method, the ME sizes do not affect the accuracy of defect size determination, since subsequent measurement of the area limited

5 кривой распределени  тангенциальной составл ющей обозначает, что, иначе говор , все равно беретс  интеграл, что делает результат независ щим от физических размеров самого магниточувствительного5 of the distribution curve of the tangential component means that, in other words, the integral is taken anyway, which makes the result independent of the physical dimensions of the most magnetically sensitive

0 элемента, в то врем , как в способе-прототипе МЭ должен иметь как можно более малые размеры, в противном случае, он не сможет с достаточной точностью измерить значение величины напр женности в кон5 кретной точке, вследствие значительной неоднородности распределени  напр женности магнитного пол  рассе ни  над дефектом , т.е. в малом пространстве, соизмеримом с величиной дефекта, обычно лежащей в пределах нескольких микрон.0 element, while in the prototype method the ME should be as small as possible, otherwise, it will not be able to accurately measure the value of the voltage at a specific point, due to the significant heterogeneity of the distribution of the magnetic field strength of the scattering nor over the defect, i.e. in a small space, commensurate with the size of the defect, usually lying within a few microns.

Claims (1)

Формула изобретени The claims Способ определени  ширины трещины в ферромагнитном изделии, заключающийс  в том, что изделие намагничивают посто нным магнитным полем с напр женностью Но. измер ют тангенциальную составл ющую пол  рассе ни  над дефектом и используют ее при определении ширины дефекта, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, регистрируют кривуюA method for determining the width of a crack in a ferromagnetic product, the method being that the product is magnetized by a constant magnetic field with a strength Ho. measure the tangential component of the scattering field over the defect and use it to determine the width of the defect, characterized in that, in order to improve accuracy, record the curve 00 распределени  тангенциальной составл ющей нагруженное™ магнитного пол  рассе ни  в направлении, перпендикул рном направлению трещины, измер ют площадь S, ограниченную этой кривой и пр мой, соответствующей значению намагничивающего пол , а ширину b раскрыти  трещины определ ют из соотношени  b S// Н0, где -магнитна  проницаемость материала издели .the distribution of the tangential component of the loaded magnetic field scattering in the direction perpendicular to the direction of the crack, measure the area S bounded by this curve and the straight line corresponding to the value of the magnetizing field, and the width b of the crack opening is determined from the ratio b S // Н0, where is the magnetic permeability of the product material. Фи2.3Fi2.3 Фиг.21 2 5 xfcM) 1 2 3 х(см; ajвFig. 21 2 5 xfcM) 1 2 3 x (cm; ajв ФИ2.5FI2.5
SU914930952A 1991-04-23 1991-04-23 Method of determining crack width in ferromagnetic article RU1810809C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914930952A RU1810809C (en) 1991-04-23 1991-04-23 Method of determining crack width in ferromagnetic article

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914930952A RU1810809C (en) 1991-04-23 1991-04-23 Method of determining crack width in ferromagnetic article

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1810809C true RU1810809C (en) 1993-04-23

Family

ID=21571643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU914930952A RU1810809C (en) 1991-04-23 1991-04-23 Method of determining crack width in ferromagnetic article

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1810809C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Приборы дл неразрушающего контрол материалов и изделий в 2-х книгах. Кн. 2 /Под ред. В.В.Клюева - М.: Машиностроение, 1986. Страница 116. Фридрих Фёрстер. Неразрушающий контроль методом магнитных полей рассе ни . Теоретические и экспериментальные основы вы влени поверхностных дефектов конечной и бесконечной глубины. Дефектоскопи № 11, 1982 г. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS63279185A (en) Method of detecting inherent stress of part
Ge et al. Analysis of signals for inclined crack detection through alternating current field measurement with a U-shaped probe
Pasadas et al. Inspection of cracks in aluminum multilayer structures using planar ECT probe and inversion problem
US11249047B2 (en) Method and system for detecting a material discontinuity in a magnetisable article
US4631688A (en) Method of and apparatus for testing a metal body by means of eddy currents
US4290016A (en) Method and apparatus for establishing magnetization levels for magnetic particle testing or the like
Rocha et al. Sub-surface defect detection with motion induced eddy currents in aluminium
RU1810809C (en) Method of determining crack width in ferromagnetic article
JPH0335624B2 (en)
Porto et al. Design and analysis of a GMR eddy current probe for NDT
RU2670194C1 (en) Method of electromagnetic fault detection of pipe and device therefor
Aguila-Munoz et al. Crack detection in steel using a GMR-based MFL probe with radial magnetization
Deyneka et al. Non-destructive testing of ferromagnetic materials using hand inductive sensor
Kufrin et al. Image analysis for crack detection
JPH0820421B2 (en) Flaw detection method and flaw detection device
Shleenkov et al. A method for measuring the size of a defect in a ferromagnetic product and a device for its implementation
SU917071A1 (en) Method of detecting flaw in ferromagnetic articles
Usarek et al. Magnetic field gradient as the most useful signal for detection of flaws using MFL technique
SU728071A1 (en) Method of measuring elastic stresses in ferromagnetic materials
Huang et al. Signal characteristics of circular induction coil influenced by scanning spatial location in MFL
SU1048302A1 (en) Method of measuring thickness of ferromagnetic articles and coats
SU1140032A1 (en) Method of checking physical properties of ferromagnetic articles
Tian et al. Eddy-current model and detection in a thick stainless steel plate
RU2034235C1 (en) Method for m depth of flaw in ferromagnetic object and device for implementation of said method
SU920591A1 (en) Method of measuring residual moments in open loop-shaped ferromagnetic specimens (its versions)