RU2051380C1 - Способ магнитного контроля механических свойств ферромагнитных изделий - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий, в частности к контролю твердости ферромагнитных изделий. Целью изобретения является повышение точности за счет исключения погрешности при снижении энергозатрат на контроль изделий. Цель достигается путем намагничивания изделия магнитным полем H_e, измерения магнитного параметра, в качестве которого используют коэрцитивную силу или остаточную магнитную индукцию изделия, по величине которого судят о контролируемых свойствах, а величину H_e устанавливают удовлетворяющей уравнению, приведенному в тексте описания.

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий, в частности к контролю твердости ферромагнитных изделий.

Известен способ магнитного контроля ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что контролируемое изделие намагничивают в замкнутой магнитной цепи и измеряют величину остаточной магнитной индукции в изделии.

Недостатком этого способа является низкая производительность контроля, связанная с тем, что контролируемое изделие в процессе намагничивания в замкнутой магнитной цепи и измерения должно покоиться. Недостаток способа заключается также в узости номенклатуры контролируемых изделий, обусловленной тем, что сложнопрофилированные изделия не могут быть намагничены в замкнутой магнитной цепи без специальных, индивидуальных для каждого типа изделий приспособлений.

Известен способ электромагнитного контроля ферромагнитных тел, заключающийся в том, что контролируемую и эталонную детали подвергают воздействию переменного поля, которое индуцирует в каждой детали переменный магнитный поток, зависящий от ее магнитной проницаемости. Изменение этого потока вызывает появление наведенной ЭДС. Из разности наведенных на деталях ЭДС выделяют третью гармонику, которая несет информацию о контролируемой детали.

Недостаток способа заключается в невысоких точности и достоверности контроля. Точность способа невелика из-за влияния скорости движения деталей на результаты контроля. Контролируемым параметром является магнитная проницаемость детали, которая не всегда с достаточной достоверностью характеризует механические свойства детали.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ магнитного контроля механических свойств движущихся ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что контролируемое изделие в процессе движения намагничивают в магнитном поле в разомкнутой магнитной цепи и измеряют магнитный параметр изделия, по величине которого судят о контролируемых свойствах. В конкретных вариантах применения способа в качестве измеряемого магнитного параметра используют остаточную магнитную индукцию в изделии, однозначно связанную с коэрцитивной силой его материала, либо непосредственно коэрцитивную силу материала изделия (авт. св. СССР N 1118906, кл. G 01 N 27/80, 1984). При измерении магнитного параметра изделия используют интегрирование однополярных импульсов ЭДС индукционных измерительных преобразователей, поэтому изменения скорости движения изделий не ухудшают точность контроля. Коэрцитивная сила материала изделия, а также однозначно с нею связанная остаточная магнитная индукция (поток) в изделии являются наиболее структурно чувствительными параметрами, что обеспечивает высокую достоверность контроля механических свойств изделий из многих материалов.

Недостаток этого способа заключается в чрезмерном энергопотреблении в процессе контроля либо в недостаточной его достоверности. Это обусловлено отсутствием методики выбора режима намагничивания (величины Н_е намагничивающего поля), обеспечивающего при контроле конкретных изделий измерение магнитного параметра с погрешностью не выше заданной. Погрешность измерения магнитного параметра при конечной величине Н_еобусловлена влиянием магнитной предыстории изделия и спецификой зависимости измеряемого магнитного параметра при Н_е const от коэрцитивной силы Н_cs предельной петли магнитного гистерезиса материала контролируемого изделия (которая и является структурно чувствительным параметром). Увеличение Н_е снижает погрешность измерения магнитного параметра, повышая тем самым достоверность контроля, однако приводит к резкому увеличению энергопотребления в процессе контроля для создания намагничивающего поля Н_е.

Задачей изобретения является повышение точности за счет исключения погрешности при снижении энергозатрат на контроль изделий.

Для этого в способе магнитного контроля механических свойств ферромагнитных изделий, заключающемся в том, что контролируемое изделие намагничивают в магнитном поле Н_е и измеряют магнитный параметр изделия, в качестве которого используют коэрцитивную силу или остаточную магнитную индукцию изделия, величину Н_е устанавливают удовлетворяющей уравнению
H_e≃ H

+M

1-

(1) где T= tg

·

;
M

;
I_s, I_R намагниченность насыщения и остаточная намагниченность материала изделия;
N его размагничивающий фактор;
δ₁≲ 0,1 допустимая погрешность измерения магнитного параметра.

Снижение энергетических затрат на контроль изделий достигается благодаря тому, что намагничивание изделий в процессе контроля осуществляется минимально допустимым магнитным полем Н_е, гарантирующим контроль изделий по коэрцитивной силе их материала или остаточной намагниченности с погрешностью не выше заданной.

Обоснование предлагаемого способа заключается в следующем.

При перемагничивании ферромагнитного материала магнитным полем конечной амплитуды Н_m изменение намагниченности материала происходит по частному циклу петли магнитного гистерезиса с коэрцитивной силой Н_е. В зависимости от соотношения между Н_m и коэрцитивной силой Н_сs предельного цикла магнитного гистерезиса имеет место неоднозначный характер зависимости между измеряемой величиной Н_с и Н_сs. При Н_m≲H_cs величина Н_с с увеличением Н_сs уменьшается, а при Н_m≳(2-10)Н_cs зависимость между Н_с и Н_cs становится прямо пропорциональной. Для количественного анализа этой зависимости воспользуемся аналитическим выражением
H_с= H

1

tg

arctg

T

1+(-1)ⁿ

(2) (Мельгуй М. А. Формулы для описания нелинейных и гистерезисных свойств ферромагнетиков. Дефектоскопия, 1987, N 11, с. 3-10). Как показали эксперименты (Мельгуй М. А. и Шидловская Э. А. Экспериментальная проверка аналитических выражений для нелинейных свойств ферромагнитных материалов. -- Дефектоскопия, 1987, N 11, с. 10-18), аппроксимация хорошо описывает свойства низко- и среднеуглеродистых легированных сталей, т. е. тех материалов, изделия из которых подвергаются контролю в магнитоструктурном анализе. Анализ выражения (2) показал, что для точного измерения Н_cs по Н_с необходимо выполнение условия Н_m>>Н_cs. Для намагниченности I_m материала под воздействием поля Н_m>>Н_cs получим:
I_m≃

(-1)ⁿ arctg

(3)
Погрешность δ₁ измерения величины Н_cs по Н_с определим как
δ₁= 1-h_c, (4) где h_с=

, а погрешность δ₂ измерения величины I_s по I_m как
δ₂= 1-

(5) где

=

Из (2) и (3) с учетом (4) и (5) найдем

h_м=

+ 1-δ₁-

(6)

h_м=

(7) Для δ₁<<1, δ₂<<1 (что соответствует рассматриваемому случаю Н_m>>H_cs, получим из (6) и (7)
h_m≃

(6')
h_m≃

(7') Из (6') и (7') может быть установлена следующая взаимосвязь между δ₁ и δ₂:
δ₂=

δ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{1}}$ ^/2, (8)
При намагничивании ферромагнитного изделия в разомкнутой магнитной цепи магнитным полем Н_е его материал находится под воздействием намагничивающего поля
Н_m H_e-NI_m (9)
Из (9) следует
H_e= H_cs[h_m+M

] (10)
Из (10) с учетом (6'), (5) и (8) получим (1).

Claims (1)

1. СПОСОБ МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ, заключающийся в том, что изделия намагничивают магнитным полем H_e и измеряют магнитный параметр, в качестве которого используют коэрцитивную силу или остаточную магнитную индукцию изделий, по величине которого судят о механических свойствах ферромагнитных изделий, отличающийся тем, что величину магнитного поля H_e устанавливают удовлетворяющей уравнению
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   H_{c s}, J_s и J_R коэрцитивная сила, намагниченность насыщения и остаточная намагниченность материала изделия;
   N его размагничивающий фактор;
   δ₁≲ 0,1 допустимая погрешность измерения магнитного параметра.