Способ контроля механических напряжений в ферромагнитных материалах

 

Изобретение может быть испольэовано в контрольно-измерительной технике для неразрушающего контроля, внутренних и приложенных напряжений в ферромагнитных материалах.Целью изобретения является повышение точности контроля приложенных и остаточных напряжений , предела текучести,а также сокращение времени и упрощение контроля. В ферромагнетике посредством индуктивного преобразователя возбуждают низкочастотное переменное поле и регистрируют магнитные и акустические шумы перемагничивания. Режим контроля выбирают так, что огибающая модности акустических шумов имеет два максимума. Регистрируют максимумы магнитных и акустических шумов перемагничивания и значения полей, при которых они наблюдаются. Строят зависимости параметров,вычисленных по измеренным характеристикам магнитных и акустических шумов перемагничивания , по которым определяют напрядения и предел текучести. Повьшгение точности контроля дости гается за счет компенсации нелинейности зависимостей отдельно магнитных и акустических шумов перемагничивания от напряжений. 2 з.п. ф-лы, 8 ил. с (С (Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИН

ВСЕСОЩрg

ОЛТИТц„-.

kl

"—ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

Ilo изоБРетениям и отнРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4281143/25-28 (22) 10,07,87 (46) 23.03.89. Бюл. И - 11 (72) В, В.Филинов, Ю.А.Резников и А.В.Карпов (53) 620.179.14 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 794459, кл. G 01 N 27/83, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 1179205, кл. G 01 N 27/83, 23.04.84 ° (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ

НАПРЯЖЕНИЙ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ (57) Изобретение может быть использовано в контрольно-измерительной технике для неразрушающего контроля. внутренних и приложенных напряжений в ферромагнитных материалах. Целью изобретения является повышение точности контроля приложенных и остаточных напряжений,предела текучести,а также сок1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля физико-механических свойств ферромагнитных материалов и изделий методом, основанным на ЙЬфекте Баркгаузена.

Цель изобретения — повьппение точности контроля приложенных и остаточных механических напряжений в ферромагнитных материалах, предела теку= чести, сокращение времени к упрощение контроля за счет выбора частоты переМагничивания, позволяющего компенсиу ровать нелинейность зависимостей отдельно магнитных и акустических

Л0„„1467491 (51) 4 G 01 N 27/83 ращение времени и упрощение контроля.

В ферромагнетике посредством индуктивного преобразователя возбуждают низкочастотное переменное поле и регистрируют магнитные и акустические шумы перемагничивания. Режим контроля выбирают так, что огибающая модности акустических шумов имеет два максимума. Регистрируют максимумы магнитных и акустических шумов перемагничивания и значения полей, при которых они наблюдаются. Строят зависимости параметров, вычисленных по измеренным характеристикам магнитных, и акустических шумов перемагничивания по которым определяют напряжеУ

Ж ния и предел текучести, Повьппение точности контроля достигается эа счет компенсации нелинейности зависимостей отдельно магнитных и акустических С шумов перемагничивания о т напряжений.

2 з.п. ф-лы, 8 ил.

С5 ,шумов перемагничивания от напряжении.

На фиг.1 приведена блок-схема уст- 4 ройства, осуществляющего способ конт- Сф роля механических напряжений; на М фиг,2 — 4 — огибающие текущих мощностей магнитных (м) и акустических (а) шумов на полупериоде Т/2 поля Н перемагничивания; на фиг,5 — 8зависимости информативных параметров фв

pу,Н,„„у Нц„° 10 усд.ед у гу Б от механических напряжений.

Устройство (фиг,1) содержит низкочастотный генератор 1 тока треугольной формы, подключенный к катушке 2 перемагничивания, катушку 3 регистрации магнитных шумов Баркгауэена, 1467491 подключенную к блоку 4 измерения огибающей текущей мощности магнитного шума, пьезопреобразователь 5 ре= гистрации акустических шумов Барк-., гаузена, подключенный к блоку 6 измерения огибающей текущей мощности акустического шума, блок 7 измерения максимумов, подключенный к блокам 4 и 6, и блок 8 измерения магнитного поля, подключенный к блоку 7 и генератору 1.

Способ осуществляют следующим об" разом.

Контролируемое изделие 9 перемагничивают полем (кривая 10, фиг.2),. катушки 2, питаемой током треугольной формы генератора 1, В измерительной катушке 3 наводится ЭДС шумов

Баркгаузена, огибающая мощности которой за полупериод Т/2 перемагничивания измеряется блоком 4. На фиг.З и 4 показаны кривые 11, огибающие магнитных шумов, которые имеют один максимум, соответствующий значению поля Н,„ Н . При перемагничивании изделия 9 в пьезопреобразователе 5 регистрируются акустические шумы перемагничивания, огибающая мощности которых измеряются блоком 6. Типичный вид огибающих акустических шумов для изделий из углеродистых сталей приведен на фиг.2 — 4, кривые 12, Они имеют два максимума, если обеспечивается режим перемагничивания по предельной петле гистерезиса и частота тока перемагничивания (обычно О, t...50 Гц), при которых эти максимумы . еще не сливаются.

Появление первого максимума можно объяснить магнитострикционными процессами при образовании и росте зародышей перемагничивания вследствие изменения знака напряженности внешнего поля, а второго — магнитострикционными процессами при необратимом движении 90"градусных доменных границ. Максимум магнитного шума (кри-. вые 11) лежит между максимумами акустического шума в области полей Н, где основной вклад в эффект Баркгауэена вносит скачкообразное смещение

180-градусных доменных границ. В блоке 7 регистрируются значения первого и второго максимумов Ус, акустических шумов и максимум U„ магнитноЦщ го шума и вычисляется параметр у="".

0(В блоке 8 регистрируются значения полей Н, и Н«, соответствующих пер". вому, и второму максимумам текущей мощности акустических шумов, и поле

Н, соответствующее максимуму магнит1ных шумов, и вычисляется параметр

Нм

Так как форма тока генераЙ„. -Н тора треугольная, а следовательно, зависимость между током I-.è полем Н, Нм линейна, для определения p= —"

Н,„-Н ф

= - — —" - удобно пользоваться соот"

2и 1а

5 ветствующйми значениями тока, .Строят корреляционную зависимость В =Й () (фиг.5), которая, как показали исследования, обладает большей чувстви" тельностью, чем известные U>f (о)

20 и U =Е(b) и которая с большей точ- ностью позволяет определить контролируемые механические напряжения, так как учитывает влияние напряжений на параметры магнитного и акустичес25 кого шумов, которые совместно более полно характеризуют влияние 3 на необратимые процессы перемагничивания ферромагнетика.

Однако из зависимости р f(6) зат30 руднительно определять предел текучести 6,, так как эта зависимость становится нелинейной при 6 (0,6...

0,7) 6 (фиг.5). Для более точного определения 6 строят зависимость

35 у= †(6) (фиг,7), на которой 6, со 1а ответствует точке отклонения кривой

16 от линейной зависимоcTH т.е.

Й ) точке, где --=О, Возможность более

40 точного определения 6 по эависимос" ти у=2(6) объясняется характером изменения кривых 14 — Н„=f (6) и 15

U f (6) показ анных на фиг. 6, из ко1а торцй следует, что нелинейность

45 кривых 14 и 15 в области Б компенсируется их обратным характером зависимости от о и точка перегиба при становится ярко выраженной, т

Цн

50 Выбор параметра у= — объясняет0 U, ся более сильной зависимостью U« от напряжений д, чем U (кривые 12 на фиг.2-4).,На практике часто бывает неудобно методически измерять параметр у, так как требуется дополнительное время для обработки информативных параметров магнитного и акустического шумов перемагничивания.

5 1467491 6

Из зависимостей 14 и 15 (фиг.6) видно, что при одновременном измерении

П и U с шагом через dd можно пост" роить зависимость 17 (фиг. 8) d U=

-5

-f/aU,, на которой точка перегиба

ddUm

---- =О, что будет соответствовать

ЙЮ о . Такая же зависимость остается, если измерять изменения среднеквад" ратических значений сигналов магнит-. ного DU и акустического йБ шумов, что на практике бывает выполнить проще, чем измерить U, U Uz . На"

dUm личие резкого перегиба (-"- -0) можно

dU объяснить тем, что при Ь > д быстро разрастается дислокационная сетка, наличие которой в большей степени сказывается на магнитострикционном механизме акустических шумов, чем на скачках 180-градусных доменных границ.

Способ опробирован на плоских образцах сечением рабочей части

2н12 мм, изготовленных из углеродистых сталей 60, 45Х1 и ЭП 836, которые подвергались растяжению на разрывной машине Р5. Перемагничивание осуществляли с помощью накладного датчика, закрепленного на образце, полем треугольной формы частотой

10 Гц. Текущие параметры магнитного и акустического шумов регистрировались прибором АФС-2, по значениям которых строились огибающие. Прибор дополнительно снабжен аналогичным каналом для измерения акустических шумов.

Формула изобретения

4г

На фиг.2 — 4 показана огибающая текущей мощности магнитных и акустических шумов при различных нагрузках (6=0; 6=0,456 ; d.= й,). Так .как уровень сигнала, отнесенный к собственным шумам предусилителеи, у магнитного шума больше, чем у акустического шума, для последнего в графиках берется множитель 10. У исследованных сталей в нагруженном состоянии огибающая магнитного шума имеет один максимум, а огибающая акустического шума — два.

При приложении растягивающей нагрузки максимальное значение текущей мощности магнитного шума . увеличивается. При этом оно наблюдается практически при одних и тех же значениях.

Н . В то же время максимальное значение текущей мощности акустического

40 шума уменьшается, причем расстояние между максимумами Н,а и Н „также уменьшается (фиг,2 — 4), Одновременно наблюдается неравномерное уменьшение значений максимумов акустического шума. Так значение первого мак" симума при нагружении до предела текучести уменьшается в 2-3 раза, а второго — в 1,2 — 1,3 раза.

На фиг.5 показана кривая 13 зависимости p=f(6), которую можно испольэовать для контроля 6 и для определения предела текучести материала.

На фиг.6 показаны графики изменения максимумов огибающей мощности магнитного шума (кривая 14) и акустического шума (кривая 15) в э.ависимости от приложенных напряжений, из которых видно, что магнитные шумы возрастают, а . акустические убывают при росте приложенных напряжений до предела текучести. Изменение параметра

Um от 6 показано на фиг,7, Видно, П1а что из зависимости >(a) можно более точно определить Й, чем по зависимости р (д) (кривая 13), так как точка перегиба определена более резко при Ь, Точность определения Д, составляет 10/ от значений Б„, найденного механическими разрушающими испытаниями. На фиг.8 приведена зависимость

17 среднеквадратических значений сигналов магнитного Um и акустического U шумов, измеренные одновременно через равные промежутки возраста" ния приложенных напряжений д6 . Зависимость позволяет более просто опре- .

Л1,. делить и при — — несколько больс1 -1 а шей погрешностью 15Х, чем по зависимости у=1 (b) .

1. Способ контроля механических напряжений в ферромагнитных материалах, заключающийся в перемагничива нии контролируемого изделия полем низкой частоты и регистрации магнитного и акустического шумов Баркгаузена, отличающийся теи, что, с целью повышения точности контроля приложенных и остаточных напряжений, изделие перемагничивают по предельной петле гистерезиса с частотой, при которой существуют два максимума огибающей текущей мощности акустических шумов, регистрируют зна1467491 чения поля перемагничивания Н„ и

Н, соответствующие первому и второму максимумам акустических шумов, l и значение поля Н, соответствующее . максимуму магнитного шума, а напряжение Ь определяют по заранее построенной корреляционной зависимости 6=

f(p) где р= - — — --, н Н1Ф-Н . .

2, Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности определения предела;.текучести 6, измеряют значения макси" мальной мощности акустических и магнитных шумов Б, Б,, соответствующие значениям поля перемагничивания Н о,, Н, а напряжение d определяют из зависимости yf (6), на которой предел текучести 6 регистрируют. в точ« 3 Um, 5 ке — =О, где y =--, dd

3. Способ по пп.1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью сокращения времени и упрощения конт" роля, изменяют приложенные напряжения с шагом д6 и регистрируют зави" симость 4U =f/!DUO,I. приращений сигнала магнитного шума DU+ и акустичес кого шума dU предел текучести 6

ЙйУм, определяют в точке — — О, а шаг На изменения дЬ определяют, исходя из гребуемой ":.точности контроля.

1467491

1467"491

Составитель И.Кесоян

Редактор Н,Тупица Техред М.Дидык, Корректор В,Гирняк

Заказ 1191/42 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101