Устройство намагничивания для средств неразрушающего контроля длинномерных изделий

Использование: для неразрушающего контроля железнодорожных рельсов, труб и другого проката магнитным методом. Сущность изобретения заключается в том, что устройство намагничивания для средств неразрушающего контроля длинномерных изделий содержит два идентичных магнита в виде диска и диск с ребордой, установленные соосно, магниты обращены друг к другу одноименными полюсами, дополнительно содержит установленный между магнитами магнитопровод в виде диска с возможностью качения по сканируемой поверхности контролируемого изделия, диаметр магнитопровода превышает диаметры дисковых магнитов, соосно с двумя магнитами, центрального магнитопровода и диска с ребордой, с противоположной стороны устройства установлен второй идентичный диск с ребордой, все три диска выполнены из магнитомягкого материала, причем поверхности реборд, обращенные к боковым сторонам изделия, адаптированы к формам боковых поверхностей контролируемого изделия. Технический результат: повышение эффективности и достоверности обнаружения дефектов (в том числе продольной ориентации) в ферромагнитных длинномерных изделиях за счет повышения эффективности намагничивания изделия в зонах образования дефектов. 4 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для ручного, механизированного, автоматизированного или автоматического неразрушающего контроля железнодорожных рельсов, труб и другого проката.

Известен магнитный способ обнаружения дефектов на поверхности ферромагнитных материалов и изделий, в зарубежной литературе именуемый «MFL - Magnetic Flux Leakage». Способ заключается в подводе магнитного поля к объекту контроля и регистрации рассеяния (так называемых, «утечек») магнитного потока, обусловленного дефектом [1].

Устройства, базирующиеся на этом методе, включают электромагнит (или постоянный магнит), поле которого замыкается через объект контроля, и чувствительный элемент - катушку, или датчик Холла, или аналогичное устройство, позволяющие регистрировать утечки магнитного поля, обусловленные дефектами.

Возможность реализации заявляемого устройства рассмотрим на примере контроля железнодорожных рельсов.

Для автоматизированной дефектоскопии рельсового пути наряду с подвижными дефектоскопами типа вагонов и автомотрис дефектоскопных применяются легкие дефектоскопы, на базе тележек и велосипеда, приспособленных для движения по железнодорожному пути. В частности, в велодефектоскопе Карпова для намагничивания рельса используется катящееся по нему колесо, представляющее собой электромагнит или постоянный магнит, а искательная катушка, в которой индуцируется эдс при прохождении над дефектом, представляет собой катушку с небольшим П-образным сердечником, расположенным продольно над головкой рельса. Намагничивающее колесо Карпова имеет относительно простую конструкцию и создает поле, достаточное для обнаружения дефектов в рельсах легких типов. Такое намагничивающее устройство в отношении происходящих электромагнитных процессов может применяться при рабочих скоростях велодефектоскопов и даже и при больших скоростях.

Более совершенное устройство намагничивания рельса предложено в [2]. Известное устройство намагничивания рельса содержит полый корпус из немагнитного материала, выполненный в форме железнодорожного колеса, внутри которого установлен магнит в виде диска. Зазор между полюсами и головкой рельса обеспечивается за счет толщины стенок корпуса, выполненного из немагнитного материала. Зазор может быть также обеспечен за счет установки магнита в бронзовое кольцо и использования бронзового диска, устанавливаемого с внутренней стороны реборды. Устройство намагничивания рельса имеет относительно простую конструкцию и создает поле, достаточное для обнаружения дефектов в легких типах рельсов.

К недостаткам известного устройства следует отнести недостаточно высокую эффективность намагничивания рельса.

Наиболее близким к заявляемому, и принятым за прототип, является устройство намагничивания для средств неразрушающего контроля по патенту [3], содержащее полый корпус из немагнитного материала, выполненный в форме железнодорожного колеса, внутри которого соосно с ребордой колеса установлены два идентичных магнита в виде диска, магниты обращены друг к другу одноименными полюсами и образуют между собой равномерный зазор.

Устройство предназначено, как заявляет автор, для обнаружения дефектов по всему сечению рельса. Однако следует иметь в виду, что в годы применения велодефектоскопов Карпова на сети дорог СССР в основном использовались железнодорожные рельсы легкого типа IIA-IVA и Р33 с массой на погонный метр не более 33 кг, что и позволяло делать определенные попытки обнаружения дефектов по всему сечению рельса. Современные рельсы тип Р65 имеют массу 65 кг на погонный метр и высоту 180 мм. Поэтому одним из основных недостатков прототипа является невозможность применения их для контроля рельсов в современных условиях. Кроме того, наличие корпуса из немагнитного материала отдаляет магнитные полюса от контролируемого изделия и дополнительно снижает эффективность намагничивания, а значит, и достоверность обнаружения дефектов.

Целью изобретения является существенное повышение эффективности и достоверности обнаружения дефектов (в том числе продольной ориентации) в ферромагнитных длинномерных изделиях за счет повышения эффективности намагничивания изделия в зонах образования дефектов.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве намагничивания для средств неразрушающего контроля длинномерных изделий, содержащем два идентичных магнита в виде дисков и диск с ребордой, установленных соосно, магниты обращены друг к другу одноименными полюсами, дополнительно между магнитами установлен магнитопровод в виде диска с возможностью качения по сканируемой поверхности контролируемого изделия, причем диаметр магнитопровода превышает диаметры дисковых магнитов, соосно с двумя магнитами и диска с ребордой с противоположной стороны устройства установлен второй идентичный диск с ребордой, все три диска выполнены из магнитомягкого материала, причем поверхности реборд, обращенные к боковым сторонам изделия, адаптированы к формам боковых поверхностей контролируемого изделия.

Существенными отличиями заявляемого устройства по сравнению с прототипом являются:

1. Наличие магнитопровода, размещенного между дисковыми магнитами, что позволяет пропускать через потенциально опасные с точки зрения дефектообразования участки изделия максимальный магнитный поток.

2. Отсутствие технологического зазора («корпуса из немагнитного материала») между магнитопроводом и сканируемой поверхностью контролируемого изделия повышает эффективность инжекции магнитного потока в изделие.

3. Выполнение диаметра магнитопровода больше диаметра магнитных дисков позволяет защитить магниты от механических воздействий при сканировании и создает пространство между устройством и поверхностью изделия для размещения магниточувствительных датчиков в зоне максимального уровня магнитного потока, вытесняемого дефектом.

4. Наличие второго диска с ребордой и использование его совместно с первым в качестве магнитопроводов устройства позволяет более полно и симметрично промагничивать зоны изделия, потенциально опасные с точки зрения появления эксплуатационных трещин.

5. Адаптация поверхностей реборд дисков, обращенных к боковым сторонам изделия, к формам боковых поверхностей контролируемого изделия позволяет дополнительно повысить намагниченность контролируемых сечений изделия.

Заявляемое устройство иллюстрируют следующие графические материалы:

Фиг. 1. Конструкция устройства намагничивания, где:

1. Контролируемое изделие (в качестве примера - головка железнодорожного рельса).

2 и 3. Постоянные магниты (или электромагниты) в виде дисков, обращенные друг к другу одноименными полюсами.

4. Магнитопровод центральный в виде диска, размещенный между магнитами.

5 и 6. Диски с ребордами, устанавливаемые соосно с магнитами и центральным магнитопроводом.

7. Трещина продольной ориентации в изделии 1.

8 и 9. Магниточувствительные датчики (индукционные или датчики Холла).

Фиг. 2 и 3. Схема (Фиг. 2) и результаты (Фиг. 3) математического моделирования распределения магнитных потоков в контролируемых зонах изделия (головки рельса) методом конечных элементов в программе ANSYS Maxwell.

Фиг. 4. Примеры использования заявляемого устройства при контроле: а - труб, в - прутков (стержней) и с - балок.

Устройство намагничивания для средств неразрушающего контроля длинномерных изделий (Фиг. 1) содержит два дисковых магнита 2 и 3, между которыми размещен центральный диск 4 из магнитомягкого материала. Магниты 2 и 3 обращены друг к другу одноименными полюсами. Для защиты хрупких магнитов 2 и 3 от повреждений при сканировании, диаметр диска 4 выполняется большим, чем диаметры дисковых магнитов. Появление зазора между поверхностью сканирования изделия 1 (в рассматриваемом примере реализации - головки рельса) и торцами дисков магнитов позволяет, при реализации способа контроля с помощью предлагаемого устройства, разместить в этих зазорах магниточувствительные датчики 7 и 8. К противоположным полюсам магнитных дисков 2 и 3 устанавливают диски 5 и 6 с ребордами, так же, как и центральный диск 4, выполненные из магнитомягкого материала. Полученная конструкция выполнена с возможностью вращения вокруг оси устройства.

Устройство намагничивания используют следующим образом.

Поскольку в рассматриваемом примере реализации устройство намагничивания выполнен в форме железнодорожного колеса, то его установка на мобильный дефектоскоп может осуществляться посредством известных средств, используемых для установки колес. При движении мобильного магнитного дефектоскопа с установленным на нем устройством, намагничивание рельса 1 производится катящимся по нему колесом с установленными в нем двумя магнитами 2 и 3, диски магнитов обращены друг к другу одноименными полюсами, между которыми установлен центральный магнитопровод 4. Наличие с 2-х сторон колеса дисковых магни-топроводов с ребордами 5 и 6 позволяет формировать на боковых сторонах головки рельса магнитные полюса, противоположные центральному. Указанное расположение магнитов позволяет осуществить распределение магнитных потоков (на Фиг. 1 показаны пунктирными линиями), при котором магнитный поток, создаваемый магнитами 2 и 3, проходит через соответствующую часть головки рельса в поперечном направлении. Как известно, основной зоной зарождения дефектов в рельсах является рабочая грань головки.

В современных условиях с целью экономии ресурсов после пропуска определенного тоннажа применяют практику переукладки рельсов со сменой рабочего канта (рабочей грани). В результате, появление дефектов равновероятно как с рабочей, так и с нерабочей грани головки. Причем, по данным ВНИИЖТа и по статистическим данным ОАО «РЖД», до 80% образующихся в процессе эксплуатации дефектов в голове рельсов - это продольные трещины, зарождающиеся с верхней грани головки и распространяющиеся в глубину металла.

При наезде устройства намагничивания на дефектное сечение с продольной трещиной 9 происходит вытеснение части магнитного потока на поверхность катания рельса 1 и фиксация его магниточувствительным датчиком 8 (и/или 7).

Достижению заявленной цели способствует также то, что за счет выполнения диаметра центрального магнитопровода 4 больше диаметров дисковых магнитов 2 и 3 (например, на 6 - 18 мм) магниточувствительные датчики 7 и 8 (индукционные или датчики Холла) устанавливаются с возможностью скольжения по поверхности катания в зоне фиксации сигналов максимальной амплитуды от дефекта, между магнитопроводами 6 и 4, а также 4 и 5.

Цель достигается также тем, что в качестве материалов для изготовления дисков 4, 5 и 6, выполняющих роль магнитопроводов, используются магнитомягкие материалы, например, низкоуглеродистая сталь (Ст. 3).

Цель достигается также за счет того, что в устройстве реборды дисков 5 и 6, обращенные к боковым поверхностям изделия 1, выполнены фигурными для максимального приближения полюсов магнитопроводов к поверхностям сканирования. Это дополнительно повышает эффективность промагничивания изделия.

Работоспособность указанных выше предложений проверена путем математического моделирования распределения магнитных потоков в контролируемых зонах изделия (головки рельса) методом конечных элементов в программе ANSYS Maxwell (Фиг. 2). Результаты моделирования (Фиг. 3) и последующая их экспериментальная проверка на рельсах типа Р 65 (наиболее распространенный тип рельса на сети дорог ОАО «РЖД») показывают, что заявляемое устройство обеспечивает создание магнитного потока (с индукцией до 1 Тл и более), достаточного для надежного выявления дефектов в верхней части головки рельса на глубине до 20 мм от поверхности катания. Причем наличие неизбежных в практике контроля зазоров между фигурными поверхностями дисков с ребордами 5 и 6 и поверхностью изношенного рельса 1 незначительно (не более чем на 10%) влияет на уровень инжектируемого в головку рельса магнитного потока.

Заявляемое устройство намагничивания для средств неразрушающего контроля может быть использовано не только для рельсов, но и при дефектоскопии многих длинномерных изделий (Фиг. 4): труб (Фиг. 4а), стержней и прутков (Фиг. 4б), буровых штанг, (Фиг. 4с) и др. из ферромагнитных материалов. Причем такие устройства намагничивания являются наиболее эффективными при поиске весьма часто встречающихся на практике продольных поверхностных и подповерхностных трещин.

Таким образом, заявляемое устройство может быть реализовано, обеспечивает повышение эффективности намагничивания изделия и способствует повышению достоверности обнаружения дефектов в ферромагнитных длинномерных изделиях.

Источники информации

1. J.C. Drury. Magnetic flux leakage technology. Available at: http://Avww.silverwinguk.com/ndt technical papers.aspx, (20/3/2019).

2. Сборник «Проблемы ферромагнетизма и магнитодинамики». М. 1946. Поливанов К.М. «Распределение магнитного потока в рельсе при его намагничивании катящимся электромагнитом, применяемым на влодефектоскопах системы Ф.М. Карпова», с 165-166.

3. Патент RU 2313782.

Устройство намагничивания для средств неразрушающего контроля длинномерных изделий, содержащее два идентичных магнита в виде диска и диск с ребордой, установленные соосно, магниты обращены друг к другу одноименными полюсами, отличающееся тем, что между магнитами установлен магнитопровод в виде диска с возможностью качения по сканируемой поверхности контролируемого изделия, диаметр магнитопровода превышает диаметры дисковых магнитов, соосно с двумя магнитами, центрального магнитопровода и диска с ребордой, с противоположной стороны устройства установлен второй идентичный диск с ребордой, все три диска выполнены из магнитомягкого материала, причем поверхности реборд, обращенные к боковым сторонам изделия, адаптированы к формам боковых поверхностей контролируемого изделия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного контроля технического состояния электропроводящих элементов электрического кабеля или провода.

Использование: для оценки состояния рельсов. Сущность изобретения заключается в том, что по рельсовому пути перемещают дефектоскопические средства, зондируют ими головку рельсов, оценивают полученные сигналы, обнаруживают аномалии и регистрируют их с привязкой к координатам рельсового пути, дополнительно по результатам зондирований формируют интегральный параметр каждой аномалии, при последующих перемещениях дефектоскопических средств по рельсовому пути повторяют зондирования, сравнивают интегральные параметры текущих и ранее найденных аномалий, оценивают динамику изменения интегрального параметра каждой аномалии, прогнозируют перспективы ее развития и планируют ремонтные мероприятия.

Изобретение может быть использовано в системах непрерывного бесконтактного высокоскоростного мониторинга состояния деформируемой металлической поверхности и ранней диагностики повреждаемости конструкций из алюминиевых сплавов систем Al-Zn-Cu-Mg, Al-Mg-Mn, Al-Li-Mg, эксплуатируемых в водных средах (пресная и морская вода, водные растворы электролитов и т.д.).

Использование: для внутритрубной диагностики технического состояния трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют перемещение внутри трубопровода между смотровыми люками под давлением транспортируемой по трубопроводу жидкости устройства, представляющего собой разъемный корпус сферической формы с размещенными внутри него датчиками магнитного поля, температуры, давления и акустическими датчиками, акселерометрами и устройством записи данных, измеренных датчиками, при этом в устройство введены источник питания и генератор тактовой частоты, при этом датчики акустической эмиссии выполнены с возможностью приема сигналы эмиссии в звуковой и сверхзвуковой областях частот, в качестве датчиков магнитного поля использованы не менее четырнадцати однокомпонентных датчиков постоянного магнитного поля, равномерно и симметрично расположенных по внутренней поверхности корпуса таким образом, чтобы была обеспечена высокая степень их взаимной соосности, перед началом измерений проводят итеративную высокоточную калибровку устройства, обеспечивающую соосность симметрично расположенных однокомпонентных датчиков, измеряют не менее 14 компонент магнитной индукции этого поля в различных точках внутритрубного пространства, по которым производят вычисление не менее 7 градиентов магнитной индукции внутреннего поля трубы, измеряют не менее двух параметров поля акустической эмиссии и температуры теплового поля и давления транспортируемой жидкости в различных точках внутритрубного пространства, вычисляют на основе полученных данных диагностические параметры трубопровода.

Использование: для внутритрубного диагностирования промысловых транспортных и магистральных жидкостных трубопроводов, перекачивающих неагрессивные жидкости, нефть, нефтепродукты и газ.

Изобретение относится к области контроля физических свойств изделий и материалов, и может быть использовано для обнаружения зон с аномалиями твердости и иных физических и механических свойств поверхности стальных листов, рельсов, труб, прутков.

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Прибор содержит процессорный блок (ПБ) 10 с узлом определения полного и остаточного ресурса (УОР) 17 и с клеммными разъемами (КР) 11, 12 для подключения выносного ферритометрического наконечника (ВФН) 20 и выносного ультразвукового толщиномера (ВУЗТ) 30, клавиатуру 40 для ввода необходимых дополнительных величин, а также данных необходимых измерений штатными измерительными средствами электростанции и дисплей 50 для визуализации выходных данных.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля рельсовых путей. Согласно способу диагностики рельсового пути и синхронизации результатов измерений диагностический комплекс, содержащий средства дефектоскопии и навигации, перемещают по рельсовому пути, обнаруживают стрелочные переводы, сохраняют их метки совместно с данными дефектоскопии в диагностической базе данных рельсового пути.

Система обнаружения дефектов в ферромагнитном материале содержит: множество магнитометров, размещенных вблизи поверхности ферромагнитного материала, выполненных с возможностью измерения магнитного поля, создаваемого ферромагнитным материалом, и с возможностью генерации данных магнитного поля на основе измеренного магнитного поля, при этом каждый магнитометр из указанного множества магнитометров неподвижно закреплён в положении относительно ферромагнитного материала; построитель карты магнитного поля, выполненный с возможностью генерации точек данных двумерной карты исходя из данных магнитного поля, причем каждая точка данных соответствует соответствующему местоположению на поверхности ферромагнитного материала и представляет напряженность измеренного магнитного поля вблизи этого местоположения; и сопоставитель с образцом, выполненный с возможностью распознавания на карте множества точек данных, соответствующих заданному пространственному образцу напряженности магнитного поля, и с возможностью выдачи местоположения вблизи поверхности ферромагнитного материала, соответствующего указанному множеству точек данных.

Группа изобретений относится к обнаружению дефектов в ферромагнитных материалах с использованием магнитометра. Дефекты в ферромагнитных материалах обнаруживают и характеризуют путем анализа магнитных полей изделий с целью нахождения участков магнитных полей, которые характерным образом отличаются от остаточных магнитных полей, создаваемых участками изделий, не имеющими дефектов.

Использование: для неразрушающего контроля железнодорожных рельсов, труб и другого проката магнитным методом. Сущность изобретения заключается в том, что устройство намагничивания для средств неразрушающего контроля длинномерных изделий содержит два идентичных магнита в виде диска и диск с ребордой, установленные соосно, магниты обращены друг к другу одноименными полюсами, дополнительно содержит установленный между магнитами магнитопровод в виде диска с возможностью качения по сканируемой поверхности контролируемого изделия, диаметр магнитопровода превышает диаметры дисковых магнитов, соосно с двумя магнитами, центрального магнитопровода и диска с ребордой, с противоположной стороны устройства установлен второй идентичный диск с ребордой, все три диска выполнены из магнитомягкого материала, причем поверхности реборд, обращенные к боковым сторонам изделия, адаптированы к формам боковых поверхностей контролируемого изделия. Технический результат: повышение эффективности и достоверности обнаружения дефектов в ферромагнитных длинномерных изделиях за счет повышения эффективности намагничивания изделия в зонах образования дефектов. 4 ил.

Наверх