Преобразователь для неразрушающего контроля свойств поверхностных слоёв ферромагнитных материалов и изделий

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Булатов Олег Владимирович Лухвич Александр Александрович Чурило Василий Романович Шарандо Владимир Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Преобразователь для неразрушающего контроля свойств поверхностных слоев ферромагнитных материалов и изделий, включающий стержневой магнитопровод, расположенные на нем намагничивающую и измерительную катушки, подключенные соответственно к намагничивающему и измерительному блокам, и цилиндрический магнитопровод, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной измерительной катушкой, расположенной на цилиндрическом магнитопроводе и подключенной к измерительному блоку, и дополнительным цилиндрическим магнитопроводом.(56) 1. Испытание материалов Справочник Под ред. . Блюменауэра. Пер. с нем под ред. проф. докт. техн. наук .Л. Бернштейна. - . Металлургия, 1979. - С. 448. 2. Бида Г.В., Михеев , Костин В Определение размеров приставного электромагнита, предназначенного для неразрушающего контроля глубины и твердости поверхностно-упрочненных слоев//Дефектоскопия. - 1984. -8. - С. 10-16. 22052005.09.30 Преобразователь относится к средствам неразрушающего контроля свойств поверхностных слоев ферромагнитных материалов и изделий. Известно устройство для контроля структуры и химсостава, толщинометрии ферромагнитных материалов по измерению изменений потока магнитной индукции. Оно представляет собой приставной электромагнит, состоящий из Ш-образного магнитопровода, намагничивающей и измерительной катушек, соединенных соответственно с намагничивающим и измерительным блоками 1. Однако данное устройство характеризуется большими полями рассеяния, что ухудшает точность измерений оно также не позволяет разделять влияние свойств слоев ферромагнетика, расположенных на различной глубине под его поверхностью. Наиболее близким к преобразователю является устройство для контроля ферромагнитных изделий, в котором приставной электромагнит выполнен в виде стержневого магнитопровода с размещенными на нем намагничивающей и измерительной катушками, помещенными в цилиндрический магнитопровод и подключенными к намагничивающему и измерительному блокам соответственно 2. Устройство может быть использовано для контроля свойств поверхностного слоя ферромагнитных изделий по измерению изменений магнитного потока. Однако, как и предыдущее устройство, оно не позволяет разделять влияние свойств слоев ферромагнетика, расположенных на различной глубине под его поверхностью. Целью заявляемой полезной модели является повышение информативности и достоверности неразрушающего контроля свойств поверхностных слоев ферромагнитных материалов и изделий. Сущность преобразователя заключается в том, что он с целью повышения информативности и достоверности контроля, кроме стержневого магнитопровода с расположенными на нем намагничивающей и измерительной катушками, подключенными к намагничивающему и измерительному блокам соответственно, и охватывающего эти элементы цилиндрического магнитопровода, содержит расположенную на цилиндрическом магнитопроводе дополнительную измерительную катушку, подключенную к измерительному блоку, и охватывающий ее дополнительный цилиндрический магнитопровод. Такая конструкция преобразователя приводит к тому, что при намагничивании объекта контроля распространяющиеся в нем линии магнитной индукции частично располагаются между стержневым и цилиндрическим магнитопроводами в пределах поверхностного слоя объекта контроля, а частично - между стержневым и дополнительным цилиндрическим магнитопроводами в его более глубоких слоях. Это позволяет получать от измерительной катушки информацию о свойствах поверхностного слоя объекта контроля, а от дополнительной измерительной катушки - информацию о свойствах более глубокого слоя, что в целом повышает информативность и обеспечивает большую достоверность контроля. Преобразователь может быть также использован для неразрушающего контроля неоднородности распределения физико-механических свойств по поверхности объекта контроля о такой неоднородности можно судить по разности сигналов,поступающих от двух измерительных катушек преобразователя. На фигуре показана схема преобразователя, включающая изображение линий магнитной индукции в материале объекта контроля. Преобразователь (фигура) содержит стержневой магнитопровод 1, намагничивающую катушку 2, подключенную к намагничивающему блоку 3, измерительную катушку 4 и дополнительную измерительную катушку 5, подключенные к измерительному блоку 6, цилиндрический магнитопровод 7 и дополнительный цилиндрический магнитопровод 8. Преобразователь работает следующим образом. После установки на объект контроля от намагничивающего блока 3 подают на намагничивающую катушку 2 заданный импульс постоянного тока либо переменный ток. С помощью измерительного блока 6 определяют значения сигналов, поступающих от измерительной катушки 4 и дополнительной измерительной катушки 5 преобразователя. Линии магнитной индукции распределяются в объекте контроля согласно изображению на фиг. 1 при этом наибольшая густота линий магнитной индукции имеет место в поверхно 2 22052005.09.30 стном слое объекта контроля между стержневым магнитопроводом 1 и цилиндрическим магнитопроводом 7, так что вторичное магнитное поле с этого участка контролируется измерительной катушкой 4. Расположенные между стержневым магнитопроводом 1 и дополнительным цилиндрическим магнитопроводом 8 линии магнитной индукции захватывают более глубокие слои объекта контроля эти линии регистрируются дополнительной измерительной катушкой 5. Таким образом, сигнал с измерительной катушки 4 несет информацию большей частью о свойствах поверхностного слоя объекта контроля, а с дополнительной измерительной катушки 5 - о свойствах более глубоких слоев. Работоспособность преобразователя подтверждается результатами расчета методом конечных элементов. Объект контроля представлял собой цилиндр из стали 20 ХН 3 А с упрочненным поверхностным слоем. Толщина цилиндра составляла 25 мм, его диаметр - 70 мм,тогда как толщина упрочненного слоя была принята равной 1,5 мм. Упрочненный слой был разбит по глубине на три равные части, причем в средней части первого слоя концентрация углерода первоначально составляла 0,60 , второго слоя - 0,46 , третьего 0,33 . В ходе расчетов части слоя неоднократно менялись местами, так что в результате были рассчитаны значения сигналов, получаемых с измерительной и дополнительной измерительной катушек, для шести различных комбинаций (распределений углерода в упрочненном слое). Все вычисленные значения представлены в таблице. Таблица Положение частей упрочненного слоя (сверху вниз) по содержанию углерода,1 0,600,460,33 0,600,330,46 0,460,600,33 0,460,330,60 0,330,600,46 0,330,460,60 Значения потока магнитЗначения потока магнитной индукции для дополниной индукции для измерительной измерительной кательной катушки, 10-6 Вб тушки, 10-6 Вб 2 3 1,799 1,191 1,851 1,219 1,809 1,195 1,864 1,225 2,040 1,297 2,043 1,298 Из таблицы видно, что измерительная и дополнительная измерительная катушки преобразователя с достаточной чувствительностью реагируют на изменение распределения физико-механических свойств по глубине в пределах упрочненного слоя. Из этого следует, что при создании конкретных градуировок и алгоритмов обработки результатов измерений с этих катушек преобразователь позволяет получить характеристику распределения свойств поверхностных слоев по глубине и в результате повысить информативность и достоверность контроля. Предлагаемый преобразователь может быть использован для неразрушающего контроля распределения свойств ферромагнитных изделий по глубине, неоднородности распределения свойств по поверхности изделий, в магнитной толщинометрии. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3