Устройство для контроля изделий по остаточной намагниченности

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ ПО ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Чурило Василий Романович Шарандо Владимир Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для контроля изделий по остаточной намагниченности, состоящее из корпуса, расположенной у его основания индукционной катушки с осевым отверстием, цилиндрического постоянного магнита, пружины и измерительного блока, отличающееся тем, что оно снабжено размещенным в осевом отверстии индукционной катушки цилиндрическим сердечником, выполненным из ферромагнетика с величиной коэрцитивной силы ниже диапазона величин коэрцитивных сил контролируемых материалов, и пружиной для его прижима к поверхности контролируемого изделия.(56) 1. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля / М.П.Михеев, Э.С.Горкунов. - М. Наука, 1993. - С. 151. 2. Патент на полезную модель РБ 7359, МПК 01 33/02. Устройство для контроля ферромагнитных изделий / В.Р.Чурило, В.И.Шарандо // Афц. бюл. -3. - 2011. - С. 219220. 81232012.04.30 Полезная модель относится к средствам магнитного контроля и может быть использована для контроля свойств поверхностных слоев материалов и изделий. Известно устройство для измерения остаточной индукции 1, использующее метод намагничивания локального участка поверхности изделия (создание точечного полюса) и состоящее из цилиндрического постоянного магнита, пружины, корпуса с вращающейся частью, основанием и шкалой, двух симметрично расположенных феррозондов, регистрирующего блока. Недостатком устройства является применение активных магниточувствительных элементов, требующих цепей питания также, в связи с зависимостью результата измерений от ориентации феррозондов относительно неоднородностей структуры, при необходимости усредненной оценки остаточной намагниченности требуется проведение серии измерений с поворотом вокруг намагниченного участка. Наиболее близким к полезной модели является устройство для контроля ферромагнитных изделий 2, содержащее цилиндрический постоянный магнит, пружину, магниточувствительный элемент, корпус и измерительный блок. Магниточувствительный элемент выполнен в виде индукционной катушки с осевым отверстием, расположенной у основания корпуса и соединенной с измерительным блоком. Магнит через отверстие приводят в соприкосновение с поверхностью контролируемого изделия, затем удаляют. На поверхности образуется локальный намагниченный участок. Величину потока остаточной магнитной индукции оценивают по интегральному сигналу, возникающему в индуктивной катушке при отрыве корпуса от изделия и регистрируемому измерительным блоком. Недостатком устройства является сниженная чувствительность, обусловленная тем, что намагниченная зона находится вне индуктивной катушки, и при реально возможных размерах элементов конструкции часть потока остаточной магнитной индукции замыкается, не охватывая витки либо охватывая их частично. Кроме того, значительная площадь основания корпуса, контактирующего с изделием, в случаях недостаточной плоскостности поверхности изделия приводит к непостоянству расстояния между индукционной катушкой и намагниченной зоной, что снижает точность измерений. Техническая задача, решаемая полезной моделью, - повышение чувствительности и точности измерений. Сущность полезной модели заключается в том, что она содержит корпус, расположенную у его основания индукционную катушку с осевым отверстием,цилиндрический постоянный магнит, пружину и измерительный блок. В осевом отверстии индукционной катушки размещен цилиндрический сердечник, выполненный из ферромагнетика с величиной коэрцитивной силы ниже диапазона величин коэрцитивных сил контролируемых материалов. В корпусе размещена вторая пружина для прижима сердечника к поверхности контролируемого изделия. Магнит приводят в соприкосновение с верхним торцом сердечника, прижатого пружиной к поверхности изделия. После отведения магнита на поверхности изделия образуется локальный намагниченный участок. В сердечнике он возбуждает магнитный поток, который превышает поток, возникающий за счет собственной коэрцитивной силы сердечника. Величина остаточной намагниченности изделия оценивается по сигналу, возникающему в индукционной катушке при отрыве сердечника от поверхности и регистрируемому измерительным блоком. В результате обеспечивается повышение чувствительности измерений за счет воздействия магнитного потока на витки катушки по всей ее длине. Происходит также повышение точности измерений вследствие ограничения размеров контакта с изделием площадью нижнего торца сердечника и осуществлением через сердечник стабильной магнитной связи индукционной катушки с намагниченной зоной. На фиг. 1 показана схема устройства для контроля изделий по остаточной намагниченности. На фиг. 2 изображена зависимость величины изменения потока остаточной магнитной индукции ост. (относительные единицы), измеренной устройством, от процентного содержания углерода в поверхностном слое цементованной стали 20 ХН 3 А. 2 81232012.04.30 Полезная модель (фиг. 1) содержит корпус 1, расположенную у его основания индукционную катушку 2, цилиндрический постоянный магнит 3, пружину 4. В осевом отверстии индукционной катушки 2 размещен цилиндрический сердечник 5, выполненный из ферромагнетика с величиной коэрцитивной силы ниже диапазона величин коэрцитивных сил контролируемых материалов. Он подпружинен пружиной 6. Индукционная катушка 2 соединена с измерительным блоком 7. Полезная модель расположена над поверхностью контролируемого изделия 8. Рассмотрим работу полезной модели. Полезную модель устанавливают нижним торцом сердечника 5 на поверхность контролируемого изделия 8 и, нажимая на корпус 1, доводят его до упора в изделие. Сердечник 5, поддерживаемый пружиной 6, утапливается в корпус и сохраняет контакт с изделием. Нажимая на верхний торец магнита 3 и сдавливая пружину 4, приводят нижний торец магнита в соприкосновение с верхним торцом сердечника 5, затем отпускают магнит при этом пружина 4 отводит его от сердечника. На поверхности изделия 8, под нижним торцом сердечника 5, образуется локальный намагниченный участок с остаточной индукцией, пропорциональной коэрцитивной силе контролируемого материала. В сердечнике указанная остаточная индукция создает пропорциональный ей магнитный поток. Включают измерительный блок 7 и отрывают сердечник 5 от изделия 8. В катушке 2 возникает сигнал, характеризующий изменение потока остаточной магнитной индукции ост.,который фиксируется измерительным блоком. По величине зарегистрированного сигнала судят об остаточной намагниченности и связанных с ней свойствах изделия химическом и фазовом составе, твердости, механических напряжениях и т.п. Работоспособность полезной модели подтверждается экспериментальными данными(фиг. 2). Они получены на образцах стали 20 ХН 3 А (0,19 С), подвергнутых цементации на промышленном агрегатес доведением содержания углерода на поверхности до 0,65 С. Далее осуществлялось послойное снятие металла и определение методом атомно-эмиссионной спектроскопии содержания углерода на вновь образованных поверхностях. На них же с помощью полезной модели измерялся поток остаточной магнитной индукции ост. Наблюдается уменьшение измеряемых сигналов с уменьшением содержания углерода в поверхностном слое. Разброс показаний связан с неоднородностью закалки поверхности при цементации. Полезная модель может использоваться для контроля остаточной намагниченности и связанных с ней свойств изделий (химического и фазового состава, твердости, механических напряжений и т.п.). Применение подпружиненного сердечника, выполненного из ферромагнетика с величиной коэрцитивной силы ниже диапазона величин коэрцитивных сил контролируемых материалов, позволяет повысить чувствительность и точность измерений. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3