Способ измерения механических напряжений в ферромагнитных изделиях

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЯХ , при котором в контролируемом изделии возбуждают с помощью накладного электромагнитного преобразователя вихревые токи негармонической формы, выбирают параметры преобразователя , изменяя немагнитный зазор между преобразователем и поверхностью образца, измеряют параметры гармоник электрического напряжения на преобразователе, по которым определяют механическое напряжение, отличающийся тем, что, с целью повышения Точности измерений, сначала на ненагруженном образце, изготовленном из материала контролируе . мого изделия, снимают зависимости изменения амплитуд двух гармоник от величины зазора, а параметры преобразователя выбирают так, чтобы одна из гармоник имела экстремальную зависимость от величины немагнитного зазора с экстремумом при зазоре, превьш1ающем минимальный заданный для существующей поверхности контролируемого изделия, фиксируют значение амплитуды низшей гармоники, соответствующее величине зазора, при котором существует экстремум высшей гарсл моники, затем нагружают образец и снимают зависимость амплитуды высшей гармоники от величины механических напряжений при том фиксированном значении амплитуды низшей гармоники, при котором существует экстремум высшей гармоники на ненагруженном образце , устанавливают электромагнитный 4 преобразователь на изделие с зазором, N при котором низшая гармоника равна ранее зафиксированной величине, и считывают значение амплитуды высшей гармоники, по которому определяют ве личину механических напряжений.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (! 1) 4(5() G 01 L 1/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСЙОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ИЦ;Д11,,-

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3687454/24-10 (22) 06.01.84. (46) 07.03.85. Бюл. 9 9 (72) P.Ê.Ãà÷èê, С.А.Климентов, А.Г.Ганская, И.М.Жданов, В,Б.Батюк, Н.Н.Худков и В.Л.Будницкий (71) Оренбургский политехнический

1институт и Киевский политехнический институт (53) 531.781(088.8) (56) 1. Клюев В.В. Приборы для неразрушающего контроля. Кн. 2, M., "Машиностроение", 1976, с. 126.

2. Авторское свидетельство СССР

N- 911310, кл, G 01 N 27/90, 1980 .(прототип)., (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЯХ, при котором в контролируемом иэделии возбуждают с помощью накладного электромагнитного преобразователя вихревые токи негармонической формы, выбирают параметры преобразователя, изменяя немагнитный зазор между преобразователем и поверхностью образца, измеряют параметры гармоник электрического напряжения на преобразователе, по которым определяют механическое напряжение, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, сначала на ненагруженном образце, изготовленном из материала контролируе.мого изделия, снимают зависимости изменения амплитуд двух гармоник от величины зазора, а параметры преобразователя выбирают так, чтобы одна из гармоник имела экстремальную зависимость от величины немагнитного зазора с экстремумом при зазоре, превышающем минимальный заданный для существующей поверхности контролируемого изделия, фиксируют значение амплитуды низшей гармоники, соответствующее величине зазора, при котором существует экстремум высшей гармоники, затем нагружают образец и снимают зависимость амплитуды высшей гармоники от величины механических напряжений при том фиксированном значении амплитуды низшей гармоники, при котором существует экстремум высшей гармоники на ненагруженном образце, устанавливают электромагнитный преобразователь на изделие с зазором, при котором низшая гармоника равна ранее зафиксированной величине, и считывают значение амплитуды высшей гармоники, по которому определяют величину механических напряжений.

1 1144

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля изделий и может быть использовано для измерения механических напряжений в сварных, прокатных, литых заготовках и конструкциях из ферромагнитных материалов.

Известен способ электромагнитного контроля, при котором параметрический преобразователь питают синусои- 10 дальным или импульсным напряжением и по амплитуде выходных сигналов определяют параметры контролируемого изделия f1) .

Недостаток этого способа заключа- 1 ется в зависимости результатов измерения колебаний зазора между поверхностью контролируемого иэделия и элекгромагнитным преобразователем.

Изменения величины зазора, связан- gg ные с шероховатостью поверхности, толщиной защитного покрытия и т.д.,,.не контролируются.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ,д заключающийся в том, что, изменяя зазор между преобразователем и поверхностью образца, перемещают катушку

-реобразователя вдоль его ферромаг-, -1итного сердечника, фиксируют ее в Зо положении минимальной чувствительности к колебаниям зазора. вначале на контрольном образце с верхним значением контролируемого параметра, затем устанавливают преобразователь

35 на образец с нижним значением контролируемого параметра, подключают параллельно катушке емкость, вели- .ину которой выбирают из условия минимальной чувствительности к колеба- „ ниям зазора, затем устанавливают преобразователь на образец с произвольным значением контролируемого параметра, подключают параллельно компенсационной катушке и емкости переменный резистор, сопротивление которого подбирают из условия минимальной чувствительности к зазору при произвольном значении контроли- . руемого параметра (2) .

Одпако известный способ обладает недостаточной точностью измерений, так как в данном случае только уменьшается чувствительность к колебаниям зазора, но изменения величины зазора H все равно вносят ошибку при измерении контролйруемого параметра. Действительно, точность измерений невы003 сока на границах диапазона колебания зазора и за его пределами и максимальна при зазоре, на котором производилась настройка преобразователя. Поэтому для получения максималь- но возможной точности необходимо всегда на образце и на изделии выставлять электромагнитный преобразователь на зазор, обеспечивающий макеимальную точность. Известный же способ не предусматривает контроль реального зазора при измерении, вследствие чего настройка преобразователя по минимальной чувствительности к изменению зазора еще не обеспечивает максимально возможной точности.

Цель изобретения — повышение точности измерения механических напряжений путем исключения влияния зазора.

Поставленная цель достигается тем, что в ненагруженном образце, изготовленном из материала контролируемого изделия, возбуждают с помощью накладного электромагнитного преобразователя вихревые токи негармонической формы и снимают зависимости измерения амплитуд двух гармоник от величины зазора, при этом параметры преобразователя выбирают так, чтобы одна из гармоник, например, высшая, имела экстремальную зависимость от величины немагнитного зазора с экстремумом при зазоре, превьппающем минимально возможный для существующей поверхности контролируемого изделия, фиксируют значение амплитуды низшей гармоники, соответствующее величине зазора, при котором существует экстремум высшей гармоники, нагружают образец и снимают зависимость амплитуды высшей гармоники от величины механических напряжений при том фиксированном значении амплитуды низшей гармоники, при котором существует экстремум высшей гармоники на ненагруженном образце, устанавливают электромагнитный преобразователь на изделие с зазором, при котором низшая гармоника равна ранее зафиксированной величине, и считывают значение амплитуды высшей гармоники, по которому определяют величину механических,напряжений.

На фиг. 1 показана зависимость изменения амплитуды напряжения А> низ« шей гармоники (кривая аь) и амплитуды напряжения А высшей гармоники (кри3, 1144 вая 0 ) от величины немагнитного зазора о между электромагнитным преобразователем и поверхностью изделия, где Sg — зазор, при котором зависимость А 8 = 1(3) принимает экст- . ремальное значение на фиг. 2 — зависимость приращения амплитуды напряжения А> низшей гармоники (кривая 6) и приращения амплитуды напряжения

А высшей гармоники (кривая g) от ве-10 е личины механических напряжений б, на фиг. 3 — функциональная схема устрой.ства для реализации предлагаемого способа.

Эффект получения различных зависи- 5 мостей гармоник от изменения зазора

,достигается за счет выбора парамет.-ров преобразователя. При подключений преобразователя, например, при использовании резонансного метода, к .20 источйику намагничивающего тока через конденсатор образуется колебательный контур, состоящий из емкости конденсатора и индуктивности преобразователя. В этом случае параметры преобразователя выбирают, например, изменением числа его витков так, чтобы на частоте высшей гармоники при нахождении преобразователя на требуемом (состоянием поверхности изделия) расстоянии от поверг..ности образца, изготовленного из материа,ла иэделия, в указанном контуре про:исходил резонанс. Это и обуславливает экстремальную зависимость вели- 35 чины амплитуды напряжения высшей гармоники от величины зазора (кривая д, фиг. 1). Так как порядок гармоник различен, для частоты низшей гармоники колебательный контур в ре- 40 зонанс настроен не будет, что и обуславливает монотонную зависимость амплитуды напряжения низшей гармоники от величины зазора (кривая G,, фиг. 1). Причем приращение амплиту- 45

: ды напряжения А низшей гармоники, вносимое колебаниями зазора на порядок и более, превосходит приращение, вносимое механическими напряже-. ниями (кривая в, фиг. 2),поэтомупри 50 регистрации зазора по амплитуде напряжения низшей гармоники доля, а значит, и погрешность, вызванная приращением амплитуды напряжения этой гармоники от механических на- 55 пряжений, незначительна. Для высшей гармоники, благодаря выбору параметров преобразователя, при зазоре 3

003 4 при котором производят измерения, приращение амплитуды напряжения этой гармоники от изменения механических напряжений (кривая 2;, фиг. 2) более чем на порядок превосходит приращение этой амплитуды от колебания зазора в достаточно малой окрестности фиксированного зазора 3, поэтому возможные изменения зазора при измерении на точность практически не влияют.

Устройство, реализующее способ, содержит генератор намагничивающего тока, например, прямоугольной формы, накладной электромагнитный преобразователь 2, селективные усилители -3 и 4. соответственно низшей и высшей гармоник рабочего сигнала, выпрямители 5 и 6, интегрирующие усилители 7 и 8, регистрирующие приборы 9 и 10, образующие совместно с соответствующими селективными усилителями два раздельных канала выделения и регистрапии значений амплитуд напряжения соответственно низшей и высшей гармоник.

Способ измерения механических на1 пряжений в ферромагнитных изделиях--: ,осуществляют следующим образом.

Преобразователь 2 устанавливают на образце, изготовленном из материала контролируемого изделия, намагничивают образец электромагнитным полем, созданным намагничивающим током, ко торый подается с генератора 1 и протекает через обмотку преобразователя. Выбирают параметры преобразователя,.например, изменяя число витков обобмотки, либо любым другим способом так, чтобы при изменении зазора между преобразователем и образцом, приращения амплитуд гармоник имели зависимости с! и о (фиг. 1), причем величина зазора Яэ устанавливается (выбором параметров преобразователя) с превышением шероховатости и толщины защитного покрытия поверхности изделия. Значение 5 фиксируют по показанию прибора 9. Затем производят: тарировку прибора, нагружая образец с установленным на нем преобразователем 2 и сннман>т зависимость показания прибора 10 от величины механических напряжений в образце. После этого устанавливают преобразователь 2 на изделие с зазором 3Э, который оп-. ределяется по зафиксированному ранее на образце соответствующему этому заэующей его аппаратуры измерения как остаточных, так и действующих механических напряжений с регистрацией их знака на неподготовленной поверхности изделия, т.е. с большей степенью шероховатости, при наличии неэлектропроводящих покрытий и т.п. с точностью не хуже, чем на подготовленной поверхности. Кроме того, 10 наличие канала контроля величины зазора повышает точность и надежность процесса измерения.

S 1144003 зору показанию прибора 9, снимают показание прибора 10 и, используя тарировочную зависимость показаний этого прибора от механических напряжений A> = 3 (8), определяют величину механйческих напряжений в контролируемом изделии.

Предлагаемый способ за счет. точной настройки преобразователя и непрерывного контроля величины зазора между ним и контролируемым иэделием позволяет проводить при помощи реали1144003 . г

Составитель В.Родин

Редактор Т.Кугрышева Техред А.Бабинец

Корректор E,Ðîøêî

Заказ 896/35 Тираж 897

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4