Способ контроля качества ферромагнитных изделий

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества ферромагнитных изделий и может быть использовано в машиностроительной и металлургической промышленности. Цель расширение номенклатуры контролируемых изделий и повышение достоверности контроля. Для этого изделие намагничивают до насыщения, выключают намагничивающее поле, размагничивают изделие до заданного значения индукции, повторно намагничивают изделие. При этом измеряют текущие величины индукции B изделия и напряженности H_e внешнего магнитного поля, вычисляют текущую величину вспомогательного параметра A, являющегося функцией напряженности H_e, а также коэффициента размагничивания контролируемых изделий N и "эталонных" изделий Nʹ. В момент равенства индукции B и параметра A фиксируют значение параметра контроля B_к. 7 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля физико-механических характеристик ферромагнитных материалов и изделий по магнитным параметрам.

Известен способ контроля качества термической обработки ферромагнитных изделий с большим коэффициентом размагничивания N по величине остаточной магнитной индукции В_r [1] Недостатком способа является низкая достоверность контроля изделий из сталей с содержанием углерода более 0,3% из-за неоднозначности связи между механическими свойствами и магнитным параметром контроля [2] Для контроля качества термической обработки изделий из стали с содержанием углерода более 0,3% применяют частичное размагничивание постоянным или переменным магнитным полем из состояния остаточного намагничивания изделия [3, 4] Наиболее близким к изобретению является способ контроля качества ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что контролируемое изделие намагничивают до насыщения, включают намагничивающее поле, размагничивают изделие до заданного значения индукции, повторно намагничивают изделие, одновременно измеряют текущие индукции В изделия и напряженности Н_е внешнего магнитного поля, вычисляют текущую величину вспомогательного параметра А, пропорциональную напряженности Н_е, и в момент равенства текущих значений индукции В и вспомогательного параметра А определяют величину индукции В_к, по которой судят о качестве изделия [5] Недостатком известного способа является низкая достоверность контроля и ограниченная номенклатура контролируемых изделий.

Изобретение направлено на повышение достоверности контроля в широком диапазоне типоразмеров контролируемых изделий.

Это достигается тем, что в способе контроля качества ферромагнитных изделий, при котором контролируемое изделие намагничивают до насыщения, включают намагничивающее поле, размагничивают изделие до заданного значения индукции, повторно намагничивают изделие, одновременно измеряют текущие величины индукции В изделия и напряженности Н_е внешнего магнитного поля, вычисляют текущую величину вспомогательного параметра А по формуле A=, где μ_о магнитная постоянная; N коэффициент размагничивания контролируемых изделий; N' коэффициент размагничивания эталонных изделий. Сравнивают текущие значения индукции В и вспомогательного параметра А и в момент равенства сравниваемых величин определяют индукцию В_к, по которой судят о качестве изделия.

Повышение достоверности контроля достигается за счет того, что магнитный материал контролируемого изделия независимо от его размеров и формы приводится в процессе перемагничивания в открытой магнитной цепи в такое состояние, которое обеспечивает однозначную зависимость параметра контроля В_к от физико-механических изделий.

На фиг. 1 показано устройство для реализации способа контроля качества ферромагнитных изделий; на фиг. 2 зависимость индукции В и намагниченности М от "внутреннего поля" Н_i ферромагнитного тела с коэффициентом размагничивания N при его перемагничивании; на фиг. 3-6 зависимости остаточной индукции В_d от температуры отпуска Т_отп изделий из стали 40Х с различными значениями коэффициента N и индукции В_рчастичного размагничивания; на фиг. 7 зависимость В(Н_i) ферромагнитного тела в процессе частичного размагничивания и повторного намагничивания.

Устройство для контроля (фиг. 1) содержит соленоид 1, соединенный с регулируемым источником 2 тока через преобразователь 3 "ток-напряженность магнитного поля". Внутри соленоида соосно с ним установлен преобразователь магнитной индукции катушка 4, внутрь которой устанавливается контролируемое изделие 5. Катушка 4 соединена с интегратором 6 и измерителем 7 магнитной индукции В.

В основе предлагаемого способа контроля качества ферромагнитных изделий лежат следующие предпосылки. Магнитное состояние ферромагнитного тела с коэффициентом размагничивания N после его намагничивания до насыщения и выключения намагничивающего поля (режим остаточного намагничения) определяется точкой пересечения прямой, проведенной из начала координат под углом α_N, пропорциональным (с учетом масштаба и знаков величин по осям координат) коэффициенту размагничивания N (пунктир на фиг. 2) с кривой μ_oM(H_i). При этом остаточной намагниченности М_r соответствует индукция В_r и "внутреннее поле" Н_ir. Поскольку В_r μ_o(H_ir + M_r), а для магнитомягких материалов М_r>> Н_irдаже при сравнительно больших значениях N, то В_r ≈μ_oM_r. Учитывая, что при остаточном намагничении H_ir H_{σ r}, где H_{σ r} "размагничивающее поле" ("поле магнитных зарядов"), имеем tgα_N= ≈ tgα (1) (коэффициент размагничивания считаем положительной величиной, принимающей значения от 0 до 1 в зависимости от соотношения размеров ферромагнитного тела, т. е. 0≅N < 1).

При частичном размагничивании тела внешним полем Н_е Н_ер состояние магнетика характеризуется точкой на спинке петли магнитного гистерезиса с координатами В_р, Нi_р. После выключения размагничивающего поля (Н_е 0) состояние магнетика соответствует точке пересечения кривой возврата (повторного намагничивания) и прямой, проведенной из начала координат под углом α к оси В. При этом магнитное состояние тела характеризуется остаточной индукцией В_d, которую используют для определения качества изделий из данного материала, подбирая необходимое значение индукции частичного размагничивания В_р.

Как показывает практика контроля ферромагнитных изделий по величине В_d, однозначная зависимость между параметром контроля и физико-механическими характеристиками материала наблюдается при больших значениях коэффициента размагничивания N изделий, в то время как при малых значениях N и N 0 контроль невозможен из-за неоднозначности указанной зависимости. В качестве примера на фиг. 3-6 приведены зависимости остаточной индукции В_d от температуры Т_отп изделий из стали 40Х (закалка от температуры 860^оС в масло и отпуск) с различными коэффициентами размагничивания: N 0, образцы в форме тора (фиг. 3); N 0,0009 (фиг. 4); N 0,003 (фиг. 5); N 0,0095 (фиг. 6). Значения В_dполучены после частичного размагничивания изделий до следующих индукций В_р: кривая 1 0,4 Тл; кривая 2-0,1 Тл; кривая 3-0 Тл; кривая 4-(-0,1) Тл; кривая 5-(-0,4) Тл; кривая 6-(-0,8) Тл; 7-(-1,2) Тл. Как видно из графиков, контроль изделий возможен лишь при коэффициентах размагничивания, больших 0,003, в частности при N 0,0095 и В_р -0,1 Тл (фиг. 6, кривая 4).

Обозначим величины N, В_р и В_d для случая однозначной зависимости В_d(Т_отп) через N',B_p' и B_d'. Тогда, для того, чтобы проконтролировать изделия из стали 40Х с коэффициентами N < 0,003, необходимо после частичного размагничивания изделия до заданного значения индукции В_р' привести его в состояние, соответствующее значению В В_d'. Это достигается тем, что вводят вспомогательный параметр А, имеющий размерность индукции В и изменяющийся по линейной зависимости в координатах В; Н_i, являющейся геометрическим местом точек с ординатами В_d' изделий из того же материала, что и контролируемые, но имеющих коэффициент размагничивания N' (назовем их "эталонными" изделиями).

На фиг. 7 зависимость А(Н_i) представляет собой прямую, выходящую из начала координат под углом α' к оси ординат, причем в соответствии с (1) tgαʹ≈ . (2) Там же показана прямая, соответствующая контролируемым изделиям с коэффициентом размагничивания N < N', проведенная под углом α. Точка пересечения данной прямой со спинкой петли магнитного гистерезиса контролируемого изделия после его намагничивания до насыщения и выключения намагничивающего поля (Н_е 0) соответствует остаточной индукции В_r. Частичное размагничивание изделия производится до индукции В_р', которой на фиг. 7 соответствует напряженность Н_ер' внешнего магнитного поля и "внутреннее поле" Н_ip'.

При перемагничивании по кривой возврата некоторому текущему значению перенапряженности внешнего поля Н_е соответствует "внутреннее поле" Н_i и индукция В в изделии (точка С на фиг. 7; получается от пересечения прямой, проведенной из точки Н_е под углом α к оси В, и кривой возврата). Тому же значению Н_е соответствует величина А и "внутреннее поле" Н_iA (точка D, полученная от пересечения прямой, проведенной из точки Н_е до пересечения с прямой, проведенной из начала координат под углом α' к оси В). По мере уменьшения Н_е (по модулю) рабочая точка, характеризуется состояние магнетика, перемещается вверх от точки С по кривой возврата, а точка, соответствующая параметру А, перемещается вниз от точки D по прямой к началу координат. При некотором внешнем поле (обозначим напряженность этого поля Н_е', а соответствующее "внутреннее поле" Н_i' текущие величины А и В станут равны друг другу (точка Е). Это значение (В А) и принимается за параметр контроля В_к В_d'.

Найдем зависимость параметра А от напряженности внешнего поля при известных коэффициентах размагничивания "эталонных" N' и контролируемых N изделий в процессе повторного намагничивания контролируемого изделия. Из треугольников ODH_iA и H_eDH_iA (фиг. 7) находим tgαʹ= ; (3)
tgα . (4)
Далее с учетом (1) и (2) имеем
A . (5)
Таким образом, если в процессе повторного намагничивания контролируемого изделия от индукции В_р' производить измерение текущих величин индукции В и напряженности Н_е внешнего магнитного поля, вычислять текущую величину вспомогательного параметра А по формуле (5), то в момент равенства текущих значений В и А будет зафиксировано значение параметра контроля В_к В_d'.

Способ контроля заключается в следующем. Контролируемое изделие 5 (фиг. 1) устанавливают внутрь катушки 4 и с помощью источника 2 намагничивают до насыщения в поле соленоида 1. После выключения намагничивающего тока производят частичное размагничивание изделия в соленоиде и измеряют текущее значение индукции В с помощью катушки 4, интегратора 6 и измерителя 7 индукции. Размагничивание изделия ведут до заданного значения В В_р'.

При достижении индукции В_р' изделие повторно намагничивают (перемагничивают по кривой возврата). При этом измеряют текущее значение индукции В, напряженности Н_е внешнего магнитного поля (с помощью преобразователя 3 "ток-напряженность магнитного поля") и вычисляют текущую величину вспомогательного параметра А по формуле (5). В момент равенства сравниваемых величин фиксируют значение В А В_d' В_к и по нему с использованием градуировочного графика, полученного на "эталонных" изделиях, определяют качество контролируемого изделия.

Например, если в качестве "эталонных" изделий из стали 40Х взять образцы с коэффициентом размагничивания N' 0,0095, а индукцию размагничивания принять В_р'= -0,1 Тл, то градуировочным графиком будет зависимость В_d'(T_отп), изображенная кривой 4 на фиг. 6. При этом изделия из стали 40Х с любым типоразмером и соответствующим коэффициентом размагничивания N могут быть проконтролированы с достаточной достоверностью по приведенному способу с использованием одной и той же градуировочной характеристики В_d'(Т_отп). Для этого необходимо все изделия данного типоразмера размагничивать до В_р' -0,1 Тл, а параметр А рассчитывать по формуле, полученной из (5)
A , где А (в Тл); Н_е (в А/м).

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ, заключающийся в том, что изделия намагничивают до насыщения, выключают намагничивающее поле, размагничивают изделие до заданного значения индукции, повторно намагничивают изделие, одновременно измеряют текущие величины индукции B изделия и напряженности H_e внешнего магнитного поля, вычисляют текущую величину вспомогательного параметра A и в момент равенства текущих значений индукции B и вспомогательного параметра A определяют величину индукции B_k, по которой судят о качестве изделия, отличающийся тем, что текущую величину вспомогательного параметра определяют по формуле

где μ_o магнитная постоянная;
N коэффициент размагничивания контролируемых изделий;
Nʹ коэффициент размагничивания эталонных изделий.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7