Устройство для диагностики несплошностей поверхностного слоя металлопроката из ферромагнитных материалов

Изобретение относится к области неразрушающего контроля. Сущность: устройство содержит магнитную систему, намагничивающую поверхностный слой касательным магнитным полем и создающую в области дефекта магнитное поле рассеяния, механизм, транспортирующий объект контроля через магнитную систему, блок электромагнитных датчиков, блок дефектоотметчиков и многоканальное устройство обработки сигналов, импульсный лазерный генератор, по меньшей мере один световод. Входы устройства обработки подключены к выходам электромагнитных датчиков, а выходы к блоку дефектоотметчиков. Световод доставляет излучение лазера в рабочую зону, где возбуждаются волны Релея. Технический результат: повышение чувствительности, надежности и эффективности контроля. 2 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля несплошностей поверхностного слоя металлопроката из ферромагнитных материалов и может быть использовано для обнаружения дефектов листового, сортового проката и труб.

Известен способ ультразвуковой дефектоскопии цилиндрических изделий и устройство для его реализации [1], включающий возбуждение в изделии импульса ультразвуковой волны, осуществление многократного прохождения этого импульса по периметру сечения, прием сигналов, обусловленных процессами отражения и трансформации, при помощи электромагнитно-акустических преобразователей.

К недостатку известного способа и устройства относится низкая чувствительность при приеме, так как энергия зондирующих импульсов не обеспечивает в контролируемом объекте возбуждение акустических волн с достаточно высокой амплитудой [2].

Кроме того, недостатком известного способа и реализующего его устройства является невозможность выявления дефектов с очень малым раскрытием или заполненных флюсами или оксидами, которые прозрачны для ультразвуковых волн.

Известно устройство для диагностики поверхностного слоя ферромагнитных материалов [3], содержащее магнитную систему, намагничивающую диагностируемый поверхностный слой и создающую в области дефекта магнитное поле рассеяния, механизм, транспортирующий объект контроля через магнитную систему, блок электромагнитных датчиков, блок дефектоотметчиков и многоканальное устройство обработки сигналов.

Недостатком известного устройства является низкая чувствительность, ограниченная скоростью взаимного перемещения диагностируемой поверхности и электромагнитных датчиков, так как чувствительность устройств подобного типа прямо пропорциональна скорости взаимного перемещения диагностируемой поверхности и электромагнитных датчиков [4].

Целью изобретения является повышение чувствительности, надежности и эффективности контроля.

Достижению указанной цели способствует то, что известное устройство, содержащее магнитную систему, намагничивающую диагностируемый поверхностный слой и создающую в области дефекта магнитное поле рассеяния, механизм, транспортирующий объект контроля через магнитную систему, блок электромагнитных датчиков, блок дефектоотметчиков и многоканальное устройство обработки сигналов, входы которого подключены к выходам электромагнитных датчиков, а выходы к блоку дефектоотметчиков, дополнительно содержит импульсный лазерный генератор для возбуждения волн Релея на поверхности диагностируемого слоя и, по меньшей мере, один световод, доставляющий излучение лазера к поверхности диагностируемого слоя.

Применение в известном устройстве дополнительно импульсного лазерного генератора, например, твердотельного с модулированной добротностью, позволяет возбуждать на поверхности диагностируемого слоя волну Релея, которая, распространяясь в слое, взаимодействует с несплошностью. При прохождении волны Релея через несплошность происходит модуляция магнитного поля рассеяния несплошности за счет механических колебаний стенок несплошности, вызванных смещениями материала слоя в волне Релея. В результате такого взаимодействия несплошность становится источником излучения электромагнитной волны, которая регистрируется электромагнитным датчиком, например, в простейшем случае, катушкой индуктивности.

На фиг.1 показано устройство в аксонометрии, на фиг.2 - схемы взаимодействия волны Релея с несплошностью (трещиной) в магнитном поле: а) момент образования статического магнитного поля рассеяния, образованного над трещиной, в магнитном поле магнита, б) и в) моменты взаимодействия волны Релея с трещиной и модуляции магнитного поля рассеяния трещины ультразвуковой волной.

Устройство, показанное на фиг.1, содержит источник питания 1, импульсный лазер 2, световод 3, электромагнит 4 или постоянный магнит 5, блок электромагнитных датчиков 6, установленных по периметру объекта контроля, блок дефектоотметчиков 7, многоканальное устройство обработки сигналов 8, входы которого подключены к выходам электромагнитных датчиков 6 при помощи кабеля 9, а выходы к блоку дефектоотметчиков 7 при помощи кабеля 10, дисплей 11 и механизм перемещения объекта контроля через магнитную систему (не показан).

Принцип работы устройства основан на эффекте модуляции магнитного поля рассеяния дефекта, например трещины, ультразвуковой волной (в данном случае волной Релея), когда ультразвуковая волна взаимодействует с дефектом (поверхностным или подповерхностным), находящимся в магнитном поле. В результате такого взаимодействия дефект становится источником излучения электромагнитной волны, которая регистрируется электромагнитным датчиком. Причем частота электромагнитной волны совпадает с частотой ультразвуковой волны.

На фиг.2а показан момент создания магнитного поля рассеяния постоянным магнитом 5, создающим на поверхности и в приповерхностном слое объекта контроля касательный магнитный поток Ф, пронизывающий трещину.

На фиг.2б и фиг.2в показаны моменты модуляции магнитного поля рассеяния трещины ультразвуковой волной Релея в противоположных фазах и механические колебания стенок трещины под воздействием волны Релея.

Предлагаемое устройство позволяет выявлять поверхностные и подповерхностные дефекты (несплошности) с очень малым раскрытием или заполненные флюсами или оксидами, которые прозрачны для УЗ волн и(или) которые имеют малые по величине магнитные поля рассеяния.

Применение изобретения позволит полностью автоматизировать контроль таких специфичных дефектов поверхности.

Источники информации

1. Патент РФ №2146363. Способ ультразвуковой дефектоскопии цилиндрических изделий и устройство для его осуществления.

2. Н.П.Алешин, В.Е.Белый, А.Х.Вопилкин и др. Методы акустического контроля металлов. М.: Машиностроение, 1989 г.

3. А.А.Абакумов. Магнитная интроскопия. М.: Энергоатомиздат, 1996, с.194-196.

4. Приборы для неразрушающего контроля. Справочник в 2-х томах, под ред. В.В.Клюева, 1986, т.2 с.53.

Устройство для диагностики несплошностей поверхностного слоя металлопроката из ферромагнитных материалов, содержащее магнитную систему, намагничивающую диагностируемый поверхностный слой касательным магнитным полем и создающую в области дефекта магнитное поле рассеяния, механизм, транспортирующий объект контроля через магнитную систему, блок электромагнитных датчиков, блок дефектоотметчиков и многоканальное устройство обработки сигналов, входы которого подключены к выходам электромагнитных датчиков, а выходы - к блоку дефектоотметчиков, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит импульсный лазерный генератор для возбуждения волн Релея и по меньшей мере один световод, доставляющий излучение лазера в рабочую зону.