close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12436

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01N 27/72
СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ ДВИЖУЩЕГОСЯ ФЕРРОМАГНИТНОГО ИЗДЕЛИЯ
(21) Номер заявки: a 20080179
(22) 2008.02.19
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Авторы: Сандомирский Сергей Григорьевич; Синякович Эдуард Брониславович (BY)
BY 12436 C1 2009.10.30
BY (11) 12436
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(56) SU 1118906 A, 1984.
BY 8057 C1, 2006.
SU 1516941 A1, 1989.
SU 1397817 A1, 1988.
GB 1249274 A, 1971.
GB 1076168 A, 1967.
(57)
Способ электромагнитного контроля механических свойств движущегося ферромагнитного изделия, в котором изделие в процессе движения намагничивают до состояния,
близкого к техническому насыщению, производят первое измерение остаточного магнитного потока в изделии после его выхода из области действия намагничивающего поля,
создают на пути изделия локальную область с размагничивающим полем, достаточным
для его частичного размагничивания, производят второе измерение остаточного магнитного потока в изделии после его выхода из области действия размагничивающего поля и
определяют искомые свойства изделия на основании заранее определенной корреляционной зависимости, связывающей их с отношением результата второго измерения к разности результатов первого и второго измерений.
Фиг. 3
BY 12436 C1 2009.10.30
Изобретение относится к области исследования материалов с помощью электрических
или магнитных средств.
Известен способ электромагнитного контроля механических свойств движущегося
ферромагнитного изделия [1], заключающийся в том, что контролируемое изделие в процессе движения намагничивают в магнитном поле в разомкнутой магнитной цепи и измеряют максимальный магнитный поток в изделии при намагничивании и остаточный
магнитный поток в изделии после выхода из области с намагничивающим полем, по величине которых судят о контролируемых свойствах. При измерении магнитных потоков в
изделии используют интегрирование однополярных импульсов ЭДС индукционных измерительных преобразователей, поэтому изменения скорости движения изделий не ухудшают точность контроля. Коэрцитивная сила материала изделия, а также однозначно с нею
связанный остаточный магнитный поток в изделии являются наиболее структурно чувствительными параметрами, что обеспечивает высокую достоверность контроля механических свойств изделий из многих материалов. Измерение максимального магнитного
потока в изделии при намагничивании для некоторых марок сталей и размеров изделий
позволяет повысить достоверность контроля.
Недостаток известного способа в низкой достоверности контроля изделий из среднеуглеродистых легированных сталей. Остаточный магнитный поток в изделиях из таких
сталей не однозначно связан с их механическими свойствами. Дополнительное измерение
максимального магнитного потока для изделий из таких сталей не повышает достоверность контроля. Достоверность контроля снижается также из-за сильного влияния изменений размеров изделий на измеряемую величину остаточного магнитного потока в
изделии.
Известен способ электромагнитного контроля механических свойств движущихся
ферромагнитных изделий [2], заключающийся в том, что изделие в процессе движения
намагничивают магнитным полем, создают на пути движения изделия локальную область
с постоянным размагничивающим полем, измеряют остаточный магнитный поток в изделии после выхода из области с размагничивающим полем, по которому судят о свойствах
изделия. По известному способу измерение остаточного магнитного потока в изделии осуществляется после его частичного размагничивания. При воздействии на намагниченное
изделие определенным размагничивающим полем становится однозначной зависимость
между остаточным магнитным потоком и механическими свойствами (качеством высокотемпературного отпуска) изделий из среднеуглеродистых слаболегированных сталей, используемых для изготовления ответственных деталей.
Недостаток известного способа в низкой достоверности контроля изделий из среднеуглеродистых легированных сталей. Несмотря на однозначную зависимость остаточного
магнитного потока в изделиях из таких сталей после частичного размагничивания с их
механическими свойствами, чувствительность этой зависимости к контролируемым свойствам зачастую оказывается недостаточной для достоверного контроля. Достоверность
контроля снижается также из-за сильного влияния изменений размеров изделий на измеряемую величину остаточного магнитного потока в изделии.
Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности является способ
электромагнитного контроля механических свойств движущегося ферромагнитного изделия [3], заключающийся в том, что изделие в процессе движения намагничивают магнитным полем, измеряют остаточный магнитный поток в изделии после выхода из области с
намагничивающим полем, создают на пути движения изделия локальную область с постоянным размагничивающим полем, напряженность которого выбирают меньшей коэрцитивной силы материала изделия, измеряют второе значение магнитного потока в изделии
при его движении в области с размагничивающим полем и о свойствах изделия судят по
отношению результата измерения остаточного магнитного потока в изделии к разности
результатов первого и второго измерений. Применение способа обеспечивает снижение
2
BY 12436 C1 2009.10.30
влияния изменений размеров контролируемых изделий на результаты контроля и повышение за счет этого его достоверности.
Недостаток известного способа в низкой достоверности контроля изделий из среднеуглеродистых легированных сталей. Информационный параметр контроля пропорционален коэрцитивной силе материала контролируемых изделий, не имеющей для этих сталей
однозначной связи с контролируемыми механическими свойствами, определяемыми заданной температурой отпуска.
Задачей изобретения является повышение достоверности контроля изделий из среднеуглеродистых легированных сталей.
Задача решена в способе электромагнитного контроля механических свойств движущегося ферромагнитного изделия, в котором изделие в процессе движения намагничивают до состояния, близкого к техническому насыщению, производят первое измерение
остаточного магнитного потока в изделии после его выхода из области действия намагничивающего поля, создают на пути изделия локальную область с размагничивающим полем, достаточным для его частичного размагничивания, производят второе измерение
остаточного магнитного потока в изделии после его выхода из области действия размагничивающего поля и определяют искомые свойства изделия на основании заранее определенной корреляционной зависимости, связывающий их с отношением результата второго
измерения к разности результатов первого и второго измерений.
Повышение достоверности контроля изделий из среднеуглеродистых легированных
сталей достигается благодаря тому, что информационный параметр предложенного способа обладает более высокой чувствительностью к механическим свойствам контролируемых изделий и однозначно зависит от этих свойств.
Предложенное изобретение поясняется графиками и чертежами.
На фиг. 1 представлена зависимость распределения намагничивающего поля H вдоль
оси X движения изделий согласно предложенного способа. Координата Х = 0 соответствует области с максимальным намагничивающим полем.
На фиг. 2 сопоставлены изменения информационных параметров прототипа и первого
аналога (Ф1 - пунктирная линия) и предложенного способа (F3 - сплошная линия) от температуры отпуска Tотп болтов крепления противовеса № 240-1005018 из стали 40ХН.
На фиг. 3 изображена функциональная схема устройства для реализации предложенного способа.
На фиг. 4 представлена зависимость информационного параметра F3 предложенного
способа от предела прочности σB промышленной партии болтов крепления противовеса
№ 240-1005018 из стали 40ХН. Сущность предложенного способа в следующем.
Остаточный магнитный поток Фd (Ф1), сохраняющийся в изделии после намагничивания до магнитного состояния, близкого к техническому насыщению, при постоянстве размеров изделий пропорционален коэрцитивной силе их материала и является поэтому
наиболее структурно чувствительным параметром. Это обеспечивает высокую достоверность контроля механических свойств изделий постоянных размеров из многих материалов. Создание на пути движения изделий локальной области со слабым
размагничивающим полем, измерение дополнительного значения магнитного потока в изделии при его движении в этой области и определение отношения результата измерения
Фd (Ф1) к разности результатов первого и второго измерений (прототип предложенного
изобретения) позволяет получить информационный параметр контроля, пропорциональный коэрцитивной силе материала изделий и менее зависимый от влияния изменений размеров контролируемых изделий на результаты контроля. Это повышает достоверность
контроля.
Но коэрцитивная сила среднеуглеродистых легированных сталей и остаточный магнитный поток Фd (Ф1) в изделиях из них не однозначно связаны с температурой отпуска
изделий после закалки и их физико-механическими свойствами. Частичное размагничива3
BY 12436 C1 2009.10.30
ние изделий из таких материалов и последующее измерение остаточного магнитного потока Фd(Ф2) в них позволяет, как правило, устранить неоднозначность связи Фd(Ф2) с физико-механическими свойствами и температурой отпуска таких изделий. Однако
чувствительность зависимости Фd (Ф2) от контролируемых механических свойств зачастую оказывается недостаточной для достоверного контроля. Кроме того, достоверность
контроля снижается влиянием на его результаты неизбежными изменениями размеров изделий в пределах технологических допусков.
В соответствии с предложенным способом изделие в процессе движения намагничивают магнитным полем. В конкретном примере реализации способа (фиг. 1) максимальная
напряженность намагничивающего поля на пути движения изделий равна 48 кА/м. Измеряют остаточный магнитный поток Фd (Ф1) в изделии после его выхода из области с намагничивающим полем (при X ≈ 20 см. на фиг. 1). Создают на пути движения изделия
локальную область с постоянным размагничивающим полем (при X ≈ 36 см. на фиг. 1). В
конкретном примере реализации способа (фиг. 1) максимальная напряженность размагничивающего поля на пути движения изделий равна 1,98 кА/м. Измеряют второе значение
остаточного магнитного потока Фd (Ф2) в изделии после его выхода из области с размагничивающим полем (при X ≈ 50 см. на фиг. 1) и о свойствах изделия судят по отношению
результата Ф2 этого измерения к разности результатов первого Ф1 и второго Ф2 измерений. Измеряемый в соответствии с предложенным способом информационный параметр
контроля F3, равный
Ф2
F3 =
,
(1)
Ф1 − Ф 2
обеспечивает независимость результатов контроля механических свойств изделий от изменений их размеров в пределах технологических допусков и более высокую, чем прототип и аналоги, чувствительность контроля к механическим свойствам контролируемых
изделий из среднеуглеродистых легированных сталей. Это существенно повышает достоверность контроля их механических свойств.
Сказанное обосновывают представленные на фиг. 2 результаты сопоставления изменения информационного параметра Ф1 первого аналога и прототипа и информационного
параметра F3 предложенного способа в конкретном примере его реализации: для контроля
температуры отпуска Тотп болтов длиной 58 мм, диаметром 10 мм из стали 40ХН. При постоянстве размеров контролируемых изделий изменения информационного параметра
прототипа аналогично изменению параметра Ф1 первого аналога. Представленные на
фиг. 2 результаты показывают, что изменение температуры отпуска болтов от 200 до
500 °С вызывает изменение информационного параметра F3 предложенного способа в
3,61 раза, в то время как информационный параметр Ф1 первого аналога и прототипа изменяется всего в 1,95 раза (информационный параметр Ф2 второго аналога - в 2,92 раза).
При этом в диапазоне изменения Тотп болтов от 450 до 500 °С информационный параметр
Ф1 первого аналога и прототипа не зависит от Тотп, что делает вообще невозможным контроль механических свойств изделий, прошедших термообработку в этом диапазоне.
Устройство, реализующее способ, содержит направляющую 1, первую 2 и вторую 3
намагничивающие катушки, охватывающие направляющую 1, последовательно друг за
другом расположенные вдоль нее и последовательно - встречно включенные в цепь источника 4 постоянного намагничивающего тока, первую 5 и вторую 6 измерительные катушки, охватывающие направляющую 1, расположенные соответственно за первой 1 и
второй 2 намагничивающими катушками и подключенные соответственно к первому и
второму входам блока 7 обработки сигналов и вычисления, подключенного своим выходом ко входу исполнительного механизма 8.
Работает устройство следующим образом. Контролируемое изделие 9 движется вдоль
направляющей 1. Источник 4 обеспечивает протекание постоянного намагничивающего
тока заданной величины по обмоткам первой 2 и второй 3 намагничивающих катушек.
4
BY 12436 C1 2009.10.30
Выбор количества витков в обмотках первой 2 и второй 3 намагничивающих катушек, их
встречное включение и расположение вдоль направляющей 1 обеспечивает формирование
на пути движения контролируемых изделий 9 вдоль направляющей 1 заданной конфигурации намагничивающего и размагничивающего полей. На фиг. 1 представлена экспериментально измеренная зависимость распределения Н(Х) намагничивающего поля вдоль
оси X движения изделий согласно предложенного способа в конкретном варианте его реализации. Двигаясь вдоль направляющей 1 контролируемое изделие 9 намагничивается в
магнитном поле первой намагничивающей катушки 2 (фиг. 1, Х ≈ 0 см) до магнитного состояния, близкого к техническому насыщению, выходит из зоны действия поля первой
намагничивающей катушки 2 и движется дальше в намагниченном состоянии. При своем
дальнейшем движении вдоль направляющей 1 контролируемое изделие 9 проходит через
первую измерительную катушку 5 (фиг. 1, X ≈ 20 см) и индуцирует на ее выходе сигнал,
вольт-секундная площадь полуволны которого пропорциональна остаточному магнитному
потоку Фd (Ф1) в изделии после выхода из области с намагничивающим полем. При своем
дальнейшем движении вдоль направляющей 1 контролируемое изделие 9 пересекает локальную область (фиг. 1, Х ≈ 36 см) с размагничивающим полем второй намагничивающей катушки 3. При этом изделие частично размагничивается в создаваемом ею
магнитном поле противоположного относительно поля первой намагничивающей катушки 2 направления. Напряженность размагничивающего поля второй намагничивающей
катушки 3 подбором количества витков ее обмотки устанавливают достаточной для частичного размагничивания контролируемого изделия 9 (с учетом последующего изменения
намагниченности контролируемого изделия 9 по кривой возврата). Проведенные исследования предложенного способа для изделий из среднеуглеродистых легированных сталей
показали, что наилучшие по достоверности контроля результаты обеспечивает напряженность размагничивающего поля второй намагничивающей катушки 3 около 2 кА/м.
При своем дальнейшем движении вдоль направляющей 1 контролируемое изделие 9
проходит через вторую измерительную катушку 6 (фиг. 1, Х ≈ 50 см) и индуцирует на ее
выходе сигнал, вольт-секундная площадь полуволны которого пропорциональна остаточному магнитному потоку Фd (Ф2) в изделии после его выхода из области с размагничивающим полем. Сигналы с выходов первой и второй измерительных катушек 5 и 6
поступают соответственно на первый и второй входы блока 7 обработки сигналов и вычисления, который осуществляет цифровое или аналоговое интегрирование полуволн индуцированных движущимся намагниченным изделиям 9 в первой и второй измерительных
катушках 5 и 6 электрических сигналов. Результаты интегрирования, пропорциональные
соответственно значениям Ф1 и Ф2 остаточных магнитных потоков в изделии в соответствии с предложенным способом, в блоке 7 обработки сигналов и вычисления обрабатываются по алгоритму (1). Результат вычисления F3 в блоке 7 обработки сигналов и
вычисления сравнивается с предварительно установленными порогами годности контролируемых изделий 9 по этому параметру. По результатам сравнения блок 7 обработки
сигналов и вычисления формирует сигнал для управления исполнительным механизмом 8,
который осуществляет сортировку контролируемых изделий 9 на годные и брак.
Существенные признаки предложенного способа обеспечивают более высокую, чем
при использовании известных способов, достоверность сортировки изделий из среднеуглеродистых легированных сталей по их физико-механическим свойствам. Кроме результатов экспериментального сопоставления известных и предложенного способов,
представленных на фиг. 2, об этом свидетельствуют и представленные на фиг. 4 результаты применения предложенного способа для контроля предела прочности σв промышленной партии болтов крепления противовеса № 240-1005018 из стали 40ХН. Применение
предложенного способа обеспечило получение высокого (около 0,85) коэффициента корреляции в линейном уравнении регрессии между информационным параметром F3 предложенного способа и пределом прочности σB контролируемых болтов.
5
BY 12436 C1 2009.10.30
Источники информации:
l. SU 1078310, МПК G 01N 27/90, 1984.
2. Сандомирский С.Г. Магнитный контроль физико-механических свойств изделий
массового производства в движении (Обзор) / Дефектоскопия.- 1996.- № 7.- С. 24-46.
3. SU 1118906, МПК G 01N 27/80, 1984 (прототип).
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
297 Кб
Теги
патент, by12436
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа