Магнитные методы
УДК 620.179.14
ИМПУЛЬСНЫЙ МАГНИТНЫЙ АНАЛИЗАТОР ИМА-6
В.Ф. Матюк, В.А. Бурак, А.А. Осипов, ДА. Пинчуков
Описан принцип построения импульсного магнитного анализатора ИМА-6 для контроля качества термообработки, механических свойств и микроструктуры изделий из низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и низколегированных холоднокатаных и горячекатаных сталей. Приведены структурная схема, технические характеристики прибора и примеры его применения.
ВВЕДЕНИЕ
Надежность машин и механизмов в значительной степени определяется прочностными характеристиками используемых материалов. Так как среди них основную долю составляет стальной прокат, весьма актуальной является задача создания надежных и высокопроизводительных методов и средств неразрушающего контроля его механических свойств, структуры и качества термообработки.
В теории и практике неразрушающего контроля прочностных характеристик стального проката и изделий из него видное место занимают магнитные методы [1—4], основы развития которых заложили труды Н.С. Акулова, Р.И. Януса, М.Н. Михеева и их учеников.
Среди этих методов широкое применение на многих предприятиях получил импульсный магнитный метод контроля механических свойств и структуры ферромагнитных изделий, разработанный в Институте прикладной физики Национальной академии наук Беларуси
[1, 5, 6].
В общей формулировке импульсный магнитный метод [1] заключается в локальном импульсном намагничивании контролируемого изделия неоднородным магнитным полем соленоида, измерении градиента нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности, по величине которого и заранее установленным корреляционным связям в соответствии с ГОСТ 30415—96 определяются механические свойства.
На основе этого метода разработаны два класса приборов: для выборочного контроля и для контроля в технологическом потоке производства [1, 5], которые отличаются функциональными возможностями, схемными решениями и эксплуатационными характеристиками.
Импульсные магнитные анализаторы типа ИМА разных модификаций в основном применяются для контроля механических свойств низкоуглеродистых, ряда среднеуглеродистых и низколегированных холодно-и горячекатаных сталей после технологического отжига [1], имеющих однозначную связь между этими свойствами и магнитными характеристиками.
Владимир Федорович Матюк, доктор техн. наук, зав. лабораторией магнитных методов контроля Института прикладной физики Национальной академии наук Беларуси. Тел. +(375-17) 284-18-55. E-mail: matyuk@iaph.bas-net.by
Вероника Анатольевна Бурак, младший научный сотрудник лаборатории магнитных методов контроля Института прикладной физики Национальной академии наук Беларуси. Тел. +(375-17) 284-24-30. E-mail: wnickey@list.ru
Александр Александрович Осипов, канд. техн. наук, старший научный сотрудник лаборатории магнитных методов контроля Института прикладной физики Национальной академии наук Беларуси. Тел. +(375-17) 284-24-17. E-mail: osipov@iaph.bas-net.by
Дмитрий Анатольевич Пинчуков, научный сотрудник лаборатории магнитных методов контроля Института прикладной физики Национальной академии наук Беларуси. Тел. +(375-17) 284-24-30.
Хорошей чувствительностью к изменению температуры отпуска после закалки изделий из сталей с содержанием углерода более 0,3 % обладает многопараметровый импульсный магнитный метод [7], реализованный в приборе ИМА-М [8]. Он заключается в локальном намагничивании испытуемого изделия сериями импульсов аксиально-симметричного магнитного поля изменяющейся амплитуды и направления и в измерении градиента нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности в течение первой и после каждой последующей серии импульсов. Однако этот метод требует до 30 с на проведение одного измерения, что затрудняет его применение при массовом контроле.
Импульсные локальные контроллеры типа ИЛК отличаются тем, что после намагничивающего импульса на изделие воздействуют импульсом противоположной полярности заранее заданной амплитуды и измеряют градиент нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности после окончания размагничивающего импульса. Это позволяет контролировать твердость изделий из некоторых среднеуглероди-стых и слаболегированных сталей после их закалки и отпуска [9]. Дальнейшее развитие этого направления в импульсном магнитном методе контроля требует дополнительных исследований по выбору параметров намагничивающих и размагничивающих импульсов.
Целью данной работы является создание на базе импульсного магнитного метода высокопроизводительного прибора, сочетающего функции приборов типа ИМА и ИЛК и обеспечивающего большую чувствительность к изменению температуры отпуска после закалки изделий из сталей с содержанием углерода более 0,3 % при меньшей дисперсии результатов, особенно при контроле массивных изделий.
ВЫБОР АМПЛИТУДЫ И ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ
Решение поставленной задачи осуществлялось за счет выбора параметров намагничивающих и размагничивающих импульсов, измерения градиента напряженности поля остаточной намагниченности как после намагничивающих, так и после размагничивающих импульсов с привязкой амплитуды последнего к результатам измерений на магнитомягком или на магнитотвердом образце, а также введения импульсов магнитной подготовки и автоматического выбора их полярности [10—12].
При выборе параметров импульсов магнитное поле Н формировалось посредством разряда батареи конденсаторов емкостью от 200 до 2200 мкФ на соленоид с внутренним радиусом 5 мм, внешним радиусом 25 мм и длиной 30 мм, число витков составляло 865. Исследования проводили при намагничивании и размагничивании образцов импульсами магнитного поля, имеющими форму полуволны синусоиды и форму апериодического разряда конденсатора. Амплитуды Нт намагничивающих и Нт размагничивающих импульсов изменялись соответственно от 2,0-104 до 2,4-105 А/м и от 1,0-104 до 2,4-105 А/м. Длительности т каждого из импульсов были одинаковыми, а их величина варьировалась от 1,5 до 17 мс по уровню 0,1. Измерение градиента УНгп нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности осуществлялось феррозондом-градиентометром длиной 28 мм.
В работе представлены результаты исследований по выбору режима намагничивания на образцах из стали 45 (диски диаметром 59 мм и толщиной 9 мм), подвергнутых закалке и последующему отпуску, поскольку характер изменения механических и магнитных свойств этой стали в зависимости от режима термообработки подобен изменению аналогичных свойств изделий из других марок улучшаемых углеродистых сталей.
Исследования показали, что при периодической (близкой к полуволне синусоиды) форме намагничивающего и размагничивающего импульсов в исследуемом диапазоне изменения их длительности и диапазоне изменения амплитуды размагничивающего импульса получить приемлемые для контроля зависимости между измеренным градиентом и температурой отпуска не удалось из-за влияния поля вихревых токов при резком спаде импульса.
Апериодическая форма намагничивающих импульсов при отсутствии размагничивающего импульса (Нр = 0) также не дала положительных результатов из-за неоднозначности между измеряемым градиентом и температурой отпуска Готп при Готп > 300 °С, хотя характер этой неоднозначности существенно зависит от длительности импульсов (рис. 1). Так, если при т = 1,5 мс для образцов из стали 45 в указанном выше диапазоне изменения температур отпуска зависимость величины УНгп от Готп практически отсутствует, то при т = 2,5 мс она становится неоднозначной, причем эта неоднозначность усиливается с дальнейшим увеличением т.
Рис. 1. Влияние длительности т и амплитуды Нр размагничивающего импульса на зависимость градиента нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности на сумму (□) градиентов после намагничивающего и после размагничивающего импульсов при привязке к закаленному изделию от температуры отпуска дисков из
стали 45: т, мс:
а — 1,5; б — 2,5; в — 7,5; г — 10; Нр ■ 10-4, А/м: а — О — 0; • — 1,5; А — 2,5; А — 5; б — О — 0; • — 1,5;
А — 3,5; А — 6,5; в — О — 0; • — 2; А — 3,5; А — 11,5; г — О — 0; • — 4; А — 6; А — 17,5.
В случае измерения градиента напряженности поля остаточной намагниченности после размагничивающего импульса (Нр Ф 0) связь между УНгп и Готп улучшается. При этом чувствительность измеряемого градиента к температуре отпуска определяется длительностью намагничивающего и размагничивающего импульсов и амплитудой Нр размагничивающего импульса.
Величина т влияет, во-первых, на абсолютную величину измеряемого градиента. Так, при изменении т от 1,5 до 10 мс градиент УНгп увели-
чивается в среднем до 75 %. Увеличение т свыше 10 мс практически не изменяет величину УНгп.
Во-вторых, при Нр Ф 0 существенно изменяется ход зависимости УНт от Готп. Ее неоднозначность устраняется во всем диапазоне изменения температуры отпуска, хотя чувствительность к контролируемому параметру неодинакова по диапазону изменения температуры.
Из представленных на рис. 1 зависимостей видно, что при апериодической форме намагничивающего и размагничивающего импульсов наилучшие результаты контроля достигаются в случае, когда амплитуда размагничивающего импульса выбрана такой, что при максимальной для данного типа изделий температуре отпуска (для исследуемых образцов — 700 °С) величина измеряемого градиента равна нулю (кривые А на рис. 1). При длительности намагничивающего и размагничивающего импульсов по 10 мс для испытуемых образцов она составляла 6-104 А/м. При такой амплитуде размагничивающего импульса и длительности намагничивающего и размагничивающего импульсов по 10 мс в диапазоне температур отпуска от 300 до 700 °С, который перекрывает диапазон температур среднего и высокого отпуска, наблюдается практически линейная взаимосвязь между температурой отпуска и измеряемым параметром. Чувствительность к изменению температуры отпуска в этом диапазоне составляет 47,5 А/(м2-К), что значительно выше, чем при других значениях Нр.
Если амплитуда размагничивающего импульса выбрана такой, что при минимальной для данн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.