научная статья по теме МНОГОПАРАМЕТРОВЫЕ МЕТОДЫ МАГНИТНОЙ СТРУКТУРОСКОПИИ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ (ОБЗОР). Ч. II. ИМПУЛЬСНЫЙ МАГНИТНЫЙ МНОГОПАРАМЕТРОВЫЙ МЕТОД И ПРИБОР ИМА-М ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства

Текст научной статьи на тему «МНОГОПАРАМЕТРОВЫЕ МЕТОДЫ МАГНИТНОЙ СТРУКТУРОСКОПИИ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ (ОБЗОР). Ч. II. ИМПУЛЬСНЫЙ МАГНИТНЫЙ МНОГОПАРАМЕТРОВЫЙ МЕТОД И ПРИБОР ИМА-М ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ»

УДК 620.179.14

МНОГОПАРАМЕТРОВЫЕ МЕТОДЫ МАГНИТНОЙ СТРУКТУРОСКОПИИ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ (ОБЗОР).

Ч. II. ИМПУЛЬСНЫЙ МАГНИТНЫЙ МНОГОПАРАМЕТРОВЫЙ МЕТОД И ПРИБОР ИМА-М ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

М.А. Мельгуй

Показано, что с использованием многопараметрового структуроскопа ИМА-М возможны контроль твердости термообработанных сталей различного химического состава, контроль качества поверхностного упрочнения, а также решение ряда других задач магнитной структуроскопии.

Ключевые слова: соленоид, градиент поля, импульсный магнитный анализатор, многопа-раметровый метод.

Несмотря на значительные достижения в развитии многопараметрового магнитного метода структурного анализа на основе использования приставного электромагнита, полюса которого устанавливаются на испытуемое изделие [1—7], существует ряд задач в машиностроении, для решения которых намагничивание изделий приставными электромагнитами невозможно или затруднено: это изделия сложной формы, на которых отсутствует площадка, позволяющая установить полюса электромагнита; малогабаритные изделия, размеры которых меньше межполюсного расстояния. Кроме того, на погрешность измерения существенно влияет непостоянство зазора между полюсами электромагнита и контролируемым изделием. Способы уменьшения такого влияния подробно рассмотрены в [8].

При импульсном магнитном методе контроля испытуемое изделие намагничивают магнитным полем короткого соленоида, ось которого перпендикулярна поверхности испытуемого изделия, а по обмотке пропускают серию импульсного тока. В классическом варианте указанная серия содержит импульсы одинаковой амплитуды [9]. Измеряют один параметр — градиент V'Игп напряженности поля остаточной намагниченности изделия вдоль оси симметрии намагничивающего поля, по величине которого в заранее установленном однопараметровом линейном уравнении корреляционной связи между контролируемой характеристикой и величиной VHrn определяют расчетную характеристику. Приборы типа ИМА [10—15] и ИМПОК [16, 17] широко используют для контроля механических свойств листового проката низкоуглеродистых сталей.

Отличительной особенностью импульсного магнитного метода является низкая чувствительность к зазору между преобразователем и контролируемым изделием, которая у приборов типа ИМА не превышает 2 % при изменении зазора на 0,1 мм [18]. Для установок типа ИМПОК, осуществляющих намагничивание непрерывно движущегося листового проката преобразователями, расположенными с двух сторон листа и измеряющими градиенты напряженности полей остаточной намагниченности также с двух сторон листа, относительная погрешность, обусловленная отклонением листа относительно нейтральной плоскости в пределах плюс-минус 10 мм, не превышает 5 % [16].

Однако однопараметровый ИМА-метод, как и однопараметровый метод коэрцитиметрии, не позволяет решать многие задачи контроля качества изделий машиностроения: контроль качества среднего и высокого отпуска из-

Михаил Александрович Мельгуй, главный научный сотрудник Института прикладной физики Национальной академии наук Беларуси, доктор техн. наук, профессор, лауреат премии Совета Министров СССР, Государственной премии Республики Беларусь, заслуженный изобретатель Республики Беларусь, г. Минск. Тел. (375-1) 284-24-11. 80295539574. E-mail: melgui@iaph.bas-net.by

делий из сталей, содержащих углерод более 0,3 %, контроль качества упрочняющих слоев после цементации или ТВЧ-закалки, контроль качества закалки и отпуска инструментальных сталей и т. п.

Для их решения предложены импульсный магнитный многопара-метровый метод неразрушающего контроля [19—21] и прибор типа ИМА-М (импульсный магнитный анализатор многопараметровый) для реализации метода [22—24].

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО МНОГОПАРАМЕТРОВОГО МЕТОДА СТРУКТУРОСКОПИИ

Как и при однопараметровом методе, контролируемое изделие намагничивают импульсами магнитного поля, создаваемого коротким соленоидом, ось которого перпендикулярна поверхности испытуемого изделия. Измеряют нормальную составляющую градиента напряженности поля остаточной намагниченности VНгп вдоль оси симметрии поля намагничивания. Отличительная особенность многопараметрового метода заключается в том, что намагничивание изделия осуществляют импульсами магнитного поля, амплитуда напряженности которого на торце соленоида и его оси в первой серии (рис. 1) возрастает с шагом ДНи от нуля до максимальной величины Н во второй серии уменьшается от Н до нуля с тем же шагом, в третьей серии

Н

и

и о о

ё

* Н

« я1

и1

<

Время, Г

Рис. 1. Импульсное намагничивание, реализованное в приборе ИМА-М.

амплитуда изменяет знак и возрастает по абсолютной величине от нуля до Н противоположного знака, в четвертой серии амплитуда изменяется с тем же шагом от минус Нир до нуля и в пятой серии возрастает от нуля до Нш. Измеряют величину VHrn после каждого импульса, в координатах (Н VHrn) получают петлю магнитного гистерезиса (рис. 2), которая существенно отличается от петли магнитного гистерезиса в координатах (Н, М) при намагничивании в статических магнитных полях.

Эти отличия заключаются в следующем.

1. С увеличением напряженности импульсного поля намагничивания от нуля до Нш первой серии VHrn возрастает (кривая 1), имеет максимум VHrnm, а при дальнейшем увеличении Ни до Нш убывает до VHrns (см. рис. 2).

2. При продолжении намагничивания импульсами второй серии, амплитуда которых убывает от Нш до нуля, градиент VHrn (кривая 2) не остается постоянным, а возрастает от VHrns до VHrn0 (см. рис. 2).

1500 1000 500

<

> -500

-1000

-1500 -15

VН 0 гп0 2 V Н , гптг VН гпт

УН 0 гп0г 3 У ^„УН • гп

VH . гпрг 1 Ш

г 5 УН и

4

-10

-5 -Н 0

ирг

10

15

Н -10-5, А/м

Рис. 2. Основная кривая (1), ветви (2—5) петли гистерезиса и кривые возврата при различных частных циклах импульсного перемагничивания (г = 1, 2,.. .9).

3. При изменении направления импульсов (третья серия), их возрастании от нуля до минус Ун и последующем изменении от минус УНш до нуля градиент Vн изменяется по кривым 3 и 4.

4. При дальнейшем увеличении напряженности импульсного поля от нуля до VHш¡ кривая 5 замыкает петлю гистерезиса по градиенту VHrn.

5. Если остановить перемагничивание после любого Н . в третьей серии и продолжить воздействие импульсами четвертой серии, то величина градиента VH изменяется по г-й кривой от VH до VH „., а в процессе намагни-

гп г гпрг ^ гп0г' г

чивания 5-й серией VH возрастает, снова проходит через максимум VH и

г гп г •> г ^ г J гптг

уменьшается, достигая величины VH при амплитуде импульса нш (рис. 2).

Таким образом, при перемагничивании изделия по полному циклу можно выделить три параметра для многопараметрового контроля VHrnm, VHrns и VH а при частичном перемагничивании амплитудой VH . — шесть параметров: vн , vн , vн 0, vн , vн 0. и vн .. ир'

г г гпт гт^1 гп0' гпрг гп0г гптг

2. ИМПУЛЬСНЫИ МАГНИТНЫЙ МНОГОПАРАМЕТРОВЫЙ АНАЛИЗАТОР ИМА-М

Для реализации импульсного магнитного многопараметрового контроля разработан прибор — импульсный магнитный анализатор многопараметро-вый ИМА-М. Общий вид прибора показан на рис. 3. Функциональная схема опубликована в [22—24]. Здесь мы остановимся на возможностях прибора ИМА-М.

В зависимости от поставленной задачи прибор работает в трех режимах: "калибровка", "набор статистических данных", "измерение", устанавливаемых переключателем "задача" (см. рис. 3).

При выполнении задачи "калибровка" проверяют его метрологические характеристики по методике, утвержденной Белорусским государственным институтом метрологии (БелГИМ), и с использованием меры градиента магнитного поля МГП-5Б, поверяемой во ВНИИМ им. Менделеева (Санкт-Петербург), с погрешностью по градиенту не более 1 %.

0

5

Рис. 3. Общий вид прибора.

При задаче "набор статистических данных" управление работой ИМА-М осуществляется от ПЭВМ с помощью специальной программы "ИМА-М", которая позволяет:

а) устанавливать по выбору одну из максимальных амплитуд Иш из ряда (5,2; 5,9; 6,5; 7,2; 7,8) • 105 A/м с погрешностью, не превышающей 5 %;

б) устанавливать число серий от одной до пяти, состоящих из 9 импульсов каждая, а также число "i" размагничивающих импульсов в третьей серии (при намагничивании и перемагничивании пятью сериями). Шаг изменения амплитуды импульсов АИи = (1/9И ± 5 %) A/м;

в) получать результат измерения градиента VИгп напряженности поля остаточной намагниченности после каждого импульса, фиксировать результат измерения и наблюдать петлю гистерезиса для каждого образца;

г) систематизировать результаты набора статистических данных в виде таблицы для каждого режима перемагничивания (i = 1, 2, 3, 4);

д) осуществлять полный цикл намагничивание — перемагничивание — измерение на одном образце за время, не превышающее 30 с.

Поиск оптимального многопараметрового уравнения корреляционной связи между искомой контролируемой величиной и измеренными магнитными параметрами осуществляется на ПЭВМ с помощью специальной программы "make Regression". Указанная программа позволяет (после ввода данных о контролируемом объекте, его искомой характеристики и результатов измерения параметров петли гистерезиса при заданном i) в течение 30 с получить результаты в виде:

а) оптимального уравнения множественной корреляции с указанием величины коэффициентов а0, аг.. а6 типа

У = а0 + aVH + aVH + a3VH 0 + aVH . + a5VH 0. + a6VH ., (1)

0 1 rnm 2 rns 3 rn0 4 rm 5 rn0i 6 rnmv v '

где У — искомая характеристика.

Указанное оптимальное уравнение обеспечивает наибольший коэффициент корреляции при заданном "i";

б) графического изображения корреляционной связи между рассчитываемой по уравнению характеристикой и ее экспериментально измеренными значениями для комплекта образцов;

в) таблицы отклонений рассчитанной величины контролируемой характеристики от измеренной в абсолютных единицах и процентах для каждого образца.

Сравнивая результаты, указанные в пунктах а—в для каждого из режимов перемагничивания (/ = 1, 2, 3, 4), оператор выбирает такой режим, при котором наблюдается максимальный коэффициент корреляции и минимальное среднеквадратическое

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства»