УДК 620.179.14
РАЗРАБОТКА СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ВИХРЕТОКОВЫХ УСТРОЙСТВ К СОДЕРЖАНИЮ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ПАРАМАГНИТНОМ МАТЕРИАЛЕ
В. И. Пудов, А. С. Соболев
Рассмотрена возможность повышения эффективности работы вихретоковых устройств, контролирующих в парамагнитном материале, в частности в гранулированном фенопласте, содержание металлических включений путем создания стандартных образцов, эквивалентных данному составу неоднородности материала. Показано, что разработанные и аттестованные комплекты стандартных образцов предприятия позволяют оптимизировать настроечные параметры типового вихретокового устройства относительно конкретного состава неоднородности материала или изделия, выпускаемого предприятием.
ВВЕДЕНИЕ
При неразрушающем контроле содержания в парамагнитном материале металлических включений на предприятиях используют различные методы и средства, в том числе вихретоковые поисковые устройства отечественного и импортного производства.
Надо заметить, что за последнее десятилетие предприятия большей частью переоснащались импортным оборудованием и, как следствие, импортируемыми из разных стран металлоискателями, которые существенно отличаются друг от друга техническим качеством, назначением и функциональными возможностями. Как показывает практика эксплуатации импортных металлоискателей, многие производители поисковых средств не утруждают себя подробным описанием условий работоспособности аппаратуры, ее перенастройки, градуировки и других технических деталей. При этом существуют неточности технического перевода, терминологии и так далее. Поэтому указанные недостатки могут приводить к тому, что импортные металлоискатели оказываются недостаточно эффективными для качественного контроля конкретной продукции предприятия.
В данной работе рассматривается возможность повышения эффективности работы вихретоковых устройств путем создания стандартных образцов предприятия (СОП) для проверки их работоспособности, настройки и градуировки в производственных условиях.
В качестве примера анализируется работа типового детектора металлов Ра 604 (изготовитель Франция), используемого при входном контроле гранулированного фенопласта Т 265 (ТУ 6-07-296-89) на одном из предприятий Урала. Фенопласт является сырьем для материала с повышенным электрическим сопротивлением, из которого изготовляют электрические соединители (односторонние разъемы).
Разработка комплектов стандартных образцов предприятия потребовала решения следующих задач:
оценки наличия и характера металлических включений в исходных порошкообразных компонентах и гранулированном фенопласте;
разработки методики аттестации на создание комплекта СОП, изготовления 10 образцов комплекта СОП и его аттестации;
построение градуировочной характеристики детектора Ра 604. В ходе выполнения работы по выбору методики аттестации метрологических характеристик стандартных образцов использовались нормативные документы ГОСТа [1—3].
При изучении характера взаимодействия переменного магнитного поля с объектами контроля учитывались основные параметры детектора
Ба 604 и условия осуществления контроля. Детектор Ба 604 содержит проходной вихретоковый преобразователь, создающий амплитуду магнитной индукции на уровне -2 мТл при частоте 2 кГц. Рабочее пространство преобразователя имеет вид цилиндра диаметром ~8 см и длиной ~25 см. Контроль образца, помещенного на ленту транспортера, осуществляется при прохождении через центральную часть преобразователя. Скорость перемещения составляет -12 см/с. Образец представляет собой гранулированный материал (размер гранул от 1 до 3 мм) массой 4 г, помещенный в пластмассовый футляр.
Возможность контроля содержания металлических включений в образце оценивалась при помощи детектора Ра 604, причем проводился сравнительный анализ зависимости сигналов преобразователя от физических свойств образца и величины коэффициента усиления Ку, определяющего уровень чувствительности детектора Ра 604 [4, 5]. Анализ погрешностей производился в соответствии с принятыми в метрологии правилами для косвенных измерений [6].
ОЦЕНКА НАЛИЧИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ИСХОДНЫХ КОМПОНЕНТАХ И ФЕНОПЛАСТЕ
Для оценки характера металлических включений и сравнительного анализа работы вихретокового детектора металлов Ра 604 использованы следующие измерительные устройства.
1. Прибор типа металлоискателя — обнаружитель металла (ОМ) однонаправленного действия, основанного на вихретоковом принципе работы, создан в Институте физики металлов УрО РАН [7]. Его порог чувствительности определен на уровне -0,5 мг (-2,5 дел.) порошкообразных металлических частиц, соответствующих государственному стандартному образцу при дисперсности его частиц 0,1—0,2 мм. Прибор снабжен датчиком локального поиска, диаметр его рабочей части соответствует 5 мм, а длина — 35 мм. Он определяет ферромагнитные (железо, никель) и неферромагнитные металлические включения (медь, алюминий, свинец и другие).
2. Измеритель магнитной восприимчивости (ИМВ) — магнитные весы. Диапазон измерений магнитной восприимчивости МО-8—МО-2 ед. СИ. Порог чувствительности -10~9 ед. СИ. Прибор определяет содержание парамагнитных, ферромагнитных и диамагнитных веществ.
Полученные результаты исследования образцов представлены в табл. 1, из которой следует, что имеет место корреляция между показаниями обоих вихретоковых приборов: меньшие значения показаний ОМ соответствуют более высокому уровню показаний Ра 604, то есть чем меньше доля электропроводящей примеси в исследуемом материале, тем более высокую чувствительность необходимо установить в Ра 604 для ее обнаружения. Результаты исследования показывают, что детектор металлов Ра 604 менее чувствителен.
Данные образцы (см. табл. 1) фиксировались обнаружителем металла в режиме определения ферромагнитных включений. Для более детального установления свойств обнаруженных в гранулированном фенопласте электропроводящих примесных включений проведены следующие исследования.
Из исходного гранулированного фенопласта были извлечены постоянным магнитом (В ~ 0,35 Тл на поверхности магнита, градиент на /= 1 мм от двугранного угла = 30 Тл/мм) гранулы и оценена их магнитная восприимчивость %м при помощи магнитных весов. Значения %м извлеченных гранул находились в интервале (1—2,5)10"3 ед. СИ. Извлеченные магнитом гранулы определялись стрелочным индикатором ОМ на уровне № 50 дел.
Измельчение гранул не подтвердило наличия металлических фракций железа и стали внутри гранул, причем при исследовании образовавшегося порошка определителем металла он сохранял прежние ферромагнитные свойства. При воздействии магнита на измельченный материал не удалось выделить из его состава металлические фракции, что свидетельствует об идентичности магнитных свойств первоначального материала и обработанного. По магнитным характеристикам гранулы соответствуют соединениям типа магнетита Ре0Ре203 (%м «10~2 в единицах СИ).
Таблица 1
Сравнительные характеристики исследованных образцов
Образец Показания приборов
ОМ (деления) Иа 604 (чувств.)
Тальк ....................................................................... 15—20* От 4 до 5
Пигмент флатоционовый голубой..................... ~5 От 7,5 до 8
Кремнезем.............................................................. -5—7,5 -8,8
Каолин..................................................................... -2,5—5 -8,9
Стеарат цинка........................................................ -2,5—5 -8,9
Стеклонаполнитель порошкообразный............ -10 —
Стеарин................................................................... -10 —
Уротропин.............................................................. -10 —
Кислота салициловая............................................ -10 —
Смола марки СТ 2018........................................... -5 —
Исходный порошок (проба фенопласта Т 265) 20—25* От 4 до 6
Брусок изделия...................................................... 45—50* —
"Показания сопровождались звуковым сигналом ОМ.
Гранулы массой 4 г, извлеченные магнитом из измельченного материала и помещенные в футляр для СОП, фиксировались детектором металла Ба 604 при его коэффициенте усиления Ку (уровне чувствительности), близком к 0. Следовательно, данные гранулы обладают более высокой электрической проводимостью по сравнению с контролируемым фенопластом Т 265.
Таким образом, в составе материала гранулированного фенопласта отсутствуют металлические фракции. Однако данный материал содержит разные по магнитным характеристикам примеси, причем из него можно извлечь электропроводящую составляющую, обладающую магнитной восприимчивостью, близкой к соединениям типа магнетита Ре0Ре203.
Результаты исследования показывают, что необходимо принципиально изменить состав материала СО. Применительно к решаемой задаче входного контроля гранулированного фенопласта на содержание электропроводящих включений вместо предлагаемых в качестве материала СО опилок из стали СтЗ (ТУ 6-07-296-89, п. 4.15) более корректно готовить материал СО в виде механической смеси с различным соотношением компонентов, например, инертного по электрической проводимости порошкообразного каолина (наполнителя) и извлеченных из фенопласта постоянным магнитом включений, обладающих повышенной магнитной восприимчивостью, коррелирующей с электрической проводимостью. Суммарная масса этих компонентов должна составлять 4,00±0,05 г.
РАЗРАБОТКА И АТТЕСТАЦИЯ КОМПЛЕКТА СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦОВ
На основании полученных результатов исследования исходных материалов методом взвешивания были изготовлены механические смеси из двух компонентов: каолина, инертного по электрической проводимости, и материала с магнитной составляющей, извлеченного вышеуказанным постоянным магнитом.
Аттестованные значения в виде относительного содержания электропроводящих включений £>в (в массовых долях) в механической смеси определяли по выражению
М. + Я,
(мв+я,) + (мк+я2)
м+м
(1)
к у
где Мв, Мк — соответственно масса электропроводящих включений и каолина; Я,, Я2 — масса примесей
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.