способ контроля ферромагнитных изделий

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ, заключающийся в перемагничивании образца при помощи накладного электромагнита с П-образным магнитопроводом, регистрации процесса перемагничивания при помощи преобразовательного узла и определении контролируемого параметра изделия по значениям тока перемагничивания и выходного сигнала преобразовательного узла, отличающийся тем, что преобразовательным узлом регистрируют горизонтальную составляющую магнитного поля на поверхности образца в центральной части между полюсными наконечниками магнитопровода и по его величине и зависимости от поля намагничивающего устройства определяют толщину и свойства упрочненного слоя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к неразрушающему контролю физико-механических параметров ферромагнитных изделий и может быть использовано в машиностроении, например, для контроля качества и толщины упрочненного слоя при термической или химико-термической обработке, а также для контроля толщины немагнитных покрытий на ферромагнитных изделиях.

Наибольшее распространение для контроля качества и толщины упрочненного слоя на стальных ферромагнитных изделиях получили электромагнитные методы, основанные на измерении каких-либо физических свойств изделия [1] В качестве измеряемых величин могут быть использованы магнитные характеристики: остаточная намагниченность, коэрцитивная сила, магнитная проницаемость, параметры скачков Баркгаузена или величина электросопротивления. При этом, чем больше различие выбранной характеристики у сердцевины изделия и его упрочненного слоя, тем достовернее контроль.

При использовании в качестве измеряемого параметра коэрцитивной силы на коэрцитиметрах с приставным электромагнитом [2] определение толщины упрочненного слоя основано на установлении однозначной зависимости этой толщины и измеренной усредненной по объему коэрцитивной силы.

Недостатком данного метода является то, что не всегда удается добиться наличия однозначной зависимости контролируемого параметра с показаниями прибора.

Наиболее близким к изобретению является способ контроля механических свойств стали [3] заключающийся в перемагничивании образца при помощи накладного электромагнита с П-образным магнитопроводом, регистрации процесса перемагничивания изделия при помощи второго П-образного преобразовательного узла, охваченного первым и определении контролируемого параметра изделия по значениям тока перемагничивания и выходного сигнала преобразовательного узла.

Однако достоверность контроля качества упрочненного слоя эти способом недостаточна, так как в данном устройстве глубина проникновения магнитного поля в образец будет зависеть как от геометрических размеров полюсных наконечников приставного электромагнита, так и от магнитных свойств изделия и упрочненного слоя, кроме того, измерительный узел, изготовленный из ферромагнитного материала, может оказывать влияние на процесс перемагничивания изделия.

Для расширения функциональных возможностей способа и повышения достоверности контроля толщины слоя и качества поверхностного упрочнения в указанном способе производится измерение горизонтальной составляющей магнитного поля в центральной точке между полюсами намагничивающего устройства и по его величине и зависимости от поля намагничивающего устройства определяют толщину и свойства упрочненного слоя.

Данный способ контроля толщины и качества упрочненного слоя основан на характере распределения магнитного поля внутри однородного ферромагнитного образца и зависимости магнитного поля в тонком поверхностном слое от магнитных свойств основного материала изделия, толщины и качества упрочненного слоя или толщины немагнитного покрытия.

В отличие от прототипа, где измерительный узел регистрирует часть магнитного потока, ответвляющуюся в П-образный магнитопровод данного узла, в предложенном способе регистрируется горизонтальная составляющая магнитного поля над образцом, которая однозначно связана со значением магнитного поля в тонком поверхностном слое исследуемого изделия. Измерительный преобразователь в этом случае не вносит искажений в распределение магнитного потока внутри образца.

Расчет магнитной цепи может быть проведен с использованием формальных аналогов закона Ома и правил Кирхгофа (см. Калашников С.Г. Электричество. М. Наука, 1970, с.290-293).

На фиг.1 а и б соответственно приведены магнитная цепь накладного электромагнита на двухслойном ферромагнетике и ее электрический аналог.

Величина Em Wi играет роль магнитодвижущей силы (W число витков намагничивающей обмотки, i сила тока), Rm 1,_oS магнитное сопротивление участка цепи длиной 1 с сечением s и магнитной проницаемостью ,_o- магнитная постоянная. Напряженность поля выражается через магнитный поток Н _oS, магнитный поток = BS играет роль тока, В значение магнитной индукции имеет смысл плотности тока; Rmо магнитосопротивление магнитопровода электромагнита; Rm1 переходное магнитосопротивление поверхностного слоя; Rm2 магнитосопротивление основного материала; Rm3 магнитосопротивление упрочненного поверхностного слоя.

На фиг. 1б приведен электрический аналог данной цепи с теми же обозначениями.

Численный расчет поля в тонком приповерхностном слое в зависимости от толщины упрочненного слоя приведен на фиг.2.

Как видно из фиг.2 значение поля в приповерхностном слое можно использовать для контроля глубины упрочненного слоя. Для определения этого поля можно измерять значение горизонтальной составляющей магнитного поля над поверхностью образца.

Зависимость этого поля от намагничивающего тока i будет определяться магнитными свойствами поверхностного упрочненного слоя и может быть использована для их определения.

На фиг.3 изображена схема устройства, реализующего данный способ.

Устройство состоит из накладного электромагнита 1 с П-образным магнитопроводом, содержащим намагничивающую W1 и контрольную W2 обмотки. П-образный магнит устанавливается на контролируемое изделие 2. Измерительный преобразователь 3 расположен в центре между наконечниками намагничивающих полюсов и служит для регистрации горизонтальной составляющей магнитного поля над поверхностью образца.

На фиг.4 приведены результаты измерений зависимости горизонтальной составляющей магнитного поля над образцом от толщины немагнитного слоя.

П р и м е р. В устройстве, изображенном на фиг.3, через обмотку W1, содержащую 200 витков провода ПЭВ диаметром 0,33 мм, накладного электромагнита с П-образным магнитопроводом с сечением 10х10 мм и расстоянием 30 мм между полюсными наконечниками, выполненным из трансформаторной стали, пропускался постоянный ток i 0,4 А от источника ТЕС 88. В магнитопроводе накладного электромагнита 1 возникал магнитный поток , величина которого контролировалась при помощи измерительной обмотки W2, содержащей 100 витков и подсоединенной к микровеберметру Ф-190. Измерительным преобразователем 3, в качестве которого использовали датчик Холла цифрового измерителя магнитного поля регистрировалось значение горизонтальной составляющей магнитного поля у поверхности образца в центральной части между наконечниками полюсов электромагнита. Поперечное сечение датчика составляло 0,5х0,5 мм, что обеспечивало измерение поля на расстояние примерно 0,2 мм над образцом.

Толщина немагнитного слоя на контролируемом ферромагнитном изделии или толщина упрочненного покрытия с отличающимися магнитными свойствами может быть определена по аналогичному, предварительно полученному опытным путем градуировочному графику. Качество поверхностного слоя, зависящее от его магнитных свойств, может быть определено по характеру зависимости измеряемой горизонтальной составляющей от тока намагничивания.