автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка метода и средств, основанных на использовании магнитных и магнитно-акустических шумов, для контроля механических напряжений в высокопрочных сталях

На правах рукописи

ФИЛИНОВА Анка Владимировна

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И СРЕДСТВ, ОСНОВАННЫХ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ МАГНИТНЫХ И МАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКИХ ШУМОВ, ДЛЯ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЯХ

СЮ34448 Ю

Специальность 05 11 13 - Приборы и методы контроля природной среды,

веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2008

003444810

Работа выполнена в Московском государственном университете приборостроения и информатики (МГУПИ)

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ Шатерников В Е

доктор технических наук, профессор Покровский А Д

кандидат технических наук Резников Ю А

ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр»

Защита состоится 24 июня 2008 г в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212 119 01 при Московском государственном университете приборостроения и информатики по адресу 107076, г Москва, ул Стромынка, 20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного Университета приборостроения и информатики

Автореферат разослан 20 мая 2008 г

Ученый секретарь диссертационного Совета, дтн, профессор

Слепцов В В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационной работы. Высокии технический уровень и эффективность производства в металлургических и металлообрабатывающих отраслях промышленности обеспечивается созданием и освоением ресурсосберегающих технологий с улучшением качества продукции Значительные резервы в этой области связаны с научно обоснованным подходом к задаче регулирования напряженного состояния металлоизделий, существенно влияющего на надежность и долговечность техники, технологичность и металлоемкость конструкций, что подтверждает актуальность проблемы

Эффективным подходом к анализу и регулированию остаточных и приложенных механических напряжений в металлопродукции является системный подход, одну из ключевых позиций которого занимают вопросы контроля напряженного состояния металлоизделий на каждом этапе технологического процесса Контроль остаточных напряжений в заготовках и готовых деталях дает возможность выявлять изделия с недопустимым уровнем напряжений и проводить их технологическую доработку, используя различные методы воздействия на величину и распределение остаточных напряжений

Наиболее целесообразное решение этой задачи связано как с совершенствованием традиционных методов неразрушающего контроля (НК), так и с развитием сравнительно новых методов, таких как метод эффекта Баркгаузена (ЭБ), который получил в промышленности название метод магнитных шумов (МШ)

Существенно расширяет возможности контроля методом МШ параллельное использование акустического проявления эффекта Баркгаузена (магнитные акустические шумы (МАШ)) Разработка принципов совместного использования МШ и МАШ, позволяет повысить информативность метода эффекта Баркгаузена

Имеются отличительные особенности в физике этого явления от других электромагнитных методов контроля источником электромагнитного или акустического излучения является сам контролируемый объект по причине перестройки его доменной текстуры, большая локальность контроля, обеспеченная малой величиной объема скачкообразно перемагничивающейся области - 10 ~9 -10 ",0 см3, возможность снимать информацию в аналоговом или цифровом виде даже с очень тонких слоев образцов Это позволяет, используя тесную связь магнитной текстуры со структурой деформированного металла, найти новые пути решение задачи контроля механических напряжений в деталях и разработки новых средств контроля

Таким образом, основной задачей диссертации является развитие теории метода контроля и разработка новых средств НК, основанных на эффекте Баркгаузена, для целей НК механических напряжений в высокопрочных сталях Состояние проблемы. При перемагничивании ферромагнитных материалов возникают в индукционной катушке импульсы ЭДС, получившие название магнитные шумы (МШ), в пьезопреобразователе - акустические сигналы, получившие название магнитный акустический шум (МАШ)

Широкое развитие в НК получил метод магнитных шумов Большой вклад в становление этого метода внесли работы Н Н Колачевского, В М Рудяка, В В Клюева, Э С Горкунова, В Е Шатерникова, Г В Ломаева, В Е Щербинина, В В Поповой, В Л Венгриновича, В В Филинова, Н С Кузнецова, а также зарубежных исследователей - Ц Гарднера (США), И Шродера (США), И Бартона (США), Л Карьялайнена, К Титто (Финляндия) и тд Вместе с тем, применение метода МШ в промышленности явно не соответствует его возможностям и требует комплексного решения исследовательских, конструкторских и методических задач К их числу относятся вопросы более глубокого исследования взаимосвязи параметров сигналов МШ с механическими напряжениями и структурными изменениями в конструкционных высокопрочных сталях, методическое обеспечение выбора информативных параметров и режимов контроля с наибольшей достоверностью результатов измерений, разработка принципов создания надежной контрольно-измерительной аппаратуры и методик контроля, приемлемых для производственных условий

Существенно увеличивает возможности контроля методом МШ параллельное использование сигналов МАШ Энергетические и эмиссионные характеристики МШ и МАШ определяются перестройкой магнитной текстуры ферромагнетика скачками Баркгаузена (СБ), соответственно 180° и 90° доменных границ, при его циклическом перемагничивании Поэтому МШ и МАШ несут разную информацию о физико-механических свойствах сталей, а параметры их сигналов во взаимосвязи могут использоваться дли построения новых алгоритмов контроля и диагностики напряженного состояния ответственных изделий из этих сталей

Значительный вклад в исследование физики магнитных акустических шумов перемагничивания внесли работы Э С Горкунова, В В Филинова, В А Хамитова, В Е Щербинина, В Ф Кумейшина, В А Комарова, а также зарубежных исследователей - К Оно, М Шибато (Япония), А Лорда, (США) и др Однако, техническое использование МАШ в промышленности сдерживается недостаточной теоретической и экспериментальной проработкой, позволяющей разработать научно-обоснованные методики выбора информативных параметров, режимов и принципов конструирования средств контроля

Общий случайный характер сигналов МШ и МАШ позволяет надеяться на возможность разработки методических основ их совместного применения в НК, повысить надежность и информативность средств контроля методом ЭБ

Целью диссертационной работы является разработка новых методических основ и средств контроля механических напряжений в высокопрочных конструкционных сталях, основанных на методе МШ и МАШ В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи: анализ закономерностей изменения параметров огибающих сигналов магнитных шумов и магнитно-акустичесих шумов в зависимости от уровня микро- и макронапряжений, экспериментальные исследования взаимосвязей параметров сигналов МШ и МАШ на образцах углеродистых легированных сталей, определение новых алгоритмов обработки и информативных параметров сигналов МШ и МАШ, разработка аппаратуры и методик контроля механических напряжений на основе использования МШ и МАШ

Методы исследования Выполнение научных исследований проводилось с привлечением методов статистической физики, корреляционного анализа Результаты теоретических положений проверялись экспериментально с использованием механических методов испытаний, результатов металлографического и рентгеноструктурного анализа, статистических методов обработки экспериментальных данных

Новые научные результаты. В работе

1 На основе аналогии механизму возбуждения акустической эмиссии при пластической деформации разработана теория МАШ Исследованы зависимости энергетических и эмиссионных характеристик огибающих МАШ от параметров измерительной аппаратуры, объема СБ, магнитострикции и механических напряжений

2 Разработана методика расчета текущих энергетических и эмиссионных характеристик МШ и МАШ Показано, что параметр им, равный максимальному значению сигналов МШ, отражает энергетические свойства МШ, параметр Н„ пропорционален коэрцитивной силе ферромагнитного материала, параметр МАШ равный среднему значению сигналов МАШ, пропорционален магнитострикции материала Это определяет новые возможности метода неразрушающего контроля, основанного на эффекте Баркгаузена, как многопараметрового метода

3 Исследованы зависимости параметров сигналов МШ и МАШ от уровня микро- и макронапряжений в высокопрочных стялях Доказана возможность использования единой, в пределах марки стали, зависимости параметра Р=имНм от величины макронапряжений, в случае контроля деталей из углеродистых и легированных сталей Показано, что использование параметра Я=им/Нм позволяет увеличить разрешающую способность аппаратуры - в 1,4 раза.

Установлено, что область применения метода контроля напряженного состояния металлоизделий существенно расширяется за счет использования алгоритмов, основанных на нормировке параметров МШ к параметрам сигнала МАШ, например, параметр В=1)м/иА1, равный отношению максимального значения сигнала МШ к первому максимому сигнала МАШ, при этом разрешающая способность аппаратуры увеличивается - в 2 раза

Существенно повышается чувствительность контроля механических напряжений методом МАШ с использованием параметра К= иА2ЛХм, равного отношению двух максимальных значений огибающей сигнала МАШ

4 Для контроля ответственных изделий разработаны следующие методики контроля макронапряжений, основанные на регистрации МШ и МАШ

• методика контроля напряжений в сборках корпусов изделий из стали ЭП-836,

• методика контроля распределения напряжений в трубных заготовках из стали ЭП-836

5 Разработаны новые алгоритмы обработки сигналов МШ и МАШ, принципы построения средств и алгоритмов контроля напряженного состояния деталей из высокопрочных сталей, основанные на применении новых параметров, связанных с совместным использованием МШ и МАШ

Практическая значимость и реализация результатов работы.

1 Теоретические и экспериментальные исследования МШ и МАШ при нагружении высокопрочных сталей позволили разработать методику и прибор для оценки уровня механических напряжений

2 Предложены новые информативные параметры, повышающие достоверность и чувствительность контроля механических напряжений в высокопрочных сталях

3 Исследованы новые конструкции и выработаны рекомендации по режимам работы Первичных преобразователей для контроля с использованием МШ и МАШ

4 Разработаны новые алгоритмы, программные средства и микропроцессорный вариант прибора для контроля механических напряжений методом МШ и МАШ

5 Результаты работы реализованы в виде методик контроля макронапряжений в сборках корпусов изделий и трубных заготовок из стали ЭП-836, микропроцессорного варианта прибора контроля методом МШ и МАШ и использованы на предприятиях машиностроительной отрасли, например, Научно-исследовательском машиностроительном институте (НИМИ)

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены в 10-ти печатных работах и обсуждены на 5-ти международных конференциях "Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики", гСочи-2002, 2004, 2005, "Эффект Баркгаузена и аналогичные физические явления", г Ижевск-2005, 5-й межднародной выставке-конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности», Москва, 2006

Структура диссертационной работы состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии из 113 наименований, приложения и изложена на 186 странице машинописного текста, иллюстрируется 76 рисунками и 6 таблицами

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Модели формирования огибающих МШ и МАШ и их характерных параметров, определяющие принципы построения методик и алгоритмов контроля механических напряжений в высокопрочных сталях

2 Методика расчета текущих энергетических и эмиссионных характеристик МШ и МАШ, выбор новых параметров при контроле механических напряжений с использований МШ и МАШ

3 Принципы и алгоритмы построения средств и методик контроля напряженного состояния высокопрочных сталей на основе новых параметров сигналов МШ и МАШ

4 Методика контроля прочностных свойств изделий из высокопрочной стали на основе метода МШ и МАШ

5 Схемотехнические решения, алгоритмы и программные средства, обеспечивающие разработку прибора (индикатора механических напряжений) на базе цифрового сигнального процессора, для контроля механических напряжений в высокопрочных сталях

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены основные проблемы и дана характеристика работ в данной области Сформулированы цель, научная новизна и практическая ценность работы Приведены сведения об ее апробации

В первой главе рассмотрен системный подход к проблеме анализа и регулирования остаточных напряжений (ОН), требующий применения методов НК Одним из наиболее перспективных методов неразрушающего контроля напряженного состояния металлопродукции является метод эффекта Баркгаузена Универсальность и достоверность метода повышается при совместном использовании сигналов МАШ и МШ Энергетические и эмиссионные характеристики МШ и МАШ определяются перестройкой магнитной текстуры ферромагнетика скачками Баркгаузена, соответственно 180° и 90° доменных границ, при его перемагничивании Поэтому МШ и МАШ несут разную информацию о физико-механических свойствах сталей, а параметры их сигналов во взаимосвязи могут использоваться для построения новых алгоритмов контроля и диагностики, например, напряженного состояния ответственных изделий из этих сталей Использование текущих параметров энергетических (интенсивности) и эмиссионных (числа выбросов) характеристик сигналов МШ и МАШ расширяет возможности контроля, что определяется способностью регистрировать эти параметры в любой заданной точке на петле гистерезиса ферромагнетика

Однако широкое использование метода ЭБ в практике НК сдерживается отсутствием теоретического обоснования методик выбора информативных параметров ддя конструирования средств контроля напряженного состояния металлоизделий Известные модели сигналов МШ и МАШ могут быть использованы лишь для расчетов средних параметров процесса, так как описывают только изменение интенсивности и не учитывают нестационарность эмиссионных свойств, что предполагает необходимость разработки расчетных моделей, отвечающих особенностям текущих характеристик МШ и МАШ Развитие теории формирования текущих характеристик сигналов МШ и МАШ позволяет наметить пути многопараметрового подхода к конструированию алгоритмов и средств контроля с избирательной чувствительностью к уровню микро- и макронапряжений в изделиях из высокопрочных сталей

На основе анализа перечисленных проблем практической реализации аппаратуры и методик контроля остаточных напряжений в изделиях из высокопрочных конструкционных сталей необходимо

- теоретически и экспериментально исследовать взаимосвязь параметров текущих характеристик сигналов МШ и МАШ в зависимости от уровня микро-и макронапряжений,

- выявить и исследовать возможности новых информативных параметров, таких как текущие характеристики МШ и МАШ, позволяющих повысить достоверность и чувствительность контроля остаточных напряжений,

- разработать аппаратуру, оптимизировать параметры и режимы ее работы, обосновать основные принципы построения методик контроля напряжений в металлоизделиях

Во второй главе проведена аналитическая и экспериментальная оценка взаимосвязи параметров МШ и МАШ с уровнем микро- и макронапряжений в изделиях из высокопрочной конструкционной стали

В рамках потенциально-энергетической теории ЭБ рассмотрена статистическая модель формирования энергетических и эмиссионных характеристик МШ, основанная на выводе о том, что форма огибающей МШ при перемагничивании определяются функцией распределения критических полей старта доменных границ в поликристаллическом ферромагнетике

Энергетические характеристики МШ Функция В(Н) огибающей МШ, для случая анизотропной среды, когда направление действия макронапряжений совпадает с направлением перемагничивания, будет иметь вид

В(Н) = С0 ехр -

и2 {

Я'ехр

аЛ с г

0)'

Л<тг

\ У

где С0, Ь, а - размерные коэффициенты,

Кэф = К + X с0 - эффективная кристаллографическая анизотропия,

К - константа кристаллографической анизотропии,

Х- константа магнитострикции,

стй - уровень макронапряжений,

Ох - уровень микронапряжений,

Н - напряженность поля перемагничивания

Соотношение (1) связывает параметры функции В(Н) с уровнем микропараметр ок) и макронапряжений (параметр а0) в ферромагнитном материале По своей сущности В(Н) отражает энергетические характеристики МШ

Для однозначного определения двух характеристик материала (уровня микро- и макронапряжений) по выражению (1) необходимо и достаточно знание двух каких-либо параметров функции В(Н) Наиболее перспективным, как с позиций математического описания характера изменений, так и возможностей аппаратной реализации измерений, представляется использование положения максимума огибающей МШ в координатах амплитуда - напряженность магнитного поля

Выражения для максимальной амплитуды Вм и напряженности поля максимума Нм, полученные из условия ^улгг ~ 0, примут вид

¡К

В„ = 0 34-———--Н« =

<Ш

IX а,а

1 Формула получена А В Вагиным, В В Филшовым

На рис 1 и 2 приведены графики зависимости максимальной амплигуды В„ и напряженности поля максимума Нм (пропорциона льного коэрцитивной силе ферромагнитного материала) от уровня микро- (параметр стх) и макронапряжений (параметр сг0)

В расчетах были приняты следующие численные значения входящих в выражение (1) параметров

Х = 2 10~5 - константа магнитострикции для железа,

К = 5 103 Дж/м3 - константа кристаллографической анизотропии для железа, Н - напряженность поля перемагничивания, изменяется от 0 до значения поля насыщения (в расчетах Н задается в условных единицах от 0 до 1)

Из приведенных на рис 1 графиков видно, что уменьшение микронапряжений (параметр ох) приводит к увеличению максимальной амплитуды огибающей МШ и смещению ее в область меньших значений напряженности магнитного поля

Увеличение растягивающих напряжений приводит к увеличению максимальной амплитуды огибающей МШ и смещению ее в область меньших значений напряженности магнитного поля (рис 2) Действие сжимающих напряжений наоборот уменьшает амплитуду максимума огибающей МШ и смещает ее в область больших значений напряженности магнитного поля (рис 2)

Следует отметить, что, несмотря на условность рассмотренной модели, качественный характер оценок изменений полученных из соотношения (1) параметров огибающей МШ, не противоречит известным результатам экспериментальных исследований зависимостей В(Н) от структурного и напряженного состояния поликристаллических ферромагнетиков

Из соотношений (2) и их графического анализа (рис 2) следует, что всякое изменение уровня макронапряжений должно приводить к взаимно противоположным изменениям параметров Вм и Н„ Такой характер взаимосвязи этих величин позволяет предложить в качестве информативного параметра, повышающего чувствительность метода МШ к упругим напряжениям, параметр Я, пропорциональный отношению Вм и Н„

V

\ Вм

Ни

Вм Нм. уел

О 250 450 650 бх, МПа

Рис 1 Зависимости максимальной амплитуды Вм и напряженности поля максимума !1и от уровня микронапряжений бх (<т0 ~ 0)

бq МПа

Рис 2 Зависимости максимальной амплитуды Вы и напряженности поля максимума Нм от уровня макронапряжений G0 (ах = 500 МПа)

Вторым важным следствием, вытекающим из анализа соотношений (2), является постоянство произведения величин Вм и Н„ независимо от уровня микронапряжений (параметр сгх) Это позволяет предложить параметр Р, пропорциональный произведению Вм и Н„, в качестве информативного параметра, повышающего достоверность оценки макронапряжений, в случае, когда структурное состояние контролируемого материала не стабильно

Эмиссионные характеристики МШ Используя аппроксимацию формы среднестатистического импульса ЭДС СБ в виде суммы двух экспоненциальных функций

F(t) = А(е~

-fi'

где а>0, Р>0, Р>а - коэффициенты аппроксимации, зависящие от свойств ферромагнетика, А - амплитуда импульса ЭДС СБ, выражение для текущего числа выбросов МШ можно представить в виде

N(C',t) =

4ap+7(a + p)v(t)

2 л

ехр

V

а/3{а + р) С ' (а - Р)1 К')

(3)

где С

= С/

, ^ - уровень селекции, v(t) - интенсивность потока импульсов,

определяющая нестационарность ЭДС СБ по петле гистерезиса

Текущая частота выбросов МШ определяется уровнем селекции С, формой и амплитудой импульсов ЭДС СБ, и неоднородностью интенсивности потока импульсов ЭДС СБ v(t) по петле гистерезиса

При линейном перемагничивании, как это принято на практике, распределение СБ по полю перемагничивания равносильно распределению СБ по времени В(Н) ~ B(t) = v(t)

Прямая подстановка (1) в (3) позволяет проанализировать влияние микро-и макронапряжений на текущее число выбросов МШ Как следует из (3) максимальной амплитуде Вм соответствует максимальное значение N„ — максимум числа выбросов МШ, при значении напряженности поля перемагничивания Нм Изменение Вм в диапазоне 0,2 0,8 (рис 3) приводит к изменению NM в диапазоне 0,1 0,9, что позволяет утверждать о большей чувствительности числа выбросов МШ к микро- и макронапряжениям, что не противоречит известным результатам экспериментальных исследований

Nh,yen ед

0,8 0,6 О 4 0,2

0

!

/

1

0 2 О Л 0,9 0,8 В к, уел еб

С* = 0,2, а= 104 с1, р= ¡О5 с'

Рис 3 Зависимость максимума числа выбросов Км от максимума В„

Энергетические и эмиссионные характеристики МАШ Так же как при расчетах ЭДС СБ, для построения текущих энергетических и эмиссионных характеристик представим сигнал МАШ пьезопреобразователя в рамках модели дробового шума в виде неоднородного пуассоновского потока импульсов Используя аналогию возбуждения сигнала МАШ и механизма

возбуждения АЭ призматической деформации, предложенную А А Юдиным и В И Ивановым, на основании решения волнового уравнения можно записать выражение для единичного импуль а МАШ в виде

£,(*"--)= , (4)

С г, с

о *

где Ьо^-т) - импульсная характеристика системы "образец - пьезопреобразователь -регистрирующая аппаратура", с - корость звука в образце, Дет - флукгационная составляющая магнитосгрикционной деформации образца, ак -магнигострикционное изменение размера Хк элемента образца длинны 10

Использование (4) при расчете статисгических свойств МАШ затруднительно, т к необходимо знать форму Деш, определяемую динамикой неупругой магнитосгрикционной деформации от СБ и требует учета магнитодинамичедшх и упругих явлений в ферромагнетике Для упрощения в модели дробового шума примем, что в основном определяется передаточной характеристикой Ьо и имеет форму прямоугольного импульса длительностью х0 и среднеквадратической амплитудой (удлинением) ао

Определив среднеквадратическое удлинение в его образца, через удлинение области, охваченной СБ, и учитывая линейный характер перемагничивания ферромагнетика запишем для дисперсии процесса (4), определяющей энергетические характеристики МАШ, выражение

а2ЛН) = С(

Я у.

сб

ах

ж

(5)

где и _ - оответственно магнитолтрикция насыщения и скорость

I с1Н |

изменения магнитострикции ферромагнетика "Уев - средний объем области СБ, С0 - константа, учитывающая размеры ферромагнетики? режим перемагничивания и параметры аппаратуры

Анализ (5) позволяет объяснить наличие двух максимумов на огибающей энергетических характеристик (например, мощно ти) МАШ, а также экспериментальные результаты изменения текущих и средних характеристик МАШ в зависимости от режимов перемагничивания и напряженного состояния ферромагнетика.

Для инженерных расчетов текущих эмиссионных характеристик МАШ, рассмотрена модель, аналогичная МШ, основанная на регистрации аддитивной смеси нормальных лучайных процессов узкополосного МАШ и собственного шума измерительного канала. Получено выражение, вязывающее текущую частоту выбросов МАШ с параметрами измерительного канала и характеристиками сигнала

Я

(6)

где <у(,- резонансная частота пьезопреобразователя, т2 - верхняя граничная частота измерительного канала, а] и а) - дисперсии, оответственно, МАШ и

собственных шумов измерительного канала, С - уровень селекции измерительного канала

Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными показало хорошее соответствие теории эксперименту Полученные с помощью (6) огибающие N¿(0,1) позволили дать рекомендации по оптимальному выбору уровня дискриминации аппаратуры Показано, в частности, что при С = стт аппаратура нечувствительна к наличию в собственных шумах полезного сигнала МАШ, поэтому оптимальными будут с = о или С > 2<тг, повышение уровня селекции увеличивает чувствительность контроля При уменьшении С форма А(С, 0 меняется от кривой с двумя максимумами к кривой с двумя минимумами с экстремальными точками в областях значений близких коэрцитивной силе и полей насыщения

В третьей главе приведены средства, материалы и методики исследований параметров энергетических и эмиссионных характеристик МШ и МАШ с использованием прибора АФС-5, на основе результатов этих исследований дана оценка возможности использования предложенных алгоритмов для контроля микро- и макронапряжений в сталях различных классов

При исследовании параметров МШ и МАШ использовался прибор «АФС», разработанный в МГУПИ с индуктивным накладным преобразователем П - образного типа, и пьезоэлектрическими преобразователями различных типоразмеров Для определения коэрцитивной силы тока 1Р размагничивания использовался коэрцитиметр КИФМ-1

Экспериментальное исследование конструктивных параметров первичных преобразователей (ПП) МШ и режимов их работы показало величину перемагничивающего тока 1к следует выбирать в области «плато» (насыщения) зависимости амплитуды МШ от тока перемагничивания, измерительную катушку ПП необходимо центрировать относительно полюсов перемагничивающего устройства и ее толщину уменьшать, применение концентратов магнитного поля значительно увеличивает чувствительность ПП

Экспериментальные исследования конструктивных параметров ПП МАШ и режимов их работы показало величину перемагничивающего тока следует выбирать порядка 41к, в качестве чувствительных элементов преобразователей целесообразно использовать высокочувствительные пьезокерамики с резонансными частотами в диапазоне 50-200кГц, использование соединения преобразователя с предусилителем при помощи коаксиального кабеля, как это традиционно делается в приборах для регистрации акустической эмиссии, не позволяет получить удовлетворительное отношение «сигнал/шум» из-за шунтирования пьезоэлемента емкостью кабеля, совмещение преобразователя с предусилителем в одном корпусе позволило увеличить отношение «сигнал/шум» на 60 - 80% по сравнению с традиционной аппаратурой для регистрации акустической эмиссии

Влияние частоты перемагничивания на характеристики МШ и МАШ идентично при увеличении частоты энергетические характеристики возрастают, а эмисссионные падают

Даны рекомендации по выбору режимов работы ПП при совместном использовании каналов МШ и МАШ Показано, что индуктивный преобразователь следует размещать в перемагничиваемой зоне контроля изделия, а пьезопреобразователь из-за малого затухания сигналов МАШ можно располагать на расстоянии от зоны контроля Так при удалении пьезопреобразователя от зоны перемагничивания на 70 см уменьшает среднюю мощность МАШ на 20% Последнее позволяет обеспечить возможность контролировать труднодоступные зоны изделия по сигналам МАШ

В качестве материалов для исследований использовались конструкционные стали трех классов, наиболее часто применяемых в машиностроительной отрасли углеродистые (ст35, стбО), углеродистые легированные (35ХЗНМ, 30ХГСН2А) и высоколегированная мартенситностареющая (ЭП-836 - 17 N1, 10 Со, 10 V/, 1,2 Мо, 0 8 ТО Для получения различного уровня микронапряжений образцы изготовленные из этих сталей подвергались термообработке (закалке, отпуску, или старению при разных температурах)

Исследования проводились по двум методикам

1 на ненагруженном образце измерялись характеристики ЭБ, затем цикл измерений повторялся при упругодеформированном состоянии образца, созданным одноосным растяжением или сжатием,

2. таким же образом цикл измерений проводился для остаточных напряжений, когда образец растягивался до значений напряжений, превышающих предел текучести, затем нагрузка снималась

Показано, что для всех типов сталей при изменении упругих напряжений в области от сжимающих до растягивающих энергетические характеристики МШ меняются однозначно, а энергетические характеристики МАШ неоднозначно и имеют максимальное значение, положение которого зависит от типа стали

По величинам средневыпрямленного значения МШ - Ццш и тока размагничивания коэрцитиметра - 1Р, изменения которых пропорциональны изменениям, соответственно, Вм и Нм, в образцах сталей с различным уровнем микронапряжений экспериментально исследован характер взаимосвязи параметров максимума огибающей МШ и.„„.мв

70

60

50

40

30

\3

\ ч \

V X к2

\ V

^— *

Рис 4 Связь параметров (1мш и 1р для образцов с раз чич-ной твердостью

1-ст 35,

2-ст 35ХЗНМ,

3- ст 30ХГСН2А

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 !р мА

Выявлено что для углеродистых и легированных статей параметры Ь'мШ и 1Р находятся в обратнопропорциональной зависимости (ри 4) Для сталей 35, 30ХГСН2А, Э5ХЗНМ получены уравнения регрессии вида имш =Р/(1Р-к), где Р и к размерные коэффициенты, постоянные для каждой марки ¿тали

Таблица 1

Марка стали Коэффициент корреляции Уравнение регрессии Доверительный интервал, МПа Ю-1

Ст 35 0,511 0.29Р-1441 ±5,6

Ст 35Х31Ш 0,681 0,19Р-460 ±3,7

Ст 30ХГНС2А 0,612 0,56Р-1084 ±4,2

Исследования зависимости величии имш и 1Р от макронапряжений по схеме одиозного растяжения для случая углеродистых и легированных сталей показала возможность использовать при контроле единую, в пределах марки Стали, зависимость параметра Р от величины макронапряжений Корреляционный анализ экспериментальных данных, результаты которого сведены в табл 1 показал, что с доверительной вероятностью 0,95 эти зависимости могут быть аппроксимированы линейной регрессией

Исследованы зависимости параметров огибающих МШ, МАШ и индукции насыщения от температуры старения мартенситносгареющих сталей ЭП-836 Показано, что характер изменений этих параметров определяется протекающими в процессе старения изменениями плотности дислокаций, уровня микронапряжений, периода решетки и фазового состава стали Причем, наиболее значительные изменения происходят при температурах старения, превышающих 450- 580"С, когда происходит выделение интерметаллидных фаз, когерентно или полукогерентно вязанных смартенситной матрицей, что и приводит к снижению периода решетки и индукции насыщения, а также возрастанию микронапряжений Одновременное действие этих трех факторов не позволяет обеспечить при измерении Р=сопз1 для всех режимов старения

Анализ параметров огибающих МШ и МАШ может использоваться при построении алгоритмов контроля напряженного состояния металлоизделий

Для примера рис 5 приведены огибающие распределений энергетических характеристик сигналов МШ - и МАШ - имлш на полупериоде

перемагничивания Тп для двух значений приложенных растягивающих напряжений о-0 = 0 (сплошная линия) и <г0 = а„ 2 (пунктирная линия) для образцов из стали ЭП-836 Типичные огибающие МШ имеют один максимум им, расположенный в близи области полей перемагничивания Я„ = Нс -коэрцитивной илы Типичные огибающие МАШ имеют два мак имума и)А и и2А> расположенных в областях полей перемагничивания близких к насыщению ферромагнетиков С увеличением <т„ параметры огибающих МШ и МАШ, им, Ы|д и и2д меняются взаимопротивоположным образом (<ъм рис 5), причем величина первого максимума И^ меняет я в 2-3 раза быстрее, чем и2д

Рис 5 Огибающие распредепений энергетических характеристик МШ- Иши и МАШ- Uмаш при различных значениях растягивающих напряжений а0

0 6 0 75 0 08 10

Результаты исследований положены в основу построения алгоритмов измерений с использованием вторичных параметров М111 и МАШ

• для повышения чувствительности и разрешающей способности контроля приложенных напряжений - параметр Я^им/Нм и параметр Е^ЦмЛЛа

• для повышения достоверности оценки макронапряжений с отстройкой от влияния микронапряжений - параметр Р=им*Нм

• для повышения чувствительности метода МАШ - параметр К= иА2/иЛI На рис 6, 7 приведены результаты исследования параметров огибающих

МШ и МАШ от величины приложенных напряжений <х0 для стали ЭП-836 Видно, что увеличение <т0 приводит к взаимопротивоположным изменениям величин им и Нм, а параметры Р, Я, В и К растут с разной крутизной

„Нм,усл ед

К, R, 8, Р*10, уел ед

-100

200

400 а, МПа

1,33 1,0 0,66 0,33

У !

в / R/ К

Р

-100 о

200

400 О, МПа

Рис 6 Зависимость Цу и Им от приложенных напряжений а°

Рис 7 Зависимость вторичных параметров МШ и МАШ от приложенных

напряжений а°

Результаты сравнительных исследований чувствительности при контроле макронапряжений с использованием параметра Цщ и параметров Я, В и К, проведенные на образцах из ст 35ХЗНМ, 30НГСН2А и ЭП-836 показали, что чувствительность параметра В в среднем в 2 0 раза, а чувствительность параметров Ли К в 1 8 раза выше чувствительности параметра им Однако, в этом случае ~ в 13-15 раза возрастает погрешность, обусловленная квазистационарным характером регистрируемых МШ сигналов Таким образом, использование информативных параметров Я и К в среднем в 1 4 раза

увеличивает разрешающую способность при тензометрировании изделий из высокопрочных конструкционных сталей

Однако, их использование ограниченно из-за влияния мешающих факторов контроля, например, флуктуации структурно-фазового состояния контролируемого материала, решением следующих задач

• контроль с использованием относительных методов измерений, когда необходимо зарегистрировать изменение состояния материала на одном и том же участке объекта контроля, например, в целях МШ тензометрии,

• контроль макронапряжений при обеспечении стабильности структуры материала контролируемого объекта с применением других методов НК, чувствительных к изменению структурно-фазового состояния, например, с использованием намагниченности (индукции) насыщения

В последнем случае можно расширить область применения МШ для контроля напряженного состояния металлоизделий путем нормировки параметров огибающих МШ к параметрам огибающих МАШ, например, к значению среднеквадратического напряжения иМАш за полупериод перемагничивания

Положительный эффект достигается за счет использования результатов исследований, подтверждающих однозначную зависимость индукции насыщения и энергетических характеристик сигнала МАШ для стали ЭП-836

В четвертой главе приведены результаты практической реализации метода МШ и МАШ в комплексе проблем контроля напряженного состояния изделий ответственного назначения, дано описание методических и аппаратурных решений, позволяющих повысить достоверность и чувствительность контроля макронапряжений

Был проведен комплекс исследований, направленный на определение причин преждевременного разрушения изделий из высокопрочной (предел текучести более 2000 МПа) мартенситностареющей стали ЭП-836 Установлено, что разрушение обусловлено действующими внутренними механическими напряжениями, возникающими как при переработке стали, так и при сборке изделий

С использованием прибора «АФС-5» показано, что основной причиной разрушений являются поперечные трещины в оболочках, появление которых вызвано действием растягивающих напряжений, возникающих в процессе сборки корпусов и достигающих величин до 400 МПа Напряжения обусловлены различной степенью термических деформаций деталей, входящих в сборку, при нагревании и охлаждении корпусов Исследования позволили внедрить новую технологию сборки снижающую процент брака за счет правильного выбора режима и среды ускоренного охлаждения оболочки после сборки

Исследованы причины появления в собранных корпусах продольных трещин Показано, что такие трещины являются результатом аддитивного воздействия тангенциальных остаточных напряжений в заготовках для изготовления оболочек - прутках из ст ЭП-836, и напряжений, возникающих при различных нарушениях технологического процесса сборки

Разработан и внедрен комплекс методик неразрушающего контроля качества корпусов на различных операциях технологического процесса с использованием метода МШ

Разработанная методология контроля напряженного состояния корпусов из сг ЭП-836 базируется на следующих основных положениях 1) поплавочная система ведения котроля, 2) идентичность состояния поверхности и структуры контролируемых деталей, 3) регистрация максимальной величины 13м в процессе сканирования контролируемого участка корпуса, 4) использование относительной разбраковки корпусов по уровню им внутри одной плавки с последующими испытаниями изделий с максимальной им на склонность ктрещинообразованию

Совершенствование методологии контроля связано с использованием МАШ

Совместное использование МШ и МАШ путем взаимной нормировки их параметров, например, им/и и (см глава 3), позволяет улучшить результат контроля по п 2 методологии

Улучшение по п 3 методологии обеспечивается применением параметра и|д, наиболее чувствительного к изменению макронапряжений и параметра

ЛА, ,

/ = —~ по длине / заготовки,

изменения интенсивности МШ

(¡1

наиболее

надежно выявляющего зоны изделия склонные к по величине максимального перепада напряжений на их поверхности

Для примера приведем алгоритм контроля напряженного состояния заготовок корпусов из стали ЭП-836 На рис 8 приведены распределения

параметров и^, у

.««Л, ¿а

, и1А, вдоль образующей заготовки, полученных прибором

«АФС-5» при режиме перемагничивания током частоты 1Гц и амплитуды 2А Индуктивный преобразователь МШ перемещался по наружной поверхности заготовки вдоль оси, пьезопреобразователь МАШ устанавливался неподвижно на торце заготовки

Рис 8 Распределение параметров

МШ - им, у = , МАШ- и и Ш

вдоль длины I заготовки из стали ЭП-836

ШИ

, Заготовка

■ШИ

1

Появление наибольшего значения 1)м огибающей МШ позволило выявить участки изделия с наибольшим уровнем макронапряжений, опасных для разрушения Однако к трещинообразованию склонны участки изделия с большим перепадом напряжений в соседних зонах которые выявляются по параметру

/ = —— В партии заготовок имеется группа, в которой параметр 6 ,, по длине /

практически не меняется и у =- 0 Испытания этой группы заготовок показывают их хорошую стойкость к трещинообразованию и в дальнейшем изделия с равномерным распределением U'M относят к разряду годных Другая группа заготовок имеет явно выраженную неоднозначность распределения (У*, и / по длине /, что указывает на неоднозначность распределения остаточных напряжений в них Выделяются зоны где U"M и у максимальны (зоны I, II, III рис В), а, следовательно перепад напряжений наибольший Испытания показывают, что трещины образуются именно в этих зонах у 10% заготовок У заготовок, которые не потрещали, но имеют перепады U"M и у, оценивают уровень первого максимума U1A, который был на 30-50% больше чем для заготовок, склонных к трещинообразованию В последнем случае можно использовать параметр

£ = —-, который уменьшается в опасных зонах в 2-Зраза Следовательно, эти

Uu

заготовки также относятся к разряду годных

Усовершенствована методика градуировки шкалы приборов типа «АФС» Методика градуировки этих приборов, в основе которой лежит метод Давиденкова, осуществляется путем разрезки, расклинивания или сжатия колец из контролируемой стали

Вырезается кольцевой образец из исследуемого материала Вдоль поверхности по образующей кольца перемагничивают локальные зоны материала магнитным полем, близким к физическому насыщению В этих зонах регистрируют ЭДС МШ и отмечают численные значения для каждой зоны Фиксируют зоны с экстремальными значениями ЭДС МШ Проводят разметку кольцевого образца Для этого на противоположной зоне с экстремальным значением ЭДС МШ стороне кольца отмечают сечение для разрезки По обе стороны от этого сечения наносят метки, например с помощью прибора для контроля твердости ТК-2 Измеряют расстояние между метками Проводят разрезку кольца между метками Снова измеряют расстояние между метками Определяют разность расстояний до и после разрезки Причем для определения максимальных растягивающих напряжений на поверхности кольца разрезку кольца проводят по сечению, расположенному напротив зоны с максимальной величиной ЭДС МШ, а для определения; максимальных сжимающих напряжений разрезку кольца проводят по сечению, расположенному напротив зоны с минимальной величиной ЭДС МШ Далее кольца расклинивают или сжимают

С целью повышения достоверности результатов магнитошумового контроля, возникает необходимость оценить влияние макронапряжений на толщину информативного слоя, а также рассмотреть вопрос о целесообразности дополнительной подготовки поверхности образцов перед измерениями параметров МШ

В исследованиях толщины информативного слоя и влияния на него механических напряжений исследован способ, основанный на сравнении величин МШ при различных схемах упругого нагружения образцов

Выбранные схемы нагружения должны обеспечивать равенство напряжений на поверхности образца, при этом эпюры напряжений по его толщине должны быть различны

Наиболее полно этим требованиям соответствуют испытания плоских образцов на одноосное растяжение и четырехточечныи изгиб Эпюры напряжений, возникающих при этом в образце, приведены на рис 9

Полагая, чю регистрируемые при нагружении значения МШ пропорциональны площадям эпюр напряжений, ограниченным нижней границей информативного слоя Д, можно записать

(ё-Д)Д

-Стр Д, Ен ~аи

(7)

Пользуясь выражениями (7), величину Д можно определить из соотношений

ьР

при равенстве напряжений на поверхности образца

Экспериментальные исследования по определению Д проводились на плоских образцах из стали ЭП-836 толщиной 3 мм с использованием прибора АФС. Величину напряжений на поверхности образцов измеряли с помощью тензорезисторов 2 ПКП-10 и универсального вольтметра В7-28

Результаты определения Д при различных нагрузках, приведенные на рис 10, показывают, что толщина информативного слоя практически не зависит от величины напряжений Это объясняется, по-видимому, взаимокомпенсирующим влиянием на Д величин электропроводимости, уменьшающейся при воздействии растягивающих напряжений, и увеличивающейся в этих же условиях магнитной проницаемости

Необходимо отметить, что при таких значениях Д существенное влияние на результаты измерений параметров МШ оказывает способ механической обработки поверхности образцов В частности, шлифование мягких материалов (образцов в высокоотпущенном состоянии или в состоянии поставки) влечет за собой наклеп поверхности и возникновение в слое ~ 50 мкм существенных растягивающих напряжений Последнее следует учитывать в виде технологической наследственности при пооперационной обработке металлоизделий

р,

Г г.

А, мм

%

<п

0,26

0,24

0,22

0,20

Рис 9 Схемы нагружения и эпюры напряжений в плоских образцах РР -растягивающая нагрузка, РИ - изгибающая нагрузка

0 150 300 450 ст.МПл Рис 10 Зависимость толщины информативного слоя &от макронапряжений

Недостатком прибора «АФС» является ручной способ регистрации огибающих МШ Для автоматизации этого процесса разработан микропроцессорный вариант, позволяющий реализовать режимы регистрации параметров Р, Я, В, и К производить статистическую обработку сигналов МШ и МАШ

Экспериментальные исследования различных схемотехнических решений, позволили создать прибор (индикатор механических напряжений -ИМН), блок-схема и алгоритм работы которого представлена на рис 11 и 12

Основным элементом ИМН является микроконтроллер (цифровой сигнальный процессор), использование которого позволило

1 значительно упростить принципиальную схему, увеличить надежность, уменьшить массогабаритные характеристики и потребляемую мощность, снизить стоимость прибора,

2 значительно расширить число одновременно измеряемых параметров МШ, уменьшить время, повысить точность и достоверность оценки ОН в изделиях из высокопрочных сталей,

3 передавать измеренные параметры МШ в персональный компьютер в реальном масштабе времени для проведения различных исследований

Блок Потанин МНД1ЙЛТОр 1 Клавиатура

А 11

Персональный компьютер <РС)

Программная намяты РМ)

Оперативная Помять (РАМ|

I

Последо г этельный интерфейс 232С)

Микроконтроллер (цифровой сигнальный процессор • РЭР)

Центральный процессорный элемент <СРи>

Последовательный тереферииный

: интерфейс (5Р1]

ЗЕ

Таймер 1 Тяялер 2

Аналогов о-ци фров ой преобразователь (АЭС)

Цифро аналоговый преобразователь (ОСА;

Усилитель мощности

Предварительным усилитель

Первичным преобразователь

Переыагничивающа* Измерительная ГЪеэогре-обмотта обиотка обрээоедге/ь

Объект контроля

Начало расчета параметров МШ

Расчет огибающей МШ - е(^) Расчет параметров огибающей МШ

Е*

Етом

Т.»,

а-Ьи./т^,

Расчет числа выбросов МШ за уровень селехции С

Расчет спеюра МШ - 0(ю)

Конец расчета параметров МШ

Рис 12 Блок-схема алгоритма Рис 11 Блок-схема индикатора механических на- расчета параметров МШ пряжений

Разработаны алгоритмические и программные средства обработки параметров сигналов МШ и МАШ контроля повышающие точность измерения параметров их сигналов Для примера на рис 12 приведена блок-схема алгоритма расчета параметров МШ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1 Проблема повышения надежности и долговечности деталей и изделий из высокопрочных сталей в машиностроении требует применения методов неразрушающего контроля, как на этапе отработки технологии производства, так и в процессе изготовления и эксплуатации Одним из наиболее перспективных методов неразрушающего контроля механических напряжений в металлоизделиях из высокопрочных конструкционных сталей является метод эффекта Баркгаузена, основанный на регистрации магнитных (МШ) и акустических шумов (МАШ) перемагничивания

2 В рамках потенциально-энергетической теории эффекта Баркгаузена рассмотрена статистическая модель формирования энергетических и эмиссионных характеристик магнитного шума, макропараметры которой, 13м -максимальная амплитуда огибающей магнитного шума, Нм - положение максимальной амплитуды им по значению поля перемагничивания, а также Км - максимум числа выбросов магнитного шума, однозначно определяются уровнем микро- и макронапряжений, что позволяет использовать эти параметры для разработки новых алгоритмов контроля механических напряжений в изделиях из высокопрочной конструкционной стали

3 В рамках модели сигналов МАШ при магнитострикционной деформации от скачков Баркгаузена, аналогичной механизму возбуждения сигналов акустической эмиссии при пластической деформации, рассчитаны энергетические и эмиссионные характеристики МАШ Проанализирована зависимость этих характеристик от параметров измерительной аппаратуры, объема СБ и магнитострикции Установлено, что последняя определяет их взаимосвязь с внутренними и внешними напряжениями и объясняет двухгорбный характер изменения огибающей сигнала МАШ

4 Показано, что параметр им, равный максимальному значению сигналов МШ, отражает энергетические свойства МШ, параметр Нм пропорционален коэрцитивной силе ферромагнитного материала, параметр МАШ иМлш> равный среднему значению сигналов МАШ, пропорционален магнитострикции материала Это определяет новые возможности метода неразрушающего контроля, основанного на эффекте Баркгаузена, как многопараметрового метода

5 Исследованы ко негру кгивные особенности первичных преобразователей МШ и МАШ и предложена конструкция с улучшенным отношением сигнал/шум Предложены режимы перемагничивания и регистрации сигналов МШ и МАШ, удобные для их совместного использования при решении задач неразрушающего контроля Установлена естественная избирательная чувствительность МШ к изменению свойств поверхностных слоев и интегральная чувствительность МАШ к изменению свойств всего объема перемагничивания металлоизделий Слабое затухание сигналов МАШ в металлах позволяет использовать их для контроля трудных для доступа зон изделия

6 Экспериментально исследовано влияние действующих и остаточных механических напряжений в изделиях из высокопрочных сталей на параметры МШ и МАШ Установлено, что при контроле микро- и макронапряжений с большей точностью целесообразно использовать текущие значения

энергетических и эмиссионных характеристик сигналов МШ и МАШ с применением аппарата корреляционного и регрессионного анализа

7 Экспериментальные исследования взаимосвязи параметров максимума огибающей сигнала МШ с механическими напряжениями на образцах трех классов конструкционных сталей углеродистых (ст 35, 60), легированных (ст ЗОХГСН2А, 35ХЗНМ) и мартенситностареющей (ст ЭП-836), подтвердили теоретические выводы пп 2 и 3

Доказана возможность использования единой, в пределах марки стали, зависимости параметра Р=имНм от величины макронапряжений, в случае контроля деталей из углеродистых и легированных сталей Показано, что использование параметра Я=им/Нм позволяет увеличить разрешающую способность аппаратуры ~ в 1,4 раза

Установлено, что область применения метода контроля напряженного состояния металлоизделий существенно расширяется за счет использования алгоритмов, основанных на нормировке параметров МШ к параметрам сигнала МАШ, например, параметр В=им/иАь равный отношению максимального значения сигнала МШ к первому максимому сигнала МАШ, при этом разрешающая способность аппаратуры увеличивается ~ в 2 раза

Существенно повышается чувствительность контроля механических напряжений методом МАШ с использованием параметра К= равного

отношению двух максимальных значений огибающей сигнала МАШ

8 Для контроля ответственных изделий разработаны следующие методики контроля макронапряжений, основанные на регистрации МШ и МАШ

• методика контроля напряжений в сборках корпусов изделий из стали ЭП-836,

• методика контроля распределения напряжений в трубных заготовках из стали ЭП-836

9 Разработаны алгоритмические и программные средства обработки параметров сигналов МШ и МАШ, повышающие информативность и точность их измерения

10 Разработаны схемотехнические решения (индикатор механических напряжений) на базе цифрового сигнального процессора, который позволил значительно расширить число одновременно измеряемых параметров сигналов МШ и МАШ, уменьшить время, повысить точность и достоверность оценки механических напряжений в изделиях йз высокопрочных сталей

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Филинов В В , Константинов А Н, Филинова А В, Тронин В В Исследование особенностей проявления магнитных и магшггоакусгических шумов и возможностей их совместного использования для контроля механических напряжений // Материалы V международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики,экономики и права» Приборостроение -Сочи, 2002 с 195-199

2 Филинов В В , Константинов А Н, Народицкий А М , Филинова А В Оптимизация параметров преобразователей для регистрации сигналов магнитно-акустических шумов // Материалы VII международной конференции «Фундаменталь-

ные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики» Приборостроение -Сочи, 2004 с 261-266

3 Народицкий А М , Филинов В В , Рукавишников И В , Ковалев Д А , Фили-нова А В Информативные параметры сигналов магнитных шумов и контрольно-измерительная система для оценки механических напряжений // Межвузовский сборник «Приборостроение» - М МГАПИ, 2004 с 107-117

4 Филинов В В , Народицкий А М , Филинова А В Исследование влияния макронаиряжений на толщину информационного слоя при магнитошумовом контроле // Магнитные явления Выпуск 2 Сб материалов V Международной НТК «Эффект Баркгаузена и аналогичные физические явления» — Ижевск, 2005 с 178-182

5 Филинова А В , Филинов В В Модель формирования энергетических характеристик магнитных-акустических шумов II Материалы VIII международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики» Приборостроение (дополнение) - Сочи, 2005 с 35-41

6 Филинова А В , Рукавишников И В Аракелов II Г Система магнитоакусти-ческого контроля механических напряжений // Тезисы 5-й межднародной выставки-конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» -Москва, 2006, с 146

7 Филинов В В , Филинова А В , Плешаков В В , Опыт применения метода магнитных шумов для контроля технологических напряжений в издечиях из ферромагнитных сталей // Вестник МГУПИ, - Москва, 2006, №3, с 92-103

8 Шатерников В Е, Рукавишников И В , Филинова А В , Информационно-измерительная система магнитоакустического контроля механических напряжений // Вестник МГУПИ, - Москва, 2006, №5, с 72-77

9 Филинов В В , Филинова А В Контроль механических напряжений в изделиях из сталей на основе регистрации магнитных и магнитоакустических шумов пе-ремагничивания//Контроль Диагностика. - 2007, Х«2, с 41-44

10 Филинова А В , Информационнно-измерительная система для регистрации магнитоакустических шумов перемагничивания II Межвузовский сборник «Приборостроение» -М МГУПИ, 2007 с 161-165

ЛР № 020418 от 08 октября 1997 г

Подписано к печати 13 05 2008 г Формат 60x84 1/16 Объем 1,5 п л Тираж 100 экз Заказ № 92

Московский государственный университет приборостроения и информатики

107996, Москва, ул Стромынка, 20

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА, ОСНОВАННОГО НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ МАГНИТНОГО И АКУСТИЧЕСКОГО ПРОЯВЛЕНИЙ ЭФФЕКТА БАРКГАУЗЕНА, ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ.

1.1. Эффект Баркгаузена и комплекс проблем управления технологическими напряжениями.

1.2. Анализ физических особенностей метода контроля с использованием магнитных и магнитно-акустических шумов.

1.3. Анализ информативных параметров и моделей сигналов магнитных и магнитно-акустических шумов.

1.4. Проблемы практической реализации эффекта Баркгаузена для контроля напряженного состояния металлоизделий.

ВЫВОДЫ.

2. АНАЛИЗ МАГНИТНЫХ И МАГНИТНО-АКУСТИЧЕСИХ ШУМОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЯ МИКРО- И МАКРОНАПРЯЖЕНИЙ В ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ.

2.1. Модели магнитного шума.

2.1.1. СТАТИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНОГО ШУМА.

2.1.2 СТАТИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ЭМИССИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНОГО ШУМА.

2.2. Энергетические и эмиссионные характеристики магнитно-акустических шумов.

2.3. Принципы построения алгоритмов контроля макронапряжений.

ВЫВОДЫ.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ И МАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКИХ ШУМОВ ВО ВЗАИМОСВЯЗИ С МЕХАНИЧЕСКИМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ В ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЯХ.

3.1. Средства контроля, использующие энергетические и эмиссионные характеристики магнитных и магнитно-акустических шумов.

3.1.1 БАЗОВАЯ МОДЕЛЬ ПРИБОРОВ СЕРИИ «АФС».

3.1.2.ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ МАГНИТОШУМОВОГО КОНТРОЛЯ.

3.1.3. ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ МАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКОГО ШУМОВОГО КОНТРОЛЯ.

3.2. Исследование взаимосвязи параметров магнитных и магнитно-акустических шумов с механическими напряжениями в конструкционных сталях.

3.2.1.МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТ.

3.2.2.ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ПАРАМЕТРОВ ОГИБАЮЩЕЙ МАГНИТНЫХ ШУМОВ С ВЕЛИЧИНОЙ МИКРОНАПРЯЖЕНИЙ.

3.2.3.ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНЫХ И МАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКИХ ШУМОВ С ВЕЛИЧИНОЙ МАКРОНАПРЯЖЕНИЙ.

3.3. Сравнительный анализ магнитных и магнитно-акустическеих шумов и разработка алгоритмов контроля напряжений на основе их совместного использования.

ВЫВОДЫ.

4. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАГНИТНЫХ И МАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКИХ ШУМОВ.

4.1. Контроль качества корпусов из стали ЭП-836.

4.1.1. КОНТРОЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В КОРПУСАХ ИЗ СТАЛИ ЭП-836.

4.1.2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ИЗДЕЛИЯХ ИЗ СТАЛИ ЭП

4.2. Исследование влияния макронапряжений на толщину информативного слоя.

4.3.Совершенствование средств, на основе эффекта Баркгаузена, для контроля механических напряжений.

ВЫВОДЫ.

Высокий технический уровень и эффективность производства в металлургических и металлообрабатывающих отраслях промышленности обеспечивается созданием и освоением ресурсосберегающих технологий с улучшением качества продукции. Значительные резервы в этой области связаны с научно обоснованным подходом к задаче регулирования напряженного состояния металлоизделий, существенно влияющего на надежность и долговечность техники, технологичность и металлоемкость конструкций, что подтверждает актуальность проблемы.

Эффективным подходом к анализу и регулированию остаточных и приложенных механических напряжений в металлопродукции является системный подход, одну из ключевых позиций которого занимают вопросы контроля напряженного состояния металлоизделий на каждом этапе технологического процесса. Контроль остаточных напряжений в заготовках и готовых деталях дает возможность выявлять изделия с недопустимым уровнем напряжений и проводить их технологическую доработку, используя различные методы воздействия на величину и распределение остаточных напряжений.

Наиболее целесообразное решение этой задачи связано как с совершенствованием традиционных методов неразрушающего контроля (НК), так и с развитием сравнительно новых методов, таких как метод эффекта Баркгаузена (ЭБ), который получил в промышленности название метод магнитных шумов (МШ).

Существенно расширяет возможности контроля методом МШ параллельное использование акустического проявления эффекта Баркгаузена (магнитные акустические шумы (МАШ)). Разработка принципов совместного использования МШ и МАШ, позволяет повысить информативность метода эффекта Баркгаузена.

Имеются отличительные особенности в физике этого явления от других электромагнитных методов контроля: источником электромагнитного или акустического излучения является сам контролируемый объект по причине перестройки его доменной текстуры; большая локальность контроля, обеспеченная малой величиной объема скачкообразно перемагничивающейся

О ^ ^ области - 10 -г 10" см ; возможность снимать информацию в аналоговом или цифровом виде даже с очень тонких слоев образцов. Это позволяет, используя тесную связь магнитной текстуры со структурой деформированного металла, найти новые пути решение задачи контроля механических напряжений в деталях и разработки новых средств контроля.

Таким образом, основной задачей диссертации является развитие теории метода контроля и разработка новых средств НК, основанных на эффекте Баркгаузена, для целей НК механических напряжений в высокопрочных сталях.

Состояние проблемы. При перемагничивании ферромагнитных материалов возникают: в индукционной катушке импульсы ЭДС, получившие название магнитные шумы (МШ), в пьезопреобразователе - акустические сигналы, получившие название магнитный акустический шум (МАШ).

Широкое развитие в НК получил метод магнитных шумов. Большой вклад в становление этого метода внесли работы Н.Н Колачевского, В.М. Рудяка, В.В. Клюева, Э.С. Горкунова, В.Е. Шатерникова, Г.В. Ломаева, В.Е. Щербинина, В.В. Поповой, В.Л. Венгриновича, В.В. Филинова, Н.С. Кузнецова, а также зарубежных исследователей - Ц. Гарднера (США), И. Шродера (США), И. Бартона (США), Л. Карьялайнена, К. Титто (Финляндия) и т.д. Вместе с тем, применение метода МШ в промышленности явно не соответствует его возможностям и требует комплексного решения исследовательских, конструкторских и методических задач. К их числу относятся вопросы более глубокого исследования взаимосвязи параметров сигналов МШ с механическими напряжениями и структурными изменениями в конструкционных высокопрочных сталях, методическое обеспечение выбора информативных параметров и режимов контроля с наибольшей достоверностью результатов измерений, разработка принципов создания надежной контрольно-измерительной аппаратуры и методик контроля, приемлемых для производственных условий.

Существенно увеличивает возможности контроля методом МШ параллельное использование сигналов МАШ. Энергетические и эмиссионные характеристики МШ и МАШ определяются перестройкой магнитной текстуры ферромагнетика скачками Баркгаузена (СБ), соответственно 180° и 90° доменных границ, при его циклическом перемагничивании. Поэтому МШ и МАШ несут разную информацию о физико-механических свойствах сталей, а параметры их сигналов во взаимосвязи могут использоваться для построения новых алгоритмов контроля и диагностики напряженного состояния ответственных изделий из этих сталей.

Значительный вклад в исследование физики магнитных акустических шумов перемагничивания внесли работы Э.С. Горкунова, В.В. Филинова, В.А. Хамитова, В.Е. Щербинина, В.Ф. Кумейшина, В.А. Комарова, а также зарубежных исследователей - К. Оно, М. Шибато (Япония), А. Лорда, (США) и др. Однако, техническое использование МАШ в промышленности сдерживается недостаточной теоретической и экспериментальной проработкой, позволяющей разработать научно-обоснованные методики выбора информативных параметров, режимов и принципов конструирования средств контроля.

Общий случайный характер сигналов МШ и МАШ позволяет надеяться на возможность разработки методических основ их совместного применения в НК, повысить надежность и информативность средств контроля методом ЭБ.

Целью диссертационной работы является разработка новых методических основ и средств контроля механических напряжений в высокопрочных конструкционных сталях, основанных на методе МШ и МАШ.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи: анализ закономерностей изменения параметров огибающих сигналов магнитных шумов и магнитно-акустичесих шумов в зависимости от уровня микро- и макронапряжений; экспериментальные исследования взаимосвязей параметров сигналов МШ и МАШ на образцах углеродистых легированных сталей; определение новых алгоритмов обработки и информативных параметров сигналов МШ и МАШ; разработка аппаратуры и методик контроля механических напряжений на основе использования МШ и МАШ.

Методы исследования. Выполнение научных исследований проводилось с привлечением методов статистической физики, корреляционного анализа. Результаты теоретических положений проверялись экспериментально с использованием механических методов испытаний, результатов металлографического и рентгеноструктурного анализа, статистических методов обработки экспериментальных данных.

Новые научные результаты. В работе:

1. На основе аналогии механизму возбуждения акустической эмиссии при пластической деформации разработана теория МАШ. Исследованы зависимости энергетических и эмиссионных характеристик огибающих МАШ от параметров измерительной аппаратуры, объема СБ, магнитострикции и механических напряжений.

2. Разработана методика расчета текущих энергетических и эмиссионных характеристик МШ и МАШ. Показано, что параметр им, равный максимальному значению сигналов МШ, отражает энергетические свойства МШ, параметр Нм пропорционален коэрцитивной силе ферромагнитного материала, параметр МАШ Имаш, равный среднему значению сигналов МАШ, пропорционален магнитострикции материала. Это определяет новые возможности метода неразрушающего контроля, основанного на эффекте Баркгаузена, как многопараметрового метода.

3. Исследованы зависимости параметров сигналов МШ и МАШ от уровня микро- и макронапряжений в высокопрочных стялях. Доказана возможность использования единой, в пределах марки стали, зависимости параметра Р=им-Нм от величины макронапряжений, в случае контроля деталей из углеродистых и легированных сталей. Показано, что использование параметра К=им/Нм позволяет увеличить разрешающую способность аппаратуры ~ в 1,4 раза.

Установлено, что область применения метода контроля напряженного состояния металлоизделий существенно расширяется за счет использования алгоритмов, основанных на нормировке параметров МШ к параметрам сигнала МАШ, например, параметр В=им/иАь равный отношению максимального значения сигнала МШ к первому максимому сигнала МАШ, при этом разрешающая способность аппаратуры увеличивается ~в2 раза

Существенно повышается чувствительность контроля механических напряжений методом МАШ с использованием параметра К^ иА2/иАь равного отношению двух максимальных значений огибающей сигнала МАШ.

4. Для контроля ответственных изделий разработаны следующие методики контроля макронапряжений, основанные на регистрации МШ и МАШ:

•методика контроля напряжений в сборках корпусов изделий из стали ЭП-836;

•методика контроля распределения напряжений в трубных заготовках из стали ЭП-836.

5. Разработаны новые алгоритмы обработки сигналов МШ и МАШ, принципы построения средств и алгоритмов контроля напряженного состояния деталей из высокопрочных сталей, основанные на применении новых параметров, связанных с совместным использованием МШ и МАШ.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

1. Теоретические и экспериментальные исследования МШ и МАШ при нагружении высокопрочных сталей позволили разработать методику и прибор для оценки уровня механических напряжений.

2. Предложены новые информативные параметры, повышающие достоверность и чувствительность контроля механических напряжений в высокопрочных сталях.

3. Исследованы новые конструкции и выработаны рекомендации по режимам работы первичных преобразователей для контроля с использованием МШ и МАШ.

4. Разработаны новые алгоритмы, программные средства и микропроцессорный вариант прибора для контроля механических напряжений методом МШ и МАШ.

5. Результаты работы реализованы в виде методик контроля макронапряжений в сборках корпусов изделий и трубных заготовок из стали ЭП-836, микропроцессорного варианта прибора контроля методом МШ и МАШ и использованы на предприятиях машиностроительной отрасли, например, Научно-исследовательском машиностроительном институте (НИМИ).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены в 10-ти печатных работах и обсуждены на 5-ти международных конференциях: "Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики", г.Сочи-2002, 2004, 2005; "Эффект Баркгаузена и аналогичные физические явления ", г.Ижевск-2005, 5-й межднародной выставке-конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности», Москва, 2006.

Структура диссертационной работы состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии из 113 наименований, приложения и изложена на 186 странице машинописного текста, иллюстрируется 76 рисунками и 6 таблицами.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проблема повышения надежности и долговечности деталей и изделий из высокопрочных сталей в машиностроении требует применения методов неразрушающего контроля, как на этапе отработки технологии производства, так и в процессе изготовления и эксплуатации. Одним из наиболее перспективных методов неразрушающего контроля механических напряжений в металлоизделиях из высокопрочных конструкционных сталей является метод эффекта Баркгаузена, основанный на регистрации магнитных (МШ) и акустических шумов (МАШ) перемагничивания.

2. В рамках потенциально-энергетической теории эффекта Баркгаузена рассмотрена статистическая модель формирования энергетических и эмиссионных характеристик магнитного шума, макропараметры которой, им - максимальная амплитуда огибающей магнитного шума, Нм - положение максимальной амплитуды им по значению поля перемагничивания, а также 1\ГМ - максимум числа выбросов магнитного шума, однозначно определяются уровнем микро- и макронапряжений, что позволяет использовать эти параметры для разработки новых алгоритмов контроля механических напряжений в изделиях из высокопрочной конструкционной стали.

3. В рамках модели сигналов МАШ при магнитострикционной деформации от скачков Баркгаузена, аналогичной механизму возбуждения сигналов акустической эмиссии при пластической деформации, рассчитаны энергетические и эмиссионные характеристики МАШ. Проанализирована зависимость этих характеристик от параметров измерительной аппаратуры, объема СБ и магнитострикции. Установлено, что последняя определяет их взаимосвязь с внутренними и внешними напряжениями и объясняет двухгорбный характер изменения огибающей сигнала МАШ.

4. Показано, что параметр им, равный максимальному значению сигналов МШ, отражает энергетические свойства МШ, параметр Нм

172 пропорционален коэрцитивной силе ферромагнитного материала, параметр МАШ има1±ь равный среднему значению сигналов МАШ, пропорционален магнитострикции материала. Это определяет новые возможности метода неразрушающего контроля, основанного на эффекте Баркгаузена, как многопараметрового метода.

5. Исследованы конструктивные особенности первичных преобразователей МШ и МАШ и предложена конструкция с улучшенным отношением сигнал/шум. Предложены режимы перемагничивания и регистрации сигналов МШ и МАШ, удобные для их совместного использования при решении задач неразрушающего контроля. Установлена естественная избирательная чувствительность МШ к изменению свойств поверхностных слоёв и интегральная чувствительность МАШ к изменению свойств всего объёма перемагничивания металлоизделий. Слабое затухание сигналов МАШ в металлах позволяет использовать их для контроля трудных для доступа зон изделия.

6. Экспериментально исследовано влияние действующих и остаточных механических напряжений в изделиях из высокопрочных сталей на параметры МШ и МАШ. Установлено, что при контроле микро- и макронапряжений с большей точностью целесообразно использовать текущие значения энергетических и эмиссионных характеристик сигналов МШ и МАШ с применением аппарата корреляционного и регрессионного анализа.

7. Экспериментальные исследования взаимосвязи параметров максимума огибающей сигнала МШ с механическими напряжениями на образцах трех классов конструкционных сталей: углеродистых (ст. 35, 60), легированных (ст. ЗОХГСН2А, 35ХЗНМ) и мартенситностареющей (ст. ЭП-836), подтвердили теоретические выводы пп. 2 и 3.

Доказана возможность использования единой, в пределах марки стали, зависимости параметра Р=им-Нм от величины макронапряжений, в случае контроля деталей из углеродистых и легированных сталей. Показано, что использование параметра К=им/Нм позволяет увеличить разрешающую способность аппаратуры ~ в 1,4 раза.

Установлено, что область применения метода контроля напряженного состояния металлоизделий существенно расширяется за счет использования алгоритмов, основанных на нормировке параметров МШ к параметрам сигнала МАШ, например, параметр В=им/иА1, равный отношению максимального значения сигнала МШ к первому максимому сигнала МАШ, при этом разрешающая способность аппаратуры увеличивается ~ в 2 раза.

Существенно повышается чувствительность контроля механических напряжений методом МАШ с использованием параметра К= иА2/ЦА1, равного отношению двух максимальных значений огибающей сигнала МАШ.

8. Для контроля ответственных изделий разработаны следующие методики контроля макронапряжений, основанные на регистрации МШ и МАШ:

•методика контроля напряжений в сборках корпусов изделий из стали ЭП-836; •методика контроля распределения напряжений в трубных заготовках из стали ЭП-836.

9. Разработаны алгоритмические и программные средства обработки параметров сигналов МШ и МАШ, повышающие информативность и точность их измерения.

10. Разработаны схемотехнические решения (индикатор механических напряжений) на базе цифрового сигнального процессора, который позволил значительно расширить число одновременно измеряемых параметров сигналов МШ и МАШ, уменьшить время, повысить точность и достоверность оценки механических напряжений в изделиях из высокопрочных сталей.

1. Герасимов В.Г., Клюев В.В, Шатерников В.Е. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий. - М.: Энергоатомиздат, 1983,-271с.

2. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. М.: Машиностроение, 1978.- 184с.

3. Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. М.: Наука, 1983. -280с.

4. Ящерецин П.И., Скорынин Ю.В. Технологическая и эксплуатационная наследственность и ее влияние на долговечность машин. -Минск: Наука и техника, 1978. 119с.

5. Барсуков В.К. Исследование преобразователей, основанных на эффекте Баркгаузена, и их применение в неразрушающем контроле. -Кандидатская диссертация. Ижевск: 1979. - 249с.

6. Венгринович В.Л. Развитие теории эффекта Баркгаузена и разработка средств неразрушающего контроля и диагностики поверхностных слоев металлических материалов. Докторская диссертация. - Минск: 1990. -440с.

7. Бартон И., Кузенбергер Г. Оценка остаточных напряжений в деталях газотурбинных двигателей по характеру баркгаузеновского шума // Труды американского общества инженеров. сер. А: «Энергетические машины и установки», № 4, 1974, с.23-33.

8. Вотруба К. Влияние пластической деформации на эффект Баркгаузена // Известия АН СССР, сер. Физическая, 21, вып.9, 1957, с. 12461249.

9. Вишняков Я.Д. , Пискарев В. Д. Управление остаточными напряжениями в металлах и сплавах. М.: Металлургия , 1989,с.254.

10. Колачевский H.H. Флуктуационные процессы в ферромагнитных материалах. -М.: Наука, 1985 . -184с.

11. Попова В.В. разработка элементов теории, методов и средств, основанных на эффекте Баркгаузена, с целью контроля структурных и физико-механических свойств ферромагнитных изделий машиностроения. -Докторская диссертация. Ростов-на-Дону: 1991. -298 с.

12. Горкунов Э.С., Драгошанский Ю.Н., Миховский М. Эффект Баркгаузена и его использование в структуроскопии // Дефектоскопия, 1999: № 6, с. 3-24 (обзор 1), № 7, с.3-33 (Обзор 2), №8, с. 3-26 (обзор 3), 2000: №12, с.3-24 (обзор 4), №6, с. 3-38 (обзор 5).

13. Васильев В.М. , Дегтярев А.П. и др. Некоторые вопросы расчета и синтеза индукционных преобразователей для регистрации скачков Баркгаузена // Дефектоскопия , 1986 , № 2, с. 73-83.

14. Малышев B.C. Исследование эффекта Баркгаузена и разработка метода контроля качества упрочнения поверхностным пластическим деформированием изделий из конструкционных сталей. Кандидатская диссертация. - М .: 1982. -177 с.

15. Штин A.A. Исследование преобразователей, основанных на эффекте Баркгаузена и их применение для контроля усилий. -Кандидатская диссертация. М.: 1983.-176 с.

16. Кузнецов Н.С. Применение метода магнитных шумов для определения напряженного состояния ферромагнитных материалов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль , 1992, № 2, с. 14-16.

17. Кулеев В.Г., Горкунов Э.С. Механизм влияния внутренних напряжений на коэрцитивную силу ферромагнитных сталей // Дефектоскопия, 1997, № 11, с.3-19.

18. Михеев М.Н., Горкунов Э.С. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля. М.: Наука, 1993. -250с.

19. Волков В.В., Кумейшин В.М. и др. Об акустической эмиссии перемагничиваемых ферромагнетиков // Дефектоскопия, 1988, № 1, с.21-28.

20. Ломаев Г.В. Исследование метода эффекта Баркгаузена и его применение в измерениях, автоматике и контроле материалов и окружающей среды. Докторская диссертация. - Ижевск: 1998, - 340 с.

21. Рудяк В.М. Процессы переключения в нелинейных кристаллах. -М.: Наука, 1986. -248с.

22. Кобрин М.М., Дехтяр Л.И. Определение внутренних напряжений в цилиндрических деталях. — М.: Машиностроение , 1965, 151 с.

23. Хамитов В.А. Исследование магнитоупругой акустической эмиссии во взаимосвязи со структурным состоянием ферромагнитных металлов применительно к неразрушающему контролю. Кандидатская диссертация. -Ижевск: 1989. -150с.

24. Технологические остаточные напряжения. /Под ред. А.В.Подзея/ -М.: Машиностроение, 1973.- 216с.

25. Биргер И.А. Остаточные напряжения. -М.: Машиностроение. 1963.-232с.

26. Вагин А.В. Контроль макронапряжений в изделиях и высокопрочных конструкционных сталей метом эффекта Баркгаузена. -Кандидатская диссертация. Москва: 1990, -219с.

27. Лопатин М.В. Разработка методов и средств контроля напряженного состояния конструкционных сталей на основе использования магнитного и акустического проявлений эффекта Баркгаузена. Кандидатская диссертация. - Москва: 1987, -150с.

28. Auques P.J. Sur cerfains problemas stafisiigues lies a l'effect de Barkhauzen // J. Phisique, 1968., v.29, №4 , pp. 369-373.

29. Atherton D.L., Jiles D.C. Effect of stress on magnetization // NDT International, 1986., N l,pp. 15-19.

30. Barton J.R., Kuzenberger F.N. Resudual stress in gas turbine engine components from Barknausen noise analysis // Trans. Adme, Ser A., 1974., №4, pp. 23-33 .

31. Bolin L. A model for estimating the signal from an acoustic emission source // Ultrasonic, 1979., № 3, pp. 67-70.

32. Bose M.S.C. A study of fatigue in ferromagnetic materials using a magnetic histeresis technique // NDT International, 1986., v. 19, № 2, pp.83-87.

33. Karjalainen L-P., Moilanen M. Detection of plastic deformation during fatigue of mild steel by the measurement of Barkhauzen noise // NDT International, 1979., v. 12, №2, pp. 51 -55.

34. Karjalainen L-P., Moilanen M., Rautiaho R. Influence of tensile and Cyclic loading upon Barkhauzen noise in a mild steel // Materials Evaluation, 1979., v.57, № 9, pp.45-51.

35. McClure J.C., Jr., Schroder K. The magnetic Barkhauzen effect // CRC Crit. Revs., Solid State S., 1976., v.6, N 1, pp. 45-78.

36. Ono K., Shibata M. Magnetomechanical acoustic emission of iron and steel // Materials Evaluation, 1980., v. 38, N 1, pp. 55-61.

37. Ono K., Shibata M. Magnetomechanical Acoustic emission for residual stress and prior strain determination // In "Advances in acoustic emission", ed's by H.L.Dunegan and W.E. Harnman, Dunhart Publ., Knoxville, pp. 154-174.

38. Rautiano R., Karjalainen P., Moilanen M. Coercivity and power spectrum of Barkhauzen noise in structurel steels // Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 1986., v. 61, pp. 183-192.

39. Shibata M., Ono K. Magnetomechanical acoustic emission a new method for nondestructive stress measurement // NDT International, 1981., v.14, N 5, pp. 227-232.

40. Stierstadt K. Der magnetishe Barkhauzen effect. Springer tracts in moderne physics // Berlin - Heidelbert - H.Y., 1966., 40, C. 2-106.

41. Tiitto К. Solving internal stress measurement problems by a new magnetoelastic method // Proc. of Sump. "Nondestractive Method of Materials Property Determination".-New-York, Lodon: 1984., pp. 105-114.

42. Tiitto S. On influence of microstructure on magnetization transition in steel // Acta Politechnica Scandinavica. Applide Physica Series, № 119, Helsinki: 1977.-80 pp.

43. Willmann W. Untersuchungen zur mestechischen ausnutzung des magnetischen Barkhauzen effect // Metallkunde, 1969., BI36, pp. 3-95.

44. Иванов А.А. К статической теории скачков намагниченности // Физика металлов и металловедение , 38, вып. 2, 1976. -203с.

45. Мишин Д.Д., Марьин Г.А. Дислокационная теория потерь энергии в ферромагнетиках //Известия ВУЗов. Физика, вып.7, 1972. -67с.

46. Шатерников В.Е., Дегтерев А.П., Филинов В.В., Соколик А.И. К вопросу учета токовихревого эффекта в магнитошумовом контроле // Сб.: «Неразрушающие физические методы и средства контроля материалов и изделий». Ижевск: 1981, с.50-51.

47. Пустынников В.Г., Васильев В.М. Влияние упругой и пластической деформации стальных образцов на спектр магнитных шумов // Дефектоскопия, № 5, 1973.-с. 126- 129.

48. Москвин В.Н. Исследование и разработка неразрушающего метода контроля наводороживания изделий из ферромагнитных металлов. -Кандидатская диссертация. Томск, ТПИ, 1976. -168 с.

49. Ланцош К. Практические методы прикладного анализа. М.: Физматгиз, 1961. -160с.

50. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. -М., 1971. -230с.

51. Рытов С.М. Введение в статистическую радиотехнику. Часть 1 -случайные процессы. М.: Наука, 1976, -494с.

52. Горкунов Э.С., Сомова В.М. Распределение критических полей в термически обработанных конструкционных сталях // Дефектоскопия, 1987. № 12, с. 37-44.

53. Вонсовский С.В. Современное учение о ферромагнетизме. М.: ГИТТЛ, 1952,-440 с.

54. Pfeffer К.-Н. Zur Theorie der Koerzitivfeldstarke und Anfangssuszeptibilitat // Phus. Stat. Sol. 9, 1967., v. 19, pp. 735-749.

55. Kronmuller H. Statistical theori of Rayleigh's law // Physic, 1970., 30 Bd. Heft 1, pp. 9-13.

56. Акулов H.C. Ферромагнетизм. М: Гостехиздат, 1939. -149с.

57. Браун У.Ф. Микромагнетизм. -М.: Наука, 1979. -180с.

58. Рейф Ф. Статистическая физика. М.: Наука, 1972. -352с.

59. Мишин Д.Д. Магнитные материалы. М.: Высшая школа, 1981.353с.

60. Перкас М.Д. Высокопрочные мартенситностареющие стали. М.: Металлургия, 1970. -224с.

61. Кулеев В.Г., Щербинин В.Е. и др. Влияние физических различий между эффектом Баркгаузена и акустической эмиссией Баркгаузена на их применение в неразрушающем контроле // Дефектоскопия , 1986, №9, с. 3 -17.

62. Бозорт Р. Ферромагнетизм: Пер. с англ. М.: Иностранная литература, 1956. -784с.

63. Волков В.В., Кумейшин В.Ф. и др. Возможность оценки напряжений в стали методом акустической эмиссии при их перемагничивании // Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума «Остаточные напряжения и методы регулирования». М.: 1982, с. 141-145.

64. Горкунов Э.С., Бартенев O.A., Хамитов В.А. Магнитоупругая акустическая эмиссия в монокристаллах кремнистого железа // Известия Вузов MB и ССО СССР, Физика, 1986, № 1, с. 62-66.

65. Филинов B.B. Исследование эффекта Баркгаузена для разработки методов контроля физико-химических свойств изделий из ферромагнитных материалов. Кандидатская диссертация. - Томск, 1979. -190с.

66. Тихонов В. Н. Выборы случайных процессов. М.: Наука, 1970,392 с.

67. Добнер Б.А., Лещенко И.Г., Филинов В.В., Колмогорова Т.Ф. Исследование напряженных состояний в конструкционных сталях методом магнитного шума // В кн.: Эффект Баркгаузена и его использование в технике. -Ижевск: 1977, с. 140-144.

68. Филинов В.В., Шатерников В.Е., Соколик А.И. К вопросу анализа погрешностей в магнитошумовом контроле // Тезисы докладов областной конференции по неразрушающим методам контроля. Братск: 1982, с. 79.

69. Шатерников В.Е., Соколик А.И., Филинов В.В. Повышение точности контроля методом эффекта Баркгаузена // Тезисы докладов X Всесоюзной конференции «Неразрушающие физические методы и средства контроля». -Львов-Москва: 1984, с. 109.

70. Филинов В.В., Соколик А.И., Шатерников В.Е., Штин A.A. Магнитный структуроскоп, основанный на эффекте Баркгаузена // Дефектоскопия, 1985, № 12, с. 21-25.

71. Филинов В.В., Шатерников В.Е., Соколик А.И. Влияние поверхностного пластического деформирования стальных изделий на параметры эффекта Баркгаузена // Дефектоскопия, 1986, № 6, с. 37-40.

72. Лопатин М.В., Филинов В.В. Прибор АФС-3 для измерения текущих параметров эффекта Баркгаузена // Приборы и техника эксперимента, 1987, № 1, с.236.

73. V.Filinov, V.Shaternilcov. Testing of Shot Blacting Regimes and Metal product Surface Hardening Parameters by Barkhauzen Effect Method // 3-d Intern. Confer, on Shot Peening, Garmisch Partenkirchen, GERMANY, 1987., pp.407-413.

74. V.Filinov, V.Shaternilcov. Testing of the regimes and parameters of the surface hardeming of metal products by the method of Barkhausen's effect // 6-th Intern. Conferens on nondestructive testing methods: Strasbourg FRANCE, 1986., pp.461-468.

75. Плешаков В.В., Филинов В.В., Соколик А.И. Оценка уровня накопления усталостных повреждений в поверхностном слое высокопрочных сталей // Проблемы прочности, 1987, № 6, с. 78-81.

76. Шатерников В.Е., Филинов В.В., Карпов A.B. Магнитные и акустические шумы перемагничивания при деформации ферромагнитных материалов // Тезисы докладов Всесоюзной конференции по акустической эмиссии. Кишинев: 1987, с.8.

77. V.Shaternilcov, V.Filinov. Barlchausene - effect und Kontrolle von parameter der oberflachenverfestigung // 6-th Inter. Conf. Rationalisierung im maschinenban durch Schlüsseltechnologien. - ZWICKAU - CERMANY, 1989, p.91-98.

78. Карпов A.B., Филинов B.B. Применение магнитошумового метода для контроля напряженного состояния изделий // Современные физические методы и средства неразрушающего контроля. Сб. М.: МДНТП, 1988, с. 8387.

79. Филинов В.В. Анализатор ферромагнитной структуры АФС-ЗМ для контроля физико-механических свойств металлоизделий // Сб. «Научно-технические достижения» ВИМИ. М.: 1988, с. 43-46.

80. Филинов В.В., Резников Ю.А., Вагин A.B., Карпов A.B. Исследование метода эффекта Баркгаузена для контроля напряжения в мартенситностареющих сталях // Материалы школы-семинара «эффект Баркгаузена и его использование в технике». Ижевск: 1989, с. 97-101.

81. Филинов В.В., Резников Ю.А., Вагин A.B., Кузнецов Н.С. Опыт применения метода эффекта Баркгаузена для контроля напряженного состояния деталей из высокопрочной стали // Дефектоскопия, 1992, № 5, с. 17-20.

82. Филинов В.В., Мерзляков Ю.Н. К вопросу контроля параметров проводящих покрытий с использованием эффекта Баркгаузена // Сб. «Эффект Баркгаузена и аналогичные физические явления». Материалы Международной школы-семинара. Ижевск: 1995, с. 165-172.

83. Плешаков В.В., Филинов В.В., Шатерников В.Е. Магнитошумовой контроль технологических напряжений. Москва - ИНТС.: 1995, -155с.

84. Филинов В.В. О возможности контроля напряжений в углеродистых сталях по магнитным и акустическим шумам перемагничивания // Труды межвузовской конференции «Фундаментальные основы создания наукоемких и высокотехнологичных приборов. Москва: 1997, -167с.

85. Филинов В.В. Применение эффекта Баркгаузена для контроля напряженного состояния деталей из высокопрочной стали. Там же, с. 168

86. Захаров В.А., Боровкова М.А., Кошарова В.А., Мужицкий В.Ф. Влияние внешних напряжений на коэрцитивную силу углеродистых сталей // Дефектоскопия, 1992, № 1, с. 41-46.

87. Кузнецов Н.С. Развитие теории, создание способов, средств и технологии неразрушающего контроля прочности и герметичности изделий на основе регистрации акустических магнитных шумов. Докторская диссертация. -М., 1998, -300с.

88. Горкунов Э.С., Драгошанский Ю.Н., Хамитов В.А. Магнитоупругая акустическая эмиссия в ферромагнитных материалах // Дефектоскопия. 2002, № 3, с. 3-23; № 12, с. 3-30.

89. Горкунов Э.С., Ульянов А.И., Хамитов В.А. Магнитоупругая акустическая эмиссия в ферромагнитных материалах // Дефектоскопия. 2002, № 5, с. 86-112.

90. Плешаков В.В. Методические указания по моделированию прессов на ЭВМ. -№ 2301/04,05 М.: ВЗМИ, 1983, -32с.

91. V. Filinov, V. Shaternikov. Testing of Hardening Parameters of Metal Products Undex Plastic Deformation Barkhausen's Effect // 15th World conference NDT, Roma ITALY, 2000, № 431, 5p.

92. Филинов B.B. Методические основы контроля напряженного состояния металлоизделий на основе использования магнитных и магнитоакустических шумов перемагничивания // Контроль. Диагностика, 2000, № 11, с. 16-19.

93. Юдин A.A., Иванов В.И. Связь сигналов акустической эмиссии с пластической деформацией металла. -Проблемы прочности , 1986, №6, с.103 -105.

94. Филинов В.В. Методы и приборы контроля механических напряжений на основе использования магнитно-акустических шумов. М.: Машиностроение, 2000, - 154 с.

95. Филинов В.В., Шатерников В.Е. Рукавишников И.В. Система магнитоакустического контроля механических напряжений // Доклады Зй международной выставки и конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». Москва, 2004, с. 104.

96. Филинов В.В., Рукавишников И.В., Ковалев Д.А., Народицкий A.M. Система магнитошумового контроля механических напряжений // Материалы V

97. Международной НТК «Эффект Баркгаузена и аналогичные физические явления ». Ижевск: 2005, с. 192-198

98. Филинов В.В., Шатерников В.Е., Рукавишников И.В., Народицкий A.M., Плешаков В.В., Ковалев Д.А. Применение метода магнитных шумов для контроля технологических напряжений // Контроль. Диагностика, 2005, №3, с.

99. Филинов В.В., Народицкий A.M., Филинова A.B. Исследование влияния макронапряжений на толщину информационного слоя при магнитошумовом контроле // Магнитные явления. Выпуск 2. Сб. материалов V

100. Международной НТК «Эффект Баркгаузена и аналогичные физические явления» Ижевск, 2005. с. 178-182.

101. Филинова A.B., Рукавишников И.В. Аракелов П.Г. Система магнитоакустического контроля механических напряжений // Тезисы 5-й межднародной выставки-конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» -Москва, 2006, с. 146.

102. Филинов В.В., Филинова A.B., Плешаков В.В., Опыт применения метода магнитных шумов для контроля технологических напряжений в изделиях из ферромагнитных сталей // Вестник МГУПИ, Москва, 2006, №3, с. 92-103.

103. Шатерников В.Е., Филинов В.В., Рукавишников И.В., Филинова A.B., Информационно-измерительная система магнитоакустического контроля механических напряжений // Вестник МГУПИ, Москва, 2006, №5, с. 72-77.

104. Филинов В.В., Филинова A.B. Контроль механических напряжений в изделиях из сталей на основе регистрации магнитных и магнитоакустических шумов перемагничивания // Контроль. Диагностика. 2007, №2, с. 41-44.

105. Использования результатов кандидатской диссертации аспирантки МГУПИ Филиновой A.B. «Разработка магнитно-акустического метода и средств контроля напряжённого состояния металлоизделий».

106. Disable interrupts (14 12)io space write (IPR4, OxFFFF); // Disable interrupts (19 16)io space write (IPR5, OxFFFO); // Disable interrupts (23 21) ,

107. Initialize TimerO //------------------void InitTimer0 ()long TimerOWidth;int PeriodHi, Period Lo;int WidthHi, WidthLo;sysregwrite(sysregIOPG, TimerPage);io space write(T CFGRO, OxOOlD);1. Point to Timer Page

108. PWM OUT mode, Positive active pulse,

109. Count to end of period, Interrupt request enable,1. Sample TMRx select192193----------------------------------------------

110. Send message to SPIO -> DAC //----------------------------------------------void SendMessagetoSPIODAC(int Message) {int Val = 0;

111. Val = iospaceread(SPIFLGO); // Read SPIFLGO

112. Val &= OxFBFF; // Clear bit 10 -> Clear PF2 (SYNC)iospacewrite(SPIFLGO, Val); // Write SPIFLGOiospacewrite(TDBRO, Message); // Message to TDBRO1. Wait for SPI finisheddo

113. Val = iospaceread(SPISTO); Val &= 0x0001;1. Read SPISTO

114. Test bit 0 -> Transfer completewhile (Val == 0);1. Transfer is not complete

115. Val = iospaceread(SPIFLGO); Val I= 0x0400;iospacewrite(SPIFLGO, Val);1. Read SPIFLGO

116. Set bit 10 -> Set PF2 (SYNC) // Write SPIFLGO

117. Val = OxAOOl; // 1010 0000 0000 00011. Control word (101.)

118. Bits 0 and 1 = 01 -> LDAC permanently high

119. SendMessagetoSPI0DAC (Val) ; // Send message to SPI0 -> DAC----------------------------------------------

120. Initialize ADC //----------------------------------------------void InitADC() {mt Val = 0;sysregwrite(sysregIOPG, ADCPage); // Point to ADC Page

121. Val = 0x0207; // 0000 0010 0000 0111

122. Bit 15 = 0 -> Bit of data registers is OTR bit Bit 14 -> Reserved

123. Bit 13 = 0 -> Latch ADCXTRA0 when timer reaches ADCCOUNTB Bit 12 = 0 -> Latch ADCXTRA0 when timer reaches ADCCOUNTA Bits 11 8 = 0010 -> HCLK / 4 Bit 7 -> Reserved

124. Bits 6 4 = 000 -> Simultaneous sampling1. Bit 3 -> Reserved

125. Bits 2 0 = 111 -> SOFTCONVST197