автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.11, диссертация на тему:Совершенствование коэритметрического метода и аппаратуры для контроля одноосного напряженного состояния конструкционных сталей

С г; ^

АКАДЕЫШ НАУК СССР УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕН ИНСТИТУТ СМЗИКИ МЕТАЛЛОВ

На правах рукописи

МУСИХИЧ СЕРГЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОЭРЩШдаРИЧЕСКОГС МЕТОДА И АППАРАТУРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОДНООСНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛ ЕЛ

ОЬ,02.11 - методы контроля и диагностики в машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соиекаже ученой степени кандидата технических наук

Свердловск, 1591

Работа выполнена а Тюменской индустриально»-' институте ни. Ленинского комсомола, г.Тюмень

Научный руководитель Офщиалькые оппонента

доктор ФИЭИКО-МЙТРМ^ИЧ^'НИХ наук, профессор В.З.Новиков (г.Тскень)

доктор технических наук,

с.н.с. Э.С.Горкунов ( г.Свердловск)

кандидат технических наук, с.н.с. Т.Х.Викташев (г.Свердловск)

Ведущее предприятие

Физико-технический институт УрО АН СССР (г.Иневск)

Защита состоится 1991 г.

0 ^^ часов на заседании специализированного совета К 002.03.01 при Институте физики металлов по адресу:

620219, г.Свердловск, ГСП-170, ул.С.Ковалевской, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автсре^ерп' разослан

- *

1991 г.

Учены!) секретарь глециялизированного с-оветй, каняядАТ фиэнко-математическ*« на/к Ь.Р.Галахов

ГМЗЛОСТЬ. Одним из важнейших параметров, определи-

ОВДАЯ ХАРЛКТШШКА РАБОТЫ

ицих ресурс и работоспособность элементов машин, механизмов, конструкций является уровень действующ,¡х з них механических напряжений. В настоящее время для оценки напряженного состояния материалов, в том числе и сталеЯ предлагается цельй ряд неразрушгхицих методов: чувствительные покрытия, тензометрия, рентгенометрия, акустоупругоеть, негнитоупругие методы. В составе последних козрциткметркческиЯ метод выделяется как один из наиболее структурно и упруго чувствительных. Его применение позволяет исключить влияние поверхностных эффектов (чистота обработки, неоднородность /имсостав^, ялаяность и т.д.), магнитной предыстории контролируемого материала; в относительно меньшей степени метод подверзен воздействии нерегламекта-розаняого зазора между преобразователем и поверхностью контро-

0 связи коэрцитивной силы с иехашческгога напряжениями » классических магнетиках изаестно давно, а в последние годы практическая ценность накопленных экспериментальных результатов получила выход благодаря интересны« работам Захарова Б.А.

Однако, часть практически важных вопросов осталась не исследованной. Не установлены рамки методической погрешности, не систематизированы источники ошибок измерений, что затрудняет количественную оценку конечных результатов контроля. Класс материалов, использованных при проведении экспериментальных рг-бот ограничен дзумя-тремя марками. Отсутствует информация об упругом гистерезисе анизотропии коэрцитивной С!Ш1 С несовпадение значений анизотропии коэрцитивной силы, измеряемой при на-гружении и разгружеиив магнотика), причинах явления, путям устранения. Что касается непосредственно процесса измерения коэрцитивной сиди, то не выяснено влияние параметров магнитной подготовки и размагничивания на результат измерения, ке реаеч до конца вопрос о влиянии немагнитного зазора ыекду датчиком и материалом. Существугаие конструкции первичных преобразователей требуют олрь'делегШоР доработки в приложении к контроля ме^ячическкх налргхений. В этом яе направлении необходима модернизация и измерительной аппаратуры.

Актуальность работы подтверждается включением тема "Ралча-

3

ля.

ботка методики и аппаратуры для контроля остаточных механических напряжений в трубных и роторных сталях" в програшу 0.01,0 на 1986-3990 гг. "Создать и освоить новые виды оборудования для происводства электрической и тепловой энергии на электростанциях, работающих на органической топливе" (Приложение )Я к по с тан сменив Госкомитета по науке и технике № 555 от 30 октября 1985 г.).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Довьшенне точности и производительности контроля одноосных механических напряжений в сталях коэрцитииет-рическиы методой, разработка на основе полученных результатов измерительной аппаратуры.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

- исследовать возможности коэрцитиыетрического метода, определить границы его применимости с учетом особенности

.состояния материалов;

- проанализировать источник! погрешности и дать их количественную оценку^ найти пути компенсации ошибок измерений;

- устранить влияние на результат контроля упругого гистерезиса анизотропии коэрцитивной силы;

- решить вопрос сокращения длительности процесса измерений бел потери чувствительности метода;

- разработать комплект коэрцитиметрической аппаратуры для контроля напряжений с учетом снижения габаритов выносного датчика, достаточной воспроизводимостью результатов измерений и точностью расчета параметра контроля.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

- проанализированы возможные источники погрешности коэрцитиыетрического метода, установлены пределы их изменения, оценено влияние режима термообработки на чувствительность метода;

- исследовано влияние параметров магнитной подготовки на точность и чувствительность измерительной аппаратуры к одноос-нлн механическим напряжениям, найден оптимальный режим намагничивания, обеспечивавший минимальное влияние магнитного гистерезиса;

- рассмотрено влияние скорости нарастания р&змагничиваю-чего ток?. на точность и чувствительность метода;

- исследованы пути коррекции влияния немагнитного зазора рдэрг^отан способ его измерения, исключаидпй в широких преде-

пах учет магнитной жесткости контролируемого материала;

- предложен и защищен а.с. способ измерения коэрцитивной силы при синусоидальном перемагничивании;

- разработаны конструкция джйвренщ.ального коэрцитиыет-рического датчика и комплект первичной измерительной аппаратуры, где учтены результаты исследования.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработана и созданы 4-х полисный магнитный датчик с размещенными в его полосах миниатпркыми феррозондами и аппаратура, реализует;ая коэрципшетрический метод контроля одноосного напряженного состояния сталей, повышена ее точность при значительном снижении (более, чем а 6 раз) временных затрат на первичные измерения. По результатам работы получено 2 авторских свидетельства на изобретение. Методика контроля и разработанные приборы нашгя применение в ЖКХ) "Электросила" г. Ленинград в мелкосерийном технологическом процессе изготовления элктркческих мшин малой мощности. Кроме того, результаты работы в скорме рекомендаций и комплекта техдокументации внедрены в информационную систему в Тюменском межотраслевом территориальном центре научно-технической информации.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные псяояения диссертации доложены на 5-ой Уральской конференции "Современные методы неразру-пшщего контроля и ах метрологическое обеспечение" (г.йкевск, 1934), Всесоюзной конференции "Нефть и газ Западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки" (г. Темень, 1985), 7-ой Уральской конференции "Современные методы нгразрушадцего контроля и их метрологическое обеспечение" (г. Устинов, 1986), Всесоюзной конференция "Методы и средства игиереняя мехЕНическнх

параметров в системах контроля и управления* (г. Пенза, 1989), 10-ой Уральской конференции "Физические методы / приборы неразрушащего контроля" (г. Иаевск, 1989).

Основные материалы диссертации излокены в II работа1: и 2 авторских свидетельствах:, перечисленных в настоящем автореферате.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списха использованных источников и приложения. Обьем работы - 119 страниц малинопхеного текста, 60 рисунков, 15 таблиц, библиография зклгкает 132 наименования. Приложение содертат документы о практическое !:с-

пользовании результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш, сформулированы цель V задачи работы, проведен краткий обзор исследований, выполненных в области контроля ыехаиичаских налрякекий,

В первой главе предлокен анализ неразрушаидих методов пзиерения механических напряжений а ыатериалах. Раскрыты по-довнтеяыше стороны и недостатки рентгеновского, ультрозвуко-бого, электромагнитного, Баркгаузеновского, магнитострикцнон-нсго методов в приложении к контролю напряжений в сталях. Коротко юлоЕены основы козрцигиыегрического ыетода и показано, что по ряду параметров (по блйяюю немагнитного зазора, магнитной предыстории, поверхностным эффектам) сн имеет заметные прекыуцества.

На первом этапе исследования для оценки чувствительности коэрцитиаетрического ыетода был использован широко распространенный коэрцитиметр КИ5И-1. Б дальнейшем была разработана и изготовлена к-озрцнтиыетрическая аппаратура, которую отличало с одноII сторона сниженные почти на порядок размеры першчного датчика, предстаиле.ше в цифровой форле информации непосредственно в единицах коэрцитивной силы (для конкретного преобразователя), с другой - возможность прямого измерения величина анизотропии коэрцитивной силы за счет использования дифференциального датчика а комплекте с двухканаль-нш козрцитиметрон. От известных конструкций разработанные датчики отличаются ыеетополокением феррозондсв-полемеров -их крепление в торцах нагни то провода зачищает элементы от механических повреждений, упрощает технологию сборки и настройку датчика, повышает технологичность работа с ним в процессе эксплуатации.

Метод исследовался на пироком составе «арок сталей, таких как: СтЗ, Ст20, Ст45, 17ГС, ЗИ961, 40Х, 25ЙШФА , 38ХН2Ы5А. Перечень указанных сталей с одной стороны обьясня-ртся необходимостью организации неразрушащего контроля в изделиях из данного материала, с -другой - требованием выбора определенных }^эико-механических и магнитных характеристик сталей длв изучения их влияния на чувствительность коэрцити-

метрического метода к иеханическим напряжениям. Стали использовались в форме плоских образцов по ГОСТ 1497-84. Lee обраг-Ш.Г перёд испытаниями проходили термообработку, чау я всего от-яиг, сн.-мпм'Д'.-.й остаточные напряжения. О т. .и г проводился кок в MyífejiWioií почи, так и в вакууме. !1овер";юс,ть образцов перед экспериментом специально не готозилась.

Одиооснке механические напряжения растяжением создавались в образцах сталей с помощь*} ризрывной малины в области упругих деформаций. Зона пластики и слокно-капрякенное состояние материалов в работе не рассматривались.

В работе проведена количественная оценка основных источников погрешности контроля одноосных механических напряжений коэрцитивно-анииотропннм методом: величины начальной анизотропии коэрцитивной силы; неоднозначности измерений в случае использования одноканального преобразователя за счет необходимости изменения положения датчика; неопределенности контроля при отсутствии информации об оси приложения нагрузки; разброса свойств материала в пределах марки и характера его термообработки; упругого магнитного гистерезиса, проявляющегося з несовпадении значений размагничивающего тоня, принимаемого за меру коэрцитивной силы, при нагружении и разгружении ферромагнетика; качества контакта коэрцитиметрического преобразователя с поверхностью контрю ля; аппаратурной реализации методики измерения.

Установлено, что ретога термообработки сталей оказывает значительное воздействие на коэрцитивноупругую чувствительность материалов. Яол}"чекные результаты на образцах сталей 40Х.ЭИ961, 25)¡H3ÍÍ<SA говорят о необходимости корректировки применимости метода с учетом ретима термообработки и в ряде случаев, как например, для стэти 4СХ до ¿orn ¿ 30С°С приходится констатировать невозможность контроля.

Вторая глава посвящена исследованию влияния параметров релима намагничивания (форлы, числа' намагничиваяших импульсов, длительности импульсов, амплитуды НАмагничявавсего тока, крутизны фронтов) и скорости нарастания поля при разиагкичивании на точность и чувствительность метода. Дан краткий обзор работ по использования s коэрцитклетрическсй аппаратуре различных форм магнитной подготовки' и размагничивания.

Экспериментально определено, что использование для >со?р~

цктииетрического контроля одноосных н&лрякений стандартной аппаратуры, например КИЗМ-1, ведет к появлению упругого гистерезиса. коэрцитивной силы - несовпадению измеряемых значений тока размагничивая«я при нагрут.ении и разгрукении сталей. Статистика, полненная на образцах стали СтЗ говорит, что гистерезис ыоиет достигать 2035. Для поиска причин гистерезис-ных явлений исследовано влияние кратности измерения коэрцитивной силы в одной точке на измеряемое значение размагничивающего тока, однополярноП и разиололярюй импульсной подготовки на величину упругого гистерезиса.

Показано, что десятикратное повторение измерений в одной точке при однополярном намагничивании приводило к росту результата а среднем на А%, а форма разнополярного намагничивания сводила методическую ошибку от упругого гистерезиса коэрцитивной силы в границы случайной приборной погрешности. Данные факты позволили предположить: причиной гистерезиса является недостаточное промагничивание материала в зоне контролл и неспособность намагничивающего поля разрушить текстуру, созданную напряжениями на участках, граничащих с межполосным пространством датчика.

Для выбора числа намагшчиващик импульсов в реки.ме намагничивания экспериментально на нескольких материалах исследовано влияние на чувствительность метода одноимпульсного, двухяыпуль оного, трех и. четырехшпульсного намагничивания. Оптимальным с точки зрения чувствительности, минимума времени измерений и точности выбран вариалт с трехимпульсным намагничиванием.

С учетом вышесказанного, предлагается форма ыагнитной подготовки 6 влде одного начального стабилизирующего импульса претивопсля к трех последующих намагничивающих импульсов.

Гроведенс исследование по оценке влияния длительности намагничиваете поля в имйульсе на чувствительность коэрци-тме'.рическэгс метода. На примере двух материалов СтЗ и ЗЗХЬ.ЗИХА лэказано, что длительность импульсов может быть выСрана с учетом времени окончания переходных процессов в обмотке датчика, приведены ос^иллогаимы н&магничиваодего тока в едчги из каналов дифференциального ггоеобр&эователя для раэ-дкчкух длительностей иипульса от с до С,1 с. Лля выб-

ранных датчиков вгемя имяульев устанавливается из соотношения:

£ (1,2 + 1,5)2? , гдч бт - время нарастали! тока з датчике до амплитудного значения.

Исследьаано влияние амплитуды намагннчгвзющего тока на чувствительность коэрцитиметричэской аппаратуры к одноосным напряжениям. Полненные результаты говорят о некритпчности приращения полезного скгнела при нагруаении образцов сталей к разбросу амплитуды намагничивающего поля и крутизне его фронтов. Указанный разброс реально существует из-за воздействия температурных изменений на сопротивление медных обмоток датчика.

С целью поиска путей повышения оперативности контроля проведено экспериментальное изучение влияния скорост.! нарастания размагничивающего тока лрл размагничивании ка точность измерения абсолютного значения ратмагничиваацего тока I и относительную чувствительность к напряжениям коэрцитметрйчес--кого метода. Оценена точность измерения размашичизаицего тока с учетом изменения индуктивности преобразователя и влияния сгаш-э$фекта при варьировании скорости размагничивания от 70 к/и-с до 70 кА/м-с. Задание и поддержание на установлю ¡ном уровне скорости раэмпгничивяния осуществлялось на базе блока цифрового размагничивания дифференциального коэрцитиметра, устройство которого в совокупности признено изобретением. Определена зависимость показаний дифференциального коэрцити-метра в режиме абсолютных измерений коэрцитивной силы от скорости нарастания размагничивающего поля, получено вьгоааение для относительной сшибки регистрации / 1 функции индуктивности преобразователя и скорости размагничивания:

е%

п-тт*--

где £ - время размагничивания, пропорциональное величине коэрцитивной силы материала и обратно пропорциональное скорости размагничивания; Т - постоянная времени цепи размагничивания. Установлено, что 3-х процентная погрешность достижима при времени размагничивания большей 3,52" . Оценена со грешность измерений коэрцитивной силы материалов с учетом эффекта еы-теснения:

оСА

/л».= ' ^л. > ( г 5

Г' е-

где к - толщина полоса преобразователя Сориентировочно принято за глубину проникновения псля в режиме кргнитиой подготовки) ; сС = (/-ел - е - коэффициент вытеснения поля; ^ эл м - удельная электропроводность и магнитная проницаемость материала соотьетевошш. Сояэь ксзф£ициента вытеснения сС со временем размагничивания определяет нелинейность зависимости ).

На двух материалах (СтЗ, ЗЗХНЗЙА) показано влияние скорости нарастания размагничивающего поля на относительную аппаратурную чувствительность к действующи.« наполнениям. Установлена оптимальная в отношении чувствительности и времени измерений скорость размагничивания равная = 500 + 6)00 к/м*с.

Исследовал способ измерения коэрцитивности материалов при синусоидальном перемагничивании. Предлагается схемы устройств, реализующих алгоритм аналогового измерения //с и -релаксационной коэрцитивной силы, способ определения которой признан изобретением. Показано экспериментально, что с ростом частоты и индукции перемагничивающего поля падает относительная величин* полезного сигнала при измерении напряжений, который при низкочастотном перемагничивании (30 * 50 Гц) составляет порядка 2 -г 4-х процентов.

Б третьей гл"ве представлены результаты экспериментальных исследований по оценке влияния немагнитного зазора между первичным П-образньм электромагнитным преобразователем и контролируемым материалом на величину размагничивавшего тока, причины существования рассматриваемой проблемы, технические резения по автокомпенсации влияния залора, универсального'.способа его измерения.

Исследования по изучению влиянии зазора проводились на стационарной коэрцитиметркческой устансвке. Методика измерена!". включала предварительное размагничивание образце, создание с по^о^мэ бумчьнык прокладок фиксированного зазора, определение величины размагничивающего тока. Как правило, в эксперимента использовались образцы сталей с полированной по-варсностью.

Лолучеяы кривые зависимостей I ) для мало-

габаритных едноканал! кого и дифференг.иалсного датчиков, где 3 - нел&гни'шыа зеэор; - удельные ачпервитки намаг-

ничизшид. По вид\' кривые мал: чем отличаются от аналогичных

характеристик преобразователя Иа.5.132.105 (коэрциткматр КИИ-I4'. Приведены сравнительные 1фивые нпмагшчивэяия в координатах "индукция под полосом - удельные ачпервитки намагничивания" для одноканального, дифференциального датчиков и вы~ иеуломянутого датчика коэрцитнметра КИЙ-I. В предлагаемых, конструкциях датчиков максимальная индукция оказалась ниже на 10 + 15%.

Рассмотрело вякя;ше размещения феррозондов по отношению к магнитопроводу (крепление в торцах полюсов и на внутренней боковой поверхности торцов) и к растоянию от поверхности контроля ионды могли свободно перемещаться по высоте внутрь полиса и наружу и фиксироваться в заданном положения независимо от зазора) на зависимость I ( ). В результате выбрано местоположение феррозонда в торцах магнитопровода и показано, что его положение относительно поверхности контроля при нага- , чии зя.>ора не сказывается на значении измеренного IПричиной неуклонного падения размагничивавшего тока с ростом В на паи взгляд является недостаточное промагничиваиие материала в зоне контроля за счет вытеснения магнитно-силовых линий при намагничивании областей с большей проницаемостью, расположенные за пределами мекполпсного растояния. Данный вывод может быть подкреплен и другими фактами; наличие упругого гистерезиса анизотропии коэрцитивной силы, рост значений размагничивающего тока при повторных измерениях для однополярного намагничивания; повышение амплитущ намагничивающего тока, начиная с определенного уровня, не ведет к изменении наклона зависимости Т^ ( с? ); отсутствует участок роста J для малых зазоров, вследствие возрастания сопротивления замкнутой магнитной цепи.

Для сравнения представлены результаты измерения одноосных механических напряжений на стали СтЗ методами магнитной анизотропии и козрцитиметрическим при варьировании немагнитного зазора. Обращается внимание на стабильную чувствительность коэрцитивно-анизотропного метода в пределах изменения зазора до 0,6 им. С целью юстировки каналов дифференциального датчика по отнсиению к зазору предлагается выполнять маг-нитопроводы одинаковой высоты и с равным периметром. В относительных единицах сопоставлено влияние высоты сердечников ( £ з 45 мм, 35 мм, 25 мм) на чувствительность к налряхениям.

И

Показано, чем ниже датчик, тем выше относительное приращение полезного сигнала, однако, изготовление сердечников с высотой менее 25 мм признано нецелесообразны:.!.

Исследован метод авто компенсации зазора, предложенный в свое время в приложении к коэрцитиметру ШЕМ-1 Захаровым В.А. для иного исполнения козрцитиметрических датчиков. Метод оказался более простым в реализации при использовании малогабаритных феррозондов. Рассмотрено влияние смещения точки индукции, в которой фиксируется размагничивающий ток в область отрицательно значений на чувствительность -Г ($ ), причем величина смещения задавалась с помощью подачи подаагничиващего тока в среднюю точку феррозонда в противогазе с током размагничивания. Получены результаты для двух способов подмагничивания: значение постоянного тока, подмЧгничивающего феррозонд было пропорционально размагничивающему току; подмагничиваотций ток оставался стабильным для данного материала. Для второго способа использовались две конструкции датчика: у первого феррозонды располагались в торцах сердечника; у второго - в перемычке. Эксперимент проводился с одноканальннм и дифференциальным датчиками на магнитомягком.магнитожестком материалах. Показано, что универсальностью ни один из рассмотренных способов не обладает, однако, фиксированное подмагничивание для расположения феррозондов в перемычке магнитопровода позволяет снизить влияние зазора с 40 -г &СЙ до I + Ш (чем вьгае значение коэрцитивной силы материала, тем меньше погрешность). На рис. Iпредставлены кривые, полученные для двух типов размещения феррозондов на магнитопроводе одного из каналов дифференциального датчика для двух материалов с различной коэрцитивной силой.

На основе использования подмагничивания феррозондов стабильным током в протмвофаэе размагничивающему предложен способ измерения зазора без учета магнитной жесткости контролируемого материала. С одной стороны способ может быть использован для контроля толщины немагнитного покрытия на ферромагнитной основе, о другой - для повышения точности коэрцитимет-рического метода путем корректировки измеренного значения размагничивающего тока. Предлагаемый способ измерения зазора проверен на сталях с разной коэрцитивной силой (370,420,1930, 5370 А/м). Суть способа заключена в регистрации двух значений то«а размагничивания: первым моментом отсчета является точка

30 20 10

О

б

>5=22—£ а 3

- —«

0,45

0,90

им

Рис. 1. Влияние немагнитного зазора ? на величину тока рапмагничиваргля Т0 дифференциального датчика с сердечниками равного периметра (использован один канал! При подчагничивании полузондов феррозонда стабильным током Т^ для различного расположения полуэондов феррозонда: а - материал с Нс= 3560 А/м; б - материал с Нс= 451 А/м; 1,3,5 - крепление полузондов в центральной части перемычки сердечника; 2,4,5 - крепление полузондоэ

3 (я) Ъ

(а,б\ 5 (<П -

феррозонда в торцях сердечника; 1,2 (а,б! - I* = 0 мА;

8мА; 3 (б1 - Т|-з ' ' ' ' ' ' 4 мА; 5 е (я,б> -

- Т,4 мА; 4' ' - ТО ыА.

нулевой индукции; вторично ток размагничивания фиксируется в точке отрицательной индукции, выбранной заранее »: неизменной в пределах методе. В качестве параметра, связанного с величиной зазора предлагается использовать разностный юк АIр = /"р -1хз о' где ^р и о ~ токи размагничивания для отрицательной и нулевой индукции соответственно. Исследована возможность измерения неравномерного зазора под полюсами маг-нитопровода. На экспериментальном материале показано, что величина разностного тока пропорциональна усредненному значению зазора, а зависимость ¿Т*^ ( /Ср) подчиняется полученным соотношениям для равномерных зазоров. Разработана блок-схема устройства на базе цифрового коэрцитиметра, реализующего предложенный метод в автоматическом режиме измерения. Устройство позволяет при однократной магнитной подготовке без дополнительных ручных операций регистрировать и ток размагничивания и разностный ток А -Тр.

Четвертая глава посвящена вопросам конструирования измерительной аппаратуры, в основу которой были заложены следующие требования: повышение надежности прибора; оптимальное соотношение ыазду точностью, чувствительностью и длительностью цикла измерения; снижение габаритных размеров преобразователя и измерительного блока; сокращение до минимума ручных операций в режиме контроля; упрощение процесса обработки результатов измерений.

Разработано три действующих прибора: коэрцитивный тестер ИКО-3; цифровой дифференциальный коэрцитиметр КВД-3; измеритель одноосных напряжений И0Н-микроИВК-01.

Коэрцитивный тестер ИКО-3 представляет собой переработанную модель коэрцитиметра ЮШ-1. В приборе модернизирован блок намагничивания, введен режим автоматического размагничивания с фиксированной скоростью нарастания тока, система индаквции выполнена в форме светового табло, зажигающегося при превышении уровня размагничивающего тока дискретно ^ксируеыой величины (уровень срабатывания выбирается с помощью механического переключателя на два положения). ИспЬльзование тестера в технологическом процессе позвслило рекомендовать отмену повторного отжига для корпусов малых электрических машин, после грубо? механической обработки и обнаружить те операции сборки, которые вносили напряжения в конструкцию.

В предлагаемой конструкции дифференциального коэрцитимет-ра предусмотрена возможность кроме измерения анизотропии коэрцитивной силя фиксировать также ее знак. Это позволило получать информацию не только о величине, но и знаке действующих напряжений, Предложенное устройство защищено авторским свидетельством.

Приводятся экспериментальные результаты лабораторных калибровочных испытаний коэрцитиметра КДЦ-3 на нескольких сталях. Расчитаны то кие показатели его работа, как разрешающая способность (~0,01 т/импульс) и воспроизводимость измерений (99,8$ и 07,6^ для абсолютного и дифференциального режимов соответственно) .

Измеритель одноосных напряжений (ИОН) является усовершенствованной моделью дифференциального коэрцитиметра. По сравнению с базовой модельэ в ИОНе учтены результаты законченных исследований по яовшени» точности контроля и определению оптимальной его длительности, разработке которых посвящена вторая глава. Дополнительно в схему прибора введено программно-вычислительное устройство на базе программируемого микрокалькулятора "Электроника БЗ-21". По окончании измерения цифрован информация автоматически передается в оперативную память калькулятора, осуществляется ее обработка по заданной прогрсше и выдача расчетного параметра (в данном случае ) па отдельный индикатор в единицах напряжений.

Структура ИОН а содержит три достаточно самостоятельных модуля: цифровой измеритель коэрцитивной силы материала и ее анизотропии; устройство математической обработки измеренной информации, включающее интерфейсный модуль и модуль расчетов; блок программного обеспечения (программатор).

Разработана конструкция программатора, который позволяет хранить в долговременной памяти (энергонезависимой) до 10-ти программ различной направленности.

Опытно-промышленное использование разработанной аппаратуры осуществлялось в технологическом потоке изготовления элементов конструкции электрических машин малой мощности на ЛГОО "Электросила", г.Ленинград. Экономический эффект от введения коэрцитиметрического контроля составил 4,2 тыс. руб. Кроме того, применение программатора в качестве самостоятельного устройства для автоматической загрузки ОЗУ отечественных ШН по-

эволило получить допошительнув экономив средств до 10 тыс. руб. на один программатор. Конечные результаты работы внедрены в информационную систему при Тюменском территориальном ЩТИ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДИ

1. Показано, что измерение одноосных механических напряжений с помощью разработанного малогабаритного четырехполюс-ного коэрцитиметрического датчика рэализукщего режим одновременного измерения коэрцитивной силы в двух взаимоперпендикулярных направлениях дает выигрыш в производительности и точь-ностч контроля при условии комплексного учета таких факторов, как начальная анизотропия котрипгиеной силн материала; несовпадение значений коэрцитивной силы, регистрируемой при нагру-кении и разгружении ферромагнетика (упругий гистерезис коэрцитивной силы)немагнитный зазор; режим термообработки стали. В противном случае практическое использование метода возможно только на.уровне индикаторного.

2. Установлено, что введение в режим намагничивания начального импульса противополя позволяет на 15+20% снизить погрешность контроля за счет компенсации влияния упругого гистерезиса коэрцитивной силы; снижение длительности намагничивающего поля в импульсе ограничивается временем окончания переходных процессов в обмотках преобразователя, что в несколь-

■ ко раз ускоряет процесс измерений без потери чувствительности коэрцитиметрического метода, при этом ее величина снижается на 5+10$ при одноимпульсной магнитной подготовке в зависимости о.т материала, но некритична к стабильности амплитуды намагничивающего тока (условие, диктуемое изменением температурного рекиыа обмоток преобразователя) и крутизне его фронтов.

3. Показано, что для толщин контролируемого материала соизмеримых о толщиной магкитопровода датчика увеличение скорости нарастания тока в режиме размагничивания приводит к снижению относительной информативности коэрцитиметрического метода контроля одноосных механических напряжений, определяемое, в основном, влиянием скин-эффекта. По этой ке причине метод контроля напряжений, основанный на измерении коэрцитивной силы при синусоидальном леоемагничивании характеризуется на испы-

татшх сталях низкой чувствительностью (2-i4SS).

4. Показано, что с ростом зазора в пределах 0,6 мм при падении размагничивающего тока на 40*60$ изменение чувствительности метода к действующим напряжениям незначительны. Снизить влияние зазора на величину размагничивающего тока возможно путем его регистрации не в момент равенства индукции нулю, а при частичном фиксированном перемагнячивамш контролируемого участка. Степень леремагничивания зависит от коэрцитивной силы материала и реализуется посредством токового смещения (подыагаичивашя) феррозондов встречно разиагничива'ощеиу поли. Прл размещении феррозондов в перемычке сердечника и их подмашичивании погрешность от немагнитного зазор? мокет быть уменьшена до 148$ (зависит от коэрцитивной силы материала:

чем она выше,тем эффективнее компенсация).

5. Предложен способ контроля величины немагшггного зазора. Показано, что измерение разностного тока dip J* - J^ 0, где ^р , I р Q - токи размагничивания для фиксированной в пределах метода отрицательной и нулевой индукции соответотвзн-но, позволяет однозначно регистрировать зазор независимо от коэрцитивной силы материала при ее изменении в пределах 370 + 5270 А/м. Установлено количественное совпадение результатов для равномерного и неравномерного зазоров. Предлагаемый метод может найти применение для контроля толщины немагнитного покрытия на ферромагнитной основа и создание для этих целей коэрцитивного толщиномера.

6. Создан комплект измерительной аппаратуры: коэрцитивный тестер ИКО-3, предназначенный для индикаторного контроля качества отжига с двумя фиксированными уровнями отбраногни; цифровой дифференциальный коэрцитиметр КДЦ-3, имеющий режим измерения анизотропии коэрцитивной силы; измеритель одноосных напряжений И0Н-микроИВК-01, реализующий оптимальный алгоритм ноэрцитимет-рического контроля, обладающий повышенной точностью и удобством в работе оператора. Разработанные приборы наши применение

в подразделениях ЛПЭО "Электросила", г. Ленинград.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

I. A.C. 1377789 СССР, МКИ3 (г 01*33/12. Автоматический

феррозовдовый дифференциальный козрцитиметр /С.А.Мусихин, 3957446/24-21; заявлено 16.09.85; опубл. 29.02.83, Бюл.Ю.

2. С.С. 1495730 СССР, МНИ3 б OL?33/12. Способ измерения коэрцитивной силы ремененца ферромагнетиков /С.А.Мусихин, 4133345/24-21; заявлено 14.10.86; опубл. 23.07.39, Еюл. »27.

3. Измеритель одноосных механических напряжений "И0Н-микроИВК-01" /С.А.Мусихин, В .Е.Лиханов, Г.М.Курочкина, В.А. Козлов /Мпф. листок Тюменского ЩТИ. - 1989. - V22-89. - 4с.

4. Мусихин С.А. О возможности неразрушающего контроля напряженного состояния трубопроводов в режиме испытаний и эксплуатации // Нефть и газ Западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки: Тез. докл. Всесоюзн. конф. - Тюмень, 1985. - С. 189-190.

5. Мусихин С.Д., Ведерников A.A. Устройство для экспресс-измерения коэрцитивной силы с цифровым представлением информации // Радиоэлектроника в народном хозяйстве: Тез. докл. Всероссийской студенческой конф. - Томск, 1985. - C.I09.

"6. Мусихин С.А., Новиков В.®., Лиханов В.Е. Приборная реализация коэрцгтаметрического метода измерения напряжений в конструкционных сталях // Современные методы неразрушающего контроля и их метрологическое обеспечение: Тез. докл. 7-й Уральской конф. - Устинов, 1986. - С.43-44.

7. Мусихин С.Л., Шахтарин JI.B. Козрцитиметр цифровой Щ-2 // Проспект ВДОХ СССР. - 1986.

8. Мусихин С.А., Лиханов В.Е., Бакланов A.B. Дифференциальный цифровой козрцитиметр ЮТД-3 //Проспект ЩНХ СССР. -1986.

9. Мусихин С.А., Новиков В.Ф., Еорсенко В.Н. Об использовании коэрцитивной силы в качестве индикаторного параметра при неразруиаядем контроле механических напряжений // Дефектоскопия. - 1987. - »9. - С.57-60.

10. Мусихин С.А. Влияние параметров режима магнитной подготовки на коэрцитивноупругую чувствительность конструкционных сталей / Тюменский индустриальный га-т. - Тюмень, 1983. -12 с. - Деп. в ВИНИТИ 12.04.88, № 2756-В-88.

11. Мусихин С.А. Коэрци^ивно-анизотропный датчик одноосных механических напряжений // Методы и средства измерения механических параметров з системах контроля и управления: Тез. докл. 3-й Бсесопзн. конф. - Пенза, 1989. - C.40-4I.

12. Мусихин С.А. Влияние параметров методики контроля на

юеть и чувствительность коэрцитнметрической аппаратуры измерении одноосных напряжений // Физические методы и !оры неразрушающего контроля: Тез, докл. 10-й Уральской ). - Ияевск, 1989. - С .14.

13'. Универсальный программатор для программируемых цикро*->куляторов (ШК) / С.А.Мусихин, И.Д.Лукбин // Ин$. листок энского ЩГСИ. - 1988. - № 308-88. - 2с.

Подписано к печати 25.03.91. Заказ . Тиран 100 экз.

625000, г. Тюмень, Володарского, 38, ротапринт ТюмИИ