Вихрострумовий спосіб контролю механічних напруг

Вихрострумовий спосіб контролю механічних напруг, які виникають в металевих конструкціях, що включає збудження у виробі вихрових струмів змінним магнітним полем, який відрізняється тим, що виріб розміщують у змінне магнітне поле, яке збуджує поперечні вихрові струми, змінюють частоту струму до значення, при якому узагальнений параметр у навантаженому стані х2 дорівнює початковому узагальненому параметру x1, х2=х1, а значить і внесена фаза φвн2=φвн1, далі вимірюють Uвн2 та UΣ02 і визначають відносну магнітну прони кність μr2 за нормованим коефіцієнтом перетворення N'2 (1) та питомий електричний опір ρ2 (2): U 2 2 N'2  вн2  r 2K1  1  2r 2K1 cos 21 , (1) U02 Запропонована корисна модель належить до засобів неруйнівного вихрострумового контролю і може бути використана для структуроскопії електропровідних матеріалів та виробів та контролю механічних напруг, які виникають в металевих конструкціях. На сьогодні відомі два основні методи контролю фізико-механічних характеристик металевих виробів: руйнівні і неруйнівні. При проведенні контролю за допомогою руйнівних методів необхідно дотримуватися умов проведення іспитів, яки викладені в стандартах [1]. Недоліком даного контролю є те, що він є тривалим процесом і приводить до руйнування досліджуваного зразка. Неруйнівний контроль усуває дані недоліки. В неруйнівному контролі фізико-механічних характеристик металевих виробів значне місце займає вихрострумовий метод, заснований на аналізі взаємодії зовнішнього електромагнітного поля, створюваного вихрострумовим перетворювачем (ВСП), який являє собою індуктивні котушки, з електромагнітним полем вихрових струмів, які збуджуються в об'єкті контролю (ОК) змінним магнітним полем. Вихрострумова структуроскопія базується на наявності кореляційних зв'язків між електромагнітними характеристиками металів і їх структурним станом. Відомий спосіб контролю електромагнітних параметрів виробів і на його основі визначення фізико-механічних властивостей виробів на підставі вимірювань питомого електричного опору ρ [2]. Такий спосіб контролю можна віднести до прототипу запропонованого способу. Недоліком даного способу є те, що контролювати можна лише неферомагнітні матеріали. В основу корисної моделі поставлено задачу створити безконтактний вихрострумовий метод контролю механічних напруг, які виникають в металевих конструкціях, який дозволяє вирішити задачу підвищення надійності контролю. Для вирішення поставленої задачі використовується вихрострумовий спосіб контролю механічних напруг, які виникають в металевих конструкціях, що включає збудження у виробі вихрових струмів змінним магнітним полем, який відрізня 2 де  - коефіцієнт заповнення,   d2 / dn , d - діаметр циліндричного виробу; dn - діаметр вимірювальної обмотки вихрострумового перетворювача; K 1 , cos21 - нормований по амплітуді параметр (19) UA (11) 61060 (13) U магнітного потоку всередині виробу та його фаза у ненавантаженому стані.  f  2  r 2 2 1 . (2) r1f1 3 61060 ється тим, що виріб розміщують у змінне магнітне поле, яке збуджує поперечні вихрові струми, змінюють частоту струму до значення, при якому узагальнений параметр у навантаженому стані х2 дорівнює початковому узагальненому параметру х1, х2=х1, а значить і внесена фаза φвн2= φвн1. Далі вимірюють Uвн2 та UΣ02 і визначають відносну магнітну проникність r2 за нормованим коефіцієнтом перетворення N'2 (1) та питомий електричний опір 2 (2): U 2 2 N`2  вн2  r 2K1  1  2r 2K1 cos 21 , (1) U02 2 де  - коефіцієнт заповнення,   d2 / dn , d - діаметр циліндричного виробу; dn - діаметр вимірювальної обмотки вихрострумового перетворювача; K 1 , cos21 - нормований по амплітуді параметр магнітного потоку всередині виробу та його фаза у ненавантаженому стані.  f  2  r 2 2 1 (2) r1f1 . Алгоритм полягає у наступному: маючи початкові параметри феромагнітного вала (  r1 , 1 ) для випадку, коли обертальний момент М=М1=0, і параметри ВСП, а також встановивши значення напруженості і частоту зондуючого поля f1 , визначають значення узагальненого параметра х1 і безрозмірного нормованого коефіцієнта перетворення N1. x1  d 2 20r1f1 1 (3) , де  0 - магнітна постійна  0  4  107 Гн/м. 2 2 N1  r1K1  1 2r1K1 cos 21 (4) . Цьому значенню х1 відповідає значення φвн1 (див. кресл.). Потім, до феромагнітного вала прикладають обертальний момент М=М2≠0, що приведе до зміни електромагнітних параметрів вала ( r 2 ,  2 ), тобто x2  d 2 20r 2f1 2 (5) , 2 N2  r 2K 2  1 2r 2K 2 cos 22 2 (6) . Значення N2, отриманого з виразу (6), не можна використовувати при визначенні  r 2 , оскільки 4 залежність N=f(r) побудована для значення х=х1=const, яке відрізняється від х2. Тому, змінюючи частоту зондуючего поля f1 до значення f2, при якій х2=х1, а значить і вн2=вн1 (див. кресл.), для нових виміряних значень Uвн2 и UΣ02 отримаємо формулу (1). З виразу (1) за знайденим новим значенням N'2 визначають значення  r 2 , яке відповідає деформованому стану феромагнітного валу при М≠0. Використовуючи запропонований алгоритм для вибраного режиму роботи ВСП можна побудувати градуювальні криві залежності r=f(М) або Uвн=f(M), тобто побудувати магнітопружний перетворювач для безконтактного контролю моменту скручування феромагнітного вала. З іншого боку, вирішуючи систему рівнянь (3) і (5), за умови х2=х1, отримаємо формулу (2), що дає можливість побудувати градуювальну залежність =f(M) і створити ВСП заснований на тензометричному ефекті. Щоб виключити неоднозначність визначення значення х при виборі робочої точки вн, (див. кресл.), спочатку, змінюючи частоту зондуючого поля, знаходять значення внmах (при якому х≥5) і після цього, зменшуючи частоту в 2 рази від значення, при якому фазометр показував внmах, вибирають робочу точку ВСП. Оскільки зміна r від механічної деформації для більшості конструкційних сталей не перевищує 10 % [3], а значення  не перевищує 3 % в області пружних деформацій, то це буде достатньо, щоб не перескочити через значення внmах при зміні М від 0 до ±Мmах. Технічним результатом є те, що даний спосіб може широко використовуватися в автоматизованих системах управління приводами, а також при діагностиці та визначенні граничнодопустимих механічних навантажень в енергетичному устаткуванні, а об'єднання магнітопружного і тензометричного ефектів значно розширює його функціональні можливості. Джерела інформації 1. ГОСТ 2999-75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. - Введ. 01.07.1976 (изм. 23.06.2009). 2. Патент України: № 52844, МПК G 01 N 27/90, публ. 2010 р. 3. Белов К.П. Упругие, тепловые и электрические явления в ферромагнитных материалах. М. Л.: ГИТТЛ, 1957.-254 с. 5 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 61060 6 Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601