способ магнитографического контроля стыковых сварных швов двумя лентами

Классы МПК:G01N27/85 с применением магнитографических методов
Автор(ы):
Патентообладатель(и):Горно-Алтайский государственный университет
Приоритеты:
подача заявки:
1993-05-07
публикация патента:

Изобретение относится к магнитографическому методу неразрушающего контроля стыковых сварных швов. Сущность изобретения: намагничивают контролируемое изделие вместе с двумя отличающимися по магнитным свойствам магнитными лентами, разделенными немагнитной прокладкой и уложенными немагнитными основами друг к другу на его поверхность, поперечным к шву постоянным магнитным полем Ho, ленты выбирают так, чтобы насыщающее поле первой более магнитожесткой ленты было максимально возможным, поле насыщения второй ленты было близким стартовому полю первой, поле Ho выбирают близким полю насыщения второй ленты, первую ленту укладывают ближе к поверхности изделия, снятые с изделия ленты считывают в поперечном их длине направлении двумя преобразователями, первый из которых максимально приближен к поверхности ленты, а второй имеет линейную характеристику и находится на некотором удалении от ленты. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

Формула изобретения

Способ магнитографического контроля стыковых сварных швов двумя лентами, состоящий в том, что намагничивают контролируемое изделие совместно с двумя уложенными на его поверхность магнитными лентами, обращенными друг к другу немагнитными основами и разделенными немагнитной прокладкой, поперечным к шву постоянным магнитным полем Н0, снятые с изделия ленты считывают двумя датчиками, отличающийся тем, что используют ленты с разными магнитными свойствами, ленты выбирают так, чтобы насыщающее поле первой более магнитожесткой ленты было максимально возможным, поле насыщения второй ленты было близким стартовому полю первой, поле Н0 выбирают близким полю насыщения второй ленты, первую ленту укладывают ближе к поверхности изделия, считывание лент производят в поперечном их длине направлении двумя датчиками, первый из которых максимально приближен к поверхности лент, а второй имеет линейную характеристику и находится на расстоянии от них до первого датчкика.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к магнитографическому методу неразрушающего контроля стыковых сварных соединений.

Известен способ магнитографического контроля стыковых сварных швов [1 - 3] ставший классическим и заключающийся в том, что на шов укладывают магнитную ленту, однократно намагничивают ее совместно с изделием в поперечном длине ленты направлении магнитным полем, величину напряженности Ho которого определяют по эмпирическим таблицам, учитывающим магнитные свойства ленты, толщину изделия, форму шва и ряд других факторов, снятую с изделия ленту однократно сканируют построчно в поперечном ее длине направлении одной индукционной головкой (или несколькими включенными последовательно одинаковыми головками), сигнал головки подают на осциллограф и о наличии дефектов судят по изображению на экране.

Недостатком способа является невозможность подбора значения Ho, одинаково оптимального для выявления всех возможных дефектов одной лентой и одной головкой при однократном считывании. Действительно, сравнительно слабое поле Ho, оптимальное для выявления низкокоэрцитивной лентой наружных дефектов (НД), не позволяет обнаружить глубоколежащие внутренние дефекты (ВД); в свою очередь, в полях Ho, оптимальных для выявления ВД, сигнал НД на такой ленте падает. Высококоэрцитивные ленты требуют сильных полей Ho, которые трудно реализовать на практике, и хуже выявляют внутренние дефекты в швах. Индукционная головка очень чувствительна к наружным трещинам продольной, по отношению к направлению движения рабочей щели, ориентации, но хуже выявляет ВД и совсем не выявляет трещины поперечной ориентации.

Известен способ [1] магнитографического контроля, отличающийся от классического применения ленты МКУ с двумя рабочими солями нижним, более магнитожестким, и верхним, более магнитомягким на одной основе. Промышленный выпуск двухслойных лент МКУ, однако, не наложен, и они не упоминаются в справочнике [3] кроме того, здесь также используется индукционная головка с ее недостатками.

Известен способ магнитографического контроля (2, стр. 164) с применением двухслойной магнитной ленты [4] наиболее близкий к сути предложенного изобретения и принятый за ближайший аналог. Способ ближайший аналог состоит в том, что с целью отстройки от глубины залегания внутренних дефектов (ВД) намагничивают контролируемое изделие совместно с уложенной на его поверхность двухслойной лентой из двух одинаковых по магнитным свойствам слоев постоянным магнитным полем, снятую с изделия ленту считывают одновременно с двух сторон двумя одинаковыми индукционными головками и о величине дефекта судят по величине разностного сигнала головок. Во [2] поясняется, что для получения двух слоев обычную ленту складывают вдвое через полиэтиленовую прокладку толщиной около 0,5 мм.

Описываемый способ ближайший аналог имеет ряд недостатков. Во-первых, разностный сигнал двух одинаковых головок резко уменьшается по сравнению с сигналом одной головки, особенно для глубоколежащих ВД; кроме того, остаются присущие индукционной головке недостатки. Во-вторых, из-за применения двух одинаковых лент сохраняется невозможность подбора значения Ho, одинаково оптимального для выявления всех возможных дефектов.

Задачей изобретения является увеличение эффективности магнитографического контроля сварных швов путем оптимизации магнитных свойств носителя и характеристик преобразователя поля записи.

Задача достигается тем, что, как и в способе ближайшем аналоге, намагничивают контролируемое изделие вместе с двумя магнитными лентами, разделенными немагнитной прокладкой и уложенными немагнитными основами друг к другу на его поверхность, поперечным к шву постоянным магнитным полем Ho, и снятые с изделия ленты считывают двумя преобразователями. Однако, в отличие от известного способа используют ленты с разными магнитными свойствами, ленты выбирают так, чтобы насыщающее поле первой более магнитожесткой ленты было максимально возможным, после насыщения второй ленты было близким стартовому полю первой, поле Ho вырабатывают близким полюс насыщения второй ленты, первую ленту укладывают ближе к поверхности изделия, снятые с изделия ленты считывают в поперечном их длине направлении двумя преобразователями, первый из которых максимально приближен к поверхности ленты, а второй имеет линейную характеристику и находится на некотором удалении от ленты.

На фиг. 1 4 показаны диаграммы намагниченности изделия, где 1 и 2 - соответственно магнитожесткая и магнитомягкая ленты.

Сущность изобретения заключается в следующем. Очевидно, что эффективность любого метода растет, если увеличивается сигнал дефекта, уменьшаются шумы и четче становится связь амплитуды сигнала с размером дефекта. Эффективность магнитографического контроля определяется, в первую очередь, магнитными свойствами применяемых лент, свойствами исходного поля над металлом, свойствами поля записи и характеристиками преобразователя поля ленты. Исследования [5] выявили ряд существенных факторов. Во-первых, что поле записи создает преимущественно тангенциальная к поверхности шва составляющая Ht исходного поля над изделием, причем критически важными являются три параметра, показанных сплошными линиями аппроксимированных амплитудных характеристик (т. е. зависимости остаточной намагниченности Мг от величины составляющей Ht приложенного поля; реальные экспериментально снимаемые зависимости показаны на фиг. 2 пунктиром лент: стартовое поле Hb, т.е. поле, в котором начинает появляться остаточная намагниченность; насыщающее ленту поле Hs; ширина (Hb, Hs) линейного участка. Во-вторых, величина Htmax (см. фиг 1) для различных дефектов и значений Ho может меняться от десятков до тысяч А/см, по-разному зависит от Ho и меняется в пространстве: для узких наружных дефектов типа трещин поле резко убывает с удалением от поверхности изделия и зависимость Htmax от Ho по форме позволяет основную кривую намагничивания (для малоуглеродистых сталей уже в полях Ho порядка 50 А/см поле дефекта практически насыщено и достигает вблизи поверхности тысяч А/см); для внутренних дефектов типа непроваров существует некоторое пороговое (тем более, чем глубже лежит дефект) значение Ho, при котором поле дефекта фиксируется на поверхности, причем зависимость Htmax от Ho практически линейна, поле дефекта медленно убывает в пространстве, квадратично зависит от площади поперечного сечения несплошности и для малых дефектов может достигать достаточных для выявления лентой значений лишь при Ho в сотни А/см. В-третьих, для всех дефектов сигнал ленты начинает падать, если величина Htmax больше насыщающего поля Hs, т.е. для роста сигнала желательно как можно большее значение Hs; достоинством двухслойной ленты МКУ как раз и является расширение линейного участка (Hb, Hs) амплитудной характеристики. В-четвертых, лента реагирует не только на величину, но и на топографию тангенциальной составляющей исходного поля: при равных Htmax поле наружной трещины образует отпечаток малых размеров и высокой интенсивности (под интенсивностью здесь понимается градиент показанной на фиг. в остаточной намагниченности ленты, создающий резко убывающее в пространстве и вблизи ленты очень мощное (десятки и сотни А/см) поле записи с высоким градиентов, а поле внутреннего непровара образует отпечаток больших размеров и малой интенсивности, создающий медленно убывающее в пространстве и слабое (единицы и десятки доли А/см) поле записи с низким градиентом. В-пятых, валик стыкового сварного шва создает собственное поле, по направлению обратное Ho, так что на большей части валика действующее на ленту поле Ht меньше Ho (фиг. 1). Наконец, в-шестых, отдача индукционной головки в силу принципа ее работы пропорциональна градиенту поля записи, т.е. наружная трещина и внутренний непровар создают на ленте отпечатки, которые даже при одинаковой наибольшей величине Hrmax (фиг. 4) поле записи образуют существенные отличающие по амплитуде сигналы головки.

Из всего вышеизложенного видно, что условия выявления НД и ВД в швах существенно отличаются: резко отличны величина, топография и скорость убывания их полей как в пространстве над швом, так и в пространстве над лентой; различны значения Ho и магнитные свойства ленты, оптимальные для выявления НД и ВД; различными должны быть характеристики датчиков (преобразователей) поля ленты для выявления НД и ВД. В частности, значение Нo при контроле швов должно удовлетворять сразу двум противоречивым условиям: с одной стороны, быть достаточно большим для создания заметного поля от малых ВД, причем в [5] рекомендуется близкое к насыщающему ленту полю Hs значение Ho для записи полей ВД по всей ширине валика; с другой стороны, Ho не должно превышать значение Hb ленты для оптимизации выявления НД и снижения ее собственных шумов до нуля. Лента для увеличения сигнала от НД и крупных ВД должна иметь максимальную ширину линейного участка (Hb, Hs). Для выявления НД ленты желательно прижать вплотную к изделию, где исходные поля НД значительно превышают поля неровностей поверхности металла; для выявления глубоколежащих ВД, наоборот, желательно ленту несколько отодвинуть от поверхности металла для снижения поля поверхностных неровностей. При считывании ленты отношение сигнала НД к шумам ленты и металла максимально, если преобразователь находится как можно ближе к поверхности ленты; отношение сигнала ВД к шумам ленты и металла растет, если датчик несколько удалить от поверхности ленты. Если индукционная головка в силу принципа работы и особенностей конструкции очень чувствительна к НД, то для выявления ВД желателен преобразователь с линейной характеристикой, реагирующий на величину поля, а не его градиент. Такие преобразователи существуют, например, феррозонды.

Целесообразность выбора лент с разными магнитными свойствами при условии, что поле Hs второй более магнитомягкой ленты равно полю Hb более магнитожесткой первой, а поле Ho равно полю Hs второй ленты (т.е. полю Hb первой), иллюстрирует фиг. 1-4. Здесь схематично показана для одного значения поля Ho последовательность трансформации распределения тангенциальной составляющей Ht(тау) исходного поля наружного (эта кривая на фиг.1 показана штрих-пунктиром) и внутреннего (пунктир на фиг.1) протяженных дефектов в одном и том же шве двумя лентами с характеристиками, данными на фиг.2, в распределение тангенциальной остаточной намагниченности Mrx (x) лент на фиг. 3, создающей поле записи с распределением тангенциальной составляющей поле записи с распределением тангенциальной составляющей Hrx (x) как на фиг.4. Поле Ho для обоих дефектов равно нулю Hb более магнитожесткой ленты (обозначена 1 на фиг.2) и полю Hs более магнитомягкой ленты 2. Видно, что в рассматриваемом случае поле НД в шве записывается обеими лентами, но поле ВД

только более магнитомягкой; в свою очередь, более магнитожесткая лента почти не записывает мощную помеху от шва, и ее собственные швы близки к нулю, значит, применение двух лент с разными магнитными свойствами при указанных условиях действительно позволяет улучшить отношение сигнал/шум для наиболее опасных дефектов наружных трещин и крупных ВД, сохраняя в то же время возможность поля малых глубоколежащих ВД. Кроме того, размещая более магнитомягкую ленту на достаточном удалении от металла, а датчик ее поля на достаточном удалении от ленты, можно добиться фиксации этой лентой только полей ВД. Тогда дефекты, фиксируемые только более магнитомягкой лентой 2, являются небольшими ВД: только лентой 1 небольшими НД; фиксируемые сразу двумя лентами в одном и том же месте изделия крупными ВД. Итак, метод позволяет также оценить координаты и размер дефекта в шве.

Необходимость выбора более магнитожесткой ленты с максимально возможным насыщающим полем обусловлена тем, что у существующих лент сравнительно узкий линейный участок (в лучшем случае 500 400 А/см): значения стартового поля Hb у разных лент меняется примерно от 50 до 300 А/см, а насыщающего Hs примерно от 300 до 700 А/см. Поскольку значение Htmax для НД и больших ВД могут достигать тысяч А/см (5), то поля таких дефектов насыщают ленту, и от требования Hs > Htmax вынужденно приходится отказаться, ограничившись выбором ленты с максимальным Hs.

На практике способ осуществляют следующим образом. Подбирают две ленты так, чтобы значение Hb более магнитожесткой из них (лента 1) было близким значению Hs второй (лента 2). Из всех подходящих лент 1 выбирают ленту с наибольшим значением Hs. Затем ленты складывают основами друг к другу через полиэтиленовую прокладку толщиной 1 2 мм, помещают на шов лентой 1 вниз, намагничивают контролируемое изделие вместе с уложенными на его поверхность двумя лентами постоянным магнитным полем, направленным поперечно шву и близким по величине к полю Hb ленты 1 (значение Ho измеряют, например, датчиком Холла). Снятые с изделия ленты можно как разделить и считывать двумя разными дефектоскопами, так и не разделять и считывать дефектоскопом с двумя разными датчиками в одном барабане, сигнал которых выводится, например, на двухлучевой осциллограф. В последнем случае лента 1 помещается ближе к датчикам. В любом случае датчик для считывания ленты 1 (им может служить и головка) должен иметь минимальную высоту рабочего элемента и минимальное удаление от ленты: датчик для считывания ленты 2 должен реагировать на величину поля, иметь линейную характеристику в измеряемом диапазоне полей и быть удален от ленты на 1 2 мм.

Класс G01N27/85 с применением магнитографических методов

индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе -  патент 2464555 (20.10.2012)
способ магнитного контроля труб и устройство для его осуществления -  патент 2191374 (20.10.2002)
способ неразрушающего контроля ферромагнитных материалов -  патент 2160441 (10.12.2000)
способ магнитографического контроля ферромагнитных изделий -  патент 2154818 (20.08.2000)
электромагнитное устройство для многопараметрового контроля ферромагнитных изделий -  патент 2112967 (10.06.1998)
способ магнитографического котроля изделий с поверхностью малой кривизны из магнитомягких сталей -  патент 2097758 (27.11.1997)
намагничивающее устройство для магнитографического контроля -  патент 2086974 (10.08.1997)
универсальный магнитографический дефектоскоп -  патент 2086972 (10.08.1997)
способ магнитографического контроля сварных швов -  патент 2060492 (20.05.1996)
способ магнитографического контроля изделий из ферромагнитных материалов -  патент 2052802 (20.01.1996)
Наверх