Магнитоупругие измерения

Записки исследователя. Часть 6

hhsova — Mon, 14 Mar 2011 13:57:20 GMT

Рассмотрим, как влияют на показания датчика глубокие царапины, каверны от коррозии и т.п., то, что нельзя удалить без снятия значительной толщины поверхностного слоя исследуемого металла. Для этой цели мы выбрали пластинку с глубокими следами проката, царапинами в направлении прокатки, а также кавернами от коррозии, которые не удалились после обработки пластинки наждачной насадкой. Это была пластинка 8Ст35 . На фотографиях показан вид этой пластинки с «изъянами». Проводилось два измерения, в зоне «изъяна» и рядом с этой зоной на непораженном участке.

На фотографии приведена схема проведения замеров для изъяна типа «царапина». Датчик размещался таким образом, чтобы царапина проходила между контактами.

Аналогичные замеры были проведены для изъянов типа «каверна». На фотографии показаны зоны замеров.

На следующих рисунках показаны фигуры Лиссажу для двух замеров при изъяне типа "царапина" и двух замеров при изъяне поверхности типа "каверна".

Мы видим, что в обоих случаях формы кривых Лиссажу практически не изменились при измерении в зоне изъяна и рядом с ним.

Проведенный эксперимент свидетельствует о том, что наличие "изъянов" на поверхности исследуемого металла типа "царапина" и "каверна" практически не влияют на результаты замеров, при условии, что "изъяны" расположены между контактами датчика. Наиболее критичным при осуществлении замеров является условие хорошего контакта между датчиком и поверхностью металла, учитывая что контакты могут попасть на поврежденную, неочищенную поверхность. Необходимо в системе предусмотреть контроль наличия надежного контакта датчика с поверхностью исследуемого образца.

Продолжение следует...

Записки исследователя. Часть 5

hhsova — Fri, 04 Mar 2011 08:59:41 GMT

Многолетний опыт использования магнитоупругого метода показывает, что успешность проведения измерений поверхностных напряжений существенно зависит от тщательности предварительной подготовки исследуемой площадки. В монографии Б.Б.Тимофеева "Специальные задачи теории поверхностного эффекта" (Наукова думка, Киев 1956,190 стр.) упоминается о необходимости такой подготовки при использовании магнитоупругих преобразователей дроссельного типа. Указывается, что помимо шлифовки исследуемой поверхности, обеспечивающей плотное, без воздушных зазоров прилегание магнитопроводов к площадке, требуется также и кислотное травление подготавливаемой площадки. При использовании электродных индикаторов магнитной анизотропии обычно не возникает необходимость в шлифовке, обеспечивающей строгую плоскостность исследуемой поверхности, но, как правило, следует травлением удалять поверхностный слой, подвергнутый наклепам, искажающим результаты измерений. При практическом использовании магнитоупргого метода часто приходится сталкиваться с необходимостью проводить измерения на поверхностях, сильно поврежденных коррозией. В подобных случаях следует перед обработкой кислотой провести обработку поверхности наждачным камнем.

Интересно проследить, как влияет на показания датчика чистота обработки поверхности в месте измерения. Для этого мы на пластинке 4Ст3 в том месте, где будет стоять датчик, проведем грубую обработку на шлифовальном круге в направлении перпендикулярном направлению прокатки. После проведения замеров в 4-х направлениях мы можем определить направление главного тензора возникшей анизотропии. На рисунке мы видим, что тензор после грубой направленной обработки значительно изменился и повернулся в сторону направления обработки. Очевидно, что это свидетельствует о сильном влиянии состояния поверхности в месте измерения, которое искажает результат измерения. Проверим, обязательно ли следует после обработки шлифовальным камнем подвергать материал кислотному травлению. Для этого мы зашлифуем то место, которое было подвергнуто грубой обработке, наждачной насадкой. Шлифовку проведем таким образом, чтобы не было видно следов направленного воздействия наждачного камня, проводя шлифовку в разных направлениях круговыми движениями. После проведения замеров и построения графика анизотропии, мы видим, что направление тензора практически восстановилось. Из сказанного можно сделать вывод, что, возможно, следует отказаться от кислотной обработки материала. По крайней мере, требуется в этом направлении провести более тщательные исследования.

Продолжение следует...

Записки исследователя. Часть 4

hhsova — Tue, 01 Feb 2011 12:36:17 GMT

Мы провели исследование как влияет на выходной сигнал датчика его положение относительно мнимой оси пластинки, которая совпадает с ее длиной. То есть от "ориентации" датчика относительно выбранной системы координат. Для этого мы сняли показания датчика в положении вдоль длины пластинки 4Ст3, затем через 45 градусов по часовой стрелке еще три показания, всего 4 показания. На графиках представлены все четыре эпюры фигур Лиссажу, расположенных в соответствии с порядком проведения замеров. Следует заметить, что в связи с симметричностью показаний датчика в положениях, которые отличаются на 180 градусов, такие замеры проводились только для одного расположения датчика. Поэтому при шаге в 45 градусов замеров должно быть четыре, при шаге 30 градусов, соответственно замеров должно быть 6 и т.д.

Для простоты, в нашем случае выбран шаг 45 градусов. Как мы видим фигуры отличаются между собой, но умозрительно оценить это различие достаточно трудно. Если предположить, что характер магнитного состояния поверхности пластинки отражает такой параметр эпюры, как максимальное значение входного сигнала датчика (амплитуда), то можно построить эпюру размещения векторов амплитуд, которая продемонстрирует существующую магнитную анизотропию в точке замеров. Ось ординат (Y) в данном случае совпадает с направлением длины пластинки. С помощью несложных вычислений можно определить направление главного тензора магнитной анизотропии в точке замеров. Как мы видим на графике, направление главного тензора магнитной анизотропии, практически, совпадает с направлением прокатки материала, из которого вырезан наш образец - пластинка 4Ст3. Возможно, что направление главного тензора и направление прокатки отличаются на 5 градусов, в связи с наличием направленной деформации поверхности образца в точке замеров после механической обработки. Для подтверждения результатов опыта повторим испытания на полоске 5Ст3. Как видим, на графике тензор главного направления анизотропии для 5Ст3 тоже практически совпадает с направлением прокатки стального листа.

Первые три пластины мы подвергли рекристаллизационному отжигу при температуре 650^оС в течение одного часа и охлаждению со скоростью 100^оС в час.

Продолжение следует...

Записки исследователя. часть3

hhsova — Fri, 28 Jan 2011 08:08:37 GMT

Для снятия первичной намагниченности образца в зоне воздействия "оживляющим" электромагнитным полем, модуль Е14-440 программно формирует пакет размагничивающих импульсов синусоидального тока с линейно спадающей амплитудой до ноля. Затем формируется пакет синусоидальных импульсов тока, который участвует в процессе анализа. В результате, мы наблюдаем графики напряжений: верхний график - напряжение, снятое с катушек ИМА, а нижний график - ток на входе ИМА.

Для проведения исследований мы нарезали пять полосок из прокатного листа Ст3 толщиной 2 мм и шириной 42 мм, а также три полоски из листа Ст35 толщиной 3 мм и шириной 34 мм. Все образцы были вырезаны поперек направления прокатки.

Изготовили небольшую конструкцию для создания механических напряжений для полосок определенной длины. Исследуемые стальные образцы зачищались в местах замеров от ржавчины с помощью абразивной насадки на дрель размером 40х20х6 тип Р120 до появления равномерного цвета "чистого" металла. Зачистка производилась круговыми движениями, чтобы не создавать явно выраженного направления механического воздействия на образец.

На фотографии изображена установка в сборе (без ноутбука), которая позволит нам получить первые представления о свойствах измеряемых параметров и их связь с теми или иными свойствами образца.

Нам необходимо будет проверить идентичность показаний датчика для разных точек поверхности одного и того же образца.

Для более наглядного представления о различиях сигналов для разных замеров предложен метод визуального анализа фигур Лиссажу, которые получаются при размещении на графике по оси абсцисс значений входного сигнала ИМА (синусоиды), а по оси ординат - значений выходного сигнала ИМА. На рисунке видны различия результатов разных замеров.

Продолжение следует.

Записки исследователя. Часть 2

hhsova — Wed, 26 Jan 2011 08:21:06 GMT

Для оценки магнитных характеристик образца необходимо «оживить» его электромагнитным полем.

Внешнее электромагнитное поле взаимодействует с магнитным потоком ориентированных определенным образом, под воздействием внешних механических напряжений, доменов, что приводит к его искажению и изменению характера напряжения, которое наводится в катушках нашего индикатора. В данном случае, внешнее электромагнитное поле создается в результате протекания переменного тока между контактами индикатора в поверхностном слое испытуемого образца.

В связи с тем, что мы предполагаем использовать индикатор магнитной анизотропии в измерительных целях, то нам следует позаботиться о метрологических характеристиках переменного тока, который будет протекать между контактами индикатора, а именно о постоянстве его амплитуды и частоты, а также постоянстве его формы. Если мы используем синусоидальный сигнал, то обеспечить постоянство, так сказать, его «синусоидальности». Это под силу только цифровым методам формирования синусоидального сигнала.

Для формирования синусоидального сигнала мы использовали модуль Е14-440 производства ООО "Л Кард".

Универсальный модуль АЦП/ЦАП на шину USB 2.0 (совместима с USB 1.1), особенно удобен для создания портативных измерительных систем на базе ноутбука. Имеет программно-управляемую настройку параметров сбора данных: числа и последовательности опроса входных каналов, диапазонов измерения, частоты преобразования АЦП. Возможна синхронизация сбора данных по внешнему синхросигналу или по уровню входного сигнала. Дополнительно имеются цифровые входы и выходы. Предусмотрена возможность установки двухканального ЦАП.

Применение цифрового сигнального процессора и возможность загрузки прикладных программ позволяют реализовывать различные функциональные алгоритмы и специализированные режимы работы модуля. Технические характеристики модуля можно посмотреть на этой ссылке.

Мы использовали прикладную программу ReadWrite из модуля lusbapi33.exe, которая позволяет программно формировать напряжение на выходе ЦАП и, одновременно, оцифровывать с помощью АЦП выходной сигнал индикатора магнитной анизотропии (ИМА).

Синусоидальный сигнал на выходе ЦАПа напряжением от - 5 v до + 5 v с помощью формирователя тока, разработанного в отд.74 ИЭС, поступает на контакты ИМА. Частота синусоидального тока 1000 Гц, а амплитуда тока 10 А. Оживление образца переменным магнитным полем приводит к проявлению поверхностного эффекта и, поэтому, электромагнитное поле существует только в поверхностных слоях образца, а измерению подвергаются только поверхностные упругие напряжения. При этом толщина слоя, который охватывается магнитоупругим измерением, тем меньше, чем выше частота переменного тока, питающего схему. В нашем случае наиболее оптимальной является частота 1000 Гц, при которой достигается достаточный уровень сигнала (снимаемый с катушек датчика), достаточная глубина проникновения электромагнитного поля в тело образца (около 0,1 мм), а также хорошо согласуется со скоростными возможностями модуля Е14-440.

Итак, мы задействовали в модуле Е14-440 один выход ЦАПа (программный формирователь синусоидального напряжения) и два входа АЦП (значение тока на входе ИМА и значение напряжения на выходе ИМА). Для анализа выходного файла , формируемого модулем Е14-440 в формате dat, мы использовали программное обеспечение «PowerGraph» - это современный инструмент регистрации, визуализации, обработки и анализа данных. Разработку, сопровождение и техническую поддержку ПО «PowerGraph» осуществляет ООО «ДИСофт».

Назначение ПО «PowerGraph»:

- Сбор данных с различных измерительных устройств и приборов.

- Регистрация, визуализация и обработка сигналов в режиме реального времени.

- Редактирование, математическая обработка и анализ данных.

- Хранение, импорт и экспорт данных.

Для снятия первичной намагниченности образца в зоне воздействия "оживляющим" электромагнитным полем, мы программно формируем пакет размагничивающих импульсов синусоидального тока...

Продолжение следует.

Записки исследователя. Часть 1

hhsova — Sat, 22 Jan 2011 21:47:10 GMT

В 1956 г. получено ав.свид. №108230 на индикатор магнитной анизотропии ферромагнитных металлов. Ранее известные приборы для исследования магнитной анизотропии ферромагнитных металлов с применением устанавливаемых на поверхности исследуемого метала парных электродов, питаемых от источника переменного тока, имели тот недостаток, что наличие в них ферромагнитных сердечников не обеспечивало единообразие условий замыкания силовых линий намагничивающего тока.

Указанный недостаток устранен в описываемом ниже индиикаторе магнитной анизотропии тем, что подпружиненные электроды, вертикально установленные в непосредственной близости один к другому в сверлениях корпуса из электроизоляционного материала, расположены на прямой, являющейся продолжением линии касания парных измерительных катушек, включенных в электроцепь одно- или двухкаскадного электронного вольтметра.

В корпусе индикатора, выточенным из плотного текстолита, высверлены два цилиндрических гнезда 2, параллельных оси корпуса. В нижней части каждого гнезда имеется отверстие для пропуска жала электродов 3, а верхние части гнезд выполнены нарезными для ввертывания латунных пробок 4 с накатанными головками 5 и отверстиями для электродов. В средней части электродов выполнено утолщение 6, которое служит упором для пружины 7, не позволяющей жалу электродов выходить из корпуса индикатора на слишком большую длину. На верхнем конце электродов высверлены гнезда 8 для соединительных проводов.

В нижнем торце корпуса индикатора имеется фигурный паз 9 для двух катушек 10, вклеиваемых бакелитовым клеем и покрываемых снизу слоем 11 конденсаторной бумаги и слюды, а также защитным донышком из органического стекла с цилиндрическим бортиком.

Для проведения магнитоупругих измерений посредством индикатора его устанавливают наконечниками электродов на поверхности исследуемого изделия, подвергаемого воздействию соответствующего нагружающего усилия и, поворачивая индикатор в ту или другую сторону, находят по показаниям электронного вольтметра наибольшее и наименьшее значения электродвижущей силы, замечая соответствующее расположение электродов. Расшифровка результатов измерений производится по магиитоупругой характеристике материала исследуемого изделия с двумя основными ветвями одной - для продольного, а другой - для поперечного расположения электродов.

В Институте электросварки им. Е.О. Патона (г.Киев) изготовлен такой индикатор и в настоящее время мы проводим исследования возможности его использования для определения магнитной анизотропии образцов стали, оценки напряженного состояния образца и наличия в нем остаточных напряжений.

Для оценки магнитных характеристик образца необходимо «оживить» его электромагнитным полем…

Продолжение следует.