Введение к работе
Актуальность темы. В условиях рыночного производства успешная деятельность предприятий определяется конкурентоспособностью выпускаемой продукции - ее качеством и надежностью.
Задача существенного улучшения качества промышленной продукции может быть решена при условии совершенствования технологии производства и методов неразрушающего определения физико-механических свойств изделий.
Контроль качества термической обработки, в частности, закалки и закалки с поо-ледующим низкотемпературным отпуском преимущественно осуществляется магнитными методами, основанными на наличии однозначной связи магнитных параметров со структурным состоянием и механическими характеристиками контролируемых изделий.
Особое место в практике магнитной структуроскопии занимает контроль качества средне- и высокотемпературного отпуска изделий из сталей с содержанием углерода более 0,3%, коэрцитивная сила которых в данном интервале температур отпуска изменяется неоднозначно. Для неразрушающего определения структурного состояния этих сталей после термической обработки используют остаточную индукцию частично размагниченного состояния, получаемую размагничиванием испытуемого изделия из состояния остаточного намагничивания по нисходящей ветви петли магнитного гистерезиса до фиксированных значений напряженности магнитного поля или до фиксированных значений магнитной индукции и последующего уменьшения внешнего размагничивающего поля до нуля.
В зависимости от размеров изделий измерения магнитных характеристик можно осуществить как в разомкнутой, так и в полузамкнутой и в замкнутой магнитных цепях. Наиболее массовые изделия средних размеров обычно контролируют бесконтактным методом в разомкнутой магнитной цепи. Удобно определять структурное состояние таких изделиії в процессе движения, с высокой производительностью контроля, что очень важно при организации 100%-ных испытаний деталей, прошедших термическую обработку. Однако до сих пор плохо разработана и остается актуальной проблема влияния вариаций геометрических размеров изделий даже в пределах допуска на информативный сигнал преобразователя, что приводит к сни-женіпо достоверности контроля.
Актуальна также проблема контроля очень мелких деталей (массой в несколько граммов), на которых далеко не всегда удается осуществить пря-
мое измерение твердости без разрушения. Возникают трудности и при измерении магнитных характеристик мелких деталей, так как полезный сигнал становится соизмерим с уровнем промышленных помех.
Контроль крупногабаритных изделий обычно проводят с помощью приставных магнитных устройств (замкнутая магнитная цепь). Погрешности определения магнитных параметров, возникающие при съеме информации с помощью данного типа преобразователей, в том числе обусловленные отсутствием надежного магнитного контакта между приставным магнитным устройством и крупногабаритным изделием вследствие наличия на поверхности контролируемого изделия, например, окалины, кривизны, неровностей, вносят весомый вклад в суммарную погрешность при осуществлении неразрушающего контроля. Повысить достоверность получения информации о магнитных свойствах изделия можно за счет исключения влияния на показания приборов как случайного зазора между полюсами приставного магнитного устройства и крупногабаритным изделием, так и других мешающих факторов, таких как свойства приставного магнитного устройства, возможная нелинейность выходного сигнала первичного преобразователя и так далее.
Несмотря на то, что магнитные методы определения структурного состояния и прочностных свойств хорошо зарекомендовали себя на практике при контроле стальных изделий широкого диапазона форм и размеров, одной из причин, сдерживающих использование этих методов в условиях производства, является низкая, в ряде случаев, достоверность контроля, обусловленная неадекватностью получения информации преобразователями о магнитном состоянии испытуемых изделий из-за влияния на полезный сигнал различного рода мешающих факторов.
Цель работы состояла в изучении влияния мешающих факторов, часто встречающихся в условиях производства, на параметры магнитного контроля качества термической обработки изделий из средиеуглеродистых сталей и разработке методик отстройки от влияния этих мешающих факторов на результаты контроля.
В связи с этим поставлены следующие задачи: - исследование влияния коэффициента размагничивания разомкнутых однородно намагниченных тел на процессы перемагничивания по несимметричным петлям гистерезиса;
- разработка методик неразрушающего контроля качества термической обработки стальных изделий близких типоразмеров в разомкнутой магнитной цепи с использованием общей градуировочной кривой;
изучение процессов перемагничивания изделий в условиях составной полузамкнутой магнитной цепи с целью выработки рекомендаций по увеличению чувствительности магнитного метода контроля механических свойств термически обработанных малогабаритных изделий;
исследование влияния случайных зазоров, неизбежно возникающих между приставным магнитным устройством и изделием при измерениях в замкнутой магнитной цепи, на процессы перемагничивания изделий по несимметричным петлям гистерезиса, а также изучение закономерностей изменения тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля вблизи поверхности крупногабаритного изделия, перемагничиваемого с помощью приставного магнитного устройства, с целью поиска информативных параметров контроля, слабо зависящих от зазора.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Предложена феноменологическая модель, объясняющая причины возникновения различий в зависимостях остаточной индукции частично размагниченного состояния от температуры отпуска однородно намагниченных тел с различными коэффициентами размагничивания.
-
Разработан способ неразрушающего контроля качества термической обработки малогабаритных изделий, в том числе с малой относительной длиной. Получено выражение для оценки чувствительности метода контроля таких изделий в составной симметричной цепи. Показано, что магнитные поля рассеяния, измеренные в нейтральной плоскости системы "сердечник-изделие-сердечник" и на некотором расстоянии от ее оси, не зависят от положения контролируемого изделия относительно жестко закрепленных сердечников.
-
Обнаружены магнитные состояния на кривых возврата участков изделий, перемапшчиваемых приставным магнитным устройством, для которых информативные параметры практически не зависят от зазоров между полюсами приставного магнитного устройства и участком изделия. Предложены методики контроля крупногабаритных изделий при отсутствии надежного магнитного контакта между накладным преобразователем и контролируемым участком изделия.
-
Установлено, что при размагничивании с помощью приставного магнитного устройства (ПМУ) участка изделия по предельной петле магнитного гистерезиса, а также при перемагничивании его по кривой возврата из состояния частичного размагничивания до заданного значения магнитной индукции, вблизи поверхности изделия между полюсами ПМУ устанавливается магнитное поле, тангенциальная составляющая напряжен-
ности которого практически не зависит от зазора между ПМУ и изделием. Данные значения напряженности магнитного поля могут быть использованы параметром контроля термически обработанных стальных изделий. Найдены соотношения размеров изделия и полюсов магнитопровода ПМУ, при которых измеряемая напряженность магнитного поля может быть равна коэрцитивной силе материала изделия.
Практическая ценность работы. Разработаны методики отстройки от влияния на информативные параметры магнитного контроля вариаций геометрических размеров изделий при измерениях характеристик в разомкнутой магнитной цепи, а также методики отстройки от влияния на информативные параметры магнитного контроля случайных зазоров между приставным магнитным устройством и крупногабаритным изделием при измерениях характеристик в замкнутой магнитной цепи, позволяющие повысить достоверность метода магнитной структуроскопии при контроле широкой номенклатуры изделий.
Получено аналитическое выражение для оценки чувствительности метода контроля структуры малогабаритных изделий при вариации размеров (длина, диаметр) дополнительных магпитомягких сердечников в симметричной полузамкнутой магнитной цепи. Предложенные методики использованы при разработке приборов неразрушающего контроля.
Основные результаты, выносимые на защиту:
феноменологическая модель, объясняющая причины возникновения различий в зависимостях остаточной индукции частично размагниченного состояния от температуры отпуска однородно намагниченных тел с различными коэффициентами размагничивания;
способ и методика контроля качества термической обработки изделий близких типоразмеров из одной и той же марки стали в разомкнутой магнитной цепи с использованием общей градунровочной кривой;
алгоритм контроля качества термически обработанных изделий из среднеуглеродистых сталей с коэффициентом размагничивания близким или равным нулю;
результаты исследования процессов перемагничнвания и методы контроля малогабаритных изделий в составной полузамкнутой магнитной цепи;
методика оценки качества термически упрочненных крупногабаритных изделий при отсутствии надежного магнитного контакта между накладным преобразователем и контролируемым участком изделия;
I 6
- способ измерения магнитных параметров контроля качества термической обработки крупногабаритных изделий, слабо зависящих от случайного зазора между приставным магнитным устройством и контролируемым участком изделия.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Уральских научно-технических конференциях "Современные методы нераз-рушающего контроля и их метрологическое обеспечение" (Ижевск, 1984, 1986, 1989), на областной научно-практической конференции "Новые методы и средства неразрушающего контроля полуфабрикатов, деталей и изделий" (Куйбышев, 1985).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитируемой литературы. Она изложена на 191 странице, включая 52 рисунка и 1 таблицу. Список литературы состоит из 133 наименований.
