Введение к работе
'
Актуальность работы. К настоящему времени в связи с непрерывным развитием производства металлов широкого ассортимента (сталей, сплавов с особыми свойствами) в существенной степени расширилось использование ферромагнитных и слабомагнитных материалов. Это в основном конструкционные углеродистые и нержавеющие стали, сплавы типа никель-феррум, алюминий-никель-кобальт, сплавы на основе драгоценных металлов, ферриты и др.
Указанные обстоятельства ставят в ряд наиболее важных и своевременных задачи разработки и исследования методов и устройств для определения электрофизических, механических, химических и других параметров материалов и изделий. В этом плане особый интерес представляет дальнейшее развитие электромагнитных методов и устройств неразрушающего контроля свойств различных металлов и их сплавов. С помощью этих методов определяют в переменных магнитных полях такие важные магнитные, электрические характеристики и параметры материалов и изделий, как кривая намагничивания, петля гистерезиса, остаточная индукция (намагниченность)-, коэрцитивная сила, многообразие магнитных проницаемос-тей, потери мощности, удельная электрическая проводимость и др. В свою очередь, указанные характеристики и параметры имеют самостоятельное информативное значение, поскольку они функционально связаны с прочностными свойствами материала (пределы прочности, текучести, упругости), твердостью, соотношением доминирующих примесей в химическом составе материала изделия, температурой, влиянием различных видов обработок на структуру материалов, возможностью проводить магнитный поток и электрический ток.
Следует отметить, что в существующей литературе достаточно детально рассмотрены методы и средства для определения динамических магнитных характеристик специальных образцов, выполненных в виде набора тонких ферромагнитных пластин (шихтованные образцы) или ленточного навива. Однако вопросы бесконтактного неразрушающего контроля сплошных проводящих изделий в переменном магнитном шле в широком диапазоне изменения напряженности поля недостаточно изучены в литературе. Это обусловлено тем, что, во-первых, напряженность магнитного поля и индукция неоднородны по сечению вследствие их затухания внутри сплошного образца, а, во-вторых, кривая индукции (намагниченности) материала образца
имеет нелинейный: характер. Тем не менее, сплошные изделия (прутки, трубы, листы, заготовки, проволока и др. изделия) занимают большой объем в ассортименте продукции, выпускаемой промышленностью. В связи с этим возникли весьма актуальные для практики задачи разработки и исследования методов и устройств для контроля магнитных характеристик сплошных проводящих материалов и изделий в переменных магнитных полях.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Проектами, прошедшими по конкурсам Государственного Комитета Науки и технологий (темы КН6105, направление 6.7.1 по Постановлению ГКНТ М2 от 04.05.1992 г. и КН6108, направление 5.1.6 по Приказу ГКНТ МЪ от 01.03.1993 г.), Министерства образования Украины (тема М6107, Приказ Ш8 от 21.03.1991 г.), а также на основании Международного договора между Харьковским государственным политехническим университетом и Ханойским технологическим университетом №13-6106 от 30.04.1993 г.
Целью диссертационной работы является создание электромагнитных методов неразрушащего бесконтактного контроля динамических магнитных характеристик и параметров сплошных цилиндрических изделий и образцов в широком диапазоне изменения напряженности переменного во времени и однородного в пространстве магнитного поля. Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие основные задачи:
получить выражения для определения амплитуды и фазы магнитных потоков внутри ферромагнитного и слабомагнитного цилиндрических проводящих изделий с учетом неоднородности магнитного поля в сечении образца и нелинейности кривой индукции;
разработать метод восстановления динамических магнитных характеристик ферромагнитных цилиндрических изделий по измеренным интегральным характеристикам;
установить критерии слабого затухания (хорошего промагни-чивания) магнитного поля в ферромагнитном и слабомагнитном образцах;
на основании этого критерия разработать метод определения критических значений радиусов ферромагнитных, слабомагнитных изделий и частот изменения зондирующего магнитного поля;
на разработаннных установках получить результаты экспериментов, связанные с коррекцией динамических характеристик ферро- и слабомагнитных изделий и образцов.
Методы исследования базируются на использовании теории электромагнитного поля, электродинамики сплошных сред, теории рядов, интегрального и дифференциального исчислений, аппарата специальных функций, теории погрешностей, теории магнетизма.
Научная новизна результатов работы состоит в следующем:
получены соотношения для магнитного потока, магнитной индукции внутри ферромагнитного цилиндрического изделия и вносимого магнитного потока, намагниченности в слабомагнитном образце с учетом неоднородности магнитного поля и нелинейности кривой индукции, намагниченности внутри образца;
разработаны метода восстановления динамических магнитных характеристик материала ферро- и слабомагнитных изделий го результатам измерений его интегральных характеристик;
установлены критерии слабого затухания магнитного поля в ферромагнитном и слабомагнитном образцах;
на основании этих критериев разработаны методы определения критических значений радиусов ферро- и слабомагнитных изделий, а также частот изменения эондирувдэго магнитного поля;
предложены методы коррекции динамических магнитных параметров и характеристик ферромагнитных, слабомагнитных изделий и образцов при изменении их длин и протяженности зондирующего поля;
получены конкретные экспериментальные результаты, связанные с восстановлением динамических магнитных характеристик сплошных ферро- и слабомагнитных изделий по измеренным интегральным характеристикам.
Практическая ценность работы состоит в том, что созданные методы неразрушащего контроля позволяют определять квазистатические параметры и характеристики сплошных образцов и изделий по измеренным характеристикам в переменном поле. Эти метода дают возможность на основании полученного критерия слабого затухания корректно выбирать в практике контроля критические значения радиусов ферро- и слабомагнитных образцов и частот поля.
Полученные формулы, критерии, алгоритмы, предложенные методы контроля и реализующие их преобразователи нашли практическое применение при разработке, проектировании и эксплуатации установок и устройств контроля материалов, веществ и изделий.
Реализация и внедрение результатов работы.
Результаты диссертационной работы (методы, алгоритмы, соот-
ношения, электрические схемы устройств) были внедрены в Ханойском технологическом университете (Вьетнам). Предполагается также реализация результатов данной работы в Институте систем управления (г. Катовице, Польша). Кроме того, материалы настоящей работы будут использованы в ГНПО "Метрология" (г.Харьков) и в совместной Украинско-Вьетнамской лаборатории, созданной в Харьковском государственном политехническом и Ханойском технологическом университетах. На защиту выносится.
-
Критерии слабого затухания магнитного поля внутри ферромагнитных и елабомагнигных циллиндрических изделий и образцов.
-
Выражения для магнитного потока внутри ферромагнитного образца и вносимого в преобразователь магнитного потока с учетом неоднородности распределения поля в сечении образца, их конечных размеров и нелинейности зависимости магнитной индукции (намагниченности) от напряженности поля.
-
Методы восстановления динамических характеристик ферромагнитных и слабомагнитных образцов и изделий по результам их магнитных испытаний на переменном токе.
-
Методы расчета критических значений радиуса и частоты изменения магнитного поля, зондирующего ферромагнитные и слабомагнитные изделия и образцы.
-
Результаты экспериментов, связанные с восстановлением квазистатических магнитных характеристик и параметров по измеренным зависимостям интегральных индукций или намагниченностей от напряженности переменного магнитного поля.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:
Международной научно-технической конференции "Компьютер: наука, техника, технология, образование, здоровье", Харьков-Мишкольц, 1994;
I Украинской научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение в области электрических, магнитных и радиотехнических измерений", Харьков, 1994;
Украинском научно-техническом семинаре "Автоматизация методов неразрушающего контроля качества," Киев-Славское, 1994 г.;
Международной научно-технической конференции "Проблемы автоматизированного электропривода (теория и практика)",
г.Харьков-Алушта, 1994 г.;
Международном научно-техническом семинаре "Высокие технологии: моделирование, оптимизация, диагностика", Интер-парт-нер-94, Будапешт-Киев-Магдебург-Мишкольц-Харьков, 1994 г.;
Украинская научно-техническря конференция "Метрология и измерительная техника", Харьков, 1995.
Публикации. Основные результаты опубликованы в 18 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 122 страницах машинописного текста, перечня используемой литературы из 95 наименований. Работа иллюстрирована 11 рисунками и 8 таблицами.
