RU119117U1

RU119117U1 - SENSOR FOR DEFECTOSCOPY OF STEEL BARS

Info

Publication number: RU119117U1
Application number: RU2012106676/28U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Константинович Игнатьев; Дмитрий Александрович Станкевич
Original assignee: Вячеслав Константинович Игнатьев; Дмитрий Александрович Станкевич
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2012-08-10

Abstract

Датчик для дефектоскопии стальных стержней, содержащий однокомпонентные магнитные преобразователи, расположенные в вершинах правильного многоугольника, и взвешивающий сумматор, к входам которого подключены выходы преобразователей, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности регистрации дефектов при слабом намагничивании, введен дифференциатор, вход которого подключен к выходу сумматора, а оси чувствительности преобразователей направлены к центру многоугольника, причем весовые коэффициенты взвешивающего сумматора выбраны так, что напряжение на его выходе равно нулю, когда датчик находится в однородном магнитном поле. A sensor for flaw detection of steel rods, containing one-component magnetic transducers located at the vertices of a regular polygon, and a weighing adder, to the inputs of which the outputs of the transducers are connected, characterized in that, in order to increase the accuracy of detecting defects with weak magnetization, a differentiator is introduced, the input of which is connected to the output of the adder, and the sensitivity axes of the transducers are directed to the center of the polygon, and the weighting coefficients of the weighting adder are chosen so that the voltage at its output is zero when the sensor is in a uniform magnetic field.

Description

Полезная модель относится к неразрушающему контролю и может использоваться при дефектоскопии изделий из ферромагнитных материалов.The utility model relates to non-destructive testing and can be used for inspection of products from ferromagnetic materials.

Известен градиометрический датчик для контроля внутренних дефектов в прутках при циркулярном намагничивании [1], содержащий два близко расположенных однокомпонентных магнитных преобразователя, например, феррозондовых. О наличии дефекта судят по разнице сигналов с преобразователей. Для исключения сигнала градиометра в отсутствии дефекта преобразователи размещают по радиусу прутка.Known gradiometric sensor for monitoring internal defects in rods during circular magnetization [1], containing two closely spaced one-component magnetic transducers, for example, flux-gate. The presence of a defect is judged by the difference in signals from the converters. To exclude the gradiometer signal in the absence of a defect, the transducers are placed along the radius of the bar.

Однако сигнал отсутствует только в случае, когда нормальная составляющая поля на поверхности прутка равна нулю. В слабом однородном поле Земли нормальная составляющая на поверхности прутка может быть отлична от нуля, поэтому контроль производят при циркулярном намагничивании объекта до технического насыщения, при этом обследование необходимо производить по спиральной траектории, вращая либо датчик, либо сам объект [1].However, the signal is absent only when the normal component of the field on the surface of the bar is equal to zero. In a weak homogeneous field of the Earth, the normal component on the surface of the rod can be nonzero, therefore, control is carried out during circular magnetization of the object to technical saturation, while the examination must be carried out along a spiral path, rotating either the sensor or the object itself [1].

Наиболее близким техническим решением является канатный дефектоскоп [2], в котором канат предварительно намагничивается с помощью электромагнита до технического насыщения, а датчик содержит однокомпонентные магнитные преобразователи Холла, помещенные на соосной к канату окружности в разрыв магнитопровода электромагнита так, что их оси чувствительности направлены вдоль оси каната, а о наличии дефекта судят по изменению напряжения на выходе сумматора, к входам которого подключены выходы преобразователей.The closest technical solution is a rope flaw detector [2], in which the rope is pre-magnetized with an electromagnet to technical saturation, and the sensor contains one-component magnetic Hall transducers placed on a circle coaxial to the rope in the gap of the electromagnet magnetic circuit so that their sensitivity axes are directed along the axis rope, and the presence of a defect is judged by the change in voltage at the output of the adder, to the inputs of which the outputs of the converters are connected.

Однако регистрация дефектов осложняется тем, что в отсутствие дефекта на выходе сумматора присутствует постоянное напряжение. Нарушение структуры металла проявляется как изменение напряжения на выходесумматора, малое при слабом намагничивании в сравнении с постоянным уровнем.However, registration of defects is complicated by the fact that in the absence of a defect, a constant voltage is present at the output of the adder. Violation of the metal structure is manifested as a change in voltage at the output of the adder, small with weak magnetization in comparison with a constant level.

Действительно, намагниченность длинномерного ферромагнитного объекта в однородном внешнем магнитном поле, например геомагнитном, вдали от краев практически однородна, почти однородно и магнитное поле вблизи поверхности объекта. Поскольку оси чувствительности всех магнитных преобразователей в канатном дефектоскопе [2] параллельны, напряжения на их выходах почти одинаковы, и напряжение на выходе сумматора велико. При этом изменение напряжения на выходе сумматора, связанные с малым изменением положения ферромагнитного объекта относительно датчика или с малым наклоном датчика в однородном поле из-за вибраций, может оказаться значительно больше, чем связанный с дефектом полезный сигнал, как для датчика [1], так и для датчика [2].Indeed, the magnetization of a long-sized ferromagnetic object in a uniform external magnetic field, for example, geomagnetic, far from the edges is almost uniform, almost uniform and the magnetic field near the surface of the object. Since the sensitivity axes of all magnetic transducers in the cable flaw detector [2] are parallel, the voltages at their outputs are almost the same, and the voltage at the output of the adder is large. In this case, the change in the voltage at the output of the adder associated with a small change in the position of the ferromagnetic object relative to the sensor or with a small inclination of the sensor in a uniform field due to vibrations can be much larger than the useful signal associated with the defect, both for the sensor [1], so and for the sensor [2].

Целью полезной модели является увеличение точности регистрации дефектов при слабом намагничивании, например, при естественном намагничивании магнитным полем Земли. Технический результат достигается путем уменьшения воздействия на датчик однородных внешних магнитный полей.The purpose of the utility model is to increase the accuracy of registration of defects during weak magnetization, for example, during natural magnetization by the Earth's magnetic field. The technical result is achieved by reducing the impact on the sensor of uniform external magnetic fields.

Сущность технического решения поясняется чертежом на фиг.1. Датчик для дефектоскопии стальных стержней содержит, однокомпонентные магнитные преобразователи 1, например, холловские, расположенные на цилиндрической обойме 2 в вершинах правильного многоугольника так, что их оси чувствительности направлены к центру обоймы, взвешивающий сумматор 3, к входам которого подключены выходы преобразователей 1, и дифференциатор 4, вход которого соединен с выходом взвешивающего сумматора 3, а выходное напряжение является индикатором наличия дефекта в стальном стержне 5.The essence of the technical solution is illustrated by the drawing in figure 1. The sensor for defectoscopy of steel rods contains one-component magnetic transducers 1, for example, Hall transducers, located on a cylindrical ferrule 2 at the vertices of a regular polygon so that their sensitivity axes are directed to the ferrule center, a weighing adder 3, the outputs of the transducers 1 are connected to its inputs, and a differentiator 4, the input of which is connected to the output of the weighing adder 3, and the output voltage is an indicator of the presence of a defect in the steel rod 5.

Устройство работает следующим образом. Исследуемый стальной стержень 5, протягивается соосно через обойму 2 датчика. Однокомпонентныемагнитные преобразователи 1 измеряют нормальную к поверхности стержня 5 составляющую индукции магнитного поля,The device operates as follows. The investigated steel rod 5 is stretched coaxially through the holder 2 of the sensor. One-component magnetic transducers 1 measure the component of the magnetic field induction normal to the surface of the rod 5,

Весовые коэффициенты сумматора 3 выбирают таким образом, чтобы в однородном поле напряжение на выходе сумматора 3 равнялось нулю.The weights of the adder 3 are selected so that in a uniform field the voltage at the output of the adder 3 is zero.

Действительно, для преобразователей 1, расположенных в вершинах правильного многоугольника так, что их оси чувствительности направлены к центру датчика, выполняется условие , где n_k - единичный вектор, направленный вдоль оси чувствительности k-го преобразователя 1, К - число преобразователей 1. В однородном магнитном поле с индукцией В напряжение на выходе k-го преобразователя 1 равно u_k=S_kBn_k, где S_k - крутизна преобразования k-го преобразователя 1. Если весовые коэффициенты р_k сумматора 3 выбраны обратно пропорциональными крутизне соответствующего преобразователя 1, то есть p_k=S/S_k, где S - коэффициент пропорциональности, то напряжение на выходе сумматора 3 будет равно нулю независимо от величины и ориентации вектора индукции магнитного поля В относительно обоймы 2 датчика: Indeed, for transducers 1 located at the vertices of a regular polygon so that their sensitivity axes are directed to the center of the sensor, the condition , where n _k is the unit vector directed along the sensitivity axis of the kth transducer 1, K is the number of transducers 1. In a uniform magnetic field with induction B, the voltage at the output of the kth transducer 1 is u _k = S _k Bn _k , where S _k is the slope of the conversion of the k-th converter 1. If the weighting coefficients p _{k of the} adder 3 are selected inversely proportional to the slope of the corresponding converter 1, that is, p _k = S / S _k , where S is the proportionality coefficient, then the voltage at the output of the adder 3 will be zero regardless of the size and orientation of the vector induction of the magnetic field B relative to the holder 2 of the sensor:

Технической реализацией полезной модели является разработанный и изготовленный макет датчика для магнитного дефектоскопа. Три преобразователя Холла располагаются в латунной гильзе по окружности прутка под углом 120° друг относительно друга, а в качестве индикатора наличия дефекта используется производная по длине прутка взвешенной суммы сигналов с преобразователей. В гильзе выфрезерованы канавки, в которые вклеиваются преобразователи так, что их чувствительные зоны максимально приближены к стержню, и закреплена оправка с отверстием под диаметр стержня, защищающая преобразователи от повреждения.The technical implementation of the utility model is a designed and manufactured sensor layout for a magnetic flaw detector. Three Hall transducers are located in a brass sleeve around the circumference of the bar at an angle of 120 ° relative to each other, and the derivative along the length of the bar of the weighted sum of signals from the transducers is used as an indicator of a defect. Grooves are milled into the sleeve into which the transducers are glued so that their sensitive zones are as close as possible to the rod, and a mandrel with a hole for the diameter of the rod is fixed, which protects the transducers from damage.

Сигнал от каждого преобразователя, пропорциональный нормальной к поверхности стержня компоненте индукции магнитного поля, обрабатывается измерительным модулем, построенном по схеме прецизионного магнитометра[3]. Данные от модулей в цифровом виде поступают в блок цифровой обработки, который осуществляет синхронную работу модулей и передачу данных в персональный компьютер для дальнейшей обработки. Суммирование сигналов с преобразователей и дифференцирование суммы производится программно.The signal from each transducer, which is proportional to the component of the magnetic field induction normal to the rod surface, is processed by a measuring module constructed according to the scheme of a precision magnetometer [3]. Data from the modules in digital form is sent to the digital processing unit, which performs the synchronous operation of the modules and data transfer to a personal computer for further processing. The summation of the signals from the converters and the differentiation of the sum is done programmatically.

Весовые коэффициенты сумматора подбираются при калибровке датчика так, чтобы при всех поворотах пустого датчика в однородном, например геомагнитном поле, взвешенная сумма оставалась равной нулю. При равномерном протягивании прутка через обойму вычисляемая программно производная по времени суммарного напряжения преобразователей пропорциональна производной по длине стержня и позволяет выделить слабый, но быстро меняющийся сигнал от создаваемых дефектом полей рассеяния из большого, но медленно меняющегося сигнала, обусловленного неравномерной намагниченностью стержня.The weighting coefficients of the adder are selected when calibrating the sensor so that for all turns of the empty sensor in a homogeneous, for example, geomagnetic field, the weighted sum remains equal to zero. When the rod is pulled uniformly through the cage, the calculated time derivative of the total voltage of the converters in time is proportional to the derivative along the length of the rod and allows one to isolate a weak but rapidly changing signal from scattering fields created by the defect from a large but slowly changing signal due to the rod’s non-uniform magnetization.

С помощью разработанного датчика проводилась магнитная дефектоскопия четырех прутков диаметром 3 мм и длиной 2 м из стали марки 65С2ВА. Гильза с датчиками закреплялась неподвижно, прутки равномерно протягивались через него со скоростью примерно 7,2 мм/с. Для обеспечения равномерного движения прутка его поверхность смазывалась машинным маслом. На фиг.2 приведена полученная магнитограмма для одного из прутков, из которой отчетливо видно присутствие дефектов на расстояниях 80 мм, 980 мм, 1000 мм и серии дефектов на расстоянии 1460 мм от начала прутка. Металлографическая экспертиза, проведенная на предприятии ОАО «Северсталь-Метиз», показала наличие серии раковин с характерным размером до 0,04 мм на указанных расстояниях. В остальных прутках обнаружены раковины размером от 0,015 мм до 0,03 мм.Using the developed sensor, magnetic inspection was carried out on four rods with a diameter of 3 mm and a length of 2 m from steel grade 65С2ВА. The sleeve with sensors was fixed motionless, the rods evenly extended through it with a speed of about 7.2 mm / s. To ensure uniform movement of the rod, its surface was lubricated with machine oil. Figure 2 shows the obtained magnetogram for one of the rods, from which the presence of defects at distances of 80 mm, 980 mm, 1000 mm and a series of defects at a distance of 1460 mm from the beginning of the rod is clearly visible. A metallographic examination carried out at Severstal-Metiz OJSC revealed the presence of a series of sinks with a characteristic size of up to 0.04 mm at the indicated distances. In the remaining rods, shells from 0.015 mm to 0.03 mm in size were found.

Проведенные натурные исследования магнитного поля рассеяния скрытых естественных дефектов подтвердили высокую чувствительность разработанного датчика, который способен разрешать дефекты с характернымразмером менее 0,015 мм в стальных деталях без дополнительного намагничивания.Field studies of the scattering magnetic field of latent natural defects have confirmed the high sensitivity of the developed sensor, which is capable of resolving defects with a characteristic size of less than 0.015 mm in steel parts without additional magnetization.

Источники информации:Information sources:

1. Щербинин В.Е., Говорухин Э.С. Магнитный контроль качества металлов. Екатеринбург: УРО РАН, 1996. с.87.1. Scherbinin V.E., Govorukhin E.S. Magnetic quality control of metals. Ekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 1996. p. 87.

2. Баштанов М.Е., Курбатов Н.В., Немцов М.В., Петровский А.Н. Канатный дефектоскоп // Научная сессия МИФИ-99. Т.9. М.: МИФИ, 1999. С.41-44. (прототип)2. Bashtanov M.E., Kurbatov N.V., Nemtsov M.V., Petrovsky A.N. Rope flaw detector // Scientific session MEPhI-99. T.9. M .: MEPhI, 1999.P.41-44. (prototype)

3. Голубев А.А., Игнатьев В.К., Никитин А.В. Прецизионный магнитометр. Приборы и техника эксперимента. - 2008. - №5. С.123-128.3. Golubev A.A., Ignatiev V.K., Nikitin A.V. Precision magnetometer. Instruments and experimental technique. - 2008. - No. 5. S.123-128.

Claims

A sensor for defectoscopy of steel rods containing one-component magnetic transducers located at the vertices of a regular polygon and a weighing adder, the outputs of the transducers are connected to its inputs, characterized in that, in order to increase the accuracy of defect registration during weak magnetization, a differentiator is introduced, the input of which is connected to the output of the adder, and the sensitivity axes of the transducers are directed to the center of the polygon, and the weighting coefficients of the weighing adder are selected t such that the voltage at its output is zero when the sensor is in a uniform magnetic field.