Способ определения глубины проникновения электромагнитного поля в металл
METHOD FOR DETERMINING DEPTH OF PENETRATION OF ELECTROMAGNETIC FIELD INTO METAL

Изобретение относится к электромагнитным методам контроля в сварочном производстве и может быть использовано при упрочнении индукционной наплавкой рабочих органов почвообрабатывающих, кормоприготовительных машин и силосоуборочных комбайнов.
Известен способ определения глубины проникновения электромагнитного поля в металл (аналог), основанный на теоретическом расчете измерений параметров излучателя в зависимости от толщины металлической заготовки, электропроводности и магнитной проницаемости, а также частоты электромагнитного поля [Дорофеев Л.А. и др. Теория и промышленное применение метода вихревых токов. М.: «Машиностроение», 1969, с. 17-22].
Однако точность определения данным способом относительно невысокая, так как известные инверторы, используемые для нагрева заготовок при индукционной наплавке и термообработке, имеют интервал частот, меняющихся в зависимости от загрузки индуктора заготовками, имеющими разнотолщинность в процессе проката (ГОСТ 19903-74) до 1 мм, а предлагаемый способ фиксирует глубину проникновения электромагнитного поля в металл только для определенной частоты.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения глубины проникновения электромагнитного поля в металл, заключающийся в том, что в исследуемое электромагнитное поле вводят экраны различной толщины и определяют глубину проникновения по толщине, того экрана, при котором прекращаются изменения параметров излучателя электромагнитной волны (а.с. № 868656, 30.09.1981, прототип).
Недостатком известного способа определения глубины проникновения электромагнитного поля в металл является высокая трудоемкость и сложное аппаратурное оформление.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является снижение трудоемкости и упрощение аппаратурного оформления для определения глубины проникновения электромагнитной волны в металл.
Технический результат реализации предлагаемого способа определения глубины проникновения электромагнитного поля в металл технологической пробой заключается в снижении трудоемкости и упрощении аппаратурного оформления при индукционной наплавке и термической обработке тонкостенных деталей и заготовок.
Настоящий результат достигается тем, что в способе определения глубины проникновения переменного электромагнитного поля в металл, включающем последовательное введение в переменное магнитное поле экранов различной толщины и выбор экрана-эталона, в котором прекращается изменение параметров поля, эталон нагревается одновременно с образцами-свидетелями плоского или цилиндрического сечения, с толщиной от меньшего глубины проникновения тока в металл до большего, при этом глубину проникновения тока в металл определяют по распределению твердости на поперечном сечении образца свидетеля и эталона.
Технический результат изобретения достигается за счет следующего:
- снижение трудоемкости при оптимизации режимов индукционной наплавки или термообработки;
- толщина проникновения электромагнитного поля в металл определяется по эталонному образцу и образцам-свидетелям изготовленных из одинаковых марок сталей помещаемых одновременно в одно и тоже электромагнитное поле;
- упрощается аппаратурное оформление, из-за использования цехового оборудования - инвертор для нагрева технологической пробы и твердомер для определения твердости и наплавочные материалы для индукционной наплавки.
На фиг. 1 представлены эталон-образец и образцы-свидетели в индукторе, подключенном к инвертору ЭЛСИТ-100-70/40:
1 - индуктор;
2, 3, 5, 6 - образцы-свидетели;
4 - эталон;
7 - асбестовая подложка.
Способ определения глубины проникновения электромагнитного поля в металл осуществляется следующим образом.
На асбестовой подложке 7, размещенной в индукторе 1, располагают образец эталон 4 и на равных расстояниях от него слева устанавливают образцы свидетели 2 и 3, имеющие поперечное сечение больше глубины проникновения электромагнитной волны в металл, а справа от него располагают образцы-свидетели 5 и 6, имеющие поперечное сечение меньше глубины проникновения электромагнитной волны в металл.
В качестве излучателя высокочастотных электромагнитных волн использовался инвертор ЭЛСИТ-100-70/40, к которому был подключен индуктор-соленоид.
Пример 1. В индукторе располагали эталон-образец, выполненный из стали 65Г, (20*12*5,5 мм), на который предварительно насыпалась наплавочная шихта через трафарет размерами 10*6*4 мм (твердый сплав ПГ-УС25-85%; флюс П-0,66 - 15%) с толщиной насыпанного слоя 2,0 мм, и таким образом готовились образцы-свидетели, но имеющие различную толщину по сечению, меньшую от толщины (4,5 и 3,5 мм) проникновения до толщины больших ее (6,5 и 7,5 мм). Одновременно в индуктор помещали эталон-образец и четыре образца-свидетеля с разными толщинами по сечению. Производили нагрев и плавление наплавочной шихты на испытываемых образцах при фиксированном времени 60-62 с.
После остывания образцов оценивали качество наплавки визуально. На образцах, где толщина поперечного сечения меньше глубины проникновения электромагнитного поля в металл, расплавление наплавочной шихты не произошло. На образце-эталоне качество наплавленного слоя было удовлетворительное. Образцы с толщиной поперечного сечения 6,5 мм имели качественную наплавку, а на образце толщиной 7,5 мм на наплавляемой поверхности образовались отдельные оголенные участки из-за значительного перегрева упрочняемого сплава. Таким образом, было проведено шесть испытаний.
Пример 2. Вырезали из стали 65Г эталон-образец и образцы-свидетели, конструктивно выполненные в виде цилиндров (длинной 40 мм): эталон-образец диаметром 5,5 мм, а образцы-свидетели диаметрами 3,5; 4,5; 6,5 и 7,5 мм, по 6 штук каждый. Затем нагревали в индукторе-соленоиде в продольном электромагнитном поле одновременно в течение 50-53 с. После этого охлаждали в воде. Твердость закаленных образцов определяли методом Роквелла. На образцах: эталоне и свидетелях диаметром 6,5 и 7,5 мм она соответствовала HRC 60-62, а диаметром 3,5 и 4,5 мм составляла HRC 32-44.
Предлагаемый способ определения глубины проникновения электромагнитного поля в металл технологической пробой позволяет определять минимальную толщину заготовки или детали, для которой данная частота электромагнитного поля инвертора обеспечит эффективный нагрев при термообработке и расплавлении упрочняемого материала на поверхности детали в процессе индукционной наплавки.