СПОСОБ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УЗКОПРОФИЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНОЙ СТАЛИ
METHOD OF EVALUATING STRESS-STRAIN STATE OF NARROW-PROFILE ARTICLES MADE FROM FERROMAGNETIC STEEL

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к контролю и анализу ферромагнитных материалов по магнитным показателям, и может быть использовано при оценке механического напряжения узкопрофильных изделий типа железнодорожных рельсов в динамике.
Известны способы оценки напряженно-деформированного состояния изделий из ферромагнитной стали, заключающиеся в том, что в материале изделия создают намагничивающее поле полюсами электромагнита и измеряют коэрцитивную силу до приложения механической нагрузки к изделию и после и по изменению сравненных величин коэрцитивной силы судят об аномалиях в материале изделия [патент Японии №54-3755, Кл. G01N 27/72, 1979].
Эти способы локальны и достаточно эффективны при определении точечных напряжений в изделии, однако в окрестности зоны измерения обнаружить опасные напряжения, вызывающие деформацию изделия, они не позволяют.
Наиболее близким техническим решением является способ определения напряженно-деформированного состояния изделий из ферромагнитных сталей, заключающийся в том, что в материале изделия создают локальное намагничивающее поле до приложения механического напряжения и после приложения нагрузки и по сравненным величинам коэрцитивной силы в обоих случаях судят о возникших очагах дефектов в материале [А.с. SU №1241119, Кл. G01N 27/72, БИ №24, 1986].
Этот способ позволяет обнаружить опасные напряженно-деформированные участки изделия, где особенно имеют место остаточные деформации изделия, но разрешающая способность способа недостаточна, он также ограничен областью контроля и не обеспечивает нахождение опасных точек напряжения материала в дельте окрестности участка контроля.
Сущность полезной модели заключается в том, что в способе оценки напряженно-деформированного состояния узкопрофильных изделий из ферромагнитной стали, заключающемся в том, что в материале изделия создают намагничивающее магнитное поле и измеряют на возбужденном участке изделия коэрцитивную силу, затем контролируемый участок изделия подвергают механической нагрузке и в нагруженном состоянии вновь создают в нем магнитное поле и измеряют коэрцитивную силу, по сравненным значениям величины коэрцитивной силы без нагрузки и при нагрузке определяют напряженно-деформированные очаги материала, причем площадь пятна намагничивающего поля растягивают вдоль узкопрофильной поверхности изделия, при этом продольно-вытянутое магнитное поле вместе с датчиком коэрцитивной силы сканируют вдоль узкопрофильной поверхности изделия, а измерение коэрцитивной силы в обоих случаях осуществляют в одноименных точках изделия.
Техническим результатом полезной модели является увеличение разрешающей способности, а следовательно, достоверности распознавания характера дефекта и его размеров за счет сужения возбуждающего магнитного поля, вызывающего концентрацию силовых линий, и сканирования этим полем вдоль узкопрофильной поверхности изделия.
На чертеже показан фрагмент схемы, поясняющей реализацию предложенного способа.
Схема содержит изделие 1, например, в виде железнодорожного рельса, полюса N и S П-образного электромагнита 2 и датчик 3 коэрцитивной силы. Полюса обеспечивают создание намагничивающего магнитного поля в материале изделия 1, а датчик 3 измеряет коэрцитивную силу.
Площадь пятна намагничивающего поля растягивают вдоль узкопрофильной поверхности изделия, при этом продольно-вытянутое поле вместе с датчиком 3 коэрцитивной силы сканируют вдоль узкопрофильной поверхности изделия для увеличения плотности (концентрации) силовых линий в материале и частоты точек измерения силы в дельте окрестности дефекта. Глубина проникновения поля в материал зависит от выбранной частоты зондирования в материал намагничивающего поля и электрофизических характеристик материала изделия.
Измерение коэрцитивной силы в материале без механической нагрузки достаточно выполнить в одной точке изделия. Если изделие подвергалось ранее механическому нагружению, то операции возбуждения поля, его сканирования и контроля коэрцитивной силы проводят последовательно по всей узкопрофильной поверхности изделия. Операции сканирования поля и измерение его коэрцитивной силы при механической нагрузке осуществляют непрерывно по всей узкопрофильной поверхности изделия. Если в качестве изделия принят железнодорожный рельс, то динамической нагрузкой может служить движущийся вагон по рельсам, при этом устройство, реализующее способ, устанавливают на раме вагона с возможностью сканирования устройства вдоль рельса и измерения силы.
Частота сканирования поля выбирается из условия в 5…6 раз ниже, чем частота возбуждения поля и контроля силы, для повышения достоверности обнаружения дефекта.
Работает способ следующем образом.
Создают намагничивающее поле в материале узкопрофильного изделия, не подверженного механической нагрузке, сканируют этим полем изделие вдоль его узкопрофильной поверхности и измеряют коэрцитивную силу в зоне намагничивания. Измеренный результат по всем текущим сечения изделия запоминают.
Затем изделие нагружают механической нагрузкой, например прокатывают по рельсам груженный поездной вагон, и в этом процессе сканируют намагничивающим полем продольную поверхность изделия, контактируемую с подвижной частью вагонов. В процессе механической нагрузки, создаваемой в рельсе движущимся вагоном, измеряют непрерывно в течение времени действующей нагрузки (движения вагона) коэрцитивную силу в материале рельса и сравнивают измеренный результат с результатом, полученным при измерении силы в отсутствие нагрузки, но в тех же (одноименных) сечения изделия.
По сравненным измеренным данным коэрцитивной силы при отсутствии нагрузки и при ее наличии судят о напряженно-деформированном состоянии материала в любом текущем сечении изделия, измеряемом в динамике, т.е. процессе текущей механической нагрузки на изделие.
Техническим результатом изобретения является увеличение разрешающей способности, а следовательно, достоверности распознавания характера дефекта и его размеров за счет сужения возбуждающего магнитного поля, вызывающего концентрацию силовых линий, и сканирования этим полем вдоль узкопрофильной поверхности изделия.