УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля стальных изделий и материалов и может быть использована при технической диагностике стальных изделий и металлоконструкций с обширной поверхностью (стальные трубопроводы, резервуары, рельсы, балки и т.д.).
Известно устройство для непрерывного контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) металла [Захаров В.А., Безлюдько Г.Я., Мужицкий В.Ф. Коэрцитиметры с передвижным магнитным устройством. - Контроль. Диагностика, 2008, №1, с. 6-14], которое содержит намагничивающий элемент из П-образного магнита, постоянное магнитное поле которого намагничивает поверхность металлоконструкции в поперечном направлении и пространственно разнесенный магнитометрический блок, который перемещается совместно с намагничивающим узлом, и косвенно определяет значение коэрцитивной силы металла, который коррелирует с величиной механического напряжения металла.
Недостатком этого устройства является значительные габаритные размеры, затрудняющие процесс контроля НДС металлоконструкций со сложным профилем поверхности. Погрешность оценки механического напряжения металла является существенной и зависит от вариации зазора между преобразователем магнитного поля и поверхностью металла.
Известно устройство для непрерывного контроля НДС металла [Дубов А.А. Диагностика усталостных повреждений рельсов с использованием магнитной памяти металла. - В мире неразрушающего контроля, 1999, №5], которое содержит сканирующее устройство, состоящее из двух преобразователей магнитного поля, расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга, и измеряющих напряженность поля остаточной намагниченности на поверхности металла, сформированного под влиянием геомагнитного поля. Область с повышенным НДС металла определяется по точке на контролируемой поверхности, где значение напряженности поля остаточной намагниченности переходит через нулевое значение (меняет полярность).
Недостатками данного устройства являются низкая надежность результатов контроля НДС металла, связанная с влиянием на магнитное состояние металла случайных помех и магнитных полей сторонних источников, а также невозможность осуществления количественной оценки величины остаточных и действующих механических напряжений металла с достаточной точностью.
Известно устройство определения дефектов в ферромагнитном материале по остаточной намагниченности металла [патент РФ №63062, МПК G01L 1/12, опубл. 10.05.2007 г.], которое содержит электромагнитный преобразователь, выполненный в виде П-образного электромагнита с обмоткой индуктивности, уложенной между полюсами магнита и индикатора остаточной намагниченности в виде датчика Холла, генератор тока переменной частоты, схему обработки информации и регистратор.
Однако известное техническое решение имеет следующие недостатки:
- низкая чувствительность к областям с повышенным НДС металла;
- на результаты контроля НДС металла существенно влияет вариация величины зазора между поверхностью металла и полюсами П-образного электромагнита.
Задачей полезной модели является повышение эффективности контроля НДС металлоконструкции за счет высокой чувствительности устройства к областям на поверхности металлоконструкции с повышенным НДС, металла.
Поставленная задача решается устройством для непрерывного контроля напряженно-деформированного состояния металлоконструкции, содержащим намагничивающий узел в виде П-образного постоянного магнита, линейный размер магнитного полюса которого в продольном направлении превышает линейный размер магнитного полюса в поперечном направлении, и расположенный рядом с магнитным полюсом датчик линейного перемещения, а также узел измерения, состоящий из микропроцессорного контроллера, вход которого соединен с выходом датчика линейного перемещения, преобразователь магнитного поля, расположенный за намагничивающим узлом по ходу его движения на определенном расстоянии, питаемый от импульсного стабилизатора напряжения и связанный со входом масштабирующего усилителя, причем выход масштабирующего усилителя соединен со входом аналого-цифрового преобразователя микропроцессорного контроллера, который соединен с электронной картой памяти, а другой выход микропроцессорного контроллера соединен со входом графического дисплея.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена блок-схема устройства для непрерывного контроля напряженно-деформированного состояния металлоконструкции.
Устройство для непрерывного контроля напряженно-деформированного состояния металлоконструкции содержит намагничивающий узел 1 в виде П-образного постоянного магнита 2 и датчик линейного перемещения 3, расположенный рядом с магнитным полюсом, а также узел измерения механического напряжения металла 4, состоящий из микропроцессорного контроллера 5, вход которого соединен с выходом датчика линейного перемещения 3, преобразователя магнитного поля 6, расположенного за намагничивающим узлом 1 по ходу его движения на определенном расстоянии, питаемого от импульсного стабилизатора напряжения 7 и связанного со входом масштабирующего усилителя 8, причем выход масштабирующего усилителя 8 соединен со входом аналого-цифрового преобразователя микропроцессорного контроллера 5, соединенного с электронной картой памяти 9. Выход микропроцессорного контроллера 5 соединен со входом графического дисплея 10. Линейный размер магнитного полюса П-образного постоянного магнита в продольном направлении превышает линейный размер магнитного полюса в поперечном направлении.
Устройство работает следующим образом. Намагничивающий узел 1 в виде П-образного постоянного магнита 2 устанавливается на поверхность металла и усилием руки приводится в равномерное поступательное движение вдоль контролируемой поверхности металлоконструкции. В процессе поступательного движения намагничивающего узла 1 электрический сигнал с выхода датчика линейного перемещения 3 непрерывно подается на вход микропроцессорного контроллера 5. При прохождении П-образного магнита над исследуемой поверхностью формируется область с остаточной намагниченностью металла. При этом преобразователь магнитного поля 6, проходя над данной областью, измеряет напряженность поля остаточной намагниченности, величина которой характеризует НДС металла. Сигнал с выхода преобразователя магнитного поля 6 усиливается масштабирующим усилителем 8, преобразуется в микропроцессорном контроллере 5 в цифровой сигнал и отображается на графическом дисплее 10. Показания графического дисплея 10, представленные в виде графической развертки электрического сигнала преобразователя магнитного поля 6 и датчика линейного перемещения 3, соответствуют распределению величины механического напряжения металла на поверхности металлоконструкции.
В электронной карте памяти 9 хранится двумерный массив из значений электрического сигнала преобразователя магнитного поля 6 и датчика линейного перемещения 3, полученных при непрерывном контроле НДС поверхности металлоконструкции, который может быть перенесен в персональный компьютер с программным обеспечением для математического анализа и интерпретации измеренных данных.
Поскольку форма магнитных полюсов постоянного магнита 2 такова, что линейный размер полюса в продольном направлении превышает его линейный размер в поперечном направлении, то при движении намагничивающего узла 1 над поверхностью металлоконструкции происходит формирование поля остаточной намагниченности в направлении, перпендикулярном поверхности, при этом уменьшается влияние вариации величины зазора между поверхностью и полюсами П-образного постоянного магнита, и обеспечивается равномерное поле остаточной намагниченности металла. При указанной форме полюсов уменьшается влияние поля рассеяния постоянного магнита на сигнал преобразователя магнитного поля, что также приводит к увеличению чувствительности устройства к областям с НДС металла, и следовательно к повышению эффективности контроля металлоконструкций.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает повышение эффективности контроля НДС металлоконструкции.