RU2606519C2

RU2606519C2 - Device for inspecting phase composition of steel

Info

Publication number: RU2606519C2
Application number: RU2015117283A
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Каблов; Олег Леонидович Бурхан; Сергей Михайлович Качура; Татьяна Дмитриевна Павлова; Алексей Дмитриевич Кадосов; Владислав Сергеевич Шитиков
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2017-01-10
Also published as: RU2015117283A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to non-destructive inspection of metals and alloys, specifically to methods for inspecting phase composition, and can be used in metallurgy, metal working, machine building, aircraft engineering for controlling quality of products and stability of technological processes. Device for inspecting phase composition of steel includes a sensor (D), which consists of a housing made from nonmagnetic material, and a secondary instrument (VP) with an alphanumeric display for displaying output information. Housing accommodates interconnected instrument transformer (1), consisting of primary excitation winding (OV) and secondary measurement winding (OI), sinusoidal oscillation generator (2), current sensor-converter (3), digital-to-analogue converter (5), analogue-to-digital converter (4). Secondary device additionally comprises microprocessor module (7), connected to instrument transformer (1) through transceiver (10) of secondary instrument, coupled with transceiver (6) of sensor by means of radio signal, and controlling amplitude of output voltage of sinusoidal oscillation generator.

EFFECT: technical result of present invention is improvement of reliability and accuracy of automatic measurement of content of ferrite phase in a specimen or sample.

3 cl, 2 dwg

Description

Данное изобретение относится к неразрушающему контролю металлов и сплавов, а именно к методам контроля фазового состава, и может быть использовано в металлургии, металлообработке, машиностроении, авиастроении для контроля качества продукции и стабильности технологических процессов, относится к приборам, предназначенным для автоматического экспресс-контроля состава сплавов на основе железа, а именно содержания ферритной фазы в различных марках стали при литье и, прежде всего, в стальных пробах и калибровочных образцах.This invention relates to non-destructive testing of metals and alloys, and in particular to methods of controlling the phase composition, and can be used in metallurgy, metalworking, mechanical engineering, aircraft manufacturing to control product quality and process stability, relates to devices designed for automatic express composition control iron-based alloys, namely, the content of the ferritic phase in various steel grades during casting and, above all, in steel samples and calibration samples.

Известно техническое решение (RU 2150121, G01R 33/12, G01N 27/72; 27.05.2000), в котором раскрыт ферритометр, состоящий из датчика и вторичного прибора. Датчик состоит из поплавка, в который вставлен магнит в виде стержня, на периферии магнита расположено железное кольцо, при этом поплавок расположен в герметичном корпусе из немагнитного материала. Снаружи герметичного корпуса расположена катушка, которая, взаимодействуя с железным кольцом, создает силу, отрывающую магнит от образца. Оторвавшийся от образца магнит через корпус из немагнитного материала замыкает контакт, соединенный со вторичным прибором. Вторичный прибор фиксирует ток отрыва магнита от образца.A technical solution is known (RU 2150121, G01R 33/12, G01N 27/72; May 27, 2000), in which a ferritometer consisting of a sensor and a secondary device is disclosed. The sensor consists of a float, in which a magnet in the form of a rod is inserted, an iron ring is located on the periphery of the magnet, while the float is located in a sealed housing made of non-magnetic material. Outside the sealed housing is a coil, which, interacting with the iron ring, creates a force that breaks the magnet from the sample. A magnet detached from the sample through a body of non-magnetic material closes the contact connected to the secondary device. The secondary device captures the magnet separation current from the sample.

Прибор работает следующим образом. Постоянный магнит датчика прикладывается к поверхности металла измеряемого образца. Нажатием кнопки на вторичном приборе запускается счетчик, считающий поступающие от генератора импульсы. Результат счета индицируется на индикаторе вторичного прибора и поступает на цифроаналоговый преобразователь. Показания счетчика плавно возрастают во времени. В соответствии с этим плавно возрастает напряжение на входе преобразователя и соответственно ток на выходе усилителя. Этот плавно возрастающий ток увеличивает крутящий момент на рамке, связанной с постоянным магнитом датчика. Так продолжается до тех пор, пока магнит не оторвется от поверхности измеряемого образца. При этом срабатывает геркон и останавливает счетчик. На индикаторе прекращается нарастание цифровых показаний на уровне процентного содержания ферритной фазы в образце. Установление соответствий показаний прибора (тарировка) шкале процентного содержания феррита в данном классе сталей осуществляется путем подбора соответствующего коэффициента усиления усилителя. При этом ручка регулировки коэффициента усиления может иметь градуировку позиций, соответствующих классам сталей, измеряемым прибором. При последующем нажатии кнопки счетчик сбрасывается на ноль и начинает снова считать импульсы от генератора.The device operates as follows. A permanent sensor magnet is applied to the metal surface of the sample being measured. By pressing a button on the secondary device, a counter is started, which counts the pulses coming from the generator. The result of the count is displayed on the indicator of the secondary device and fed to the digital-to-analog converter. The counter readings gradually increase in time. In accordance with this, the voltage at the input of the converter increases smoothly and, accordingly, the current at the output of the amplifier. This smoothly increasing current increases the torque on the frame associated with the permanent magnet of the sensor. This continues until the magnet comes off the surface of the measured sample. In this case, the reed switch trips and stops the counter. The indicator stops the increase in digital readings at the level of the percentage of ferritic phase in the sample. The correspondence of the instrument readings (calibration) to the scale of the percentage of ferrite in this class of steels is established by selecting the appropriate gain of the amplifier. In this case, the gain control knob may have a graduation of positions corresponding to the steel classes measured by the device. When the button is pressed again, the counter is reset to zero and starts counting pulses from the generator again.

Существенным недостатком известного технического решения является неоднородность и ограниченность в пространстве магнитного поля, создаваемого датчиком, подведенным к исследуемому образцу. При этом погрешность измерения определяется местоположением датчика на поверхности образца.A significant drawback of the known technical solution is the heterogeneity and limited space of the magnetic field created by the sensor, brought to the sample under study. In this case, the measurement error is determined by the location of the sensor on the surface of the sample.

Известен прибор контроля фазового состава стали, альфа-фазометр, предназначенный для измерения содержания ферритной фазы в стали: (Химченко Н.В., Бобров В.А. Неразрушающий контроль в химическом и нефтяном машиностроении. - М.: Машиностроение, 1978 г., стр. 145, данное техническое решение принято за прототип).A known device for monitoring the phase composition of steel, an alpha phase meter, designed to measure the content of ferritic phase in steel: (Khimchenko N.V., Bobrov V.A. Non-destructive testing in chemical and petroleum engineering. - M.: Mechanical Engineering, 1978, p. 145, this technical solution is taken as a prototype).

Прибор состоит из датчика и вторичного прибора. Поворотная стрелка с пружинкой представляют собой громоздкую и не жесткую конструкцию, часто выходящую из строя в результате грубого обращения или случайного удара. С целью уменьшения влияния момента инерции на указанные элементы вынуждены выполнять с минимальной прочностью. Ось стрелки приборного типа закрепляется в подшипниках скольжения. Подвижность стрелки зависит от состояния смазки. Существенным недостатком известного технического решения является устройство датчика. Данный датчик может использоваться в лаборатории и отличается низкой надежностью в промышленных условиях.The device consists of a sensor and a secondary device. The pivoting arrow with a spring is a bulky and non-rigid structure, often malfunctioning as a result of rough handling or accidental impact. In order to reduce the influence of the moment of inertia on these elements are forced to perform with minimal strength. The axis of the arrow of the instrument type is fixed in the plain bearings. The mobility of the arrow depends on the condition of the lubricant. A significant disadvantage of the known technical solution is the device of the sensor. This sensor can be used in the laboratory and is characterized by low reliability in industrial conditions.

Предлагаемое техническое решение лишено этих недостатков и предназначено для промышленного использования и лабораторных исследований.The proposed technical solution is devoid of these disadvantages and is intended for industrial use and laboratory research.

Технической задачей настоящего изобретения является создание устройства, которое позволяет существенно расширить область применения ферритометра в промышленных условиях.An object of the present invention is to provide a device that can significantly expand the scope of a ferritometer in an industrial environment.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности и достоверности автоматического измерения содержания ферритной фазы в образце или пробе.The technical result of the present invention is to increase the reliability and reliability of the automatic measurement of the content of the ferritic phase in the sample or sample.

Для достижения поставленного технического результата предложен прибор контроля фазового состава стали, включающий в себя датчик, который состоит из корпуса, выполненного из немагнитного материала, и вторичный прибор со средством алфавитно-цифровой индикации для отображения выходной информации. В упомянутом корпусе размещены соединенные между собой измерительный трансформатор, состоящий из первичной обмотки возбуждения и вторичной обмотки измерительной, генератор синусоидальных колебаний, датчик-преобразователь тока, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, причем вторичный прибор дополнительно содержит микропроцессорный модуль, связанный с измерительным трансформатором через приемопередатчик вторичного прибора, связанного с приемопередатчиком датчика посредством радиоканала и управляющий амплитудой выходного напряжения генератора синусоидальных колебаний.To achieve the technical result, a device is proposed for monitoring the phase composition of steel, which includes a sensor that consists of a housing made of non-magnetic material, and a secondary device with means of alphanumeric display for displaying output information. The measuring transformer consisting of a primary excitation winding and a secondary measuring winding, a sinusoidal oscillation generator, a current transducer, a digital-to-analog converter, an analog-to-digital converter, the secondary device additionally contains a microprocessor module connected to the measuring transformer via the transceiver of the secondary device associated with the transceiver of the sensor via a radio channel and control the amplitude of the output voltage of the generator of sinusoidal oscillations.

Предпочтительно, вторичный прибор дополнительно содержит клавиатуру.Preferably, the secondary device further comprises a keyboard.

Предпочтительно, вторичный прибор расположен в отдельном корпусе. Настоящее изобретение поясняется фигурами.Preferably, the secondary device is located in a separate housing. The present invention is illustrated by figures.

На фиг. 1 показаны блок-схемы датчика (Д) и вторичного прибора (ВП).In FIG. 1 shows a block diagram of a sensor (D) and a secondary device (VP).

На фиг. 2 показан металлический кокиль для заливки ферромагнитной пробы.In FIG. 2 shows a metal mold for pouring a ferromagnetic sample.

Прибор контроля фазового состава стали, согласно изобретению, содержит датчик «Д» и вторичный прибор «ВП» (см. фиг. 1).The device for monitoring the phase composition of steel, according to the invention, contains a sensor "D" and a secondary device "VP" (see Fig. 1).

Датчик «Д» состоит из корпуса, выполненного из немагнитного материала, в котором расположен измерительный трансформатор 1 и источник стабилизированного напряжения на ±60 В и 12 В. Источник стабилизированного напряжения включает в себя силовой понижающий трансформатор «ТП» для получения выходных напряжений на 60 В и 12 В от сети 220 В и стабилизатор напряжения «СН» с выходными напряжениями на ±60 В и 12 В. Измерительный трансформатор 1 состоит из первичной обмотки возбуждения «ОВ» и вторичной обмотки измерительной «ОИ», проникающего в образец переменного однородного магнитного поля и измерительной катушки, которая определяет изменение магнитного поля при введении в него стальной пробы или калибровочного образца. В нижней части корпуса под измерительным трансформатором размещены соединенные между собой генератор 2 синусоидальных колебаний, датчик-преобразователь 3 тока, аналого-цифровой преобразователь 4, обрабатывающий данные, измеренные датчиком тока, и управляющий цифроаналоговый преобразователь 5, электронные модули (не показаны) и приемопередатчик 6 для связи датчика-преобразователя 3 тока со вторичным прибором «ВП» по радиоканалу.Sensor “D” consists of a housing made of non-magnetic material, in which the measuring transformer 1 and a stabilized voltage source of ± 60 V and 12 V are located. The stabilized voltage source includes a “TP” power step-down transformer to obtain output voltage of 60 V and 12 V from a 220 V network and a voltage regulator “SN” with output voltages of ± 60 V and 12 V. Measuring transformer 1 consists of a primary excitation winding “OV” and a secondary winding of a measuring “OI” penetrating the sample TERM uniform magnetic field and the measuring coil which detects the change in magnetic field upon introduction into it the steel sample or calibration sample. In the lower part of the housing, under the measuring transformer, sinusoidal oscillation generator 2, a current transducer 3, an analog-to-digital converter 4, processing data measured by a current sensor, and a digital-to-analog converter 5, electronic modules (not shown) and a transceiver 6 are connected for communication of the sensor-transducer 3 current with the secondary device "VP" over the air.

Вторичный прибор «ВП» предпочтительно располагается в отдельном переносном корпусе и состоит из микропроцессорного модуля 7 обработки измерительной информации, полученной от датчика «Д» и клавиатуры 8 (при необходимости), цифрового индикатора 9 для вывода информации о содержании ферритной фазы и приемопередатчика 10 для радиосвязи с датчиком «Д». Вторичный прибор фиксирует изменение тока индукции при введении стального образца по радиоканалу с помощью приемопередатчика и производит обработку измеренных данных. Питание вторичного прибора током напряжения 12 В может осуществляться как от сетевого источника питания так и от аккумулятора 11.The secondary device "VP" is preferably located in a separate portable case and consists of a microprocessor module 7 for processing measurement information received from the sensor "D" and the keyboard 8 (if necessary), a digital indicator 9 for displaying information about the content of the ferritic phase and transceiver 10 for radio communication with the sensor "D". The secondary device records the change in the induction current when introducing a steel sample over the air using a transceiver and processes the measured data. The secondary device can be supplied with a voltage of 12 V from both the mains power supply and the battery 11.

Прибор контроля фазового состава стали работает следующим образом. Силовой понижающий трансформатор «ТП» питает через стабилизатор напряжения «СН» генератор 2 синусоидальных колебаний, который подает ток переменного напряжения ±60 В на первичную обмотку «ОВ» измерительного трансформатора 1. Со стабилизатора «СН» напряжения на модули датчика (не показаны) подается напряжение питания 12 В. Переменное напряжение с помощью микропроцессорного модуля 7 через радиоканал и цифроаналоговый преобразователь (5) подстраивается таким образом, чтобы в первичной обмотке «ОВ» измерительного трансформатора 1 первоначально протекал стабилизированный переменный ток 1 А. При этом на средстве индикации, алфавитно-цифровом дисплее 9 должна высвечиваться цифра 0% ферритной составляющей. При установке в измерительную ячейку измерительного трансформатора (1) калибровочного образца или стальной пробы «СП», полученной из кокиля (конструкция кокиля показана на фиг. 2), ток в первичной обмотке «ОВ» изменяется на величину, пропорциональную объемной массе ферритной составляющей в калибровочном образце или стальной пробе. При этом соответственно изменится и ток во вторичной измерительной обмотке «ОИ», т.к. изменится величина взаимоиндукции между первичной и вторичной обмотками измерительного трансформатора. Изменение тока будет снято датчиком-преобразователем 3 тока, с помощью аналого-цифрового преобразователя будет преобразовано в цифровой вид и через радиоканал передано в микропроцессорный модуль 7, где автоматически выработается управляющий сигнал, который через радиоканал будет передан на цифроаналоговый преобразователь 5 датчика, который вызовет изменение коэффициента усиления генератора синусоидальный колебаний 2 и ток в первичной обмотке «ОВ» выровняется до начального значения 1 А по изменению значения коэффициента усиления, которое будет передано через датчик-преобразователь 3 тока, аналого-цифровой преобразователь 4, радиоканал в микропроцессорный модуль 7 для обработки с помощью программного обеспечения и выработки управляющего сигнала.The device for monitoring the phase composition of steel works as follows. The power step-down transformer "TP" feeds a sinusoidal oscillation generator 2 through a voltage regulator "CH", which supplies an alternating voltage ± 60 V to the primary winding "ОВ" of the measuring transformer 1. From the voltage regulator "СН" voltage is supplied to sensor modules (not shown) the supply voltage is 12 V. The alternating voltage using the microprocessor module 7 through the radio channel and the digital-to-analog converter (5) is adjusted so that in the primary winding "OV" of the measuring transformer 1 initial A stabilized alternating current of 1 A flowed smoothly. At the same time, the digit 0% ferrite component should be displayed on the display means, alphanumeric display 9. When a calibration sample or a steel sample “SP” obtained from a chill mold is installed in the measuring cell of the measuring transformer (1) (the design of the chill mold is shown in Fig. 2), the current in the primary winding “ОВ” changes by a value proportional to the bulk mass of the ferrite component in the calibration sample or steel sample. In this case, the current in the secondary measuring winding “OI” will change accordingly, since the mutual inductance between the primary and secondary windings of the measuring transformer will change. The change in current will be detected by the current transducer 3, using an analog-to-digital converter will be converted to digital form and transmitted via a radio channel to microprocessor module 7, where a control signal will be automatically generated, which will be transmitted via a radio channel to the sensor digital-to-analog converter 5, which will cause the gain of the generator is a sinusoidal oscillation of 2 and the current in the primary winding of "OB" will equalize to the initial value of 1 A by changing the value of the gain, cat Roe will be transmitted through the sensor-current converter 3, an analog-digital converter 4, a radio channel microprocessor unit 7 for processing by the software and produce the control signal.

Измерение производится следующим образом. Из печи в ходе плавки зачерпывается жидкий металл и заливается в специальный металлический кокиль (см. фиг. 2).The measurement is as follows. Liquid metal is scooped out from the furnace during melting and poured into a special metal chill mold (see Fig. 2).

Затвердевшая литая проба с прибылью через 15-20 с после заливки выбивается из кокиля, охлаждается и помещается в отверстие для проб измерительного трансформатора датчика «Д» (феррозонда). Нажатием кнопки «Enter» на клавиатуре 8 вторичного прибора «ВП» через радиоканал, цифроаналоговый преобразователь 5 автоматически устанавливается ток возбуждения в первичной обмотке трансформатора 1 А. Прочитать показания на алфавитно-цифровом индикаторе «Содержание ферритной фазы». В зависимости от показаний «Содержание ферритной фазы» в расплав добавляют шихтовые материалы, изменяющие химический состав плавки. Путем повторного отбора проб доводят фазовый состав до значений, указанных в технических условиях на данную марку стали. Для каждой марки стали требуемые пределы значений показаний прибора и технология доводки фазового состава стали до этих значений содержится в технических условиях на сталь и в технологической инструкции на ее выплавку. Количество ферритной фазы в объеме образца или пробы определяется с погрешностью ±6%.The hardened cast sample with a profit 15-20 seconds after pouring is knocked out of the chill mold, cooled and placed in the sample opening of the measuring transformer of the D sensor (flux probe). By pressing the “Enter” button on the keyboard 8 of the secondary device “VP” through the radio channel, the digital-to-analog converter 5, the excitation current is automatically set in the primary winding of the transformer 1 A. Read the readings on the alphanumeric indicator “Ferrite phase content”. Depending on the indications “Ferritic phase content”, charge materials are added to the melt that change the chemical composition of the melt. By repeated sampling, the phase composition is adjusted to the values indicated in the technical specifications for this steel grade. For each steel grade, the required limits for the values of the instrument readings and the technology for adjusting the phase composition of steel to these values are contained in the technical specifications for steel and in the technological instructions for its smelting. The amount of ferrite phase in the volume of the sample or sample is determined with an error of ± 6%.

Claims

1. The device for monitoring the phase composition of steel includes a sensor (D), which consists of a housing made of non-magnetic material, and a secondary device (VP) with means of alphanumeric indication for displaying output information, characterized in that the housing is located interconnected measuring transformer (1), consisting of a primary excitation winding (OV) and a secondary measuring winding (OI), a sinusoidal oscillation generator (2), a current transducer (3), a digital-to-analog converter (5), a tax-to-digital converter (4), wherein the secondary device further comprises a microprocessor module (7) connected to the measuring transformer (1) via a transceiver (10) of the secondary device connected to the transceiver (6) of the sensor via a radio signal and controlling the amplitude of the output voltage of the sinusoidal generator fluctuations.

2. The device according to claim 1, characterized in that the secondary device further comprises a keyboard.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the secondary device is located in a separate housing.