[go: up one dir, main page]

RU2767939C1 - Device for detecting zones with inhomogeneous physical properties in rolled metal products - Google Patents

Device for detecting zones with inhomogeneous physical properties in rolled metal products Download PDF

Info

Publication number
RU2767939C1
RU2767939C1 RU2021117734A RU2021117734A RU2767939C1 RU 2767939 C1 RU2767939 C1 RU 2767939C1 RU 2021117734 A RU2021117734 A RU 2021117734A RU 2021117734 A RU2021117734 A RU 2021117734A RU 2767939 C1 RU2767939 C1 RU 2767939C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring
working
pulses
generator
control
Prior art date
Application number
RU2021117734A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Альбертович Смирнов
Андрей Васильевич Кириков
Виктор Андреевич Васильев
Биндер Генрих
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт"
Priority to RU2021117734A priority Critical patent/RU2767939C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2767939C1 publication Critical patent/RU2767939C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

FIELD: rolling.
SUBSTANCE: invention relates to the field of control of the physical properties of products and materials and can be used to detect areas with surface hardness anomalies of rolled steel products. A device for detecting zones with inhomogeneous physical properties in rolled metal products contains a roller table for moving the control object during the control process, a system for compensating for the effect of the working gap, a generator control unit and a set of electromagnetic sensors designed to generate measuring electromagnetic pulses in the control object, closing through the control object, registering electrical signals, a generator of measuring electromagnetic pulses performs periodic phase inversion of measuring pulses, moreover, the device also contains a block for analyzing and comparing signals received when exposed to the same section of the object of control by electromagnetic pulses with opposite initial phases.
EFFECT: increase in the accuracy of determining the uniformity of the mechanical properties of products.
4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области контроля физических свойств изделий и материалов, и может быть использовано для обнаружения зон с аномалиями твердости и иных физических свойств поверхности стальных прокатных изделий, таких как листы, рельсы, трубы и прутки.The invention relates to the field of monitoring the physical properties of products and materials, and can be used to detect areas with anomalies in hardness and other physical properties of the surface of rolled steel products, such as sheets, rails, pipes and bars.

Известны устройства, реализующие способ контроля однородности механических свойств листового, сортового проката и труб по патенту РФ на изобретение № 2258217, опубл. 10.08.2005, МПК G01N29/04, включающий применение блоков электромагнитно-акустических преобразователей, размещаемых на поверхности контролируемого изделия, возбуждение в изделии и приём упругих колебаний, приём и измерение времени пробега ультразвуковых импульсов, поляризованных вдоль и поперек направления прокатки. Причем, на каждом участке единицы проката возбуждают и принимают одновременно импульсы поперечных волн, которые преимущественно поляризованы вдоль и поперёк направления прокатки, измеряют время прихода донных импульсов, отраженных от противоположной̆ стенки единицы проката, вычисляют для каждого участка единицы проката по крайней мере одно из значений информативных соотношений, несущих информацию об однородности механических свойств.Known devices that implement a method for monitoring the uniformity of the mechanical properties of sheet, long products and pipes according to the RF patent for the invention No. 2258217, publ. 08/10/2005, IPC G01N29/04, including the use of blocks of electromagnetic-acoustic transducers placed on the surface of the controlled product, excitation in the product and reception of elastic vibrations, reception and measurement of the travel time of ultrasonic pulses polarized along and across the rolling direction. Moreover, at each section of the rolled unit, impulses of transverse waves are simultaneously excited and received, which are mainly polarized along and across the direction of rolling, the time of arrival of bottom pulses reflected from the opposite wall of the rolled unit is measured, for each section of the rolled unit, at least one of the informative values is calculated relationships that carry information about the homogeneity of mechanical properties.

Также известно устройство для ультразвукового контроля прочностных характеристик материалов в динамическом режиме по патенту РФ на изобретение № 2231055, опубл. 20.06.2004, МПК G01N29/00, содержащее генератор высокочастотных электрических колебаний, два электромагнитно-акустических преобразователя, каждый из которых состоит из плоской катушки индуктивности, расположенной параллельно поверхности изделия, и магнитной системы последовательно соединенных: усилителя высокой частоты, детектора, видеоусилителя, индикатора и генератора развертки, причём второй вход индикатора подключен к генератору развертки, соединённому с генератором высокочастотных электрических колебаний, отличающееся тем, что электромагнитно-акустических преобразователя установлены с одной̆ стороны контролируемого изделия, причём направление поляризации одного электромагнитно-акустического преобразователя совпадает с направлением прокатки, а второго - перпендикулярно ему, и дополнительно к выходу видеоусилителя подключена последовательная цепь из измерителя временных интервалов, делителя указанных временных интервалов и регистратора. Also known is a device for ultrasonic testing of the strength characteristics of materials in dynamic mode according to the RF patent for the invention No. 2231055, publ. 06/20/2004, IPC G01N29 / 00, containing a generator of high-frequency electrical oscillations, two electromagnetic-acoustic transducers, each of which consists of a flat inductor located parallel to the surface of the product, and a magnetic system connected in series: a high-frequency amplifier, a detector, a video amplifier, an indicator and a sweep generator, and the second input of the indicator is connected to a sweep generator connected to a generator of high-frequency electrical oscillations, characterized in that the electromagnetic-acoustic transducer is installed on one side of the controlled product, and the polarization direction of one electromagnetic-acoustic transducer coincides with the rolling direction, and the second - perpendicular to it, and in addition to the output of the video amplifier, a serial circuit is connected from a time interval meter, a divider of the indicated time intervals and a recorder.

Известные устройства позволяют вести сплошной автоматический высокопроизводительный контроль механических свойств материалов и изделий с помощью нескольких линеек электромагнитно-акустических преобразователей, позволяющих каждому блоку контролировать достаточно широкую зону объекта контроля (ОК).Known devices allow continuous automatic high-performance control of the mechanical properties of materials and products using several lines of electromagnetic-acoustic transducers, allowing each unit to control a fairly wide area of the object of control (OK).

К недостаткам известных устройств относится их высокая чувствительность к девиациям температуры и геометрических размеров ОК, а также к слою окалины на его поверхности, что приводит к существенному снижению достоверности измерений.The disadvantages of the known devices include their high sensitivity to deviations in temperature and geometric dimensions of the OK, as well as to the scale layer on its surface, which leads to a significant decrease in the reliability of measurements.

Затухание упругих волн, которое, теоретически, также несет информацию о физических свойствах ОК, измеряется, как правило, также с большими и неизбежными погрешностями, обусловленными, в основном теми же причинами. Кроме того, применение объёмных (продольных и поперечных) упругих волн позволяет получать лишь интегральную, усреднённую по пути распространения ультразвуковых импульсов информацию о физических свойствах ОК.The attenuation of elastic waves, which, theoretically, also carries information about the physical properties of the OC, is measured, as a rule, also with large and unavoidable errors, due mainly to the same reasons. In addition, the use of bulk (longitudinal and transverse) elastic waves makes it possible to obtain only integral, averaged over the path of ultrasonic pulses, information about the physical properties of the OC.

Аномалии твёрдости поверхностных слоев металла обнаруживаются весьма ненадежно. Широко известны устройства для вихретокового контроля структуры и механических свойств изделий из металлов. Также известно наличие корреляции между механическими и магнитными/ электромагнитными свойствами металлов. Являясь в определённой степени универсальными устройствами, они, как правило, не учитывают специфику прокатного производства, формирующего ярко выраженную анизотропию механических свойств металла. Кроме того, указанные устройства практически непригодны для работы в составе многоканальных систем высокопроизводительного контроля в условиях промышленного производства.Anomalies in the hardness of the surface layers of the metal are detected very unreliably. Devices for eddy current control of the structure and mechanical properties of metal products are widely known. It is also known that there is a correlation between the mechanical and magnetic/electromagnetic properties of metals. Being, to a certain extent, universal devices, they, as a rule, do not take into account the specifics of rolling production, which forms a pronounced anisotropy of the mechanical properties of the metal. In addition, these devices are practically unsuitable for operation as part of multichannel high-performance control systems in industrial production.

Во-первых, при большом количестве датчиков (одновременно их может потребоваться несколько сотен), серьезной проблемой может оказаться их низкая эксплуатационная стойкость, связанная с истиранием и высокой температурой объекта контроля.First, with a large number of sensors (several hundred of them may be required at the same time), a serious problem may be their low operational stability associated with abrasion and high temperature of the test object.

Также грязь, мусор, отслаивающаяся окалина, часто встречающиеся на поверхности проката, будут неизбежно и неконтролируемо изменять зазор между датчиками и OK. Это является весьма нежелательным явлением, поскольку любая система компенсации влияния изменения зазора обладает погрешностью, которая может существенно снизить достоверность контроля.Also, dirt, debris, flaking scale, often found on the surface of the rolled products, will inevitably and uncontrollably change the gap between the sensors and OK. This is a very undesirable phenomenon, since any system for compensating for the effect of changing the gap has an error that can significantly reduce the reliability of the control.

Другим недостатком систем вихретокового контроля является их взаимное влияние. Для сплошного контроля листового проката требуется весьма плотное расположение рабочих катушек. Независимая регистрация изменения амплитуды и/или фазы сравнительно низкочастотного гармонического или квазигармонического сигнала в разных катушках требует времени, а исключение или, по крайней мере, существенное снижение их взаимного электромагнитного влияния в ряде случаев может оказаться серьёзной проблемой.Another disadvantage of eddy current testing systems is their mutual influence. A very dense arrangement of the working coils is required for continuous testing of sheet metal. Independent registration of changes in the amplitude and/or phase of a relatively low-frequency harmonic or quasi-harmonic signal in different coils takes time, and the exclusion or, at least, a significant reduction in their mutual electromagnetic influence in some cases can be a serious problem.

Существенным недостатком указанных устройств является так же их низкая помехозащищенность, связанная с неизбежными в условиях промышленного производства мешающими факторами, в частности, с негативным влиянием практически неизбежных флуктуаций остаточных магнитных полей на поверхности ОК.A significant disadvantage of these devices is also their low noise immunity, associated with the inevitable in the conditions of industrial production interfering factors, in particular, with the negative influence of the almost inevitable fluctuations of the residual magnetic fields on the surface of the OC.

Известно устройство для определения однородности механических свойств изделий из металла и обнаружения в них зон с аномальной твердостью по патенту РФ на изобретение № 2690074, опубл. 05.04.2019, МПК G01N27/82, выбранное в качестве прототипа, содержащее рольганг для перемещения объекта контроля (ОК) в процессе контроля, демагнетизатор, систему компенсации влияния рабочего зазора, и комплект из как минимум двух электромагнитных датчиков (ЭД), каждый из которых содержит по крайней мере одну рабочую катушку, корпус, отличающееся тем, что каждый ЭД представляет собой сборку из как минимум двух рабочих катушек (РК), намотанных на U-образные сердечники, причем линии, соединяющие полюса каждого сердечника ориентированы параллельно друг другу таким образом, что генерируемое катушками переменное магнитное поле замыкается через ОК, либо вдоль, либо поперек направления прокатки, причем частота F максимума в спектре генерируемого ЭД магнитного поля выбирается из соотношения: F ≤ 0,8 × Fc, где Fc - частота, при которой изменение индуктивности РК при приближении ЭД к ОК меняет направление с положительного (индуктивность при приближении растёт) на отрицательное (индуктивность при приближении падает), а система компенсации зазора дополнительно содержит систему подачи сжатого воздуха к ЭД, причём каждый ЭД дополнительно содержит как минимум одно отверстие, выполненное в подошве ЭД (со стороны объекта контроля), и служащее для выхода воздуха из подошвы ЭД и создания воздушной подушки в пространстве между ОК и ЭД, а площадь S подошвы ЭД удовлетворяет условию: S ≥ 5000/Р, где S - площадь подошвы ЭД в мм2; Р - давление воздуха на входе в ЭД, в барах, причем форма подошвы соответствует форме ОК, а каждый ЭД дополнительно содержит устройство для его прижатия объекту контроля с заданной силой, обеспечивающей стабилизацию зазора между ОК и ЭД на заданном значении.A device is known for determining the uniformity of the mechanical properties of metal products and detecting zones with abnormal hardness in them according to the RF patent for the invention No. 2690074, publ. 04/05/2019, IPC G01N27 / 82, selected as a prototype, containing a roller table for moving the test object (OC) in the control process, a demagnetizer, a working gap effect compensation system, and a set of at least two electromagnetic sensors (ED), each of which contains at least one working coil, a housing, characterized in that each EM is an assembly of at least two working coils (RC) wound on U-shaped cores, and the lines connecting the poles of each core are oriented parallel to each other in such a way that that the alternating magnetic field generated by the coils closes through the OK, either along or across the rolling direction, and the frequency F of the maximum in the spectrum of the magnetic field generated by the ED is selected from the relation: F ≤ 0.8 × Fc, where Fc is the frequency at which the change in the inductance of the RC when the ED approaches the OK, it changes direction from positive (inductance increases as it approaches) to negative (inductance as drops when approaching), and the gap compensation system additionally contains a system for supplying compressed air to the EM, and each EM additionally contains at least one hole made in the sole of the EM (from the side of the test object), and which serves to release air from the sole of the EM and create an air cushion in the space between OK and ED, and the area S of the sole of the ED satisfies the condition: S ≥ 5000/P, where S is the area of the sole of the ED in mm 2 ; P is the air pressure at the EM inlet, in bars, the shape of the sole corresponds to the shape of the OC, and each EM additionally contains a device for pressing it against the control object with a given force, which ensures the stabilization of the gap between the OC and the EM at a given value.

Это известное устройство хорошо зарекомендовало себя в условиях производства горячекатаного листового проката: группы ЭД и находящиеся в них линейки РК защищены как от взаимного влияния, так и от агрессивного воздействия ОК.This well-known device has proven itself well in the production of hot-rolled sheet metal: the ED groups and the RC lines located in them are protected both from mutual influence and from the aggressive effects of OK.

Основной недостаток известного устройства, как и всех аналогичных устройств, заключается в обязательном наличии в его составе низкочастотного демагнетизатора. Этот громоздкий и весьма дорогой агрегат существенно снижает производительность станции электромагнитного контроля механических свойств металла. Это связано с тем, что стальные листы в ходе их производства транспортируют, как правило, магнитными кранами. Обусловленная ими остаточная намагниченность существенно снижает достоверность результатов электромагнитного контроля листов, поскольку реакция измерительной системы на намагниченный участок зачастую оказывается полностью аналогичной реакции на участок с аномальной твердостью.The main disadvantage of the known device, as well as all similar devices, is the mandatory presence of a low-frequency demagnetizer in its composition. This bulky and very expensive unit significantly reduces the productivity of the station for electromagnetic control of the mechanical properties of the metal. This is due to the fact that steel sheets are transported during their production, as a rule, by magnetic cranes. The residual magnetization caused by them significantly reduces the reliability of the results of electromagnetic testing of sheets, since the reaction of the measuring system to the magnetized area often turns out to be completely similar to the reaction to the area with anomalous hardness.

Для того чтобы качественно размагнитить лист на всю его глубину, требуется применение очень низких частот рабочего тока демагнетизатора – вплоть до 0,5 Гц. Для надежной демагнетизации каждый участок листа должен подвергнуться воздействию медленно меняющегося электромагнитного поля на протяжении нескольких периодов рабочей частоты демагнетизатора. Это обусловливает значительные временные потери при производстве листов специального назначения. Но даже в хорошо размагниченном листе могут появляться участки с ненулевой остаточной намагниченностью, обусловленные различными факторами, присущими реальному металлургическому производству. Как показал опыт эксплуатации установки электромагнитного контроля листового проката, участки со спонтанной намагниченностью являются серьёзной помехой при проведении электромагнитного контроля, и часто приводят к перебраковке.In order to qualitatively demagnetize the sheet to its entire depth, the use of very low frequencies of the operating current of the demagnetizer is required - up to 0.5 Hz. For reliable demagnetization, each section of the sheet must be exposed to a slowly changing electromagnetic field over several periods of the operating frequency of the demagnetizer. This causes significant time losses in the production of sheets for special purposes. But even in a well-demagnetized sheet, areas with non-zero residual magnetization may appear, due to various factors inherent in real metallurgical production. As the experience of operating the installation of electromagnetic testing of rolled products has shown, areas with spontaneous magnetization are a serious hindrance in the conduct of electromagnetic testing, and often lead to re-rejection.

Технической проблемой, решаемой с помощью заявляемого изобретения, является недостаточная надёжность и точность определения однородности механических свойств металлических изделий, получаемых при помощи проката с помощью известных устройств.The technical problem solved with the help of the claimed invention is the lack of reliability and accuracy in determining the uniformity of the mechanical properties of metal products obtained by rolling using known devices.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надёжности, производительности и точности определения однородности механических свойств изделий, получаемых при помощи проката.The technical result of the present invention is to increase the reliability, productivity and accuracy of determining the uniformity of the mechanical properties of products obtained by rolling.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для обнаружения зон с неоднородными физическими свойствами в изделиях из металлопроката содержит рольганг для перемещения объекта контроля в процессе контроля, систему компенсации влияния рабочего зазора, блок управления генераторами, и комплект из как минимум двух электромагнитных датчиков, каждый из которых представляет собой сборку из как минимум двух рабочих катушек, намотанных на U-образные сердечники, предназначенных для генерации в объекте контроля измерительных электромагнитных импульсов, замыкающихся через объект контроля, либо вдоль, либо поперёк направления прокатки, и регистрации электрических сигналов, обусловленных влиянием объекта контроля, снимаемых с тех же рабочих катушек, либо с отдельных измерительных катушек, намотанных на те же U-образные сердечники, с подключенными параллельно рабочей и/или измерительной катушкам конденсаторами, ёмкость которых определяет рабочую частоту затухающих колебаний, при этом генератор измерительных электромагнитных импульсов осуществляет периодическую инверсию фазы измерительных импульсов, причём устройство также содержит блок анализа и сопоставления сигналов, полученных при воздействии на один и тот же участок объекта контроля электромагнитными импульсами с противоположными начальными фазами.The specified technical result is achieved by the fact that the device for detecting zones with inhomogeneous physical properties in rolled metal products contains a roller table for moving the test object in the control process, a system for compensating the influence of the working gap, a generator control unit, and a set of at least two electromagnetic sensors, each of which is an assembly of at least two working coils wound on U-shaped cores, designed to generate measuring electromagnetic pulses in the control object, closing through the control object, either along or across the rolling direction, and recording electrical signals due to the influence of the control object , taken from the same working coils, or from separate measuring coils wound on the same U-shaped cores, with capacitors connected in parallel to the working and / or measuring coils, the capacitance of which determines the operating frequency of the damped oscillations, while m generator of measuring electromagnetic pulses performs periodic inversion of the phase of the measuring pulses, and the device also contains a unit for analyzing and comparing the signals obtained when the same area of the control object is exposed to electromagnetic pulses with opposite initial phases.

Кроме того, указанное устройство дополнительно может содержать как минимум один генератор импульсов подмагничивающего тока, соединённый с рабочими катушками, и обеспечивающий пропускание через них импульсов подмагничивающего тока заданной амплитуды и длительности, и чередующейся полярностью, которые, как правило, предшествуют измерительным импульсам.In addition, the specified device may additionally contain at least one magnetizing current pulse generator connected to the working coils, and ensuring the passage through them of bias current pulses of a given amplitude and duration, and of alternating polarity, which, as a rule, precede the measuring pulses.

Кроме того, функции генератора измерительных импульсов и генератора импульсов подмагничивающего тока может выполнять один и тот же генератор, причём, режимы его работы в тот или иной момент времени определяются алгоритмом, реализованным в блоке управления генераторами.In addition, the functions of the generator of measuring pulses and the generator of bias current pulses can be performed by the same generator, moreover, its operating modes at one time or another are determined by the algorithm implemented in the generator control unit.

Кроме того, каждая рабочая или измерительная катушка может содержать как минимум один дополнительный конденсатор, и как минимум один электронный коммутатор, соединенный как с рабочей или измерительной катушкой, так и с дополнительным конденсатором, и обеспечивающий периодическое изменение резонансной частоты рабочего контура и переход его с одной частоты на другую.In addition, each working or measuring coil may contain at least one additional capacitor, and at least one electronic switch connected to both the working or measuring coil and the additional capacitor, and providing a periodic change in the resonant frequency of the working circuit and its transition from one frequency to another.

В результате использования заявляемой конструкции устройства для обнаружения зон с неоднородными физическими свойствами расширяется частотный спектр информативных сигналов, позволяющий получать дополнительную информацию о состоянии ОК, а также повышается помехозащищённость во время осуществления контроля. Кроме того, заявляемое устройство позволяет исключить или, по крайней мере, существенно ослабить негативное влияние участков ОК с остаточной намагниченностью. Это приводит к возможности либо отказаться от применения демагнетизатора, либо существенно снизить его габариты и стоимость.As a result of using the proposed design of the device for detecting zones with inhomogeneous physical properties, the frequency spectrum of informative signals is expanded, which makes it possible to obtain additional information about the state of the OK, and the noise immunity during monitoring is also increased. In addition, the claimed device makes it possible to eliminate or at least significantly reduce the negative impact of OC sections with residual magnetization. This leads to the possibility of either abandoning the use of a demagnetizer or significantly reducing its size and cost.

Таким образом, за счёт заявляемой конструкции устройства для обнаружения зон с неоднородными физическими свойствами повышается надёжность, производительность и точность определения однородности механических свойств изделий из металлопроката.Thus, due to the proposed design of the device for detecting zones with inhomogeneous physical properties, the reliability, productivity and accuracy of determining the uniformity of the mechanical properties of rolled metal products are increased.

В качестве примера на Фиг. 1 приведена функциональная схема измерительной части заявляемого устройства, на которой обозначены:As an example, in FIG. 1 shows a functional diagram of the measuring part of the proposed device, which indicates:

К1 – К4 – ключи управления током; K1 - K4 - current control keys;

L – измерительная катушка;L - measuring coil;

С1 и С2 – контурные конденсаторы; C1 and C2 - loop capacitors;

К5 – ключ подключения конденсатора С2; K5 - key for connecting capacitor C2;

D1, D2 – защитные диоды; D1, D2 - protective diodes;

S1 – S5 – управляющие сигналы.S1 - S5 - control signals.

Измерительная катушка L, намотанная, например, на U-образном сердечнике, размещена в индуктивном датчике, находящемся вблизи ОК, и имеющая с ним. Сердечник может иметь и иную форму, так же обеспечивающую электромагнитную связь катушки с ОК.The measuring coil L, wound, for example, on a U-shaped core, is placed in an inductive sensor located near OK, and having with it. The core can also have a different shape, which also provides electromagnetic coupling of the coil with OK.

Схема работает в нескольких возможных вариантах. Ниже приведены примеры трех основных вариантов работы схемы.The scheme works in several possible ways. The following are examples of the three main options for how the circuit works.

Вариант 1Option 1

Намагничивающий импульс совмещен с импульсом, запускающим колебания в контуре.The magnetizing pulse is combined with the pulse that starts oscillations in the circuit.

При одновременном кратковременном замыкании ключей К1 и К3, осуществляемом с помощью управляющих сигналов S1 и S3, к контуру L-С1 будет приложено напряжение от источника напряжения U. Если время замкнутого состояния ключей К1 и К3 существенно меньше периода собственных колебаний контура L- С1, то в контуре начнется затухающий колебательный процесс с начальной фазой Ф1, параметры которого, в том числе, определяются физическими свойствами ОК. Первая, запускающая, самая интенсивная «порция» тока через катушку L, как начальная компонента колебательного процесса, является, по сути, импульсом намагничивания. Как реакция на этот импульс тока, при достаточной его интенсивности, произойдет частичное перестроение магнитных доменов на поверхности ОК, и, как следствие, некоторое изменение электромагнитных свойств поверхностного слоя ОК, в частности, его магнитной проницаемости.With the simultaneous short-term closure of keys K1 and K3, carried out using control signals S1 and S3, voltage from the voltage source U will be applied to the L-C1 circuit. a damped oscillatory process with an initial phase Ф1 will begin in the circuit, the parameters of which, among other things, are determined by the physical properties of the OK. The first, triggering, most intense "portion" of current through the coil L, as the initial component of the oscillatory process, is, in fact, a magnetization pulse. As a reaction to this current pulse, at its sufficient intensity, there will be a partial rearrangement of the magnetic domains on the OC surface, and, as a result, some change in the electromagnetic properties of the OC surface layer, in particular, its magnetic permeability.

После завершения (затухания) описанного выше колебательного процесса, с помощью управляющих сигналов S2 и S4 осуществляют кратковременное замыкание второй пары ключей - К2 и К4. К контуру L-С1 будет вновь приложено напряжение от источника напряжения U, но в противоположном относительно предыдущего случая направлении. Если время замкнутого состояния ключей К1 и К3 существенно меньше периода собственных колебаний контура L-С1, то в контуре опять начнется затухающий колебательный процесс, но на этот раз с начальной фазой Ф2, противоположной фазе Ф1.After completion (attenuation) of the oscillatory process described above, with the help of control signals S2 and S4, a short-term closure of the second pair of keys - K2 and K4 is carried out. The voltage from the voltage source U will be again applied to the circuit L-C1, but in the opposite direction compared to the previous case. If the time of the closed state of the switches K1 and K3 is significantly less than the period of natural oscillations of the circuit L-C1, then the damped oscillatory process will again begin in the circuit, but this time with the initial phase F2, opposite to the phase F1.

Пара описанных выше затухающих импульсов, после ее последовательной оцифровки, поступает на устройство анализа и сопоставления сигналов, полученных при протекании через один и тот же участок ОК токов с двумя противоположными начальными фазами. В случае если ОК не намагничен, то эти сигналы будут иметь практически идентичные измеряемые характеристики: период, амплитуды, декремент затухания, и т.д. Намагниченный участок ОК вызовет асимметрию принимаемых сигналов, степень которой зависит от величины и направления вектора остаточного магнитного поля. Заметим, что вектор остаточного поля, как правило, параллелен направлению «легкого» намагничивания (чаще всего, это направление прокатки), и, с учетом ориентации U-образного сердечника катушки L, которая так же совпадает с направлением прокатки, будет либо складываться с начальным полем катушки, либо вычитаться из него.The pair of damped pulses described above, after its sequential digitization, is fed to the device for analyzing and comparing the signals obtained when currents flow through the same section of the OK with two opposite initial phases. If the OK is not magnetized, then these signals will have almost identical measured characteristics: period, amplitudes, damping decrement, etc. The magnetized section of the OK will cause asymmetry of the received signals, the degree of which depends on the magnitude and direction of the residual magnetic field vector. Note that the residual field vector, as a rule, is parallel to the “easy” magnetization direction (most often, this is the rolling direction), and, taking into account the orientation of the U-shaped coil core L, which also coincides with the rolling direction, will either add up with the initial field of the coil, or subtracted from it.

Чем больше отличие отношения численных значений одноименных параметров, полученных при их измерениях в разных фазах начального тока от единицы, тем больше остаточная намагниченность. Эти отношения являются базисом для выработки корректирующих воздействий на измеряемые параметры.The greater the difference in the ratio of the numerical values of the parameters of the same name obtained by their measurements in different phases of the initial current from unity, the greater the residual magnetization. These relationships are the basis for developing corrective actions on the measured parameters.

Например, отношение численных значений периодов T1 и Т2 затухающих процессов, измеренных в фазе Ф1 и Ф2, должно быть, как правило, равным единице - независимо от зазора между датчиком и ОК, его температуры, шероховатости, электропроводности, и других физических характеристик.For example, the ratio of the numerical values of the periods T1 and T2 of damped processes measured in phases F1 and F2 should, as a rule, be equal to one - regardless of the gap between the sensor and the OC, its temperature, roughness, electrical conductivity, and other physical characteristics.

Исключение составляет только остаточная намагниченность участка ОК, которая сразу же приводит к отклонению этого отношения от единицы. Вместо периода, или в дополнение к нему, можно использовать другие величины, характеризующие колебательный процесс, например, декремент затухания или амплитуды.The only exception is the residual magnetization of the OC section, which immediately leads to a deviation of this ratio from unity. Instead of the period, or in addition to it, you can use other quantities that characterize the oscillatory process, for example, the damping or amplitude decrement.

Данный процесс измерения повторяется по циклу:This measurement process is repeated in a cycle:

- Намагничивание в фазе Ф1 и, одновременно, запускание колебательного процесса в начальной фазе Ф1;- Magnetization in phase F1 and, at the same time, starting the oscillatory process in the initial phase F1;

- Намагничивание в фазе Ф2 и, одновременно, запускание колебательного процесса в начальной фазе Ф1.- Magnetization in the phase F2 and, at the same time, the launch of the oscillatory process in the initial phase F1.

Вариант 2Option 2

Для усиления эффекта предварительного намагничивания поверхности ОК, можно, с помощью тех же ключей К1-К4 пропустить через катушку L импульсы тока высокой интенсивности. Для этого длительность открывания ключей должна быть достаточно большой.To enhance the effect of pre-magnetization of the OK surface, it is possible, using the same keys K1-K4, to pass high-intensity current pulses through the coil L. To do this, the duration of opening the keys must be sufficiently large.

Цикл контроля в этом случае будет иметь следующий вид:The control cycle in this case will look like this:

- Намагничивание в фазе Ф1;- Magnetization in phase F1;

- Измерительный импульс в фазе Ф1;- Measuring pulse in phase Ф1;

- Намагничивание в фазе Ф2;- Magnetization in phase F2;

- Измерительный импульс в фазе Ф2.- Measuring pulse in phase F2.

Как реакция на интенсивные намагничивающие импульсы разной полярности, произойдет более интенсивная (частичная) переориентация доменов на поверхности ОК, степень которой будет зависеть от фазы импульса намагничивания. Таким образом, контраст при измерении параметров колебательного процесса в одном и другом направлении будет выражен в еще большей степени, нежели в варианте 1.As a response to intense magnetizing pulses of different polarity, a more intense (partial) reorientation of domains on the OC surface will occur, the degree of which will depend on the phase of the magnetization pulse. Thus, the contrast when measuring the parameters of the oscillatory process in one and the other direction will be expressed to an even greater extent than in option 1.

Вариант 3Option 3

Периодическое изменение спектра измерительного сигнала. Оно осуществляется путем периодического подключения конденсатора С2 к колебательному контуру. При этом наблюдение за двумя колебательными процессами, осуществляющимися на разных частотах, позволяет существенно расширить набор информативных параметров, и в еще большей степени повысить достоверность и помехозащищенность процесса электромагнитного контроля.Periodic change in the spectrum of the measuring signal. It is carried out by periodically connecting the capacitor C2 to the oscillatory circuit. At the same time, the observation of two oscillatory processes occurring at different frequencies makes it possible to significantly expand the set of informative parameters, and to an even greater extent increase the reliability and noise immunity of the electromagnetic control process.

Более низкая собственная частота F2 колебательного контура обеспечивается подключением к нему конденсатора С2, которое осуществляется путем электронной коммутации ключа К5 (с помощью сигнала S5).A lower natural frequency F2 of the oscillatory circuit is provided by connecting a capacitor C2 to it, which is carried out by electronic switching of the key K5 (using the signal S5).

В этом случае цикл измерений может иметь следующий вид:In this case, the measurement cycle may look like this:

- Намагничивание в фазе Ф1 (ключ К5 разомкнут);- Magnetization in phase F1 (key K5 is open);

- Инициирование измерительного импульса в фазе Ф1 на частоте F1 (ключ К5 разомкнут);- Initiation of the measuring pulse in phase F1 at frequency F1 (key K5 is open);

- Инициирование измерительного импульса в фазе Ф1 на частоте F2 (ключ К5 замкнут);- Initiation of the measuring pulse in phase F1 at frequency F2 (key K5 is closed);

- Намагничивание в фазе Ф2 (ключ К5 разомкнут);- Magnetization in phase F2 (key K5 is open);

- Инициирование измерительного импульса в фазе Ф2 на частоте F1 (ключ К5 разомкнут);- Initiation of the measuring pulse in phase F2 at frequency F1 (key K5 is open);

- Инициирование измерительного импульса в фазе Ф1 на частоте F2 (ключ К5 замкнут);- Initiation of the measuring pulse in phase F1 at frequency F2 (key K5 is closed);

Возможны также и другие варианты использования приведённой выше измерительной схемы.There are also other options for using the above measuring circuit.

Claims (4)

1. Устройство для обнаружения зон с неоднородными физическими свойствами в изделиях из металлопроката, содержащее рольганг для перемещения объекта контроля в процессе контроля, систему компенсации влияния рабочего зазора, блок управления генераторами и комплект из как минимум двух электромагнитных датчиков, каждый из которых представляет собой сборку из как минимум двух рабочих катушек, намотанных на U-образные сердечники, предназначенных для генерации в объекте контроля измерительных электромагнитных импульсов, замыкающихся через объект контроля, либо вдоль, либо поперёк направления прокатки, и регистрации электрических сигналов, обусловленных влиянием объекта контроля, снимаемых с тех же рабочих катушек, либо с отдельных измерительных катушек, намотанных на те же U-образные сердечники, с подключенными параллельно рабочей и/или измерительной катушкам конденсаторами, ёмкость которых определяет рабочую частоту затухающих колебаний, отличающееся тем, что генератор измерительных электромагнитных импульсов осуществляет периодическую инверсию фазы измерительных импульсов, причем устройство также содержит блок анализа и сопоставления сигналов, полученных при воздействии на один и тот же участок объекта контроля электромагнитными импульсами с противоположными начальными фазами.1. A device for detecting zones with inhomogeneous physical properties in rolled metal products, containing a roller table for moving the test object in the test process, a system for compensating for the effect of a working gap, a generator control unit and a set of at least two electromagnetic sensors, each of which is an assembly of at least two working coils wound on U-shaped cores, designed to generate measurement electromagnetic pulses in the test object, closing through the test object, either along or across the rolling direction, and recording electrical signals due to the influence of the test object, taken from the same working coils, or from separate measuring coils wound on the same U-shaped cores, with capacitors connected in parallel to the working and / or measuring coils, the capacitance of which determines the operating frequency of the damped oscillations, characterized in that the generator of the measuring electrome magnetic pulses performs a periodic inversion of the phase of the measuring pulses, and the device also contains a block for analyzing and comparing the signals obtained when the same area of the test object is exposed to electromagnetic pulses with opposite initial phases. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит как минимум один генератор импульсов подмагничивающего тока, соединенный с рабочими катушками, и обеспечивающий пропускание через них импульсов подмагничивающего тока заданной амплитуды и длительности, и чередующейся полярностью, которые, как правило, предшествуют измерительным импульсам.2. The device according to claim 1, characterized in that it contains at least one magnetizing current pulse generator connected to the working coils, and ensuring the passage through them of bias current pulses of a given amplitude and duration, and alternating polarity, which, as a rule, precede measuring impulses. 3. Устройство по пп. 1, 2, отличающееся тем, что функции генератора измерительных импульсов и генератора импульсов подмагничивающего тока выполняет один и тот же генератор, причём, режимы его работы в тот или иной момент времени определяются алгоритмом, реализованным в блоке управления генераторами.3. The device according to paragraphs. 1, 2, characterized in that the functions of the measuring pulse generator and the magnetizing current pulse generator are performed by the same generator, moreover, its operating modes at one time or another are determined by the algorithm implemented in the generator control unit. 4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что каждая рабочая или измерительная катушка содержит как минимум один дополнительный конденсатор и как минимум один электронный коммутатор, соединенный как с рабочей или измерительной катушкой, так и с дополнительным конденсатором, и обеспечивающий периодическое изменение резонансной частоты рабочего контура и переход его с одной частоты на другую. 4. The device according to paragraphs. 1 - 3, characterized in that each working or measuring coil contains at least one additional capacitor and at least one electronic switch connected both to the working or measuring coil and to the additional capacitor, and providing a periodic change in the resonant frequency of the working circuit and the transition it from one frequency to another.
RU2021117734A 2021-06-18 2021-06-18 Device for detecting zones with inhomogeneous physical properties in rolled metal products RU2767939C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021117734A RU2767939C1 (en) 2021-06-18 2021-06-18 Device for detecting zones with inhomogeneous physical properties in rolled metal products

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021117734A RU2767939C1 (en) 2021-06-18 2021-06-18 Device for detecting zones with inhomogeneous physical properties in rolled metal products

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2767939C1 true RU2767939C1 (en) 2022-03-22

Family

ID=80819659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021117734A RU2767939C1 (en) 2021-06-18 2021-06-18 Device for detecting zones with inhomogeneous physical properties in rolled metal products

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2767939C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2818648C1 (en) * 2023-11-21 2024-05-03 Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" Device for determining homogeneity of mechanical properties of articles made from ferromagnetic materials and detecting zones with abnormal hardness therein

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4727321A (en) * 1985-05-03 1988-02-23 Nukem Gmbh Method and device for magnetic and ultrasonic testing of ferro-magnetic objects
US7839143B2 (en) * 2003-09-19 2010-11-23 Tk Holdings Inc. Eddy current magnetic crash sensor
RU2690074C2 (en) * 2017-10-05 2019-05-30 Андрей Васильевич Кириков Device for determining uniformity of mechanical properties of articles of their metal and detection in them of zones with abnormal hardness
RU2701754C1 (en) * 2018-10-02 2019-10-01 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ) Method for determining the defect location of conductive cable elements

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4727321A (en) * 1985-05-03 1988-02-23 Nukem Gmbh Method and device for magnetic and ultrasonic testing of ferro-magnetic objects
DE3674453D1 (en) * 1985-05-03 1990-10-31 Nukem Gmbh METHOD AND DEVICE FOR DESTRUCTION-FREE TESTING OF FERROMAGNETIC BODIES.
US7839143B2 (en) * 2003-09-19 2010-11-23 Tk Holdings Inc. Eddy current magnetic crash sensor
RU2690074C2 (en) * 2017-10-05 2019-05-30 Андрей Васильевич Кириков Device for determining uniformity of mechanical properties of articles of their metal and detection in them of zones with abnormal hardness
RU2701754C1 (en) * 2018-10-02 2019-10-01 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ) Method for determining the defect location of conductive cable elements

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2818648C1 (en) * 2023-11-21 2024-05-03 Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" Device for determining homogeneity of mechanical properties of articles made from ferromagnetic materials and detecting zones with abnormal hardness therein

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kostin et al. Magnetic and magnetoacoustic testing parameters of the stressed–strained state of carbon steels that were subjected to a cold plastic deformation and annealing
Sheng et al. Evaluation of pipeline steel mechanical property distribution based on multimicromagnetic NDT method
Titto et al. Non-destructive magnetic measurement of steel grain size
RU2767939C1 (en) Device for detecting zones with inhomogeneous physical properties in rolled metal products
US6064315A (en) Zero speed transducer
Barandiaran et al. New sensors based on the magnetoelastic resonance of metallic glasses
JP2018132426A (en) Reinforcement diameter of ferroconcrete, measuring device of covering, and reinforcement arrangement direction measuring method
RU2690074C2 (en) Device for determining uniformity of mechanical properties of articles of their metal and detection in them of zones with abnormal hardness
JP5026195B2 (en) Metal fatigue identification device and metal fatigue identification method
Lo et al. Magnetic nondestructive characterization of case depth in surface‐hardened steel components
US3706026A (en) Apparatus for determining resonant frequencies of a specimen of magnetostrictive material
WO2025108531A1 (en) Device for determining the uniformity of mechanical properties of articles made of ferromagnetic materials and detecting regions of abnormal hardness therein
Roy et al. An electromagnetic sensing device for microstructural phase determination of steels through non-destructive evaluation
RU2231055C1 (en) Device for ultrasonic monitoring of strength characteristics of material of moving rolled sheets
Augustyniak et al. Multiparameter magnetomechanical NDE
JPH07190991A (en) Transformation rate measuring method and apparatus
SU1437679A1 (en) Electromagnetic method and apparatus for complex check of ferromagnetic articles
Kuansheng et al. A new frequency-tuned longitudinal wave transducer for nondestructive inspection of pipes based on magnetostrictive effect
JPS62229038A (en) Stress measuring apparatus
JP2010276351A (en) Magnetic object detection device
Martínez-de-Guerenu et al. Use of magnetic techniques for characterisation of the microstructure evolution during the annealing of low carbon steels
JPH07113625B2 (en) Steel plate flaw detection device
Ng et al. Measurement of stress in an elastically bent steel bar by magnetoacoustic emission
SU1099269A1 (en) Device for eddy-current checking of electroconductive materials
SU1543339A1 (en) Eddy current method of measuring thickness of coatings