Устройство ультразвукового контроля металлической проволоки

Авторы патента:

Полезная модель относится к устройствам для исследования материалов с помощью ультразвуковых волн и может быть использована при контроле неравномерности распределения остаточных напряжений и структурного состояния металла по длине проволоки при приемочных испытаниях на метизных производствах. Техническими задачами заявленной полезной модели являются: повышение технологичности устройства ультразвукового контроля металлической проволоки за счет упрощения его конструкции и применения бесконтактного способа ввода и приема упругих ультразвуковых волн, а также повышение достоверности контроля неравномерности распределения остаточных напряжений и структурного состояния металла по длине проволоки в процессе перемотки. Указанные задачи решены за счет того, что в устройстве ультразвукового контроля металлической проволоки, содержащем механизм перемотки проволоки, излучающий преобразователь, соединенный с генератором зондирующих электрических импульсов, и приемный преобразователь, соединенный с усилителем и блоком регистрации, излучающий и приемный преобразователи выполнены в виде электромагнитно-акустических преобразователей. Кроме того, упомянутые электромагнитно-акустические преобразователи могут быть выполнены многосекционными, а блок регистрации может быть выполнен, например, на основе цифрового осциллографа или аналого-цифрового преобразователя, подключенного к персональному компьютеру.

Из уровня техники известен стационарный вихретоковый дефектоскоп для поточного контроля металлической проволоки Eddychek LAB2 (Неразрушающий контроль: справочник: в 7 т. Под общ. ред. В.В. Клюева), содержащий устройство перемотки проволоки, размагничивающее устройство, измерительный специализированный датчик, блок регистрации, блок маркировки дефектных участков [1].

Недостатком известного технического решения, использующего в качестве метода контроля (определения механических напряжений) регистрацию изменения параметров вихревых токов, возникающих в металлической проволоке, являются:

ограничение по минимально возможному диаметру контролируемой проволоки (1 мм), низкая чувствительность к структурным неоднородностям.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для структуроскопии металлической проволоки, содержащее калиброванное устройство натяжения, блок генерации, вырабатывающий короткие электрические импульсы, блок регистрации и подключенные к ним, соответственно, электромагнито-акустические излучатель и приемник (Исследования акустоупругих характеристик стержневой волны в термически обработанных стальных проволоках электромагнитно-акустическим методом / Муравьев В.В., Муравьева О.В., Злобин Д.В., Платунов А.В. // Дефектоскопия. - 2012. - 8. - с.6-8).

Недостатком данного технического решения является то, что контроль возможен только коротких отдельных образцов проволоки. Устройство невозможно применить для сплошного контроля всего мотка проволоки. Кроме того, амплитуды снимаемых сигналов малы по амплитуде, что осложняет расшифровку результатов и автоматизацию процесса контроля [2].

Техническими задачами заявленной полезной модели являются: повышение технологичности устройства ультразвукового контроля металлической проволоки за счет применения бесконтактного способа ввода и приема упругих ультразвуковых волн, а также повышение точности контроля неравномерности распределения остаточных напряжений и структурного состояния металла по длине проволоки в процессе перемотки, путём применения многосекционных электромагнитно-акустических преобразователей.

Указанные задачи решены за счет того, что в устройстве ультразвукового контроля металлической проволоки, содержащем механизм перемотки проволоки, излучающий преобразователь, соединенный с генератором зондирующих электрических импульсов, и приемный преобразователь, соединенный с усилителем и блоком регистрации, излучающий и приемный преобразователи выполнены в виде электромагнитно-акустических преобразователей. Упомянутые электромагнитно--акустические преобразователи выполнены многосекционными, а блок регистрации может быть выполнен, например, на основе цифрового осциллографа или аналого-цифрового преобразователя, подключенного к персональному компьютеру.

Положительный технический результат, обеспечиваемый указанной совокупностью признаков, состоит в следующем: выполнение излучающего и приемного преобразователей в виде электромагнитно-акустических преобразователей позволяет упростить устройство за счет исключения специальной контактной жидкости и необходимости сложной фокусировки волн, а выполнение электромагнитно-акустических преобразователей многосекционными позволяет повысить точность определения контролируемых свойств проволоки за счет увеличения отношения сигнал/шум снимаемого сигнала.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана общая схема устройства ультразвукового контроля металлической проволоки; на фиг. 2-многосекционный электромагнитно-акустический преобразователь.

Устройство ультразвукового контроля металлической проволоки (фиг.1) содержит механизм перемотки проволоки, состоящий из ведущей (наматывающей) катушки 1, ведомой катушки 2 и направляющих роликов 3, излучающий электромагнитно-акустический преобразователь (ЭМАП) 4, соединенный с генератором 5 зондирующих электрических импульсов, приемный ЭМАП 6, соединенный с усилителем 7, и блок регистрации 8, подключенный к выходу усилителя. Блок регистрации может быть выполнен, например, на основе цифрового осциллографа или аналого-цифрового преобразователя, подключенного к персональному компьютеру. Излучающий (4) и приемный (6) ЭМАП, расположенные между направляющими роликами 3, могут быть выполнены проходными одноэлементными, при этом контролируемая проволока 9 пропускается через ЭМАП (фиг.1). Преобразователи могут быть выполнены многосекционными (фиг.2). Они состоят из последовательно соединенных обмоток 10, диэлектрического несущего каркаса 11 и постоянного магнита 12. Конструктивные размеры преобразователя (a, b, d, l, k) выбираются исходя из диаметра проволоки, ее магнитных свойств и параметров контроля. Увеличение регистрируемого сигнала на многосекционных ЭМАП достигнуто за счет расположения обмоток 10 (при последовательном соединении) таким образом, что принимаемый импульс на каждой из обмоток находится в синфазе.

Устройство работает следующим образом. При перемотке проволоки с катушки 2 (фиг.1) на катушку 1 через направляющие ролики 3 генератор 5 вырабатывает короткие электрические импульсы высокой амплитуды, которые с помощью ЭМАП 4 преобразуются в акустические импульсы в проволоке. Акустическая волна проходит по проволоке на приемный ЭМАП б, преобразующий акустические колебания в электрические импульсы, проходящие через усилитель 7 в регистратор 8. По параметрам электрического сигнала определяются механические свойства (модуль упругости) проволоки 9.

Наиболее информативен для обозначенной цели акустический метод контроля структурных изменений проволоки с использованием стержневой волны Похгаммера. Основным информативным параметром волны Похгаммера, регистрируемым предлагаемым устройством, является скорость С прохождения сигнала по участку проволоки между ЭМАП. При этом модуль упругости Е проволоки определяется по формуле Е = С², где - плотность материала. Изменение скорости волны Похгаммера, распространяющейся вдоль продольной оси проволоки с поляризацией в направлении продольной оси проволоки в условиях одноосных растяжений , может быть описано с помощью акустоупругого коэффициента _с:

где - продольная растягивающая нагрузка, С₀ - начальное значение скорости, С - изменение скорости при приложении растягивающей нагрузки [2].

В случае применения ЭМАП многосекционного типа удается достичь большего отношения сигнал/шум снимаемого сигнала, что позволяет повысить чувствительность контроля, а также обеспечить контроль проволок с меньшей эффективностью электромагнитно-акустического преобразования (контроль проволок из магнитномягких материалов).

Таким образом, предлагаемое устройство не зависит от качества контакта, не требует применения фокусирующих линз и контактной жидкости, имеет большую чувствительность, чем известные аналоги при контроле металлических проволок малых диаметров.

Список использованных источников:

1. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 2: В 2 кн. - М: Машиностроение, 2003. - 688 с: ил. - стр. 616-617.

2. Исследования акустоупругих характеристик стержневой волны в термически обработанных стальных проволоках электромагнитно-акустическим методом / Муравьев В.В., Муравьева О.В., Злобин Д.В., Платунов А.В. // Дефектоскопия. - 2012. - 8, с. 3-15.

1. Устройство ультразвукового контроля металлической проволоки, содержащее механизм перемотки проволоки, излучающий преобразователь, соединенный с генератором зондирующих электрических импульсов, и приемный преобразователь, соединенный с усилителем и блоком регистрации, излучающий и приемный преобразователи выполнены в виде электромагнитно-акустических преобразователей, отличающееся тем, что излучающий и приемный преобразователи выполнены многосекционными.

2. Устройство ультразвукового контроля металлической проволоки по п.1, отличающеесятем, блок регистрации выполнен на основе цифрового осциллографа.

3. Устройство ультразвукового контроля металлической проволоки по п.1, отличающееся тем, что блок регистрации выполнен на основе аналого-цифрового преобразователя, подключенного к персональному компьютеру.