Вплив механічних напружень на сигнал вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії
Представлено результати дослідження розробленого вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії з робочим діаметром 17 мм. Показано чутливість перетворювача до напружень розтягу і стиску у феромагнітних сталях. Зокрема, показано характер годографів сигналів на робочих частотах 5,0; 20,0 і 50,0...
Saved in:
| Published in: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
|---|---|
| Date: | 2018 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2018
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160643 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Вплив механічних напружень на сигнал вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії / В.М. Учанін, С.М. Мінаков // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2018. — № 1. — С. 21-26. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860043459364126720 |
|---|---|
| author | Учанін, В.М. Мінаков, С.М. |
| author_facet | Учанін, В.М. Мінаков, С.М. |
| citation_txt | Вплив механічних напружень на сигнал вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії / В.М. Учанін, С.М. Мінаков // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2018. — № 1. — С. 21-26. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description | Представлено результати дослідження розробленого вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії з робочим діаметром 17 мм. Показано чутливість перетворювача до напружень розтягу і стиску у феромагнітних сталях. Зокрема, показано характер годографів сигналів на робочих частотах 5,0; 20,0 і 50,0 кГц від напружень розтягу і стиску, створених під час реалізації циклу «навантаження–розвантаження» по схемі чотириточкового згину. Показано протилежний напрямок годографів для напружень розтягу і стиску від точки балансування, що дозволяє визначити характер напружень за напрямком годографу у комплексній площині або по знаку вихідного сигналу після амплітудно-фазового перетворення. Досліджено зміни амплітуди сигналу вихрострумового перетворювача під час реалізації циклу навантаження–розвантаження. Показано існування магнітопружного гістерезису для обох видів напружень.
Представлены результаты исследования разработанного вихретокового преобразователя магнитной анизотропии с рабочим диаметром 17 мм. Показана чувствительность преобразователя к напряжениям растяжения и сжатия в ферромагнитных сталях. В частности, показан характер годографов сигналов на рабочих частотах 5,0; 20,0 и 50,0 кГц от напряжений растяжения и сжатия, созданных при реализации цикла «нагрузка-разгрузка» по схеме чотырехточеченого изгиба. Показано противоположное направление годографов для напряжений растяжения и сжатия от точки балансировки, что позволяет определить характер напряжений по направлению годографу в комплексной плоскости или по знаку исходящего сигнала после амплитудно-фазового превращения. Исследованы изменения амплитуды сигнала вихретокового преобразователя при реализации цикла нагрузка-разгрузка. Показано существование магнитоупругого гистерезиса для обоих видов напряжений.
The paper gives the results of studying the developed eddy current transducer of magnetic anisotropy with working diameter of 17 mm. Transducer sensitivity to tensile and compressive stresses in ferromagnetic steels is shown. It particular, shown is the shape of signal travel time curves at working frequencies of 5.0; 20.0; and 50.0 kHz, due to tensile and compressive stresses, induced during realization of loading-unloading cycle by four-point bend schematic. Opposite direction of travel time curves for tensile and compressive stresses from the balancing point is demonstrated that allows determination of the nature of stresses in the direction of travel time curves in a complex plane, or by the output signal sign after amplitude-phase transformation. Changes in the amplitude of eddy current transducer signal during realization of loadingunloading cycle were studied. Existence of magneto-elastic hysteresis for both the kinds of loading is shown.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:57:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
21ISSn 02 - техн диа ностика и нера ру контрол , 2018, №1
А -т с АЗ
УДК 621.19.30 DOI: http://dx.doi.org/10.15407/tdnk2018.01.03
ВПЛИВ МЕХАНІЧНИХ НАПРУЖЕНЬ
НА СИГНАЛ ВИХРОСТРУМОВОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА
МАГНІТНОЇ АНІЗОТРОПІЇ
В. М. УЧАНІН1, С. М. МІНАКОВ2
1Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України. 79060, м. Львів, вул. Наукова, 5.
E-mail: uchanin@ipm.lviv.ua
2НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». 03056, м. Київ, пр-т Перемоги, 37
Представлено результати дослідження розробленого вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії з робочим
діаметром 17 мм. Показано чутливість перетворювача до напружень розтягу і стиску у феромагнітних сталях. Зокрема,
показано характер годографів сигналів на робочих частотах 5,0; 20,0 і 50,0 кГц від напружень розтягу і стиску, створених
під час реалізації циклу «навантаження–розвантаження» по схемі чотириточкового згину. Показано протилежний напря-
мок годографів для напружень розтягу і стиску від точки балансування, що дозволяє визначити характер напружень за
напрямком годографу у комплексній площині або по знаку вихідного сигналу після амплітудно-фазового перетворення.
Досліджено зміни амплітуди сигналу вихрострумового перетворювача під час реалізації циклу навантаження–розван-
таження. Показано існування магнітопружного гістерезису для обох видів напружень. Бібліогр. 24, рис. 4
К л ю ч о в і с л о в а : механічні напруження розтягу і стиску, магнітна анізотропія, вихрострумовий перетворювач,
годограф, магнітопружний гістерезис
Стан проблеми. Оцінювання технічного стану
і прогнозування довговічності конструкцій не-
можливі без інформації про їх напружений стан.
Особливої уваги слід приділяти критичним еле-
ментам конструкцій, де робочі напруження мо-
жуть додаватися до залишкових напружень. Зо-
крема це стосується зварних конструкцій через
характерні залишкові напруження, викликані
усадкою металу і фазовими змінами під час фор-
мування зварного шва [1–3].
Існуючі методи вимірювання напружень в еле-
ментах конструкцій можна поділити на руйнівні і
неруйнівні [4]. До найбільш популярних для ви-
значення залишкових напружень відносяться ме-
ханічні методи, побудовані на вимірюваннях де-
формацій під час відокремлення певної частки
матеріалу конструкції. В якості прикладу мож-
на назвати метод отвору з тензометричними ви-
мірюваннями поверхневих деформацій [5]. Зага-
лом, крім цього, відомо багато інших фізичних
методів, серед яких на практиці найчастіше ви-
користовують рентгенівський, ультразвуковий,
тензометричний, оптичні (голографічний і метод
електронної спекл-інтерферометрії) і магнітні ме-
тоди [4, 6–10]. Кожний з цих методів має свої пе-
реваги і обмеження, через що формуються відпо-
відні сфери їх застосування.
Значного поширення для визначення напру-
женого стану набули магнітні методи, побудовані
на властивості феромагнітних матеріалів зміню-
вати магнітний стан під впливом механічних на-
пружень, що обумовлено перебудовою магнітних
доменів [7]. Ця магнітомеханічна взаємодія обу-
мовлена дією зворотного магнітострикційного
ефекту (ефект Вілларі). Більшість магнітних ме-
тодів побудовано на залежності різних параметрів
петлі гістерезису або параметрів шумів Баркгаузе-
на від напружень [7–11]. В той же час встановити
однозначну функціональну залежність між цими
параметрами і напружено-деформованим і струк-
турним станом поки не вдається, незважаючи на
незаперечні успіхи у застосуванні цих методів.
Довгу історію розвитку мають магнітопружний
і магнітоанізотропний способи визначення напру-
женого стану, які також використовують зворот-
ний магнітострикційний ефект [12–20]. Магніто-
анізотропний метод побудований на визначенні
зміни анізотропії магнітних властивостей контро-
льованого матеріалу, що виникають під дією робо-
чих і залишкових напружень. Тобто йдеться про
складову магнітної анізотропії, яка обумовлена
напруженнями, на відміну від її кристалографіч-
ної і текстурної складових [21]. В англомовній лі-
тературі цю особливість іноді підкреслюють вда-
лим терміном «Stress induced magnetic anisotropy
method». Використання магнітоанізотропних пере-
творювачів дозволяє зменшити вплив низки факто-
рів, пов’язаних з впливом температури, зовнішніх
магнітних полів, змін зазору між перетворювачем і
контрольованою поверхнею тощо. Крім того, нами
показано інваріантні властивості магнітоанізотроп-
ного методу щодо структурного стану матеріалу, що
вигідно відрізняє його від інших магнітних методів і
створює передумови для побудови способів розділь-
ного визначення структурного і напруженого стану © В. М. Учанін, С. М. Мінаков, 2018
22 ISSn 02 - техн диа ностика и нера ру контрол , 2018, №1
А -т с АЗ
матеріалу на основі використання одночасно двох
магнітних методів [20, 22].
Магнітоанізотропний спосіб контролю тради-
ційно відносять до магнітних способів можливо
через те, що він базується на змінах магнітної про-
никності. Але у цій роботі будемо дотримуватися
альтернативної думки і вважати його варіантом ви-
хрострумового методу, зважаючи на використання
(у нашому випадку) змінного електромагнітного
поля. Можливим компромісом тут може бути усві-
домлення певного дуалізму цього методу, коли за
характером первинного електромагнітного поля
метод є типово вихрострумовим, а за параметром
досліджуваного матеріалу, який впливає на сиг-
нал, – магнітним. Повернення магнітоанізотроп-
ного способу вимірювання напружень в «лоно»
вихрострумового методу [20] дозволяє застосува-
ти традиційні для цього методу підходи, зокрема
пов’язані з презентацією сигналу первинного пере-
творювача, що буде реалізовано в даній роботі.
Методика досліджень. Конструкція вихро-
струмового перетворювача магнітної анізотропії
(ВСПМА) дозволяла визначити різницю між зна-
ченнями вторинного електромагнітного поля ви-
хрових струмів в двох точках, де їх напрямки (і від-
повідно напрямки первинного електромагнітного
поля) є ортогональними [23]. Це можливо викона-
ти, коли обмотки збудження і вимірювання розмі-
щені анаксіально. Вторинне електромагнітне поле
в кожній точці буде залежати від складових маг-
нітної проникності для відповідних ортогональ-
них напрямків первинного поля, які в свою чергу
залежать від прикладених чи залишкових напру-
жень. В конструкції використовували дві генера-
торні і дві вимірювальні обмотки, розміщені на
феритових осердях діаметром 4,3 мм. Робочий
діаметр ВСПМА 17 мм. Вихідні сигнали ВСПМА
реєстрували стандартним універсальним вихро-
струмовим дефектоскопом типу ВД 3-81 [24].
Зміни сигналу ВСПМА реєстрували у комплек-
сній площині дефектоскопа на робочих частотах
5,0; 20,0 і 50,0 кГц під час навантажень розтягу
і стиску. Крім цього, в режимі вимірювання реє-
стрували зміни амплітуди сигналів під час наван-
тажень розтягу і стиску на робочих частотах 5,0 і
10,0 кГц.
Експериментальна установка з встановленим
на зразку ВСПМА і вихрострумовим дефекто-
скопом подана на рис. 1, а. Установка працює по
схемі чистого згину, що забезпечується чотири-
точковим навантаженням силами Р (рис. 1, б). Пе-
ревагою такого навантаження є можливість фор-
мування напружень двох типів (стиску і розтягу)
на різних сторонах зразка. Із розподілу моментів
М згину по довжині зразка (рис. 1, б) видно, що в
центральній зоні зразка між точками прикладан-
ня сили P формується однорідний розподіл напру-
жень (поперечна сила на цій ділянці також від-
сутня). Це важливо, так як сигнал ВСПМА не буде
залежати від його положення на зразку у цих межах.
Прикладені сили можна змінювати вручну шляхом
гвинтового опускання важеля (на рис. 1, а) важіль
показано зверху, а гвинт важеля праворуч). Для ви-
значення напружень здійснювали вимірювання про-
гину у середині зразка за допомогою індикатора «го-
динникового типу» (див. рис. 1, а) із ціною поділки
0,01 мм, який попередньо був прокалібрований за
допомогою динамометра.
Досліджували зразки із сталі 09Г2С із перері-
зом 8×60 мм та довжиною 450 мм. Під час вста-
новлення ВСПМА на зразок за умови нульових
напружень на виході буде спостерігатися сиг-
нал, пов’язаний з текстурною складовою магніт-
ної анізотропії матеріалу і не ідеально однаковою
чутливістю зондів вимірювання електромагнітно-
го вторинного поля. Пов’язана з цими фактора-
ми похибка має адитивний характер і може бути
компенсована стандартною для вихрострумових
дефектоскопів процедурою компенсації небалан-
су. Для цього дефектоскоп має функцію векторної
Рис. 1. Експериментальна установка для чотири-
точкового навантаження з вихрострумовим де-
фектоскопом типу ВД 3-81 (а) по схемі чистого
згину (б): с = 100; d = 200 мм
23ISSn 02 - техн диа ностика и нера ру контрол , 2018, №1
А -т с АЗ
компенсації небалансу ВСПМА в автоматичному
режимі (операція балансування). Очевидно, що
традиційна для вихрострумових дефектоскопів
векторна компенсація забезпечує вищу точність
вимірювання порівняно з компенсацією постійної
напруги небалансу після фазочутливого детекто-
ра, яка застосована у більшості відомих приладів
для визначення напружень магнітоанізотропним
способом. Операцію компенсації небалансу здій-
снювали під час встановлення ВСПМА на зразок
у розвантаженому стані перед проведенням на-
вантаження. Таким чином, амплітуда сигналу ВСП-
МА Uσ під час навантаження обумовлена тільки
наведеними напруженнями змінами магнітної ані-
зотропії матеріалу зразка.
Результати досліджень. Годографи сигна-
лів ВСПМА, які характеризують зміни сигналу
в комплексній площині на робочих частотах 5,0;
20,0 і 50,0 кГц під час реалізації циклу наванта-
ження-розвантаження зі створенням напружень
розтягу і стиску від 0 до 225 МПа, подано на
рис. 2. Попередньо напрямок годографів відносно
нульової точки після балансування (на рис. 2 по-
мічено цифрою 1) під час навантаження розтягу
був зорієнтований вверх (приблизно вертикально)
вибором відповідного повороту комплексної пло-
щини дефектоскопу. Чутливість вибиралась та-
кою, щоб відповідний годограф при навантажен-
ні розтягу до максимального рівня не виходив за
межі екрану дефектоскопу.
З ростом напружень розтягу амплітуда сигна-
лу зростає і точка, що відповідає кінцю вектора
вимірюваного сигналу ВСПМА, відхиляється від
нульової точки вертикально вверх відповідно до
попередньо вибраного повороту комплексної пло-
щини. Під час розвантаження зразка ця точка пере-
сувається у зворотному напрямку, тобто відповідні
годографи сигналів ВСПМА під час навантаження
і розвантаження зразка на рис. 2 збігаються.
Зі зростанням напружень стиску амплітуда сиг-
налу також зростає, але відповідна точка годогра-
фу відхиляється від нульової точки у протилежно-
му напрямку, тобто приблизно вертикально вниз.
За малих навантажень годографи змін сигналів
близькі до лінійних, тобто фазовий кут сигналів
практично не змінюється. І тільки, коли напру-
ження досягають певного рівня можна спостеріга-
ти незначні зміни фазового кута сигналу і, відпо-
відно, незначну нелінійність годографів.
За напрямком годографів сигналу ВСПМА мож-
на визначати характер напружень (розтягу або
стиску), але за умови, що відповідна операція балан-
сування ВСПМА виконана під час його встановлен-
ня на повністю розвантаженому зразку. Якщо балан-
сування ВСПМА буде здійснено на зразку з певним
рівнем напружень, цей рівень напружень буде умов-
но вважатися нульовим і відповідна точка буде вста-
новлена в центр комплексної площини.
Зміни амплітуди сигналу залежно від рівня на-
пружень розтягу в діапазоні від 0 до 225 МПа під
час реалізації циклу навантаження-розвантаження
подано на рис. 3. Відповідні зміни амплітуди сиг-
налу залежно від рівня напружень стиску в тому
ж діапазоні напружень подано на рис. 4.
Отримані залежності змін амплітуди сигналу
ВСП для циклів навантаження-розвантаження роз-
тягу (рис. 3) і стиску (рис. 4) демонструють високу
чутливість розроблених ВСПМА до різних видів на-
Рис. 2. Годографи сигналів ВСПМА під час зміни напружень розтягу (а–в) і стиску (г–е) на робочих частотах 5,0 (а, г);
20,0 (б, д) і 50,0 кГц (в, е)
24 ISSn 02 - техн диа ностика и нера ру контрол , 2018, №1
А -т с АЗ
пружень, а також існування суттєвого ефекту магні-
топружного гістерезису для обох випадків.
Магнітопружний гістерезис можна вважати на-
слідком двох процесів: механічного гістерезису,
викликаного наявністю залишкових деформацій,
що виникають при як завгодно малих механічних
напруженнях (пружна післядія), і магнітного гіс-
терезису, викликаного специфікою процесів на-
магнічування. Очевидно, що магнітопружний гіс-
терезис може бути джерелом відповідної похибки
під час визначення абсолютного значення меха-
нічних напружень. Але слід зазначити, що маг-
нітопружний гістерезис має місце в інших маг-
нітних методах визначення напружень, зокрема
побудованих на визначенні коерцитивної сили,
що не заважає успішно використовувати його для
оцінювання напружено-деформованого стану кон-
струкцій із феромагнітних матеріалів. В багатьох
випадках для оцінювання небезпечно критичного
стану контрольованого матеріалу важливо визна-
чити не стільки абсолютні значення напружень,
скільки порівняти напруження в різних зонах
для оцінювання розбалансувань в умовах дії ро-
бочих навантажень, а також визначити локальні
зони концентрації напружень і характер їх розпо-
ділу. Крім того, зазначимо, що під час виконання
повторних циклів навантаження–розвантаження
магнітопружний гістерезис зменшується, що буде
досліджено і подано в наших наступних роботах.
Сказане не зменшує важливості пошуку підхо-
дів, які би призвели до зменшення впливу магні-
топружного гістерезису, що також буде предметом
наших подальших досліджень.
Висновки
1. Коротко представлено магнітні методи ви-
значення напруженого стану конструкцій із феро-
магнітних матеріалів.
2. Представлено розроблений ВСПМА з ро-
бочим діаметром 17 мм. Показано чутливість за-
пропонованого ВСПМА до напружень у феро-
магнітних сталях. Зокрема, показано характер
годографів сигналів ВСПМА на робочих частотах
5,0; 20,0 і 50,0 кГц від напружень розтягу і стиску,
створених під час реалізації циклу навантаження–
розвантаження по схемі чотириточкового згину.
Показано протилежний напрямок годографів для
напружень розтягу і стиску від точки балансуван-
Рис. 3. Залежність амплітуди сигналу ВСПМА від рівня навантаження розтягу (1) з наступним розвантаженням (2) на робочих
частотах 5,0 (а) і 10,0 кГц (б)
Рис. 4. Залежності амплітуди сигналу ВСПМА від рівня навантаження стиску (1) з наступним розвантаженням (2) на робочих
частотах 5,0 (а) і 10,0 кГц (б)
25ISSn 02 - техн диа ностика и нера ру контрол , 2018, №1
А -т с АЗ
ня, що дозволяє визначити характер напружень за
напрямком годографу у комплексній площині або
по знаку вихідного сигналу після амплітудно-фа-
зового перетворення.
3. Досліджено зміни амплітуди сигналу ВСПМА
під час реалізації циклу навантаження–розванта-
ження. Показано існування магнітопружного гісте-
резису для обох видів напружень.
Список літератури
1. Nitschke-Pagel T., Wohlfahrt H. (2002) Residual Stresses in
Welded Joints – Sources and Consequences. Mat. Sci. Fo-
rum, 404-407, P. 215–226.
2. Винокуров В. А., Григорьянц А. Г. (1984) Теория сварочных
деформаций и напряжений. Москва, Машиностроение.
3. Лобанов Л. М., Позняков В. Д., Півторак В. А. та ін. (2009)
Залишкові напруження у зварних з’єднаннях високоміцних
сталей. Фізико-хімічна механіка матеріалів, 6, 13–22.
4. Rossini N. S., Dassisti M., Benyounis K. Y., Olabi A. G.
(2012) Method of measuring residual stresses in compo-
nents. Materials and Design, 35, 572–598.
5. ASTM Standаrd E 837–08. (2008) Standard Test Method for
Determining Residual Stresses by the Hole–Drilling Strain-
Gage Method. USA, Philadelphia.
6. Лобанов Л. М., Пивторак В. А., Савицкий В. В., Ткачук
Г. И. (2006) Методика определения остаточных напряже-
ний в сварных соединениях и элементах конструкций с
использованием электронной спекл-интерферометрии.
Автоматическая сварка, 1, 25–30.
7. Bulte D. P., Langman R. A. (2002) Origins of magnetome-
chanical effect. Journal of Magnetism and Magnetic Materi-
als, 251, 229–243.
8. Осташ О., Вольдмаров О., Учанін В., Безлюдько Г. (2004)
Діагностика напружено-деформованого стану та накопи-
чення пошкоджуваності в елементах стальних конструк-
цій магнітним методом. Праці міжнар. конф. «Механіка
руйнування і міцність конструкцій». Львів, ФМІ ім. Г. В.
Карпенка НАНУ, сс. 749–753.
9. Завальнюк О. П., Учанін В. М. (2013) Моніторинг напру-
жено-деформованого стану несучих елементів суднових
конструкцій. Відбір і обробка інформації, 38 (114), 13–16.
10. Stuecker E., Hofer G., Koch D., Guenes U. (1988) Method
and apparatus for measuring and precisely locating inter-
nal tensile stresses in hardened regions of components by
measuring coercive field strength and Barkhausen noise am-
plitude. appl. USA, Pat. 4881030, G01B7/24, G01N27/72.
182845, filed 18.04.1988, publ. 14.11.1989.
11. Gur H., Erlan G., Bateglin C. (2016) Investigating the Effect
of Subsequent Weld Passes on Surface Residual Stresses in
Steel Weldments by Magnetic Barkhausen Noise Technique.
Materials Evaluation, 3, 408–423.
12. Мехонцев Ю. Я. (1966) О магнитных способах оценки
внутренних напряжений. Дефектоскопия, 2, 94–95.
13. Орехов Г. Т. (1974) Определение остаточных сварочных
напряжений магнитоупругим методом. Автоматическая
сварка, 4, 30–32.
14. Abuku S. (1977) Magnetic Studies of Residual Stress in Iron
and Steel Induced by Uniaxial Deformation. Japanese Jour-
nal of Applied Physics, 16, 7, 1161–1170.
15. Yamada H., Uchiyama S., Takeuchi et al. (1987) Noncontact
Measurement of Bending Stress Using a Magnetic Anisotropy
Sensor. IEE Transactions on Magnetics, 23, 5, 2422–2424.
16. Минаков С. Н., Юрченко В. А., Аносов А. П. (1992) Спо-
соб определения интенсивности напряжений в изделиях
из ферромагнитных материалов. СССР, А. с. 1763909
МКИ G01l/12. Опубл. 23.09.92.
17. Фомичев С. К., Минаков С. Н., Михалко С. В. и др. (2009)
Определение силовых воздействий на трубопровод по ана-
лизу эпюр распределения продольных напряжений. Техни-
ческая диагностика и неразрушающий контроль, 2, 11–14.
18. Жуков С. В., Жуков В. С., Копица Н. Н. (2002) Способ
определения механических напряжений и устройство
для его осуществления. Россия, Пат. 2195636. Опубл.
27.12.02.
19. Lo C. C. H. (2011) Characterization of Residual Stresses in
Ferrous Components by Magnetic Anisotropy Measurements
Using a Hall Effect Sensor Array Probe. Review of Progress
in Quantitative Nondestructive Evaluation (Thompson D.O.,
Ed.), 30, 1249–1255.
20. Uchanin V., Minakov S., Nardoni G. et al. (2017) Eddy cur-
rent method for evaluation of stresses in steel components.
Proceeding of 14th Intern. Conf. «Application of Contempo-
rary Non-Destructive Testing in Engineering», September
4–6, 2017, Bernardin, Slovenia, pp. 207–212.
21. Tumanski S. (2011) Handbook of Magnetic Measurements.
Boca Raton Florida, CRC Press.
22. Учанін В. М., Мінаков С. М., Осташ О. П. и др. (2015)
Спосіб комплексного електромагнітного контролю
структурного і напружено-деформованого стану фе-
ромагнітних матеріалів. Украина, Пат. 100379, МПК
G01L1/12, G01N27/72.
23. Учанін В. М. (2013) Вихрострумові накладні перетворю-
вачі подвійного диференціювання. Львів, Сполом.
24. Uchanin V., Lutsenko G., Opanasenko A., Dzhaganian A.
(2016) PROMPRYLAD Family of Eddy Current Flaw De-
tectors – From Simple to more Complicated. 19th World Conf.
on NDT, 2016, Munich.
References
1. Nitschke-Pagel, T., Wohlfahrt, H. (2002) Residual stresses in
welded joints – sources and consequences. Mat. Sci. Forum,
404-407, 215-226.
2. Vinokurov, V.A., Grigoryants, A.G. (1984) Theory of welding
strains and stresses. Moscow, Mashinostroenie [in Russian].
3. Lobanov, L.M., Poznyakov, V.D., Pivtorak, V.A. et al. (2009)
Residual stresses in welded joints of high-strength steels.
Fiz.-Khimich. Mekhanika Materialiv, 6, 13-22 [in Ukrainian].
4. Rossini, N.S., Dassisti, M., Benyounis, K.Y., Olabi, A.G.
(2012) Method of measuring residual stresses in components.
Materials and Design, 35, 572-598.
5. (2008) ASTM Standard E 837-08: Standard test method for
determining residual stresses by the hole-drilling strain-gage
method. USA, Philadelphia.
6. Lobanov, L.M., Pivtorak, V.A., Savitsky, V.V., Tkachuk, G.I.
(2006) Procedure for determination of residual stresses in
welded joints and structural elements using electron speckle-
interferometry. The Paton Welding J., 1, 24-29.
7. Bulte, D.P., Langman, R.A. (2002) Origins of
magnetomechanical effect. J. of Magnetism and Magnetic
Materials, 251, 229-243.
8. Ostash, O., Voldmarov, O., Uchanin, V., Bezlyudko, G. (2004)
Diagnostics of stress-strain state and damage accumulation in
steel structure components by magnetic method. In: Proc. of
Int. Conf. on Fracture Mechanics and Strength of Structures.
Lviv, PMI, 749-753.
9. Zavalnyuk, O.P., Uchanin, V.M. (2013) Monitoring of stress-
strain state of load-carrying elements of ship structures.
Vidbir i Obrobka Informatsii, 38(114), 13-16 [in Ukrainian].
10. Stuecker, E., Hofer, G., Koch, D., Guenes, U. (1988)
Method and apparatus for measuring and precisely locating
internal tensile stresses in hardened regions of components
by measuring coercive field strength and Barkhausen noise
amplitude. Appl. USA, Pat. 4881030, Int. Cl. G01B7/24,
G01N27/72. 182845. Fil. 18.04.1988; publ. 14.11.1989.
11. Gur, H., Erlan, G., Bateglin, C. (2016) Investigating the
effect of subsequent weld passes on surface residual stresses
in steel weldments by magnetic Barkhausen noise technique.
Materials Evaluation, 3, 408-423.
12. Mekhontsev, Yu.Ya. (1966) On magnetic methods of
evaluation of internal stresses. Defektoskopiya, 2, 94-95 [in
Russian].
13. Orekhov, G.T. (1974) Determination of residual welding
stresses by magneto-elastic method. Avtomatich. Svarka, 4,
30-32 [in Russian].
14. Abuku, S. (1977) Magnetic studies of residual stress in Iron
and steel induced by uniaxial deformation. Jap. J. Appl.
Phys., 16(7), 1161-1170.
15. Yamada, H., Uchiyama, S., Takeuchi, et al. (1987) Noncontact
measurement of bending stress using a magnetic anisotropy
sensor. IEE Transact. on Magnetics, 23(5), 2422-2424.
26 ISSn 02 - техн диа ностика и нера ру контрол , 2018, №1
А -т с АЗ
16. Minakov, S.N., Yurchenko, V.A., Anosov, A.P. (1992)
Method for determination of stress intensity in products
of ferromagnetic materials. USSR author’s cert., Int. Cl.
G011/12. Publ. 23.09.92 [in Russian].
17. Fomichev, S.K., Minakov, S.N., Mikhalko, S.V. et al. (2009)
Determination of force impacts on a pipeline by analysis
of longitudinal stress distribution epures. Tekh. Diagnost. i
Nerazrush. Kontrol, 2, 11-14 [in Russian].
18. Zhukov, S.V., Zhukov, V.S., Kopitsa, N.N. (2002) Method
of determination of mechanical stresses and device for its
realization. Pat. 2195636 RF, publ. 27.12.02 [in Russian].
19. Lo, C.C.H. (2011) Characterization of residual stresses in
ferrous components by magnetic anisotropy measurements
using a Hall effect sensor array probe. Ed. by D.O. Thompson.
Review of Progress in Quantitative Nondestructive
Evaluation, 30, 1249-1255.
20. Uchanin, V., Minakov, S., Nardoni, G. et al. (2017)
Eddy current method for evaluation of stresses in steel
components. In: Proc. of 14th Intern. Conf. on Application
of Contemporary Non-Destructive Testing in Engineering
(September 4-6, 2017, Bernardin, Slovenia), 207-212.
21. Tumanski, S. (2011) Handbook of magnetic measurements.
Boca Raton Florida, CRS Press.
22. Uchanin, V.M., Minakov, S.M., Ostash, O.P. et al. (2015)
Method of complex electromagnetic control of structural and
strain-stress state of ferromagnetic materials. Pat. 100379
Ukraine, Int. Cl. G01L1/12, G01N27/72 [in Ukrainian].
23. Uchanin, V.M. (2013) Eddy current put-on transducers of
double differentiation. Lviv, Spolom [in Ukrainian].
24. Uchanin, V., Lutsenko, G., Opanasenko, A., Dzhaganian,
A. (2016) PROMPRYLAD Family of eddy current flaw
detectors – from simple to more complicated. In: Proc. of
19th World Conf. on NDT, 2016, Munich.
ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИй НА СИГ-
НАЛ ВИХРЕТОКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ МАГНИТ-
НОй АНИЗОТРОПИИ
В. М. УЧАНИН1, С. М. МИНАКОВ2
1Физико-механический институт им. Г. В. Карпенко
НАН Украины. 79060, г. Львов, ул. Научная, 5.
E-mail: uchanin@ipm.lviv.ua
2НТУУ «КПИ им. Игоря Сикорского ». 03056, г. Киев,
пр-т Победы, 37
Представлены результаты исследования разработанного вих-
ретокового преобразователя магнитной анизотропии с рабо-
чим диаметром 17 мм. Показана чувствительность преобразо-
вателя к напряжениям растяжения и сжатия в ферромагнитных
сталях. В частности, показан характер годографов сигналов на
рабочих частотах 5,0; 20,0 и 50,0 кГц от напряжений растя-
жения и сжатия, созданных при реализации цикла «нагруз-
ка-разгрузка» по схеме чотырехточеченого изгиба. Показано
противоположное направление годографов для напряжений
растяжения и сжатия от точки балансировки, что позволяет
определить характер напряжений по направлению годографу
в комплексной плоскости или по знаку исходящего сигнала
после амплитудно-фазового превращения. Исследованы изме-
нения амплитуды сигнала вихретокового преобразователя при
реализации цикла нагрузка-разгрузка. Показано существова-
ние магнитоупругого гистерезиса для обоих видов напряже-
ний. Библиогр. 24, рис. 4.
Ключевые слова: механические напряжения растяжения и сжа-
тия, магнитная анизотропия, вихретоковый преобразователь, го-
дограф, магнитоупругий гистерезис
INFLUENCE OF MECHANICAL STRESSES ON THE SIGNAL
OF EDDY CURRENT TRANSDUCER OF MAGNETIC
ANISOTROPY
V. M. UCHANIN1, S. M. MINAKOV2
1G. V. Karpenko Physico-Mechanical Institute of the NAS of
Ukraine, 5 Naukova str, 79060, Lviv.
E-mail: uchanin@ipm.lviv.ua
2NTUU «Igor Sikorskii KPI», 17 Peremogy ave., 03056, Kyiv,
Ukraine
The paper gives the results of studying the developed eddy current
transducer of magnetic anisotropy with working diameter of 17
mm. Transducer sensitivity to tensile and compressive stresses in
ferromagnetic steels is shown. It particular, shown is the shape
of signal travel time curves at working frequencies of 5.0; 20.0;
and 50.0 kHz, due to tensile and compressive stresses, induced
during realization of loading-unloading cycle by four-point bend
schematic. Opposite direction of travel time curves for tensile and
compressive stresses from the balancing point is demonstrated that
allows determination of the nature of stresses in the direction of
travel time curves in a complex plane, or by the output signal sign
after amplitude-phase transformation. Changes in the amplitude
of eddy current transducer signal during realization of loading-
unloading cycle were studied. Existence of magneto-elastic
hysteresis for both the kinds of loading is shown. 24 Reference,
4 Figures.
Keywords: mechanical tensile and compressive stresses, magnetic
anisotropy, eddy current sensor, travel time curves, magnetoelastic
hysteresis
Надійшла до редакції
19.02.2018
У
У У
22 2 окт бр 2018 А ин , реци
Адрес: WGI: Trapezountos & Digeni Akrita, Elefsina 192 00, Attikis, Greece.
Phone (+30) 210 3630050, Fax (+30) 2103636917,
Website:www.wgi.gr, E-mail: tzaferis@wgi.gr
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-160643 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-3474 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:57:26Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Учанін, В.М. Мінаков, С.М. 2019-11-14T14:56:03Z 2019-11-14T14:56:03Z 2018 Вплив механічних напружень на сигнал вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії / В.М. Учанін, С.М. Мінаков // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2018. — № 1. — С. 21-26. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. 0235-3474 DOI: dx.doi.org/10.15407/tdnk2018.01.03 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160643 621.19.30 Представлено результати дослідження розробленого вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії з робочим діаметром 17 мм. Показано чутливість перетворювача до напружень розтягу і стиску у феромагнітних сталях. Зокрема, показано характер годографів сигналів на робочих частотах 5,0; 20,0 і 50,0 кГц від напружень розтягу і стиску, створених під час реалізації циклу «навантаження–розвантаження» по схемі чотириточкового згину. Показано протилежний напрямок годографів для напружень розтягу і стиску від точки балансування, що дозволяє визначити характер напружень за напрямком годографу у комплексній площині або по знаку вихідного сигналу після амплітудно-фазового перетворення. Досліджено зміни амплітуди сигналу вихрострумового перетворювача під час реалізації циклу навантаження–розвантаження. Показано існування магнітопружного гістерезису для обох видів напружень. Представлены результаты исследования разработанного вихретокового преобразователя магнитной анизотропии с рабочим диаметром 17 мм. Показана чувствительность преобразователя к напряжениям растяжения и сжатия в ферромагнитных сталях. В частности, показан характер годографов сигналов на рабочих частотах 5,0; 20,0 и 50,0 кГц от напряжений растяжения и сжатия, созданных при реализации цикла «нагрузка-разгрузка» по схеме чотырехточеченого изгиба. Показано противоположное направление годографов для напряжений растяжения и сжатия от точки балансировки, что позволяет определить характер напряжений по направлению годографу в комплексной плоскости или по знаку исходящего сигнала после амплитудно-фазового превращения. Исследованы изменения амплитуды сигнала вихретокового преобразователя при реализации цикла нагрузка-разгрузка. Показано существование магнитоупругого гистерезиса для обоих видов напряжений. The paper gives the results of studying the developed eddy current transducer of magnetic anisotropy with working diameter of 17 mm. Transducer sensitivity to tensile and compressive stresses in ferromagnetic steels is shown. It particular, shown is the shape of signal travel time curves at working frequencies of 5.0; 20.0; and 50.0 kHz, due to tensile and compressive stresses, induced during realization of loading-unloading cycle by four-point bend schematic. Opposite direction of travel time curves for tensile and compressive stresses from the balancing point is demonstrated that allows determination of the nature of stresses in the direction of travel time curves in a complex plane, or by the output signal sign after amplitude-phase transformation. Changes in the amplitude of eddy current transducer signal during realization of loadingunloading cycle were studied. Existence of magneto-elastic hysteresis for both the kinds of loading is shown. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Техническая диагностика и неразрушающий контроль Научно-технический раздел Вплив механічних напружень на сигнал вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії Влияние механических напряжений на сигнал вихретокового преобразователя магнитной анизотропии Influence of mechanical stresses on the signal of eddy current transducer of magnetic anisotropy Article published earlier |
| spellingShingle | Вплив механічних напружень на сигнал вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії Учанін, В.М. Мінаков, С.М. Научно-технический раздел |
| title | Вплив механічних напружень на сигнал вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії |
| title_alt | Влияние механических напряжений на сигнал вихретокового преобразователя магнитной анизотропии Influence of mechanical stresses on the signal of eddy current transducer of magnetic anisotropy |
| title_full | Вплив механічних напружень на сигнал вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії |
| title_fullStr | Вплив механічних напружень на сигнал вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії |
| title_full_unstemmed | Вплив механічних напружень на сигнал вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії |
| title_short | Вплив механічних напружень на сигнал вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії |
| title_sort | вплив механічних напружень на сигнал вихрострумового перетворювача магнітної анізотропії |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160643 |
| work_keys_str_mv | AT učanínvm vplivmehaníčnihnapruženʹnasignalvihrostrumovogoperetvorûvačamagnítnoíanízotropíí AT mínakovsm vplivmehaníčnihnapruženʹnasignalvihrostrumovogoperetvorûvačamagnítnoíanízotropíí AT učanínvm vliâniemehaničeskihnaprâženiinasignalvihretokovogopreobrazovatelâmagnitnoianizotropii AT mínakovsm vliâniemehaničeskihnaprâženiinasignalvihretokovogopreobrazovatelâmagnitnoianizotropii AT učanínvm influenceofmechanicalstressesonthesignalofeddycurrenttransducerofmagneticanisotropy AT mínakovsm influenceofmechanicalstressesonthesignalofeddycurrenttransducerofmagneticanisotropy |