izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-10-46-52izmertech-1959Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSОбнаружение и исследование аномалий магнитных полей над поверхностными дефектами сложнопрофильных деталейDetection and investigation of magnetic field anomalies over surface defects of complex-profle partshttps://orcid.org/0000-0001-7411-2345ЧерноваА. В.ChernovaA. V.

Александра Валентиновна Чернова

Москва

Alexandra V. Chernova

Moscow

chernova_a@mirea.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9843-3557НиколаевЮ. Л.NikolaevY. L.

Юрий Львович Николаев

Москва

Yuriy L. Nikolaev

Moscow

nikolaev_ul@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2818-6236ШкатовП. Н.ShkatovP. N.

Пётр Николаевич Шкатов

Москва

Pyotr N. Shkatov

Moscow

petr_shkatov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1850-195XПрилепкоМ. Ю.PrilepkoM. Y.

Михаил Юрьевич Прилепко

Москва

Michail Y. Prilepko

Moscow

prilepko@mirea.ruМИРЭА-Российский технологический университетРоссияMIREA-Russian Technological UniversityRussian Federation2021160820230104652Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1959

Рассмотрен эффективный способ обнаружения поверхностных дефектов по аномалиям магнитных полей, возникающих над трещинами, сколами и расщелинами угловых элементов сложнопрофильных деталей из ферромагнитных материалов. Способ основан на спектральном анализе сигнала тангенциально ориентированного виброиндукционного преобразователя. Теоретически обоснованы амплитудно-фазовый метод анализа и исследование на основе математического моделирования сигнала виброиндукционного преобразователя в виде тригонометрического ряда. Представлены результаты регистрации и анализа распределения напряжённости магнитного поля, а также амплитудно-фазового спектра сигнала виброиндукционного преобразователя вдоль поверхности с эвольвентным и резьбовым профилями. Результаты получены на контрольных образцах зубчатого колеса, резьбовой шпильки и болта с искусственными дефектами. Сформулированы условия выявляемости дефектов по результатам измерений амплитуды и фазы первых двух гармоник сигнала виброиндукционного преобразователя. Определены параметры схемы контроля эвольвентных профилей и резьб со значениями модуля и шага порядка нескольких миллиметров, обеспечивающие возможность автоматизации процесса контроля при удовлетворительном соотношении сигнал/фон. Предложенный способ предназначен для контроля сплошности деталей, содержащих профилированные участки поверхности (галтельные переходы, эвольвентные, резьбовые и шлицевые профили и т. п.).

An effective method for detecting surface defects by magnetic field anomalies occurring over cracks, chips and crevices of angular elements of complex-profile parts made of ferromagnetic materials is considered. The method is based on the spectral analysis of the signal of a tangentially oriented vibration-induction transducer. The theoretical justification of the amplitude-phase method of analysis and research based on mathematical modeling of the signal of a vibration-inductive transducer in the form of a trigonometric series is given. The results of recording and analyzing the distribution of the magnetic field strength, as well as the amplitude-phase spectrum of the signal of a vibration-inductive transducer along a surface with an involute and threaded profi les are presented. The results were obtained on control samples of a gear wheel, a threaded stud and a bolt with artificial defects. The conditions for detecting defects based on the results of measuring the amplitude and phase of the first two harmonics of the signal of a vibrationinductive transducer are formulated. The parameters of the control scheme of the involute profiles and threads with the values of the module and the step of the order of several millimeters, providing the possibility of automating the control process with a satisfactory signal/background ratio, are determined. The method is designed to control the continuity of parts containing profiled surface areas (galtel transitions, involute, threaded and spline profiles, etc.).

 

магнитный контрольаномалии магнитных полейнапряжённость магнитного поляповерхностные дефектывиброиндукционный преобразовательпреобразователь Холлаmagnetic flaw detectionmagnetic field anomaliesmagnetic field strengthsurface defectsvibration-induction transducerHall transducerReferencesШкатов П. Н., Цомук С. Р., Дамаскин А. Л., Куликов С. С. Прибор неразрушающего контроля для выявления дефектов типа «Усталостная трещина» в неразъемном резьбовом соединении легкосплавной бурильной трубы ультразвуковым методом // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2009. № 5. С. 73–76.Shkatov P. N., Comuk S. R., Damaskin A. L., Kulikov S. S., Pribor nerazrushajushhego kontrolja dlja vyjavlenija defektov tipa “Ustalostnaja treshhina” v nerazemnom rez’bovom soedinenii legkosplavnoj buril’noj truby ul’trazvukovym metodom, Fundamental and Applied Problems of Engineering and Technology, 2009, no. 5, pp. 73–76. (In Russ.)Шкатов П. Н., Колосков Д. В. Разработка вихретокового преобразователя для дефектоскопии тепловых канавок роторов паровых турбин // Приборы. 2012. № 4. С. 14–18.Shkatov P. N., Koloskov D. V., Razrabotka vihretokovogo preobrazovatelja dlja defektoskopii teplovyh kanavok rotorov parovyh turbin, Instruments, 2012, no. 4, pp. 14–18. (In Russ.)Бакунов А. С., Горкунов Э. С., Щербинин В. Е. Магнитный контроль. Учеб. пособие под общ. ред. В. В. Клюева. М.: Издательский дом «Спектр», 2011. 192 с.Bakunov A. S., Gorkunov Je. S., Shherbinin V. E., Magnitnyj kontrol’ [Magnetic inspection], Moscow, Spektr Publ., 2011, 192 p.(In Russ.)Шелихов Г. С. Магнитопорошковый контроль изделий / Учеб. пособие / Под общ. ред. В. В. Клюева. М.: Издательский дом «Спектр», 2013. 176 с.Shelihov G. S., Magnitoporoshkovyj kontrol’ izdelij [Magnetic powder control of products], Moscow, Spektr Publ, 2013, 176 p. (In Russ.)Реутов Ю. Я., Щербинин В. Е, Волков А. В. Возможности выбора преобразователей магнитного поля для дефектоскопии // Дефектоскопия. 2014. № 12. С. 71–85. https://doi.org/10.1134/S1061830914120080Reutov Yu. Ya., Shcherbinin V. E., Volkov A. V., Russian Journal of Nondestructive Testing, 2014, vol. 50, nо. 12, pp. 760–768. https://doi.org/10.1134/S1061830914120080Немцов М. В., Трифанов Г. Д. Индукционный датчик определения локальных дефектов в стальных канатах // Измерительная техника. 2018. № 2. С. 55–58. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2018-2-55-58Nemtsov M. V., Trifanov G. D., Measurement Techniques, 2018, vol. 61, nо. 2, pp. 166–171.https://doi.org/10.1007/s11018-018-1404-7Брякин И. В. Магнитодинамический магнитометр для задач дефектоскопии // Мехатроника, автоматизация, управление. 2013. № 3. С. 35–41.Brjakin I. V., Magnitodinamicheskij magnitometr dlja zadach defektoskopii, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2013, no. 3, pp. 35–41. (In Russ.)Кузнецов П. А., Маннинен С. А., Жумагалиева А. А. Экспериментальная проверка расчётной модели намагниченного участка трубопровода с искусственными дефектами // Измерительная техника. 2017. № 6. С. 52–54.Kuznetsov P. A., Manninen S. A., Zhumagalieva A. A., Measurement Techniques, 2017,vol. 60, nо. 6, pp. 600–603. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1242-zНиколаев Ю. Л., Ахметшина Э. Ф., Саморуков А. А., Чернова, А. В. Оценка соотношения информативного и фонового сигналов при регистрации магнитных полей поверхностных дефектов магнитоизмерительными преобразователями // Измерительная техника. 2020. № 5. С. 43–49. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-5-43-49Nikolaev Y. L., Akhmetshina E. F., Samorukov A. A., Chernova A. V., Measurement Techniques, 2020, vol. 63, nо. 5, pp. 375– 382. https://doi.org/10.1007/s11018-020-01798-wСмирнов В. В., Алыкова О. М., Булатов М. Ф. Прикладные задачи по магнетизму // Известия Российской Академии Наук. Серия физическая. Т. 83. № 7, 2019. С. 981–983. https://doi.org/10.1134/S036767651907038XSmirnov V. V., Alykova O. M., Bulatov M .F., Bull. Russ. Acad. Sci. Phys., 2019, vol. 83(7), pp. 895–897. https://doi.org/10.3103/S1062873819070384Shi Y., Zhang C., Li R., Cai M., Jia G., Sensors, 2015, vol. 15(12), pp. 31036–31055. https://doi.org/10.3390/s151229845Shi Y., Zhang C., Li R., Cai M., Jia G., Sensors, 2015, vol. 15(12), pp. 31036–31055. https://doi.org/10.3390/s151229845Azad A., Kim N., Sensors (Basel), 2019, vol. 19(22), 4869. https://doi.org/10.3390/s19224869Azad A., Kim N., Sensors (Basel), 2019, vol. 19(22), 4869. https://doi.org/10.3390/s19224869Dehui W., Lingxin S., Xiaohong W., Zhitian L., J. Nondestruct Eval, 2017, vol. 36, 24. https://doi.org/10.1007/s10921-017-0396-6Dehui W., Lingxin S., Xiaohong W., Zhitian L., J. Nondestruct Eval, 2017, vol. 36, 24. https://doi.org/10.1007/s10921-017-0396-6Николаев Ю. Л., Шкатов П. Н., Чернова А. В., Саморуков А. А. Моделирование и гармонический анализ сигнала виброиндукционного преобразователя при его перемещении над намагниченным участком с поверхностной трещиной // Приборы. 2019. № 4. С. 17–25.Nikolaev Ju. L., Shkatov P. N., Chernova A. V., Samorukov A. A. Modelirovanie i garmonicheskij analiz signala vibroindukcionnogo preobrazovatelja pri ego peremeshhenii nad namagnichennym uchastkom s poverhnostnoj treshhinoj, Instruments, 2019, no. 4, pp. 17–25. (In Russ.)Николаев Ю. Л., Шкатов П. Н., Ахметшина Э. Ф., Саморуков А. А. Математическое описание и анализ сигнала виброиндукционного преобразователя при воздействии нормальной составляющей магнитных потоков рассеяния над дефектным участком // Дефектоскопия. 2021. № 7. С. 19–27. https://doi.org/10.31857/S0130308221070034Nikolaev Ju. L., Shkatov P. N., Ahmetshina Je. F., Samorukov A. A., Defektoskopiya, 2021, no. 7, pp. 19–27. (In Russ.) https://doi.org10.31857/S0130308221070034Кулагин В. П., Акимов Д. А., Павельев С. А., Гурьянова Е. О. Идентификация темпоральных аномалий спектрограмм сигналов виброизмерений ротора турбогенератора с применением рекуррентного нейросетевого автоэнкодера // Российский технологический журнал. 2021. Т. 9. № 2. С. 78–87. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-2-78-87Kulagin V. P., Akimov D. A., Pavelyev S. A., Guryanova E. O., Russian Technological Journal, 2021, vol. 9, nо. 2, pp. 78–87. (In Russ.) https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-2-78-87

The authors declare that there are no conflicts of interest present.