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Procédé magnétique de mesure de la dureté des t8les.
La présente invention est relative à un procédé magnétique pour la mesure de la dureté des tôles. Ce procédé est applicable à tous les matériaux susceptibles d'être aimantés et spécialement aux tôles d'acier.
La mise en service des laminoirs modernes a fait apparaître nombre de problèmes relatifs au contrôle immédiat, rigoureux, permanent et continu de la qualité des produits laminés. Ces problèmes naissent notamment du fait qu'il est indispensable que ces produits, non seulement présentent toujours les propriétés optimales requises par l'utilisation à laquelle ils sont destinés, mais encore que la
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constance de leurs propriétés soit assurée au cours de leur production. Il est également indispensable que toute anomalie soit décelée dans un délai d'autant plus court que la vitesse de laminage du produit est plus élevée.
L'élaboration d'une méthode de mesure rapide et précise des propriétés physiques du matériau laminé, applicable de préférence de façon continue, présente donc de toute évidence un intérêt industriel et économique certain, notamment parce qu'elle permet précisément d'obtenir certaines garanties quant à la qualité du produit fabriqué et parce qu'elle constitue un maillon important dans la conception des procédés de contrôle automatique du bon fonctionnement des laminoirs.
La présente invention a précisément pour objet un pr@@@édé permettant une telle mesure. La description qui suit est axée sur la mesure de la dureté du matériau après laminage mais il ne sort pas du cadre de l'invention d'utiliser le principe du dit procédé pour mesurer toute autre grandeur caractéristique de l'état physique du produit laminé ou non.
Le procédé objet de la présente invention, est basé sur le fait que l'on a constaté l'existence d'une relation entre certains points du cycle hystérétique d'un matériau et ses propriétés physiques et par voie de consé- quence entre les différentes positions qu'occupent dans des conditions identiques ou comparables sur le diagramme champ magnétique - induction magnétique, un point déterminé du
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cycle hystérétique de toute une série de nuances d'un matériau déterminé et les différentes valeurs correspondantes que prend une même grandeur caractéristique de l'état physique de toutes ces nuances.
Il devient ainsi possible de déduire la valeur de cette grandeur de la connaissance de la position du point considéré du cycle hystérétique sur le diagramme induction magnétique - champ magnétique (en abréviation diagramme BH).
Le procédé objet de la présente invention, est donc caractérisé en ce que l'on place un matériau aimantable dont la température est inférieure à celle de Curie dans un champ magnétique, en ce que l'on fait varier le dit champ de telle façon que le matériau décrive tout ou partie du cycle hystérétique et en ce que l'on déduit de la position d'un point déterminé du dit cycle sur le diagramme BH, la valeur d'une grandeur caractéristique du dit matériau, la déduction se faisant par exemple au moyen de tables préétalonnées ,
Suivant une variante avantageuse du proe@@é ci-dessus, le point déterminé est celui de l'induction remanente et la grandeur caractéristique est la dureté mécanique.
Cette variante présente le double avantage d'une précision accrue, d'une mise en oeuvre particulièrement aisée et facilement adaptable à une mesure effectuée en continu sur un matériau se déplaçant à grande vitesse (par exemple 10 mètres à la seconde).
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Dans cette variante, plusieurs modalités opérationnelles sont susceptibles d'être utilisées avec intérêt. L'une de ces modalités consiste à rendre au préalable le matériau magnétiquement "effacé", c'est-à-dire à le placer dans un état aimanté aussi faible que possible (on y parvient par exemple en soumettant le dit matériau à une suite de cycles hystérétiques d'intensité décroissante) puis à soumettre au moins une plage du dit matériau à un champ magnétique d'intensité saturante. L'induction rémanente ainsi "imprimée" dans le dit matériau peut être facilement "traduite" en dureté au moyen d'une abaque préétablie..
L'adaptation * une mesure continue du principe ci-dessus se fait aisément de la façon suivante.
Le matériau déa- on désire mesure la dureté peut se présenter-nous forme de tôle ou barre ou bande continue, à une température inférieure à celle de Curie. Ce matériau défile de façon continue devant les pôles magnétiques d'un électro-aimant, de telle façon que le circuit magnétique de l'électro-aimant se ferme dans le matériau, l'électro-aimant étant excité par un courant électrique alternatif d'intensité telle que dans le matériau l'induction magnétique atteigne au moins une fois sa valeur de saturation. Après passage devant les pôles de l'électro-aimant, chaque portion de tôle est automatiquement soumise en s'éloignant des dits pôles, à des cycles hystérétiques décroissants ayant pour effet d'amener la tôle dans un état magnétique "effacé".
On fait ensuite passer le matériau en continu dans un champ magnétique
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à caractère puisant, de fréquence judicieusement choisie et d'intensité suffisante ce qui a pour effet de former une succession de zones ou de points alternativement "effacés" et aimantés, les zones ou points soumis au dit champ, conservant nécessairement une induction rémanente. la mesure de l'intensité de l'induction rémanente se fait aisément par la mesure de la variation du flux provenant de cette induc- tion ;de nombreuses méthodes sont en principe possibles pour effectuer cette mesure, citons par exemple l'emploi d'un tube cathodique dont les plaques déflectrices seraient influencées par le champ relevé sur le matériau en ces zones aimantées.
Suivant une autre modalité opérationnelle de cette variante, au lieu de rendre le matériau magnétique "effacé", on le porte à saturation. Il suffit à cet effet de placer le matériau dans un champ magnétique continu, d'intensité suffisante. Dans ce cas, le matériau une fois éloigné du champ prendre l'état magnétique correspondant à l'induction rémanente. Après cette opération on fait passer le matériau dans un champ magnétique égaleront à caractère pulsant mais dont l'intensité est telle qu'elle sature au moins une plage du matériau en sens inverse de l'aimantation rémanente qu'il présentait. La "lecture" de l'induction peut se faire comme précédemment suivant toute méthode connue en soi.
Une deuxième variante avantageuse du procédé de l'invention consiste d'une part à choisir encore la dureté comme grandeur caractéristique, et d'autre part, à choisir comme point déterminé le point d'induction nulle ou un point
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d'induction négative obtenu par application au matériau d'un champ magnétique de même sens et d'intensité au moins égale mais peu différente de celle du champ coercitif.
Cette variante comporte une première opération consistant à soumettre le produit à un champ magnétique y produisant la saturation d'induction. Une fois que le produit a quitté la zone d'influence du champ, il se trouve donc dans un état de magnétisme caractérisé par la présence de l'induction rémanente.
Le produit est alors soumis à deux opérations (c'est-à-dire la deuxième et la troisième du procédé) successives et inséparables, le réglage de la deuxième ne pouvant se faire que grâce à la connaissance du résultat de la mesure constituant la troisième.
, La deuxième opération consiste à soumettre le produit à un champ magnétique de même sens que le champ coercitif et d'intensité au moins égale à ce dernier et telle que la mesure de l'induction magnétique de la tôle lors de la sème opération donne une valeur pratiquement nulle.
La troisième opération consiste précisément à mesurer cette induction magnétique et à modifier la valeur du champ imprimé à la tôle au cours de la deuxième opération jus- qu'à ce que cette mesure corresponde à une valeur nulle de l'in- duction rémanente. Cette opération peut être effectuée de ma- nière connue en soi, par exemple au moyen de la mesure de la différence de potentiel effectuée aux bornes d'un élec- tro-aimant à reluctance variable devant les pales duquel
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on place le produit à mesurer. L'expérience a montra qu'il existait en fait une relation entre la dureté et la valeur du champ imprimé ramenant la tôle à l'état magnétiquement neutre .
Les variations du champ coercitif en fonction de la dureté sont supérieures aux variations correspondantes de l'induction rémanente en fonction de cette même dureté.
Cette variante présente donc l'avantage d'une plus grande précision.
Tout comme dans la variante précédente, on peut aisément transposer le principe de la méthode en un procédé continu. Il suffit de faire défiler le produit continu, par exemple une tôle, successivement devant trois "têtes" magnétiques, la première portant à saturation magnétique une bande de la tôle, la deuxième soumettant cette bande à un champ de même sens et d'intensité au moins égale à celle du champ coercitif et la troisième mesurant l'induc- tion de la bande qui défile sous ses pôles, la dureté cher- allée correspondant au champ que doit développer la tèn tête pour que sous la troisième, l'induction soit nulle.
Suivant une modalité (le cette variante, les deuxième et troisième têtes magnétiques sent combinées en une seule eu qui permet de diminuer l'écart existant entre le champ développe dans la tôtle lors ce la seconde opération et le champ coercitif.
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Les schémas théoriques donnés ci-après à titre indicatif et non limitatif permettent de mieux comprendre les principes mis en jeu par le procédé de l'invention.
Suivant la première modalité opérationnelle de la 1ère variante, le dispositif d'effacement magnétique peut être constitué d'une tête magnétique en forme de U (voir figure 1).
La tôle 6 se déplaçant suivant la flèche 1 et fermant le circuit magnétique 2 de l'électro-aimant 3 est soumise après passage devant les deux pôles 4/5 à un cycle hystérétique décroissant jusqu'à 0. On peut augmenter la distance à laquelle se fit sentir l'influence du champ 2 en profilant les extrémités des pôles 4 et 5 de façon à augmenter le flux de fluite et à l'étaler sur un plus grand espace. Le dispositif à champ pulsant peut être schématisé de la façon indiquée figure 2, et le diagramme donnant l'induction de la bande de tôle le long de cette bande correspond approximativement à celui du courant d'excitation de l'électro-aimant .
La tôle 6 se déplace suivant la flècne 1, passe sous 1'électro-aimant 3 excité en courant continu par le générateur 4. Le courant passe lorsque l'interrupteur 5 est ferma. A la position fermée de l'interrupteur correspond la portion 7 du diagramme d'induction de la tôle, tandis que lorsque l'interrupteur est ouvert il n'y a pas d'excitation (portion 8).
A noter que les têtes peuvent également occuper une position tournée de 90 vis-à-vis de la position dessinée sur les figures,
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Suivant une 2ème modalité de cette variante, le dispositif de saturation magnétique est constitué d'une tête magnétique conforme à celle de la figure 1 sauf que le générateur de courant est du type à courant continu, ce qui confère une induction rémanente à la tôle quittant la zone d'influence des pôles 4/5.
La deuxième tête magnétique est analogue à celle représentée à la figure 2 sauf que le courant engendré par le générateur 4 provoque dans la tôle 6 une induction en sens inverse de celle existant dans la tôle. Le diagramme de l'induction devient alors le suivant (figure 3).
Les plages 7 correspondent à des zones où il n'y a pas eu d'excitation (interrupteur 5 ouvert). Les plages 8 correspondent aux zones où le courant d'excitation (interrupteur 5 fermé) a inversé le sens de l'induction dans la tôle. La plage9 correspond à la tôle soumise à induction rémanente et n'étant pas encore passée sous la 2ème tête magnétique. Dans les deux exemples cités ci-dessus, le dispositif de "lecture" n'est pas décrit,étant considéré comme connu en lui-même.
Suivant la deuxième variante (utilisation du champ analogue au champ coercitif) le dispositif de l'invention peut se concevoir comme suit : (figure 4).
La tôle 1 défile de façon continue dansle sens de la flèche 2 sous une première tête 3 excitée en 4 en courant continu, saturant l'induction de la tôle en 5.
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Cette tôle quitte la zone d'influence du champ développé par la tête 3 en se trouvant dans un état magnétique correspondant au point d'induction rémanente sur le diagramme BH, figure 5 (point 1).
La tôle passe ensuite sous une deuxième tête 6 identique à la première mais dans laquelle le générateur continu 7,induit un champ HR supérieur au champ coercitif HC.
Sous l'action de ce champ (provisoirement connu de façon approximative) la tôle prend une induction négative correspondant au point 2 du diagramme BH. Quittant l'influence de ce champ HR la tôle présente une certaine induction représentée par le point 3 sur le diagramme BH. Cette induction est mesurée lorsque la tôle passe sous une troisième tête 8 munie d'un dispositif à reluctance variable 9. La présence d'une induction maléfique non nulle en 10 provoque quand on fait varier le dispositif 9, l'apparition d'une tension électrique aux bornes d'un enroulement 11 monté sur la carcasse magnétique de la tête 8. Cette tension est décelée par la déviation de l'aiguille d'un voltmètre 12 branché aux bornes de l'enroulement 11.
Il suffit de modifier la valeur du courant d'excitation induit par 7 dans la tête 6 (par exemple en manoeuvrant le rhéostat 13 dans le sens convenable) de façon à-rendre nulle la déviation de l'aiguille du voltmètre 11.
A ce moment on connaît de façon continue et immédiate la vraie valeur du champ HR qui rend nulle l'induction dans la tôle. Un ampèremètre ou un enregistreur 14 branchés sur le circuit du générateur 7 peuvent être directement gradués en "dureté".
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Magnetic method for measuring the hardness of t8les.
The present invention relates to a magnetic method for measuring the hardness of sheets. This process is applicable to all materials capable of being magnetized and especially to steel sheets.
The commissioning of modern rolling mills has revealed a number of problems relating to the immediate, rigorous, permanent and continuous control of the quality of the rolled products. These problems arise in particular from the fact that it is essential that these products not only always exhibit the optimum properties required by the use for which they are intended, but also that the
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constancy of their properties is ensured during their production. It is also essential that any anomaly be detected as quickly as the rolling speed of the product is higher.
The development of a rapid and precise method of measuring the physical properties of the rolled material, which can preferably be applied continuously, therefore clearly presents a certain industrial and economic interest, in particular because it precisely enables certain guarantees to be obtained. with regard to the quality of the product manufactured and because it constitutes an important link in the design of automatic control processes for the proper functioning of rolling mills.
The object of the present invention is precisely a pr @@@ edé allowing such a measurement. The following description focuses on measuring the hardness of the material after rolling, but it does not depart from the scope of the invention to use the principle of said method to measure any other quantity characteristic of the physical state of the rolled product or no.
The method which is the subject of the present invention is based on the fact that it has been observed that a relationship exists between certain points of the hysteretic cycle of a material and its physical properties and, consequently, between the different positions occupied under identical or comparable conditions on the magnetic field - magnetic induction diagram, a given point of the
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hysteretic cycle of a whole series of shades of a given material and the different corresponding values assumed by the same quantity characteristic of the physical state of all these shades.
It thus becomes possible to deduce the value of this quantity from the knowledge of the position of the point considered of the hysteretic cycle on the magnetic induction - magnetic field diagram (abbreviated from the BH diagram).
The method which is the subject of the present invention is therefore characterized in that a magnetizable material whose temperature is lower than that of Curie is placed in a magnetic field, in that the said field is varied in such a way that the material describes all or part of the hysteretic cycle and in that we deduce from the position of a determined point of said cycle on the diagram BH, the value of a quantity characteristic of said material, the deduction being made for example by means of pre-calibrated tables,
According to an advantageous variant of the above procedure, the determined point is that of the remanent induction and the characteristic quantity is the mechanical hardness.
This variant has the double advantage of increased precision, of a particularly easy implementation and easily adaptable to a measurement carried out continuously on a material moving at high speed (for example 10 meters per second).
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In this variant, several operational modalities are likely to be used with interest. One of these methods consists in making the material magnetically "erased" beforehand, that is to say in placing it in a magnetized state as weak as possible (this is achieved for example by subjecting said material to a series hysteretic cycles of decreasing intensity) and then subjecting at least one area of said material to a magnetic field of saturating intensity. The remanent induction thus "imprinted" in said material can easily be "translated" into hardness by means of a predetermined chart.
The adaptation * a continuous measurement of the above principle is easily done as follows.
The desired material measures the hardness can be presented to us in the form of a sheet or bar or continuous strip, at a temperature lower than that of Curie. This material travels continuously in front of the magnetic poles of an electromagnet, so that the magnetic circuit of the electromagnet closes in the material, the electromagnet being excited by an alternating electric current of intensity such that in the material the magnetic induction reaches at least once its saturation value. After passing in front of the poles of the electromagnet, each portion of sheet is automatically subjected, moving away from said poles, to decreasing hysteretic cycles having the effect of bringing the sheet into an "erased" magnetic state.
The material is then passed continuously through a magnetic field
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of a pulsating nature, of judiciously chosen frequency and of sufficient intensity, which has the effect of forming a succession of zones or points alternately "erased" and magnetized, the zones or points subjected to said field, necessarily maintaining a remanent induction. the measurement of the intensity of the remanent induction is easily done by measuring the variation of the flux coming from this induction; many methods are in principle possible to carry out this measurement, let us quote for example the use of a cathode ray tube whose deflector plates would be influenced by the field detected on the material in these magnetized zones.
According to another operational modality of this variant, instead of making the magnetic material “erased”, it is brought to saturation. It suffices for this purpose to place the material in a continuous magnetic field of sufficient intensity. In this case, the material once removed from the field take on the magnetic state corresponding to the remanent induction. After this operation, the material is passed through a magnetic field equal to a pulsating character, but the intensity of which is such that it saturates at least one area of the material in the opposite direction to the remanent magnetization that it exhibited. The "reading" of the induction can be done as previously according to any method known per se.
A second advantageous variant of the method of the invention consists on the one hand in choosing again the hardness as characteristic quantity, and on the other hand, in choosing as the determined point the point of zero induction or a point
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of negative induction obtained by applying to the material a magnetic field of the same direction and of intensity at least equal but not very different from that of the coercive field.
This variant comprises a first operation consisting in subjecting the product to a magnetic field producing the induction saturation therein. Once the product has left the zone of influence of the field, it is therefore in a state of magnetism characterized by the presence of remanent induction.
The product is then subjected to two successive and inseparable operations (that is to say the second and the third of the process), the adjustment of the second being able to be done only thanks to the knowledge of the result of the measurement constituting the third .
, The second operation consists in subjecting the product to a magnetic field in the same direction as the coercive field and of intensity at least equal to the latter and such that the measurement of the magnetic induction of the sheet during the second operation gives a practically zero value.
The third operation consists precisely in measuring this magnetic induction and in modifying the value of the field impressed on the sheet during the second operation until this measurement corresponds to a zero value of the remanent induction. This operation can be carried out in a manner known per se, for example by means of the measurement of the potential difference carried out at the terminals of a variable reluctance electromagnet in front of the blades of which
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the product to be measured is placed. Experience has shown that there is in fact a relation between the hardness and the value of the printed field returning the sheet to the magnetically neutral state.
The variations of the coercive field as a function of the hardness are greater than the corresponding variations of the remanent induction as a function of this same hardness.
This variant therefore has the advantage of greater precision.
As in the previous variant, the principle of the method can easily be transposed into a continuous process. It suffices to scroll the continuous product, for example a sheet, successively in front of three magnetic "heads", the first bringing to magnetic saturation a strip of the sheet, the second subjecting this strip to a field of the same direction and intensity. less equal to that of the coercive field and the third measuring the induction of the band which passes under its poles, the hardness sought corresponding to the field that the head must develop so that under the third, the induction is zero .
According to one modality (this variant, the second and third magnetic heads are combined into a single one which makes it possible to reduce the gap existing between the field developed in the head during the second operation and the coercive field.
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The theoretical diagrams given below by way of indication and without limitation provide a better understanding of the principles involved by the process of the invention.
According to the first operational modality of the 1st variant, the magnetic erasing device may consist of a U-shaped magnetic head (see FIG. 1).
The sheet 6 moving according to the arrow 1 and closing the magnetic circuit 2 of the electromagnet 3 is subjected after passing in front of the two poles 4/5 to a decreasing hysteretic cycle to 0. The distance at which can be increased. The influence of field 2 was felt by profiling the ends of poles 4 and 5 in such a way as to increase the flow of fluid and spread it over a larger space. The pulsating field device can be schematically shown in FIG. 2, and the diagram giving the induction of the sheet metal strip along this strip corresponds approximately to that of the excitation current of the electromagnet.
The sheet 6 moves along the arrow 1, passes under the electromagnet 3 energized in direct current by the generator 4. The current flows when the switch 5 is closed. The closed position of the switch corresponds to portion 7 of the sheet metal induction diagram, while when the switch is open there is no excitation (portion 8).
Note that the heads can also occupy a rotated position of 90 vis-à-vis the position drawn in the figures,
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According to a second mode of this variant, the magnetic saturation device consists of a magnetic head conforming to that of FIG. 1 except that the current generator is of the direct current type, which confers a remanent induction on the sheet leaving the area of influence of the poles 4/5.
The second magnetic head is similar to that shown in FIG. 2 except that the current generated by the generator 4 causes in the sheet 6 an induction in the opposite direction to that existing in the sheet. The induction diagram then becomes the following (figure 3).
Areas 7 correspond to areas where there was no excitation (switch 5 open). The ranges 8 correspond to the zones where the excitation current (switch 5 closed) has reversed the direction of induction in the sheet. Range 9 corresponds to the sheet subjected to remanent induction and which has not yet passed under the 2nd magnetic head. In the two examples cited above, the "reading" device is not described, being considered to be known in itself.
According to the second variant (use of the field similar to the coercive field) the device of the invention can be designed as follows: (FIG. 4).
The sheet 1 scrolls continuously in the direction of arrow 2 under a first head 3 excited at 4 with direct current, saturating the induction of the sheet at 5.
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This sheet leaves the zone of influence of the field developed by the head 3 while being in a magnetic state corresponding to the point of remanent induction on the diagram BH, FIG. 5 (point 1).
The sheet then passes under a second head 6 identical to the first but in which the continuous generator 7 induces an HR field greater than the coercive field HC.
Under the action of this field (provisionally known approximately) the sheet takes on a negative induction corresponding to point 2 of the BH diagram. Leaving the influence of this HR field, the sheet presents a certain induction represented by point 3 on the BH diagram. This induction is measured when the sheet passes under a third head 8 provided with a variable reluctance device 9. The presence of a non-zero malefic induction at 10 causes, when the device 9 is varied, the appearance of a voltage. electrical at the terminals of a winding 11 mounted on the magnetic casing of the head 8. This voltage is detected by the deflection of the needle of a voltmeter 12 connected to the terminals of the winding 11.
It suffices to modify the value of the excitation current induced by 7 in the head 6 (for example by operating the rheostat 13 in the appropriate direction) so as to make the deviation of the needle of the voltmeter 11 zero.
At this moment, the true value of the HR field is known continuously and immediately, which makes the induction in the sheet zero. An ammeter or a recorder 14 connected to the circuit of the generator 7 can be directly graduated in "hardness".