RU2727780C9

RU2727780C9 - Method for determining depth of penetration of electromagnetic field into metal

Info

Publication number: RU2727780C9
Application number: RU2019145631A
Authority: RU
Inventors: Николай Тихонович Кривочуров; Алексей Владимирович Ишков; Виктор Васильевич Иванайский; Богдан Артёмьевич Лысенко
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-10-06
Also published as: RU2727780C1

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to electromagnetic control methods. Method for determining penetration depth of alternating electromagnetic field into metal includes successive introduction into alternating magnetic field of screens of different thickness and selection of standard screen, in which change of field parameters is stopped, wherein reference is heated simultaneously with sample-witnesses of flat or cylindrical section with thickness from smaller depth of current penetration into metal to higher, wherein the current penetration depth into the metal is determined from the distribution of hardness on the cross-section of the witness and reference sample.

EFFECT: reduction of labor intensity and simplification of hardware design at induction deposition and heat treatment of thin-walled parts and billets.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электромагнитным методам контроля в сварочном производстве и может быть использовано при упрочнении индукционной наплавкой рабочих органов почвообрабатывающих, кормоприготовительных машин и силосоуборочных комбайнов.The invention relates to electromagnetic control methods in welding production and can be used for hardening by induction surfacing of working bodies of soil-cultivating, forage-making machines and forage harvesters.

Известен способ определения глубины проникновения электромагнитного поля в металл (аналог), основанный на теоретическом расчете измерений параметров излучателя в зависимости от толщины металлической заготовки, электропроводности и магнитной проницаемости, а также частоты электромагнитного поля [Дорофеев Л.А. и др. Теория и промышленное применение метода вихревых токов. М.: «Машиностроение», 1969, с. 17-22].A known method for determining the depth of penetration of an electromagnetic field into a metal (analogue), based on a theoretical calculation of measurements of the parameters of the emitter, depending on the thickness of the metal workpiece, electrical conductivity and magnetic permeability, as well as the frequency of the electromagnetic field [Dorofeev L.A. and others. Theory and industrial application of the eddy current method. M .: "Mechanical engineering", 1969, p. 17-22].

Однако точность определения данным способом относительно невысокая, так как известные инверторы, используемые для нагрева заготовок при индукционной наплавке и термообработке, имеют интервал частот, меняющихся в зависимости от загрузки индуктора заготовками, имеющими разнотолщинность в процессе проката (ГОСТ 19903-74) до 1 мм, а предлагаемый способ фиксирует глубину проникновения электромагнитного поля в металл только для определенной частоты.However, the accuracy of determination by this method is relatively low, since the well-known inverters used to heat billets during induction surfacing and heat treatment have a frequency range that varies depending on the load of the inductor with billets having a thickness difference during rolling (GOST 19903-74) up to 1 mm, and the proposed method fixes the depth of penetration of the electromagnetic field into the metal only for a certain frequency.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения глубины проникновения электромагнитного поля в металл, заключающийся в том, что в исследуемое электромагнитное поле вводят экраны различной толщины и определяют глубину проникновения по толщине, того экрана, при котором прекращаются изменения параметров излучателя электромагнитной волны (а.с. № 868656, 30.09.1981, прототип).The closest in technical essence to the proposed invention is a method for determining the depth of penetration of an electromagnetic field into a metal, which consists in the fact that screens of various thicknesses are introduced into the investigated electromagnetic field and the depth of penetration through the thickness of the screen is determined, at which changes in the parameters of the electromagnetic wave emitter stop ( and.with. No. 868656, 09/30/1981, prototype).

Недостатком известного способа определения глубины проникновения электромагнитного поля в металл является высокая трудоемкость и сложное аппаратурное оформление.The disadvantage of the known method for determining the depth of penetration of the electromagnetic field into the metal is the high labor intensity and complex hardware design.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является снижение трудоемкости и упрощение аппаратурного оформления для определения глубины проникновения электромагнитной волны в металл.The problem solved by the present invention is to reduce labor intensity and simplify the hardware design for determining the depth of penetration of an electromagnetic wave into a metal.

Технический результат реализации предлагаемого способа определения глубины проникновения электромагнитного поля в металл технологической пробой заключается в снижении трудоемкости и упрощении аппаратурного оформления при индукционной наплавке и термической обработке тонкостенных деталей и заготовок.The technical result of the implementation of the proposed method for determining the penetration depth of the electromagnetic field into the metal by the technological breakdown is to reduce the labor intensity and simplify the hardware design during induction surfacing and heat treatment of thin-walled parts and workpieces.

Настоящий результат достигается тем, что в способе определения глубины проникновения переменного электромагнитного поля в металл, включающем последовательное введение в переменное магнитное поле экранов различной толщины и выбор экрана-эталона, в котором прекращается изменение параметров поля, эталон нагревается одновременно с образцами-свидетелями плоского или цилиндрического сечения, с толщиной от меньшего глубины проникновения тока в металл до большего, при этом глубину проникновения тока в металл определяют по распределению твердости на поперечном сечении образца свидетеля и эталона.The present result is achieved by the fact that in the method for determining the depth of penetration of an alternating electromagnetic field into a metal, which includes sequential introduction of screens of various thicknesses into an alternating magnetic field and the choice of a screen-reference, in which the change in field parameters stops, the reference is heated simultaneously with the samples-witnesses of a flat or cylindrical sections, with a thickness from a smaller depth of current penetration into the metal to a larger one, while the depth of current penetration into the metal is determined by the distribution of hardness over the cross section of the witness sample and the standard.

Технический результат изобретения достигается за счет следующего:The technical result of the invention is achieved due to the following:

- снижение трудоемкости при оптимизации режимов индукционной наплавки или термообработки;- reduction of labor intensity when optimizing modes of induction surfacing or heat treatment;

- толщина проникновения электромагнитного поля в металл определяется по эталонному образцу и образцам-свидетелям изготовленных из одинаковых марок сталей помещаемых одновременно в одно и тоже электромагнитное поле;- the thickness of the penetration of the electromagnetic field into the metal is determined by the reference sample and the witness samples made of the same steel grades, placed simultaneously in the same electromagnetic field;

- упрощается аппаратурное оформление, из-за использования цехового оборудования - инвертор для нагрева технологической пробы и твердомер для определения твердости и наплавочные материалы для индукционной наплавки.- simplified hardware design, due to the use of shop equipment - an inverter for heating the technological sample and a hardness tester for determining the hardness and surfacing materials for induction surfacing.

На фиг. 1 представлены эталон-образец и образцы-свидетели в индукторе, подключенном к инвертору ЭЛСИТ-100-70/40:FIG. 1 shows a reference sample and witness samples in an inductor connected to an ELSIT-100-70 / 40 inverter:

1 - индуктор;1 - inductor;

2, 3, 5, 6 - образцы-свидетели;2, 3, 5, 6 - witness samples;

4 - эталон;4 - standard;

7 - асбестовая подложка.7 - asbestos substrate.

Способ определения глубины проникновения электромагнитного поля в металл осуществляется следующим образом.The method for determining the depth of penetration of the electromagnetic field into the metal is carried out as follows.

На асбестовой подложке 7, размещенной в индукторе 1, располагают образец эталон 4 и на равных расстояниях от него слева устанавливают образцы свидетели 2 и 3, имеющие поперечное сечение больше глубины проникновения электромагнитной волны в металл, а справа от него располагают образцы-свидетели 5 и 6, имеющие поперечное сечение меньше глубины проникновения электромагнитной волны в металл.On the asbestos substrate 7, placed in the inductor 1, place the sample standard 4 and at equal distances from it, witness samples 2 and 3 are installed on the left, having a cross-section greater than the penetration depth of the electromagnetic wave into the metal, and to the right of it, witness samples 5 and 6 are placed having a cross section less than the depth of penetration of the electromagnetic wave into the metal.

В качестве излучателя высокочастотных электромагнитных волн использовался инвертор ЭЛСИТ-100-70/40, к которому был подключен индуктор-соленоид.An ELSIT-100-70 / 40 inverter was used as a radiator of high-frequency electromagnetic waves, to which a solenoid inductor was connected.

Пример 1. В индукторе располагали эталон-образец, выполненный из стали 65Г, (20*12*5,5 мм), на который предварительно насыпалась наплавочная шихта через трафарет размерами 10*6*4 мм (твердый сплав ПГ-УС25-85%; флюс П-0,66 - 15%) с толщиной насыпанного слоя 2,0 мм, и таким образом готовились образцы-свидетели, но имеющие различную толщину по сечению, меньшую от толщины (4,5 и 3,5 мм) проникновения до толщины больших ее (6,5 и 7,5 мм). Одновременно в индуктор помещали эталон-образец и четыре образца-свидетеля с разными толщинами по сечению. Производили нагрев и плавление наплавочной шихты на испытываемых образцах при фиксированном времени 60-62 с.Example 1. In the inductor, there was a standard sample made of 65G steel (20 * 12 * 5.5 mm), onto which the surfacing charge was previously poured through a stencil with dimensions of 10 * 6 * 4 mm (hard alloy PG-US25-85% ; flux P-0.66 - 15%) with a poured layer thickness of 2.0 mm, and in this way, witness samples were prepared, but having different thickness along the section, less from the thickness (4.5 and 3.5 mm) of penetration to thicknesses greater than it (6.5 and 7.5 mm). Simultaneously, a reference sample and four reference samples with different cross-sectional thicknesses were placed in the inductor. The surfacing charge was heated and melted on the test specimens at a fixed time of 60-62 s.

После остывания образцов оценивали качество наплавки визуально. На образцах, где толщина поперечного сечения меньше глубины проникновения электромагнитного поля в металл, расплавление наплавочной шихты не произошло. На образце-эталоне качество наплавленного слоя было удовлетворительное. Образцы с толщиной поперечного сечения 6,5 мм имели качественную наплавку, а на образце толщиной 7,5 мм на наплавляемой поверхности образовались отдельные оголенные участки из-за значительного перегрева упрочняемого сплава. Таким образом, было проведено шесть испытаний.After cooling the samples, the quality of the surfacing was assessed visually. On specimens where the thickness of the cross-section is less than the depth of penetration of the electromagnetic field into the metal, melting of the surfacing charge did not occur. On the reference sample, the quality of the deposited layer was satisfactory. Specimens with a cross-sectional thickness of 6.5 mm had high-quality surfacing, and on a specimen with a thickness of 7.5 mm, separate bare areas were formed on the surface to be welded due to significant overheating of the alloy being hardened. Thus, six tests were carried out.

Пример 2. Вырезали из стали 65Г эталон-образец и образцы-свидетели, конструктивно выполненные в виде цилиндров (длинной 40 мм): эталон-образец диаметром 5,5 мм, а образцы-свидетели диаметрами 3,5; 4,5; 6,5 и 7,5 мм, по 6 штук каждый. Затем нагревали в индукторе-соленоиде в продольном электромагнитном поле одновременно в течение 50-53 с. После этого охлаждали в воде. Твердость закаленных образцов определяли методом Роквелла. На образцах: эталоне и свидетелях диаметром 6,5 и 7,5 мм она соответствовала HRC 60-62, а диаметром 3,5 и 4,5 мм составляла HRC 32-44.Example 2. Cut out from steel 65G reference sample and witness samples, structurally made in the form of cylinders (40 mm long): reference sample with a diameter of 5.5 mm, and witness samples with diameters of 3.5; 4.5; 6.5 and 7.5 mm, 6 pieces each. Then they were heated in a solenoid inductor in a longitudinal electromagnetic field simultaneously for 50-53 s. Then it was cooled in water. The hardness of the hardened samples was determined by the Rockwell method. On samples: the standard and witnesses with a diameter of 6.5 and 7.5 mm, it corresponded to HRC 60-62, and with a diameter of 3.5 and 4.5 mm it was HRC 32-44.

Предлагаемый способ определения глубины проникновения электромагнитного поля в металл технологической пробой позволяет определять минимальную толщину заготовки или детали, для которой данная частота электромагнитного поля инвертора обеспечит эффективный нагрев при термообработке и расплавлении упрочняемого материала на поверхности детали в процессе индукционной наплавки.The proposed method for determining the penetration depth of the electromagnetic field into the metal by the technological breakdown allows one to determine the minimum thickness of the workpiece or part for which the given frequency of the electromagnetic field of the inverter will provide effective heating during heat treatment and melting of the hardened material on the surface of the part during induction surfacing.

Claims

Способ определения глубины проникновения переменного электромагнитного поля в металл, включающий последовательное введение в переменное магнитное поле экранов различной толщины и выбор экрана-эталона, в котором прекращается изменение параметров поля, отличающийся тем, что эталон нагревается одновременно с образцами-свидетелями плоского или цилиндрического сечения с толщиной от меньшей глубины проникновения тока в металл до большей, при этом глубину проникновения тока в металл определяют по распределению твердости на поперечном сечении образца свидетеля и эталона.A method for determining the depth of penetration of an alternating electromagnetic field into a metal, including the sequential introduction of screens of various thicknesses into an alternating magnetic field and the choice of a reference screen, in which the field parameters stop changing, characterized in that the reference is heated simultaneously with the witness samples of a flat or cylindrical section with a thickness from a smaller depth of current penetration into the metal to a greater one, while the depth of current penetration into the metal is determined by the distribution of hardness over the cross section of the witness sample and the standard.