SU1534391A1 - Method of checking quality of articles made of hard alloys - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электромагнитно-акустическим бесконтактным методам и средствам неразрушающего контрол . Оно может быть использовано в металлургической и металлообрабатывающей промышленности дл  контрол  завис щих от пористости показателей качества спеченных твердосплавных изделий, в частности дл  100%-ного контрол  плотности режущего инструмента из безвольфрамовых твердых сплавов. Цель изобретени  - повышение надежности контрол . Дл  этого в способе контрол  качества изделий из твердых сплавов, заключающемс  в том, что при электромагнитно-акустическом (ЭМА) возбуждении упругих колебаний на резонансной частоте контролируемого издели  определ ют величину отношени  амплитуды резонансного ЭМА сигнала к механической добротности издели , уменьшают частоту переменного магнитного пол , с помощью которого возбуждали упругие колебани , до заданного посто нного значени , гарантирующего промагничивание материала в объеме издели , измер ют при этом значении частоты величину угла электромагнитных потерь и суд т о качестве издели  по произведению косинуса этого угла на отношение амплитуды резонансного ЭМА сигнала к механической добротности. 3 ил.This invention relates to electromagnetic-acoustic non-contact methods and non-destructive testing means. It can be used in the metallurgical and metalworking industry for monitoring the porosity-dependent quality indicators of sintered carbide products, in particular for 100% control of the density of cutting tools made of tungsten-free hard alloys. The purpose of the invention is to increase the reliability of the control. For this, in the method of quality control of products from hard alloys, which is based on the electromagnetically-acoustic (EMA) excitation of elastic oscillations at the resonant frequency of the monitored product, determine the ratio of the amplitude of the resonant EMA signal to the mechanical quality factor of the product, reduce the frequency of the alternating magnetic field, with the help of which the elastic oscillations were excited, up to a given constant value, which guarantees the material magnetization in the product volume, is measured at this frequency The magnitude of the electromagnetic loss angle is judged on the quality of the product based on the product of the cosine of this angle and the ratio of the amplitude of the resonant EMA signal to the mechanical Q. 3 il.

Description

Изобретение относитс  к области электромагнитно-акустических ОМА) бесконтактных методов и средств неразрушающего контрол  и может быть использовано в металлургической и металлообрабатывающей промышленности дл  контрол  завис щих от пористости показателей качества спеченных твер- доспларных изделий, в частности дл  контрол  плотности режущего инструмента из безвольшрамовых твердых сплавов.The invention relates to the field of electromagnetic-acoustic OMA) non-contact methods and means of non-destructive testing and can be used in the metallurgical and metalworking industry for monitoring the porosity-dependent quality indicators of sintered solid-state flame armature products, in particular for controlling the density of cutting tools made of low-grade hard alloys.

Целью изобретени   вл етс  повышение наде/гности контрол  качества из- делий из твердых сплавов за счет многократного снижени  погрешности оценки плотности спеченных твердосплавных изделий.The aim of the invention is to increase the reliability of quality control of hard alloy products by repeatedly reducing the error in estimating the density of sintered carbide products.

На Фиг. 1 приведены построенные по методу наименьших квадратов тариро- вочные грагЬики линейной зависимости между плотностью П режущих пластин из без вольфрамового твердого сплава ЛОТ20 и информативными параметрами cos (f (пр ма  l),fp/Q (пр ма  2) и Cp/Q CosC| (пр ма  3), пунктиром указаны границы веро тного (с доверительной веро тностью 0,95) разброса значений информативного параметра, соотретствующие удвоенному среднему квадратическому отклонению (2S) экспериментальных точек от линии регрессии; на фиг, - график, демонстрирующий наличие св зи между величина- ми 6 р/О и режущих пластинах из сплава с тинаковыми значени ми р (е- 6,06 г/гм3; о- 6,07 г/см3; V - 6,08 г/см ), благодар  которой удаетс  вы вить и скомпенсировать ва- риапни fр/0, не св занные с изменением р ; на Фиг. 3 - блок-схема установки дл  реализации способа.FIG. 1 shows the least squares tare charts of the linear relationship between the density P of the cutting plates made of tungsten-free solid alloy LOT20 and the informative parameters cos (f (straight l), fp / Q (straight 2) and Cp / Q CosC | (right 3), the dotted line indicates the boundaries of the probable (with a confidence probability of 0.95) spread of the values of the informative parameter, corresponding to twice the standard deviation (2S) of experimental points from the regression line; FIG. great 6 p / O and cutting plates made of an alloy with tin values p (e- 6.06 g / gm3; o-6.07 g / cm3; V-6.08 g / cm), due to which you can hover and compensate for variations fp / 0 that are not associated with a change in p; in Fig. 3 is a block diagram of an installation for implementing the method.

Установка содержит блок 4 катушек, содержащий обойму дл  фиксации издели  в измерительной позиции и закрепленные в обойме катушки индуктивности (не показаны), причем вход блока 4 соответствует выводам одной или нескольких кадушек возбуждени , предназначенных дл  приложени  к изделию переменного магнитного пол  с целью ЭМА-возбуждени  упругих колебаний и/или возбуждени  переменного низкочастотного магнитного потока в объеме издели , один выход блока 4 отвечает выводам резистора, включенного последовательно с катушкой (катушками)The installation contains a coil unit 4 containing a holder for fixing the product in the measuring position and coils inductance (not shown) fixed in the holder, and the input of unit 4 corresponds to the terminals of one or more excitation coils intended to apply an alternating magnetic field to the product elastic oscillations and / or excitation of a variable low-frequency magnetic flux in the volume of the product; one output of block 4 corresponds to the terminals of a resistor connected in series with the coil (s)

5 0 50

00

5five

чбу/f ДРНИ , , предназначен лл  контрол  тока тл Суждени  Т0, а другой выход блока 4 соответствует выводам одной или нескольких приемных ка гу- шек, предназначенных дл  регистрации вторичного переменного магнмгного пол  упругих колебаний (ЭМА cm нала) и/или шмкочасто FHOI о переменного магнитного потока. Установка содержит также намагничивающее устройство 5 (например, электромагнит) дл  создани  посто нного магнитного пол , генератор 6 качающейс  частоты, частотомер 7, вольтметр 8 дл  контрол  тока возбуждени  Ig, индикатор 9 амплитудно-частотных характеристик, милливольтметр 10 дл  измерени  амплитуды Б сигнала на выходе блока 4, фазометр 11. TFB / f DRNI, is designed to control the current of Judgment T0, and the other output of block 4 corresponds to the terminals of one or several receiving pads intended for recording a secondary alternating magnetic field of elastic oscillations (EMA cm) and / or variable magnetic flux. The installation also contains a magnetizing device 5 (for example, an electromagnet) for creating a constant magnetic field, a oscillating frequency generator 6, a frequency meter 7, a voltmeter 8 for monitoring the excitation current Ig, an amplitude-frequency characteristics indicator 9, a millivolt meter for measuring the amplitude B of the output signal block 4, phase meter 11.

Способ осуществл етс  следующим образом.The method is carried out as follows.

К контролируемому изделию, установленному в измерительной позиции в блоке 4, прикладывают с помощью намагничивающего устройства 5 посто нное магнитное поле Фиксированной величины . Подают на вход блока 4 от генератора 6 высокочастотный (ультразвуковой частоты) ток 1„ с фиксированной амплитудой. При этом его частоту f контролируют по показани м частотомера 7, а посто нство амплитуды этого тока и переменного пол  - по показани м вольтметра 8. Взаимодействие с материалом издели  посто нного магнитного пол  и переменного магнитного пол  катушки возбуждени  на входе б пока 4 приводит к ЭМА-воз- буждению упругих колебании с частотой f в изделии. Вторичное переменное магнитное поле упругих колебаний индуктирует в приемной катушке на выходе блока 4 ЭМА-сигнал, амплитудно- частотную характеристику которого при изменении f можно наблюдать на экране индикатора 9, а амплитуду 5 сигнала можно измерить с помощью милливольтметра 10. Свер  сь с показл- ни ми индикатора 9, настраивают частоту возбуждени  f на резонансную частоту fp собственных колебаний данного издели . Измер ют милливольт-метром 10 амплитуду Јр резонансного ЭМА-сигнала на частоте f.. Измер ют с помощью частотометра 7, индикатора 9 и милливольтметра 10 ширину &f огибающей резонансного ЭМА-сигнала на заданном уровне 6Р и определ ют механическую добротность Q издели  по известной формулеA fixed magnetic field with a magnetizing device 5 is applied to the monitored product installed in the measuring position in block 4. A high-frequency (ultrasonic frequency) current of 1 ”with a fixed amplitude is supplied to the input of the unit 4 from the generator 6. At the same time, its frequency f is monitored by the indications of frequency meter 7, and the constant amplitude of this current and alternating field is measured by voltmeter 8. Interaction with the material of the product of a constant magnetic field and an alternating magnetic field of the excitation coil at the input b while 4 leads to an EMA -excitation of elastic oscillations with a frequency f in the product. The secondary alternating magnetic field of elastic oscillations is induced in the receiving coil at the output of block 4 by an EMA signal, the amplitude-frequency characteristic of which, as f changes, can be observed on the indicator screen 9, and the amplitude 5 of the signal can be measured using a millivoltmeter 10. Turn off By indicator 9, adjust the excitation frequency f to the resonant frequency fp of the natural oscillations of this product. The amplitude Јp of the resonant EMA signal at frequency f is measured by a millivolt meter 10. Measured with a frequency meter 7, an indicator 9 and a millivoltmeter 10, the width & f of the resonant EMA signal at a given level 6P and the mechanical Q of the product Q is determined from known formula

-ЙY

ГТГтGTGT

№ - № -

(о(about

после чего наход т величину отношени  Јp/Q. Затем уменьшают частоту возбуждени  от f . до заранее заданного посто нного значени  f д т по формулеthen the ratio отношp / Q is found. Then the excitation frequency is reduced from f. to a predetermined constant value f d t by the formula

которое нахо- which is

V IUofCd V IUofCd

(2)(2)

 вл ющейс  следствием известного выра- жени  дл  глубины скин-сло ,a consequence of the known expression for the depth of the skin layer,

где |и„ - магнитна  посто нна ; (U и G - соответственно относительна  магнитна  проницаемость и удельна  электрическа  проводимость дл  данной марки твердого сплава; d - толщина издели . Переменный магнитный поток, создаваемый полем катушки возбуждени  в объеме издели , индуцирует в приемной катушке на выходе блока 4 электрический сигнал с частотой fftp , поступающий на измерительный вход фазометра 11. При этом на опорный вход фазометра 11 с другого выхода блока 4 подаетс  сигнал, соответствующий току возбуждени . Газометром 11 измер ют значение угла (f разности фаз между переменным магнитным потоком в объеме издели  и возбуждающим его переменным магнитным полем и наход т величину cos if . Затем определ ют значение информативного параметраwhere | and „is a magnetic constant; (U and G are, respectively, relative magnetic permeability and specific electrical conductivity for this grade of solid alloy; d is the product thickness. The alternating magnetic flux generated by the field of the excitation coil in the bulk of the product induces an electrical signal with a frequency fftp in the output coil 4 A signal corresponding to the excitation current is supplied to the reference input of the phase meter 11 from the other output of the unit 4. The value of the angle is measured by the gas meter (f the phase difference between the belt magnetic flux in the volume of the product and the alternating magnetic field that excites it and find the value of cos if. Then the value of the informative parameter is determined

hh

посто нное магнитное поле напр  ностью А/см и использов Фиксированное значение тока воз ни  ,5 мА. Измерени  велич 6р и Q проводились на частотах 7ч6,6 кГц, отвечающих резонансу шей моды нагибных колебании (а0 том же токе возбуждени  провод измерение значений угла элект нитных потерь на частоте, равно 14 кГц /данна  частота гарантир промагничиванне объема образцов менным полем с учетом того, чтоa constant magnetic field of A / cm and the use of a Fixed value of current, 5 mA. The values of 6p and Q were measured at frequencies of 7.66 kHz, corresponding to the resonance of the neck of the mode of the flexural oscillations (a0 with the same excitation current, the wire measuring the values of the angle of electrical losses at the frequency equal to 14 kHz / this frequency guaranteed by the magnitude of the sample field with the , what

15 формуле (2) при ,5 мм и при терных дл  сплава ЛЦК20 значени U ё 1, 5 ,2-107 (Ом-м) оце fn составл ет 16,7 кГц .15 in accordance with formula (2) at, 5 mm and at ternary values for alloy LCC20, the values of U 1 1, 5, 2–107 (Ω-m) of fn are 16.7 kHz.

Экспериментальные значени  cExperimental values c

20 6p/Q н рр /Q-cosCf дл  образцов с ЛЦК20 с известной плотностью 0 ставлены точками на фиг. 1, рез таты обработки этих эксперимент данных по методу наименьших ква20 6p / Q n pp / Q-cosCf for samples with LCC20 with a known density of 0 are dotted in FIG. 1, the results of the processing of these experimental data using the method of least qua

25 представлены в виде таблицы, в рой 2S - удвоенное среднее квад ческое отклонение экспериментал точек от линии регрессии (т.е. ответствующего тарнровочного гр на фиг. 1), а Ар 2-S/A - веро т ( с доверительной веро тностью 0 погрешность оценки плотности из рировочного графика, равна  вел 2S, деленной на значение А коэф ента наклона линии регрессии.25 are presented in the form of a table; in the 2S swarm, the experimen- tal points twice the regression line (twice the registrar chart in Fig. 1) is twice the mean, and the Ap 2-S / A is probable (with a confidence probability of 0 the error in estimating the density from the calibration curve is equal to 2S divided by the value A of the coefficient of inclination of the regression line.

Из таблицы видно, что дл  об цов сплава ЛЦК20 способ обеспеч значение погрешности Ар 0,012 г ( 0,2% от среднего значени  плот образцов), в результате чего с помощью удаетс  надежно отличатFrom the table it can be seen that the method of providing the value of the error Ap 0,012 g (0.2% of the average value of the density of the samples) for the rims of the LCK20 alloy, as a result of which it can be reliably distinguished

30thirty

3535

разцы со средней плотностьюmedium density samples

(6,07 г/см ) от образцов с мини(6.07 g / cm) from samples with mini

45 (6,10 г/смэ) плотностью.45 (6.10 g / cm) density.

cosu дл  данного издели  и оцени- Q40cosu for this product and estimated Q40

вают его плотность р из тарировочногоits density is from the calibration

графика, построенного по результатамgraphics based on the results

Јр определени  -- costp по изложенной вы- -. Чной (6,03 г/см ) и максимальнойОпределр definition - costp according to the stated you- -. Common ground (6.03 g / cm) and maximum

ше методике на образцах с известнойthe above method on samples with known

плотностью.density.

Пример. Способ был реализован на 18 представительных образцах заводской партии изделий из безвольфрамового твердого сплава ЛЦК20, представл ющих собою неперетачиваемые режущие пластины размерами 16 16«4,5 мм, Плотность образцов была заранее определена по методике гидростатическогоExample. The method was implemented on 18 representative samples of the factory batch of products from the WCC20 tungsten-free hard alloy, representing non-replaceable cutting plates 16 16 4,5 4.5 mm in size. The density of the samples was determined in advance by the hydrostatic method.

5050

Claims (1)

Формула изобретенFormula invented Способ контрол  качества изде из твердых сплавов, заключающийс том, что возбуждают в контролиру мом изделии резонансные упругие лебани  с помощью приложенных к фиксированных по амплитуде посто сс ного и переменного магнитных пол определ ют величину отношени  ам плитуды резонансного электромагн акустического сигнала к механиче добротности издели , о т л и ч The method of quality control of a solid alloy product, which excites resonant elastic oscillations in a controlled product by applying constant and alternating magnetic fields applied to fixed amplitudes of an acoustic field to the mechanical quality factor of the product, about tl and h взвешивани  с точностью не хуже 0,01 г/см и варьировалась в диапазоне 6,03-6,10 г/см Дл  ЭМА-возбуж- дени  упругих колебаний к образцам в продольном направлении прикладывалосьweighing with an accuracy of no worse than 0.01 g / cm and varied in the range of 6.03–6.10 g / cm. For the EMA excitation of elastic oscillations, the samples were applied to the samples in the longitudinal direction. QQ посто нное магнитное поле напр женностью А/см и использовалось Фиксированное значение тока возбуждени  ,5 мА. Измерени  величин 6р и Q проводились на частотах 718,3- 7ч6,6 кГц, отвечающих резонансу низшей моды нагибных колебании (а0).При том же токе возбуждени  проводилось измерение значений угла электромагнитных потерь на частоте, равной 14 кГц /данна  частота гарантировала промагничиванне объема образцов переменным полем с учетом того, что поa constant magnetic field of strength A / cm and a Fixed field current value of 5 mA was used. The values of 6p and Q were measured at frequencies of 718.3-7.66 kHz, corresponding to the resonance of the lowest mode of flexural oscillations (a0). With the same excitation current, measurements were made of the values of the electromagnetic loss angle at a frequency of 14 kHz / guaranteed frequency samples by a variable field given that 5 формуле (2) при ,5 мм и при характерных дл  сплава ЛЦК20 значени х U ё 1, 5 ,2-107 (Ом-м) оценка fn составл ет 16,7 кГц .5 by formula (2) at, 5 mm and with characteristic values for alloy LCC20 U 1, 5, 2-107 (Ohm-m), the estimate fn is 16.7 kHz. Экспериментальные значени  coscp ,Experimental values of coscp, 0 6p/Q н рр /Q-cosCf дл  образцов сплава ЛЦК20 с известной плотностью 0 представлены точками на фиг. 1, результаты обработки этих экспериментальных данных по методу наименьших квадратов0 6p / Q n pp / Q-cosCf for samples of LCK20 alloy with known density 0 are represented by dots in FIG. 1, the results of the processing of these experimental data by the method of least squares 5 представлены в виде таблицы, в которой 2S - удвоенное среднее квадрати- ческое отклонение экспериментальных точек от линии регрессии (т.е. от соответствующего тарнровочного графика на фиг. 1), а Ар 2-S/A - веро тна  (с доверительной веро тностью 0,95) погрешность оценки плотности из та- рировочного графика, равна  величине 2S, деленной на значение А коэффициента наклона линии регрессии.5 are presented in the form of a table in which 2S is twice the standard deviation of experimental points from the regression line (i.e., from the corresponding calibration chart in FIG. 1), and Ap 2-S / A is likely (with confidence 0.95), the error in estimating the density from the calibration curve is equal to 2S divided by the value A of the coefficient of the slope of the regression line. Из таблицы видно, что дл  образцов сплава ЛЦК20 способ обеспечивает значение погрешности Ар 0,012 г/см (0,2% от среднего значени  плотности образцов), в результате чего с его помощью удаетс  надежно отличать об-From the table it can be seen that for samples of the LCC20 alloy, the method provides the value of the error Ap of 0.012 g / cm (0.2% of the average value of the density of the samples), as a result of which it is possible to reliably distinguish between 00 5five 00 разцы со средней плотностьюmedium density samples (6,07 г/см ) от образцов с минималь -. 45 (6,10 г/смэ) плотностью.(6.07 g / cm) from samples with a minimum -. 45 (6.10 g / cm) density. ной (6,03 г/см ) и максимNoah (6.03 g / cm) and max Формула изобретени Invention Formula Способ контрол  качества изделий из твердых сплавов, заключающийс  в том, что возбуждают в контролируе- . мом изделии резонансные упругие колебани  с помощью приложенных к нему фиксированных по амплитуде посто н- ного и переменного магнитных полей и определ ют величину отношени  амплитуды резонансного электромагнитно- акустического сигнала к механической добротности издели , о т л и ч а7I5J4391The method of quality control of products from hard alloys, which consists in that they excite in control. The resonant elastic oscillations are applied to the product through the use of constant and alternating magnetic fields fixed in amplitude applied to it, and the magnitude of the ratio of the amplitude of the resonant electromagnetic acoustic signal to the mechanical quality factor of the product is determined. ю га и и с   тем, что, с целью повышени  надежности контрол , уменьшают частоту переменного магнитного пол  до заданного посто нного значени , гарантирующего промагничивание материала в объеме издели , измер ют при этом значении частоты угол разностиThis, and in order to increase the reliability of the control, reduce the frequency of the alternating magnetic field to a predetermined constant value, which guarantees the magnetization of the material in the volume of the product, the difference angle is measured at this frequency value 8eight п меж/iv переменным магнитным потоком п изделии и возбуждающим его полем и о качестве издели  суд т по величине произведени  косинуса -этого угла на отношение амплитуды резонансного электромагнитно-акустического сигнала к механической добротности.n between / iv variable magnetic flux of the product and its exciting field and the quality of the product is judged by the product of the cosine of this angle and the ratio of the amplitude of the resonant electromagnetic acoustic signal to the mechanical quality factor. «о «а"O" a «о V"About V 7,87,8 tfh tfh I I||1LL JI I || 1LL J 6,0ft 6,06 6,08 8,106.0ft 6.06 6.08 8.10 J tZfCM5J tZfCM5 Фиг.11 uu 5five o,wo w 0,090.09 Редактор В.ПетрашEditor V. Petrash Составитель И.Кесо н Техред М.ДидыкCompiled by I.Keso and Techred M. Didyk Заказ 39Order 39 Тираж 499Circulation 499 ВНИИПН Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5VNIIPN State Committee for Inventions and Discoveries at the State Committee on Science and Technology of the USSR 4/5, Moscow, Zh-35, Raushsk nab. 113035 Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101Production and Publishing Combine Patent, Uzhgorod, st. Gagarin, 101 о оoh oh ФF оabout 8eight Фиг.ЗFig.Z Корректор С.ШекмарProofreader S. Shekmar ПодписноеSubscription