EMG IMPOC используется во всем мире в сталелитейной промышленности для контроля механических свойств ферромагнитной стальной полосы непосредственно в процессе производства. Принцип измерения основан на измерении электромагнитных свойств исследуемой стали и использовании корреляционных зависимостей с результатами механических испытаний для построения статистических моделей механических параметров, таких как предел прочности на разрыв и предел текучести.
На основе этих моделей и значений магнитного поля, измеренных в режиме реального времени, прочность на разрыв и предел текучести стали могут быть отображены в режиме онлайн без задержки и использованы, например, для управления процессом или его оптимизации.
Но как именно эти электромагнитные сигналы связаны со свойствами стали? В научной статье, посвященной европейскому исследовательскому проекту Product Uniformity Control (PUC) [1], были изучены именно эти взаимосвязи и разработаны модели для лучшего понимания и оценки сигнала IMPOC с физической точки зрения.
Как работает EMG IMPOC? Физический принцип измерения, лежащий в основе определения механических свойств полосы в линии
EMG IMPOC основан на принципе электромагнитного измерения, который подходит только для ферромагнитных стальных полос. Когда полоса проходит по производственной линии, электромагнитные катушки генерируют короткий, сильный импульс намагничивания. Этот импульс намагничивает сталь локально до состояния, близкого к магнитному насыщению. После окончания импульса намагничивания в материале остается остаточная намагниченность.
Высокочувствительные датчики магнитного поля, расположенные в нескольких сантиметрах за блоком намагничивания, измеряют градиент остаточной напряженности магнитного поля в А/м2. Это измеренное значение сохраняется как характеристическое значение IMPOC, также известное как исходное значение IMPOC.
Поскольку магнитные свойства стали тесно связаны с ее микроструктурой, измеренный сигнал также изменяется при изменении прочности или микроструктуры материала. На этой основе с помощью статистических корреляционных моделей можно определять механические характеристики, такие как предел текучести или предел прочности на разрыв, по всей длине полосы. Это предоставляет пользователю постоянную онлайн-информацию о свойствах материала без необходимости отбора проб или прерывания производственного процесса.
EMG IMPOC и микроструктура: почему магнитные сигналы позволяют делать выводы о прочности
EMG IMPOC использует фундаментальную зависимость в физике материалов: магнитные свойства ферромагнитной стали тесно связаны с ее микроструктурой. Изменения в структуре, соотношении фаз, плотности дислокаций или размере зерен влияют не только на механические свойства стали, но и на ее магнитное поведение.
Именно эта взаимосвязь была научно исследована в рамках европейского исследовательского проекта «Контроль однородности продукции» (Product Uniformity Control). Исследователи смогли показать, что различия в микроструктуре приводят к измеримым изменениям в магнитной реакции материала. Особое значение здесь имеют гистерезисные свойства стали, которые описывают, как намагничивание и магнитное поле влияют друг на друга.
Поскольку механическая прочность современных сталей в значительной степени определяется их микроструктурой, возникают косвенные корреляции между сигналами магнитных измерений и механическими характеристиками. Система EMG IMPOC использует эти корреляции для вывода заключений о пределе текучести и пределе прочности стали на основе измеренного градиента магнитного поля. Это позволяет косвенно измерять механические свойства в ходе производственного процесса.
EMG IMPOC в центре внимания исследований: результаты проекта RFCS «Контроль однородности продукции»
EMG IMPOC интенсивно изучалась в рамках европейского исследовательского проекта «Контроль однородности продукции» (PUC). Ключевой результат этой работы описан в статье «Моделирование реакции IMPOC для различных стальных полос». Целью этого исследования было лучшее понимание физических механизмов, лежащих в основе сигнала измерения IMPOC, и разработка модели для расчета реакции датчика.
Работа была сосредоточена на том, как формируется электромагнитный сигнал после генерации импульса намагничивания. С этой целью исследователи разработали численную модель, которая решает уравнения Максвелла для ферромагнитного материала с нелинейной и гистерезисной намагниченностью. Магнитные кривые М-H соответствующей стали служат важными входными переменными.
Моделирование показывает, как различные марки стали, микроструктуры и параметры материала влияют на сигнал IMPOC. Изображение (согласно [1]) показывает хорошее совпадение между значениями IMPOC и смоделированными значениями измерительного сигнала для стали DP. В то же время стало ясно, что такие переменные процесса, как скорость или толщина полосы, также влияют на результат измерения.
Ограничения и факторы, влияющие на поточные измерения при производстве стали
Как и любая технология поточного измерения, EMG IMPOC подвержена влиянию различных технологических и материальных параметров. Исследования в рамках проекта RFCS Product Uniformity Control и практическое использование системы в производстве показывают, что, помимо микроструктуры стали, такие факторы, как скорость полосы, толщина полосы, натяжение ленты и расстояние между датчиком и поверхностью полосы, также могут изменять измеряемый сигнал. Эти эффекты иногда пересекаются и могут варьироваться по интенсивности в зависимости от марки стали.
Поэтому для получения надежных результатов измерений необходимо хорошо понимать физическую суть принципа измерения. Именно здесь в проекте пришло на помощь научное моделирование: благодаря сочетанию экспериментальных измерений и численных симуляций удалось выявить и лучше понять наиболее важные факторы, влияющие на результаты. Полученные результаты были непосредственно использованы при дальнейшей разработке системы EMG IMPOC. Они способствовали более надежной интерпретации измерительных сигналов, сделали определение механических свойств в промышленной практике еще более надежным и позволили доработать систему для новых марок стали, таких как марки AHSS.
Заключение
Наше глубокое исследование показывает, что EMG IMPOC сочетает в себе промышленную измерительную технику, физику материалов и моделирование на основе данных, создавая мощный инструмент для современного производства стали. Научная работа, такая как та, которая проводилась в рамках проекта RFCS, заложила важную основу для понимания связи между электромагнитными сигналами и микроструктурой и механическими свойствами стали. В то же время широкое промышленное применение — в настоящее время во всем мире используется около 90 систем — показывает, что эта технология хорошо зарекомендовала себя на практике. Текущие разработки, такие как IMPOC Booster, который включает в моделирование дополнительные данные о процессах и материалах, еще больше повышают точность и надежность прогнозирования в режиме реального времени.
Что будет дальше?
Если вы хотите узнать больше о EMG IMPOC, посетите наш веб-сайт, загрузите последнюю версию брошюры о система или свяжитесь напрямую с нашим отделом продаж или продукт-менеджерами (impoc@emg-automation.com). Мы будем рады помочь вам использовать возможности поточного определения механических свойств полосы в вашем производстве.
Скачать брошюру о системе EMG IMPOC
Источники:
[1] Skarlatos, A.; Reboud, C.; Svaton, T.; Martinez-de-Guerenu, A.; Kebe, T.; Van den Berg, F. (2016): Моделирование реакции IMPOC для различных стальных полос. 19-я Всемирная конференция по неразрушающему контролю (WCNDT 2016).