Лекции 11, 12 Тема: Физические методы контроля в технической диагностике

План лекции

1. Вихретоковые методы контроля

2. Методы капиллярного неразрушающего контроля

3. Оптический неразрушающий контроль

4. Магнитный вид неразрушающего контроля

5. Акустические методы контроля

6. Радиоволновые методы неразрушающего контроля

7. Тепловой неразрушающий контроль

Введение

Физические методы могут применяться для контроля: изменения геометрической формы элементов; нарушения структурной целостности (трещины, усталостные повреждения); потери прочности.

Перечислим наиболее распространенные физические методы контроля:

• визуальный контроль с использованием различных оптических средств (бинокли, линзы, эндоскопы, волоконно-оптические устройства), например, осмотр деталей ЛЭП;

• магнитная дефектоскопия - на ОД воздействуют магнитным полем, например, на поверхность намагниченной детали наносят магнитный порошок (или его суспензию в масле), который осаждается вокруг трещины и других дефектов поверхностей деталей;

• люминесцентный метод, основанный на использовании проникающих жидкостей, светящихся в ультрафиолетовых лучах. Это позволяет обнаружить невидимые глазом трещины и другие дефекты поверхностей деталей;

• ультразвуковой метод, использующий способность ультразвуковых волн легко проходить сквозь плотные вещества и отражаться от внутренних дефектов. Для практической реализации метода необходимо обеспечить контакт объекта контроля с датчиками и излучателями, как правило, через жидкую среду;

• вихретоковый метод, основанный на использовании эффекта наведения вихревых токов в проводниках. Может применяться для контроля геометрических параметров, обнаружения внутренних отслоений, трещин, раковин и т. д.;

• акустическая эмиссия - выделение упругих волн при внешнем механическом воздействии на материал. Параметры волн определяются изменениями структуры материала;

• рентгеноскопия - может применяться в стационарных условиях для обнаружения скрытых трещин и раковин. Наличие скрытых дефектов может определяться по пикам интенсивности отраженного от детали излучения;

• спектральный и химический анализы - позволяют обнаружить изменение содержания примесей;

• тепловой контроль - инфракрасные видеокамеры и датчики позволяют контролировать температурные режимы оборудования;

• радиоизотопный метод, заключающийся в активации поверхностей деталей радиоактивными изотопами с небольшими периодами полураспада и последующим контролем интенсивности излучения.

1. Вихретоковые методы контроля

Вихретоковые методы основаны на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля. Плотность вихревых токов в объекте зависит от геометрических и электромагнитных параметров объекта, а также от взаимного расположения измерительного вихревого преобразователя (ВТП) и объекта. В качестве преобразователя используют обычно индуктивные катушки (одну или несколько). Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на зажимах катушки или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно него.

Достоинства:

1. Особенность вихретокового контроля в безконтактности преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит на расстояниях (от долей миллиметра до нескольких миллиметров), достаточных для свободного движения преобразователя относительно объекта. Поэтому этими методами можно получать хорошие результаты контроля даже при высоких скоростях движения объектов.

2. Получение первичной информации в виде электрических сигналов, бесконтактность и высокая производительность определяют широкие возможности автоматизации контроля.

3. На сигналы преобразователя практически не влияют влажность, давление и загрязненность газовой среды, радиоактивные излучения, загрязнение поверхности объекта контроля непроводящими веществами.

4. Простота конструкции преобразователя - еще одно достоинство ВТМ. Катушки помещают в предохранительный корпус и заливают компаундами. Благодаря этому они устойчивы к механическим и атмосферным воздействиям, могут работать в агрессивных средах в широком интервале температур и давлений.

Области применения: ВТМ применяются в основном для контроля качества электропроводящих объектов: металлов, сплавов, графита, полупроводников.

Недостаток: малая глубина зоны контроля, определяемая глубиной проникновения электромагнитного поля в контролируемую среду.

Несмотря на указанные ограничения, ВТМ широко применяют для дефектоскопии, определения размеров и структуроскопии материалов и изделий.

В дефектоскопии обнаруживают дефекты типа несплошностей, выходящих на поверхность или залегающих на небольшой глубине (в электропроводящих листах, прутках, трубах, проволоке, железнодорожных рельсах, мелких деталях и т.д.), а также разнообразные трещины, расслоения, закаты, плены, раковины, неметаллические включения и т.д. При благоприятных условиях контроля и малом влиянии мешающих факторов удается выявить трещины глубиной 0,1-0,2 мм, протяженностью 1-2 мм (при использовании накладного преобразователя) или протяженностью около 1 мм и глубиной 1-5% от диаметра контролируемой проволоки или прутка (при использовании проходного преобразователя).

Этими методами измеряют диаметр проводов контактной сети, прутков и труб, толщину металлических листов и стенок труб при одностороннем доступе к объекту, толщину электропроводящих (например, гальванических) и диэлектрических (например, лакокрасочных) покрытий на электропроводящих основаниях, толщину слоев многослойных структур, содержащих электропроводящие слои. Измеряемые толщины могут изменяться в пределах от микрометров до десятков миллиметров. Для большинства приборов погрешность измерения 2-5%. Минимальная площадь зоны контроля может быть доведена до 1 мм², что позволяет измерить толщину покрытия на малых объектах сложной конфигурации.