2.Фізичні основи, конструкція і область застосування електропотенційних і термоелектричних дефектоскопів.
14 Електропотенціальний метод контролю і його технічна реалізація
Електропотенціальний метод базується на реєстрації розподілу електричного потенціалу вздовж поверхні ОК. Розподіл потенціалу визначається властивостями ОК, що проводить електричний струм, який створюється зовнішнім джерелом. Метод використовується головним чином для дефектоскопії струмопровідних об'єктів, зокрема для вимірювання глибини тріщин.
На рис. 11.3 зображені картини електричного поля в електропровідній пластині при відсутності і наявності в ній тріщини.
Рисунок 11.3 – Графічна інтерпретація фізичних основ електропотенціального методу контролю електропровідного ОК при відсутності (а) і наявності (б) поверхневої тріщини
За допомогою електродів 1, 2, які називаються струмовими і розміщені по різні боки тріщини, глибину якої необхідно виміряти, до пластини підводиться електричний струм. Вектор щільності струму у пластині визначається вектором напруженості електричного поля і співпадає з ним по напрямку.
На рис. 11.3 вказані лінії однакових значень щільності струму (суцільні) і лінії однакових значень електричного потенціалу (штрихові) - носять назву еквіпотенціальних - які взаємно ортогональні. Із зіставлення картин поля цього рисунку випливає, що тріщина в суцільному провідному середовищі, яка орієнтована поперек ізоліній щільності струму, викликає перекручування ізоліній щільності струму і еквіпотенціалей. Це можна виявити вимірюванням різниці потенціалів між двома точками на поверхні за допомогою потенціальних електродів 3 і 4, відстань між якими фіксована. Очевидно, що ступінь перекручування еквіпотенціалей залежить від глибини тріщини h. Тому різниця потенціалів U між потенціальними електродами визначається значенням параметра h. Різниця потенціалів U залежить також від ширини тріщини, струму джерела, питомої електричної провідності σ матеріалу і геометричних параметрів ОК. Вплив ширини тріщини виявляється при відношенні її ширини до глибини більшим від 0,1. На практиці це відношення менше 0,1, тому впливом зміни ширини тріщини можна зневажити. Якщо контроль здійснюється за допомогою змінного струму, то різниця потенціалів залежить також від кругової частоти струму і абсолютної магнітної проникності μа матеріалу ОК внаслідок скін-ефекту. Останній виявляється у зменшенні глибини проникнення δ електромагнітного поля в ОК із підвищенням частоти ω. Це дозволяє виключити вплив товщини ОК на покази приладу, так як контури струму зосереджуються в поверхневому шарі.
Електропотенціальні прилади застосовують для вимірювання глибини тріщин, виявлених магнітопорошковими, вихрострумовими та іншими засобами НК, що мають низькі пороги чутливості, але не дозволяють вірогідно судити про глибину дефектів. Тому вимірювачі глибини тріщин застосовують звичайно у з’єднанні з відповідними дефектоскопами інших видів. Ними користуються для контролю стану трубопроводів, які працюють під тиском, енергетичного і транспортного обладнання. Іще одна важлива область використання цих приладів - кількісне вивчення процесу росту тріщин при втомних, міцнісних та інших видах випробувань матеріалів і виробів.
Електропотенціальні прилади дозволяють контролювати об’єкти з будь-яких матеріалів, що проводять струм: сталей, чавунів, кольорових металів і сплавів, графітів. При цьому, ширина тріщини практично не впливає на точність вимірювання. Але її довжина повинна не менше ніж у три рази перевищувати глибину. У противному випадку змінюється картина поля: помітний вплив роблять складові струму, що охоплюють краї тріщини. Тому не можуть бути виміряні геометричні параметри таких дефектів, як пори, раковини, об'ємні включення.
Електропотенціальні вимірювачі глибини тріщин прості в налаштуванні й експлуатації, мають малі габарити, масу (2-5 кг), вартість. Вони випускаються різними фірмами і поширені на практиці. В цій області дефектоскопії розглянуті прилади практично поза конкуренцією, оскільки можливості ультразвукових дефектоскопів у вимірюванні глибини тріщин обмежені, а радіаційні дефектоскопи складніші і вимагають біологічного захисту.