Лекция 16. Вихретоковые и лучевые методы неразрушающего контроля Вопрос 1. Вихретоковый вид нк
Вихретоковый неразрушающий контроль основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. По первичному информативному параметру методы делят на амплитудный, частотный, спектральный, многочастотный.
Методы, основанные на использовании вихревых токов, применяются для обнаружения нарушения сплошности, неоднородностей структуры и отклонений химического состава в электропроводящих изделиях, в структуроскопии. Вихретоковые методы находят также применение при измерении толщин покрытий, листовых материалов и труб.
Когда к поверхности металлического изделия подносится катушка, по которой протекает переменный электрический ток, в металле наводятся вихревые токи (рис. 54). Величина наведенных вихревых токов зависит от величины и частоты переменного тока, электропроводности, магнитной проницаемости и формы изделия, относительного расположения катушки и изделия, а также от наличия в изделии неоднородностей или несплошностей.
Электромагнитное поле вихревых токов по направлению противоположно наводящему. Вследствие этого вихревые токи влияют на общее сопротивление (импеданс) катушки возбуждения, находящейся в непосредственной близости к изделию. Определение величины и характера изменений вносимых сопротивлений (активных и индуктивных) и является основой для обнаружения дефектов или различий в физической, химической и металлургической структуре материала. Зависимость сигналов преобразователя от параметров объекта и от режима контроля выражается годографами, так как сигналы представляются векторами на комплексной плоскости напряжений. Годографы могут быть получены теоретическим или экспериментальным путем.
Таким образом, ток, протекающий в катушке, несет информацию об изделии, его размерах, механических и химических свойствах, а также о наличии или отсутствии дефектов, т. е. происходит своеобразное отражение электромагнитной энергии. Характер отраженного поля определится в основном двумя явлениями, происходящими в испытуемом изделии: возбуждающее поле индуктирует в металле вихревые токи; возбуждающее поле изменяет магнитную доменную структуру испытуемого изделия.
Рис. 54. Схема электромагнитного неразрушающего контроля:
а
– монолитный металл; б
– металл с трещиной;
–
возбуждающее электромагнитное поле;
– наведенное электромагнитное поле;
– вихревые токи;
– глубина проникновения
В неферромагнитных металлах происходит только первое явление, в то время как в ферромагнитных металлах действуют оба явления, причем на результаты измерения преобладающим оказывается влияние второго явления.
В различных вихретоковых приборах используется несколько способов возбуждения вихревых токов в объекте: помещение объекта в катушке или катушки в объект (метод охватывающего или проходного преобразователя), накладывание преобразователя на объект (так называемые накладные преобразователи) с помощью комбинированных преобразователей. Кроме того, преобразователи делят на абсолютные и дифференциальные.
Важной характеристикой детектируемых вихревых токов является глубина их проникновения . Это такое расстояние от поверхности, на котором амплитуда падающей электромагнитной волны уменьшится в е раз. В соответствии с величиной будет изменяться и контролируемая толщина материала изделия. Глубину проникновения вихревых токов в зависимости от частоты тока катушки можно определить по номограмме (рис. 55).
Особое внимание при контроле вихретоковым методом следует обратить на зазор между преобразователем и образцом, наличие которого сказывается на результатах. Этот же фактор значительно ограничивает возможности метода для дефектации НК деталей сложной конфигурации. Для уменьшения влияния величины зазора на показания прибора предусматриваются такие меры, как стабилизация зазора калиброванными прокладками, использование автоматических корректирующих устройств и др. Однако часто и эти приемы не обеспечивают необходимой стабильности и достоверности результатов контроля. Это объективно обусловлено интегральностью выходного сигнала вихретокового преобразователя, несущего информацию и о электромагнитах, и о геометрических, механических и других свойствах изделия, особенно при контроле ферромагнитных сплавов. Поэтому в настоящее время разрабатываются специальные методы так называемого многопараметрового вихретокового контроля, позволяющие раздельно оценить как интересующие, так и мешающие факторы влияния на свойства изделия. К ним относятся метод измерения на нескольких частотах, метод гармонического анализа сигнала датчика и др.
Помимо дефектоскопов широкого назначения, используются также специальные, например ТВД, ЭИТ-С1МА и некоторые другие. С их помощью контролируются фланцы корпусов сопловых аппаратов газотурбинных двигателей, лопасти воздушных винтов, барабаны и съемные реборды колес самолетов, диски турбины и другие детали.
Рис. 55. Номограмма для определения глубины проникновения вихревых токов б
(по данным А. Л. Дорофеева):
1 – титановый сплав ВТЗ; 2 – нержавеющая сталь 1Х18Н9Т; 3 – АК6; 4 – медь;
5–высоколегированная сталь