Учебно-методический комплекс по учебной дисциплине Контроль и испытания продукции для направления специальности 1-54 01 01-01 Метрология, стандартизация и сертификация (машиностроение и приборостроение).pdf

201

величины. При размагничивании детали выключают ток управления усилителей, в результате чего возникает переходный процесс в виде затухающей синусоиды и деталь размагничивается в течение 5–6 с.

Схема передвижного магнитногодефектоскопа ДМП-2показана на рис. 2.55.

Рис. 2.55. Принципиальная схема дефектоскопа ДМП-2:

1, 2–клеммы питания для циркулярного намагничивания; 3–клеммы питания для намагничивания приложенным полем

Силовой понижающий трансформатор Тр подключен к сети через регулирующий силу тока автотрансформатор АТ. Со вторичной обмотки трансформатора Тр через двухполупериодный выпрямитель В1 на клеммы 1

подается постоянный ток силой до 350 А для циркулярного намагничивания при помощи электрокарандашей. На клеммы 2 подается переменный ток силой до 1300 А для циркулярного намагничивания при помощи магнитных присосок. Клеммы 3 служат для питания постоянным током электромагнита,

в приложенном поле которого осуществляется контроль.

Стационарные, передвижные и переносные дефектоскопы, как правило,

включают элементы:

●блок питания;

●блок формирования намагничивающего тока;

●намагничивающие устройства;

●устройство для размагничивания;

●устройство для нанесения дефектоскопических материалов;

●блок автоматического управления технологическими операциями

контроля;

Внешний вид средств магнитного контроля в представлен на рис. Б.1

приложения Б.

2.4.10 Токовихревые методы контроля

Электромагнитный метод (вихревых токов) основан на регистрации

изменений взаимодействия электромагнитного поля катушки

с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых этой катушкой в КО.

электромагнитного поля вихревых токов под действием тех или иных

использован для любых металлов.

Возбудителем вихревых токов может быть поле движущегося магнита,

переменное поле тока в проводе, волна радиоизлучения. Чаще всего вблизи поверхности контролируемого изделия помещается возбуждающая вихревые токи катушка индуктивности с переменным током или комбинация нескольких катушек. В свою очередь, электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них электродвижущую силу или изменяя их полное сопротивление. Сигнал может формироваться

203

в той же обмотке, по которой идет возбуждающий ток, или же используется дополнительная катушка или катушки.

Для контроля все изделие или его часть помещают в поле датчика (рис.

2.56).

Рис. 2.56. Линии напряжения магнитных полей Н0, НВ и плотности вихревых токов δ при контроле накладным (а) и проходным (б) датчиком

Регистрируя напряжение на катушке или ее сопротивление, можно получить сведения о контролируемом изделии. Напряжение и сопротивление катушки зависят от многих параметров, что обусловливает широкие возможности ТВК (дефектоскопия, толщинометрия, структурометрия,

сортировка металла по маркам, контроль состояния поверхности и т.д.).

С другой стороны, это обстоятельство затрудняет разделение информации

о различных параметрах объекта и требует использования специальных

способов фильтрации шумов.

Для анализа изменения электромагнитного поля обычно используют активное и индуктивное сопротивление катушки, амплитуду напряжения,

сдвиг фаз измеряемого и опорного напряжений. Глубина проникновения вихревых токов зависит от частоты электромагнитных колебаний,

электрических и магнитных характеристик металла, формы катушки и поверхности изделия. Обычно она колеблется от долей миллиметра до 1–

3 мм.

Чувствительность метода зависит от многих факторов; при благоприятных условиях удается выявить трещины глубиной 0,1–0,2 мм протяженностью 1–2 мм, расположенные на глубине до 1 мм.

204

ТВК можно проводить без контакта между катушкой и металлом, зазор может составлять от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Это позволяет свободно перемещать преобразователь, что существенно для автоматизации процесса контроля. Выходной величиной ТВК является электрический сигнал, что позволяет автоматически регистрировать результаты контроля. Еще одно преимущество метода – возможность осуществления контроля с большой скоростью, соизмеримой со скоростью механической обработки КО.

Токовихревой дефектоскоп (рис. Б.2 приложения Б) состоит из генератора, преобразователя, усилителя, анализатора изменения поля

(амплитудный или частотный детектор, фазочувствительный элемент)

ииндикатора.

Взависимости от заданного параметра контроля существуют различные схемные решения приборов и различные преобразователи.

Преобразователи ТВК по рабочему положению относительно КО делят на накладные и проходные. Накладные преобразователи представляют собой одну или несколько катушек, подводимых торцом к поверхности объекта.

Накладные преобразователи применяют для контроля плоских поверхностей или для деталей сложной формы, а также в тех случаях, когда требуется

обеспечить локальность контроля и высокую чувствительность.

распространяется вдоль поверхности КО.Проходные преобразователи

205

В зависимости от способа соединения обмоток преобразователя

различают абсолютные (выходной сигнал определяется абсолютными параметрами КО и их изменением) и дифференциальные (выходной сигнал определяется разницей свойств двух рядом расположенных участков)

датчики. Абсолютные датчики используют для контроля электропроводности

и проницаемости материала, размеров, сплошности. Дифференциальные

комплексного напряжения, возникающего в одной или нескольких

измерительных обмотках. В параметрических датчиках сигнал формируется в той же обмотке, по которой идет возбуждающий ток. В трансформаторных датчиках измерительная обмотка может быть размещена на той же катушке или на другой. Такие датчики имеют более высокую температурную стабильность. Параметрические датчики более просты конструктивно,

частотный диапазон работы у них шире. Если измерительные датчики выполнены отдельно от полезадающих, то обычно они располагаются вблизи

вихревых токов необходим для понимания основ метода и его эффективного практического использования. Плоскости, в которых расположены траектории вихревых токов, перпендикулярны линиям напряженности возбуждающего поля. Возбуждаемые цилиндрическими датчиками вихревые токи протекают по окружностям, соосным с датчиком. В случае однородного изотропного материала значения плотности тока и их фазы от угловой координаты не зависят.

206

На силу вихревых токов оказывает влияние не только наличие дефекта,

но также площадь изделия, электропроводность материала и его магнитная

проницаемость. Уменьшение магнитной проницаемости

и электропроводности материала будет ослаблять вихревые токи так же, как

составляющих вносимого напряжения для трансформаторного датчика.

Поскольку параметры вихревых токов зависят от электропроводности,

проницаемости, сплошности металла, от этих же величин зависит и сигнал.

Чаще принято рассматривать изменение сигнала датчика совместно на комплексной плоскости сопротивлений или напряжений. Зависимость сигнала от обобщенного параметра, положения датчика относительно изделия, его формы, размеров, сплошности материала представляет собой сложную комплексную функцию. Влияние каждой переменной на сигнал

изображается графически на комплексной плоскости.

В подавляющем большинстве случаев основой при анализе этих

зависимостей служит годограф сигнала F(в0) витка, плотно прилегающего к немагнитному изделию.

Анализируя годографы, выбирают оптимальную рабочую частоту,

конструкцию датчика, измерительную схему, приемы контроля,

обеспечивающие необходимую чувствительность прибора к проверяемому

207

значительно отличаться, поэтому годографы для различных групп датчиков различаются между собой.

Простейшая схема прибора для ТВК приведена на рис. 2.57.

Рис. 2.57. Схема измерительного моста с двумя датчиками

Одинаковые датчики Д1 и Д2 включены в мостовую схему

с регистрирующим микроамперметром. На датчики подается от генератора

переменное напряжение ~.

В поле датчика Д1 расположен контрольный образец 1, а в поле

датчика Д2–контролируемое изделие 2. Если изделие и образец одинакового качества, то мост сбалансирован, через индикатор мА ток не течет. Если изделие отличается от образца, например из-за дефекта, то мост разбалансируется и прибор µА зафиксирует протекающий ток.

Если датчики Д1 и Д2 неодинаковы, то при помещении в их поле идентичных изделий будет наблюдаться остаточное напряжение, для

устранения которого схема моста усложняется.

При контроле электромагнитными индукционными дефектоскопами типа ЭМИД используют два дифференциально включенных датчика, один из

которых присоединен к эталонному образцу, а другой–к контролируемому

изделию. При этом на выходе двух трансформаторных датчиков возникает

наблюдается на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) в виде кривой,

позволяющей оценить свойства изделия несколькими способами:

1)по форме кривой;

2)по фазе (положению нулей и максимумов) кривой;

3)по отклонению кривой от горизонтальной развертки луча (по

208

амплитуде);

4) по сочетанию нескольких параметров кривой.

Преимущества метода ТВК по сравнению с другими методами

выявления поверхностных дефектов (например, капиллярным методом)

наиболее значительны при контроле сталей с защитными покрытиями; при контроле деталей в процессе эксплуатации машин; при контроле проката в технологическом процессе; при массовом контроле однотипных деталей,

например, шаров, роликов, втулок, обойм шарикоподшипников и т.п.

деталей, в процессе их изготовления.

2.4.11 Акустические (ультразвуковые) методы контроля

Акустические методы основаны на регистрации колебаний,

возбуждаемых или возникающих в контролируемом объекте. Сущность

метода состоит в анализе характеристик упругих колебаний и волн частот от

50 Гц до 50 МГц. Интенсивность колебаний обычно невелика, не превышает

позволяют контролировать геометрические параметры при одностороннем

допуске к изделию, а также физико-механические свойства металлов и металлоизделий без их разрушения.

Акустические методы контроля делятся на активные (основаны на излучении и приеме упругих волн: теневой, велосимметричный, эхо-метод и др.) и пассивные (основаны только на приеме упругих волн, источником которых служит сам объект контроля: акустико-эмиссионный, вибрационно-

209

эмиссионный, велосимметрический, импедансный и метод свободных колебаний. Эти методы называют также ультразвуковыми.

Такие колебания происходят в области упругих деформаций среды, где напряжения и деформации связаны пропорциональной зависимостью

(область линейной акустики). Кроме упругости по объему, в твердом теле существует упругость по форме, поэтому в теле могут распространяться волны двух типов: продольные и поперечные. Акустические волны в твердых телах характеризуются либо смещением, либо колебательными скоростями,

либо тензорами деформации или напряжения. Для контроля применяют разные типы (моды) волн, отличающиеся направлением колебаний частиц,

скоростью распространения и другими признаками. В продольной волне колебательные скорости частиц среды совпадают с направлением распространения волны, в поперечной – перпендикулярны ему. Известно много акустических методов неразрушающего контроля (рис. 2.58),

некоторые применяются в нескольких вариантах.

Методы прохождения используют излучающие и приемные преобразователи, расположенные по разные или по одну сторону контролируемого изделия. Применяют импульсное или (реже) непрерывное излучение и анализируют сигнал, прошедший через контролируемый объект.

К методам прохождения относят амплитудный; теневой метод; временной теневой метод; велосиметрический метод.

210

Рис. 2.58. Классификация акустических методов контроля В методах отражения используют как один, так и два преобразователя;

применяют импульсное излучение. К этой подгруппе относят эхо-метод; эхо-

зеркальный метод; дельта-метод; дифракционно-временной метод;

ревербирационный метод.

В комбинированных методах используют принципы как прохождения,

так и отражения акустических волн: зеркально-теневой метод; эхо-теневой метод; эхо-сквозной метод.

Методы собственных частот основаны на измерении этих частот (или спектров) колебаний контролируемых объектов. Собственные частоты измеряют при возбуждении в изделиях как вынужденных, так и свободных колебаний. Свободные колебания обычно возбуждают механическим ударом,

вынужденные–воздействием гармонической силы меняющейся частоты.

Импедансные методы используют зависимость импедансов изделий при их упругих колебаниях от параметров этих изделий и наличия в них дефектов. Пассивные акустические методы основаны на анализе упругих колебаний волн, возникающих в самом контролируемом объекте. Наиболее характерным пассивным методом является акустико-эмиссионный метод.

Явление акустической эмиссии состоит в том, что упругие волны излучаются самим материалом в результате внутренней динамической локальной