Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Неразрушающий контроль. В 2 частях. Ч.2. Неразрушающий контроль в управлении качеством с применением мехатронных систем. Учебное пособие
.pdf
Катушка
индуктивности
ОК
L1
а)
б)
R1
Zвт
Z
1
R
Lвн
в)
вн
Рис. 12. Индуктивная катушка над проводящим ОК:
а – схема взаимодействия с ОК; б – схема воздушного
трансформатора, имитирующего ВТП; в – схема
замещения воздушного трансформатора
энергии за счёт нагрева ОК вихревыми токами; Lвн – вносимая индуктивность, обусловленная изменением потокосцепления индуктивной катушки
за счёт действия вихревых токов. Поскольку потокосцепление ψ из-за
действия вихревых токов изменяется, индуктивность катушки при нахождении вблизи неё электропроводящего ОК также меняется.
Параметры R
токов в изделии. Таким образом, определяя изменения активного и индуктивного сопротивлений такого ВТП, можно судить о геометрических и
электромагнитных параметрах ОК. Однокатушечный ВТП, по параметрам
которого судят о качестве ОК, называют параметрическим.
Кроме параметрических ВТП, в вихретоковом НК часто используют двухкатушечные ВТП (рис. 13), од
щая) служит для создания электромагнитного поля, а следовательно, вихревых токов в ОК, а другая (измерительная) – для измерения ЭДС, наводимой в ней результирующим магнитным потоком, проходящим внутри
этой катушки. Нетрудно понять, что амплитуда и фаза ЭДС при синусоидальном токе в измерительной катушке будут зависеть от п
Такой ВТП называют т
в нём играет роль вторичной обмотки трансформатора.
ЭДС (или сопротивление) ВТП зависит от многих параметров ОК,
а также от взаимного расположения ВТП и изделия, т.е. информация,
получаемая от преобразователя, многопараметровая. Это определяет как
преимущества, так и трудности реализации вихретокового кон
и Lвн зависят от плотности и распределения вихревых
вн
н
а катушка которых (возбуждаю-
араметров ОК.
рансформаторным, так как измерительная катушка
т
роля.
21
1
2
Рис. 13. Трансформаторный ВТП и ОК:
1 – генератор; 2 – блок измерения; 3 – ОК
3
С одной стороны, он позволяет осуществлять многопараметровый контроль. С другой стороны, приходится использовать различные способы
разделения влияния контролируемых параметров и подавления влияния
мешающих контролю факторов для того, чтобы осуществлять селективный (раздельный) контроль параметров.
Достоинством вихретокового контроля является бесконтактность ме-
тода. Благодаря этому контроль вихревыми токами можно осуществлять
т
при движении ОК о
носительно ВТП, причём скорость этого движения
при производственном контроле может быть значительной, что обеспечивает высокую производительность контроля. Получение первичной информации в виде электрических сигналов, отсутствие контакта и высокая
производительность определяют широкие возможности автоматизации
вихретокового контроля.
Дополнительным преимуществом вихретокового НК является то, что
рмативные пара-
на сигналы ВТП практически не влияют такие неинф
о
метры, как влажность, давление и загрязнённость газовой среды, радиоактивное излучение, загрязнение поверхности изделия непроводящими веществами. В большинстве случаев катушки ВТП помещают в защитный
корпус, они устойчивы к механическим и атмосферным воздействиям и
представляют собой весьма надёжные ПИП.
Так как вихревые токи возникают только в электропроводящих ма
риалах, то об
ъектами вихретокового контроля являются изделия, изготов-
те-
ленные из металлов, сплавов, графита, полупроводников и других электропроводящих материалов.
В настоящее время вихретоковые приборы и установки широко применяют для обнаружения и определения параметров дефектов – несплошностей материалов (дефектоскопия и дефектометрия), контроля размеров
ОК и параметров вибраций (толщинометрия и ви
брометрия), оп
ределения
физико-механических параметров и структурного состояния (структуро-
22
скопия), обнаружения электропроводящих объектов (металлоискатели) и
для других целей. Объектами вихретокового контроля могут быть электропроводящие прутки, проволока, трубы, листы, пластины, покрытия,
в том числе многослойные, железнодорожные рельсы, корпуса атомных
реакторов, шарики и ролики подшипников, крепёжные детали и многие
другие промышленные изделия.
Дефектоскопы предназначены для обнаружения различных трещин,
чений и т.д. Толщино-
расслоений, закатов, раковин, металлических вкл
ю
меры применяют для контроля толщины электропроводящих листов, плёнок, пластин, покрытий на них, стенок труб, цилиндрических и сферических баллонов. С помощью структуроскопов контролируют химический
состав, структуру металлов и сплавов, механические напряжения, качество термической и химико-термической обработки деталей, состояние по-
ру-
верхностных слоёв изделия. Металлоискатели могут служить для обн
а
жения металлических и других электропроводящих объектов в грунте,
в теле человека, продуктах питания, древесине, багаже пассажиров и т.д.
Вихретоковый дефектоскоп для контроля поверхностных трещин
труб, валов, проводов и других стержневых объектов диаметром от 14 до
300 мм показан на рис. 14.
По типу преобразования параметров ОК в выходн
ой сигнал ВТ
П
разделяют на параметрические и трансформаторные. Преимущество параметрических ВТП заключается в их простоте, а недостаток, который
значительно слабее выражен в трансформаторных ВТП, – в зависимости
выходного сигнала от температуры преобразователя. По способу соединения катушек (обмоток) ВТП делят на абсолютные и дифференциальные.
Рис. 14. Вихретоковый дефектоскоп
23
3
1
2
1
3
*
*
2
*
Рис. 15. Абсолютный (а) и дифференциальный (б)
На рисунках 15 и 16 обозначено: 1 – возбуждающая катушка;
2 – измерительная катушка (обмотка); 3 – ОК.
Абсолютным называют ВТП (рис. 15, а), выходной сигнал которого
определяется абсолютными значениями параметров изделия в зоне контроля. Дифференциальными ВТП называют совокупность двух ВТП, обмотки
которых соединены таким образом (рис. 15, б), что выходной сигнал определяется разностью параметров ОК соответствующих зо
В зависимости от расположения ВТП по отношению к ОК их делят
на проходные, накладные и комбинированные.
Проходные ВТП обычно подразделяют на наружные, внутренние,
погружные и экранные. На рисунке 16 показаны разновидности трансформаторных наружных проходных ВТП. Основной особенностью их
является то, что катушки ВТП охватывают ОК.
1 2
2 1
3 3
24
а)
трансформаторные ВТП
Рис. 16. Проходные наружные ВТП
*
б)
н кон
троля.
Катушки внутренних проходных ВТП (рис. 17) вводят внутрь ОК,
чаще всего они предназначены для контроля труб.
Погружные ВТП (рис. 18) используют для контроля жидких электро-
проводящих сред, их катушки помещают в контролируемую среду.
В экранных проходных ВТП (рис. 19) возбуждающие и измерительные катушки располагают по разные стороны ОК. Очевидно, что наружными, внутренними и по
гружными могут
быть как параметрические, так и
трансформаторные ВТП, а экранными – только трансформаторные.
3 3
1
2
2
1
1 2 1 2
3 3
Рис. 17. Проходные внутренние ВТП
1 2
3 3
2 1
Рис. 18. Погружные ВТП
Рис. 19. Экранные проходные ВТП
25
А – А
1
2
А 3 А
Рис. 20. Накладной ВТП с круглыми катушками
Накладные ВТП (рис. 20) размещают вблизи поверхности ОК, они
имеют одну или несколько обмоток. Их оси обычно располагают нормально к поверхности изделия, т.е. их прикладывают торцом к ОК. Однако возможно продольное расположение накладных ВТП, когда оси катушек направлены вдоль поверхности изделия.
Накладные ВТП обладают значительно большими возможностями
для ко
нтроля, чем п
роходные. Они позволяют контролировать геометрические и электромагнитные параметры ОК сложной формы. Катушки накладных ВТП могут быть круглыми коаксиальными, прямоугольными
крестообразными, с взаимно перпендикулярными осями и др.
Накладные ВТП выполняют с ферромагнитными сердечниками и без
них. Благодаря ферромагнитному сердечнику (обычно ферритовому) повышается чувствительность к изменению контролируемых п
рмируется электромагнитное поле заданной топологии. Очень часто
фо
араметров и
сердечники используют для локализации магнитного поля в целях
уменьшения зоны контроля. В накладных ВТП локализация магнитного
поля осуществляется благодаря тому, что в них применяют магнитопроводы 4 специальной формы (рис. 21, а, б), отверстия в неферромагнитном
электропроводящем экране (рис. 21, в).
Одна из осн
овных ос
обенностей вихретокового контроля по сравнению с другими видами НК состоит в том, что выходная информация, поступающая от ВТП, зависит от большого количества параметров ОК и
других влияющих величин. К параметрам ОК относят: размеры, электромагнитные параметры, параметры дефектов. Помимо параметров ОК,
т
к влияющим факторам можно отнести: положение изделия по о
ношению
к ВТП, расстояние между изделием и ВТП, электромагнитные наводки
в преобразователе, измерительной цепи, блоках формирования и обработки сигналов и др.
26
1, 2 1, 2 1, 2
4
4 4
5
3 3 3
большее распространение в практике вихретокового НК и применяют в
случаях, когда сильное влияние на выходные сигналы ВТП помимо контролируемого оказывает ещё один параметр – неинформативный, мешающий. При двухпараметровом контроле чувствительность к контролируемому параметру обычно снижается, но чувствительность к мешающему фактору уменьшается в большей степ
отношение сигнал/помеха.
казана на рис. 22.
колебаний 1 питает током ВТП 2 и подаёт напряжение на компенсатор 3.
Сигналы с ВТП усиливает усилитель 4 и детектирует амплитудный
детектор 5. Постоянное напряжение с детектора подаётся на вторичный
прибор 6. Компенсатор позволяет отрегулировать компенсирующее
напряжение по амплитуде и фазе так, чт
формативных параметров.
а) б) в)
Рис. 21. Накладные локальные ВТП:
1 – возбуждающие катушки; 2 – измерительные катушки;
3 – ОК; 4 – магнитопроводы; 5 – концентратор
Двухпараметровые способы выделения информации получили наи-
тате чего возрастает
Схема прибора, реализующего
ени. В резуль
амплитудный способ измерения, по-
Прибор работает следующим образом. Генератор синусоидальных
о подавляло влияние неин-
обы он
1
2
4
5
6
3
Рис. 22. Структурная схема прибора, реализующего
амплитудный способ выделения информации
27
Амплитудный способ выделения информации целесообразно применять, например, для контроля диаметра прутков проходными ВТП или
толщины диэлектрических покрытий накладными ВТП с подавлением
влияния изменений УЭП.
Фазовый способ эффективен при измерении накладными экранными
ВТП толщины неферромагнитных листов с подавлением влияния изменения УЭП материала, а также при контроле толщины листов накладными
ВТП с подавлением влияния зазора.
Кроме того, применяют амплитудно-фазовый способ измерения.
Используя различные зависимости амплитуды и частоты колебаний
от контролируемого параметра и мешающего фактора, можно подобрать
азования амплитуды и частоты в постоянные на-
коэффициенты преоб
р
пряжения такими, чтобы сумма или разность этих напряжений мало зависела от мешающего фактора, но в то же время выходное напряжение было
пропорционально изменению контролируемого параметра. Такой способ
ослабления влияния мешающего фактора называют
частотным
способ
.
Структурная схема прибора, реализующего
выделения информации, показана на рис. 23.
амплитудно-частотный
амплитудно-
Напряжение с генератора 2, в колебательный контур которого включён ВТП 1, поступает на входы амплитудного детектора 3 и частотного
детектора 4. Напряжения на выходах этих устройств соответственно равны
⎧
⎨
⎩
,),(
ϕ==
ϕ==
XRUkU
внвн1аа.д
(8)
.),(
XRfkU
внвн2чч.д
Подбирая коэффициенты преобразования k а, kч и осуществляя с по-
мощью суммирующего устройства 5 алгебраическое суммирование U
, можно значительно ослабить влияние изменений мешающего фактора.
U
ч.д
3
и
а.д
2 1
5 6
28
Рис. 23. Структурная схема прибора, реализующего
амплитудно-частотный способ выделения информации
4
Дефектоскопы – наиболее распространённый вид вихретоковых
приборов НК, они предназначены для обнаружения несплошностей в объектах из электропроводящих материалов.
Наиболее простую электрическую схему имеют дефектоскопы,
в которых ВТП используют в качестве индуктивного элемента резонансного контура автогенератора 1 (рис. 24).
Автогенератор через буферный (англ. buffer, от buff – толкать) каскад 2
связан с амплитудным детектором 3. Постоянное напр
яжение, п
ропорциональное амплитуде напряжения автогенератора, усиливается усилителем постоянного тока 4, к выходу которого подключён ВП 5, а также
пороговые устройства 6 и 7, управляющие работой генераторов звуковой
частоты 8 и 9, к выходам которых подключены головные телефоны 10.
Автогенераторный вихретоковый дефектоскоп (рис. 25) позволяет
обнаруживать дефекты минимальной протяжённостью 2 мм при то
крытия 0,5 мм с минимальным раскрытием 1 мкм. Минимальная глуби-
по
лщине
на обнаруживаемых трещин составляет: 200 мкм – для магниевых, алюминиевых и медных сплавов, 500 мкм – для жаропрочных и титановых
сплавов, 200 мкм – для стали 30ХГСНА.
Вихретоковый дефектоскоп (рис. 26) предназначен для обнаружения
и оценки размеров поверхностных несплошностей и трещин в стальных
конструкциях и деталях, металлоконструкциях, св
арных шва
х и т.п.
Принцип действия дефектоскопа основан на возбуждении ВТП переменного тока в ОК и фиксации изменения параметров электрического
сигнала датчика при попадании дефекта в зону его действия.
1 2
3 4
6
8
5
10
7
9
Рис. 24. Структурная схема автогенераторного дефектоскопа
29
Рис. 25. Автогенераторный
вихретоковый дефектоскоп
Рис. 26. Вихретоковый
дефектоскоп
1. Технические характеристики вихретокового дефектоскопа
Контролируемый материал Сталь
Эффективная зона контроля (радиус ВТП), мм 2,5
Минимальные размеры выявляемых трещин, мм:
– глубина
– ширина
0,25
0,02
Относительная погрешность оценки глубины трещины, % 20
В приборе реализован статический и динамический способы получе-
ния информации о дефекте.
В статическом режиме работы индуцируется текущая информация
с ВТП, характеризующая как наличие, так и параметры дефекта.
Динамический сигнал, характеризующий наличие дефекта-несплошности, формируется в процессе движения ВТП в момент его прохождения
над дефектом при сканировании контролируемой поверхности.
р
Технические характе
истики вихретокового дефектоскопа приве-
дены в табл. 1.
Вихретоковые толщиномеры – это приборы для измерения толщи-
ны объектов и покрытий на них. ОК могут быть листы, ленты и фольга
(польск. folga, от лат. folium – лист), металлы и сплавы, стенки труб и баллонов, детали машин.
В вихретоковой толщинометрии все виды покрытий удобно разделить на следующие группы:
– изоляционные на электропроводящих основаниях, например,
е, эмалевые, пластиковые, стеклянные, резиновые покрытия
лакокрас
очны
на металлах и сплавах;
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]