4_Konspekt / Lekciya 26

Лекция 26

Взаимосвязь параметров измерительной катушки с µэфф

Определим взаимосвязь параметров измерительной катушки с µэфф . ЭДС в катушке

Соотношения (3) устанавливают взаимосвязь между µ′эфф и параметрами измерительной ка-

тушки, причем для немагнитного материала µ =1. На рисунке в координатах

(ωLωL0 ; RωL0 ) представлена зависимость (3), называемая характеристической функ-

цией, позволяющая проследить изменение параметров измерительной катушки при изменении характеристик контролируемого объекта и наличии в нем дефектов.

Выбор рабочих параметров для контроля методом вихревых токов

Теория метода и принципы реализации вихретоковой дефектоскопии основываются на опытных данных, вытекающих из анализа изменений полного (комплексного) сопротивления возбуждающей катушки или, то же самое, ЭДС в измерительной катушке при изменении различных параметров объекта и самой катушки.

Изменение σ и зазора между катушкой и металлом η оказывают различное действие на направление и величину смещения вектора полного сопротивления. При изменении зазора

∆h изменяется η, при σ=const вектор смещается по линиям близким к прямым, соеди-

няющим исходную точку с левым верхним углом графика.

Характер изменения (годограф) импеданса катушки при изменении свойств объекта и при наличии трещин (веер, обозначенный через Тр)

Наличие трещины вызывает смещение исходной точки в направлении Tp . Величина и

направление смещения зависит от размеров дефекта.

1). Чем шире раскрытие трещины, тем ближе направление смещения исходной точки

(вектора) к линии изменения ∆h .

2). Если трещина узкая — раскрытие небольшое, то в зоне трещины происходят значительные потери энергии вихревых токов — потери на тепло, увеличиваются и смещение точки (вектора), которое направлено в сторону возрастания R .

3). Если электропроводность материала мала, то смещение вектора полного сопротивления при наличии трещины практически совпадает с направлением смещения, обусловлен-

ного изменением зазора, (левый верхний угол диаграммы), но направлены они в разные стороны — большие углы ϕ.

Таким образом, чувствительность электрических параметров катушки к изменению электропроводности материала объекта или наличию в нем трещины зависит от выбора положения исходной точки (вектора) годографа, которое, в свою очередь, зависит от выбора рабочей частоты преобразователя.

Рассмотрим рекомендации для выбора параметров вихретокового контроля, обеспечивающих наибольшую эффективность контроля.

Выбор рабочей частоты. При низкой рабочей частоте отношение f fg имеет малое

значение. Характеристическая функция представлена точками около вершины кривой, см. рисунок в предыдущем разделе. Здесь угол между векторами, представляющими изменение диаметра и электропроводности, незначителен и разделение влияния d , через параметр η, и

σпровести достаточно сложно.

Сдругой стороны, при больших f , когда f fg >10 , характеристическая функция

представлена точками в нижней части плоскости. Поэтому при f fg →∞ перемещение

точек характеристической функции, обусловленное изменением d , направлено почти вертикально, а смещение, связанное с изменением σ происходит почти под неизменным углом равным 45°.

Таким образом, чтобы разделить влияние изменения параметров d и σ при измере-

ниях рекомендуется выбирать отношение f fg 4 .

Вид годографа изделий из ферромагнитных материалов

Магнитная проницаемость ферромагнитного цилиндра в уравнение, описывающее ЭДС катушки, входит через параметр f fg и непосредственно в µэфф , см. (2) и (3). Годо-

графы полного сопротивления для ферромагнитного цилиндра будут иметь вид.

Годографы для труб и листов отличаются от приведенных, их можно найти в соответствующих справочниках, но принцип их построения тот же, что и для этих объектов из немагнитных материалов.

Чувствительность ВТП к параметрам контролируемого объекта

Чувствительностью ВТП к контролируемым параметрам называется отношение приращения выходного параметра ВТП к вызвавшему его малому приращению контролируемого параметра.

Из практических соображений для определения чувствительности часто берут не абсолютные значения, а относительные. Чувствительность ВТП к контролируемым параметрам определяется из уравнения для ЭДС во вторичной катушки:

E = −i Eхол (1 −η+ηµRe{µ′эфф}+iηµIm{µ′эфф}),

где µ′эфф =µэфф µ. Удобнее рассматривать относительное изменение ЭДС

=∂Φ ∂(f fg ) (f fg ) (1σ),

следовательно,

S (σ)= −iη+µ(f fg ) (∂Φ∂(f fg ))=iηµ(f fg ) (∂Φ∂(f fg )).

Аналогичным образом определяется чувствительность к другим параметрам контролируемого объекта, например, к изменению размеров цилиндра a .

Применение вихретокового контроля для оценки качества материалов и изделий

Возможен контроль качества материалов и изделий методом вихревых токов, так как он позволяет делать вывод о механических и металлургических свойствах материала по изменению его электромагнитных свойств.

Электропроводность является важным показателем состояния цветных металлов, например, чистоты нелегированных металлов. Величина электропроводности сама по себе имеет большое значение, особенно для электропромышленности. Для дисперсионно-

твердеющих алюминиевых и титановых сплавов величина электропроводности может служить мерой твердости. Смешанные детали из разных сплавов часто сортируют по величине электрической проводимости. По кривой электрической проводимости, определенной на металлическом блоке, часто можно обнаружить наличие ликвации.

Контроль качества ферромагнитных материалов. Магнитное состояние ферромаг-

нитного материала характеризуется его кривой намагничивания. Различные параметры кривой намагничивания и петли гистерезиса, такие как магнитное насыщение, остаточная магнитная индукция, коэрцитивная сила и проницаемость, зависят от таких свойств материала, как состав сплава, структура и внутренние напряжения. Параметры петли гистерезиса ферромагнитных сплавов дают важные сведения об их составе и структуре.

Магнитное насыщение главным образом зависит от химического состава и кристаллической структуры. На коэрцитивную силу, являющуюся важной магнитной характеристикой при контроле материалов методом вихревых токов, влияют следующие свойства материала:

1)внутренние напряжения и коэффициент магнитострикции;

2)количество, величина и распределение (степень дисперсии) инородных тел, растворенных в ферромагнитных кристаллах или между ними;

3)энергия кристаллографической анизотропии и размер ферромагнитных кри-

сталлов.

Величина магнитострикции, энергия кристаллографической анизотропии, намагниченность насыщения и точка Кюри не зависят от структурного состояния, т. е. эти параметры относятся к факторам, не чувствительным к структуре. С другой стороны, на величину коэрцитивной силы, проницаемость и постоянную Рэлея оказывают влияние внутренние напряжения и структурное состояние. Поэтому эти магнитные характеристики относятся к параметрам, чувствительным к структуре. Магнитные характеристики зависят от выбора исходных материалов, а также технологии процессов плавки, литья, прокатки и отжига.

Из теории ферромагнетизма известно, что напряжения (например, вызванные процессом правки) сильно влияют на величину намагниченности при малой напряженности магнитного поля, обычно меньшей половинного значения коэрцитивной силы. При напряженности поля, соответствующей половинному значению коэрцитивной силы, отношение индукции в образце, свободного от напряжений, к индукции в образце с внутренними напряжениями равно 5:1. Поэтому при качественной сортировке материалов, которые обладают неоднородными напряжениями (вызванными правкой), необходимо работать с напряженностями поля, большими, чем коэрцитивная сила.

Запись изменений диаметра проволоки во время волочения непрерывно показывает износ волочильного стана. Для вольфрамовой и молибденовой проволоки с отшлифованной поверхностью с помощью метода вихревых токов легко определяются периодические изменения диаметра, происходящие из-за несовершенства процесса шлифовки. При испытании металлических прутков на растяжение методом вихревых токов при высокой чувствительности может быть количественно измерено изменение поперечного сечения во время удлинения прутка. Из измеренных значений удлинения и уменьшения поперечного сечения может быть рассчитан коэффициент Пуассона. Детали могут сортироваться по размерам с помощью прибора независимо от материала.

Записанные кривые изменения диаметра полуфабрикатов производства различных металлургических заводов позволяют точно определить производителя. Каждый производитель имеет свои специфические характеристики колебаний размеров, которые позволяют сделать выводы, касающиеся точности соблюдения технологических процессов.

Внутренний диаметр трубы независимо от материала можно определить с помощью внутренней катушки. Наличие коррозии на внутреннем диаметре трубы при контроле с внутренней катушкой дает тот же самый результат, что и увеличение внутреннего диаметра трубы.

Контроль твердости осуществляется относительным методом. Градуировка осуществляется для каждого сплава с помощью двух деталей с различными твердостями, величины которых соответствуют предельным допускам для данного сплава.

Пределы допусков устанавливаются по прибору с нулем в центре шкалы с помощью двух деталей, твердость которых измеряется механическим путем. При контроле твердости чувствительность может быть отрегулирована таким образом, чтобы положительное или отрицательное отклонение на одно деление шкалы соответствовало бы изменению твердости, например, на одну единицу по Бринеллю. Метод также используется для контроля однородности распределения твердости на полуфабрикатах, прутках, листах, прессованных профилях и трубах.