Дефектоскопия вихретоковыми методами. Решение этих задач.

Под дефектом в настоящей лекции будем понимать нарушение сплошности объектов, т.е. риски, несплавления и т.д. Расчет чувствительности ВТП к дефектам контролируемых изделий представляет собой весьма сложную задачу даже в случае дефектов простой геометрической формы.

Рассмотрим для примера краевую задачу, возникшую при анализе чувствительности проходного ВТП с однородным полем к дефектам в бесконечно длинном круговом цилиндре. Ранее было показано, что поле вихревых токов в сплошном ферромагнитном объекте определяется уравнением:

(1)

При монохроматическом возбуждении в случае линейной однородной среды уравнение (1) принимает вид:

(2)

Весьма часто контролируемые объекты имеют цилиндрическую форму, которую приобретают после протягивания через фильеру. Типичными дефектами сплошности таких объектов являются риски, ориентированные вдоль продольной оси объекта.

Последнее уравнение в цилиндрической системе координат приобретает вид:

(3)

Производя нормировку этого уравнения по иR, получим:

;.

Или ;,

где - напряженность поля у поверхности ОК.

.

После умножения обеих частей уравнения на , получим

(4)

где

Граничные условия:

при

Уравнение (4) вместе с граничными условиями представляет краевую задачу.

Как показывает анализ, ее не удается решить современными математическими методами, сведя её к решению интегральных выражений. Для определения чувствительности преобразователей к дефектам применяют специальные модели аналоги двух видов, а именно, модели на основе сплошных сред и сеточные модели.

В качестве сплошных сред используют твердые и жидкие среды, обладающие свойствами проводников или полупроводников (металлические листы, полупроводниковая бумага). В качестве жидких средств используются электролиты.

Сеточные модели представляют собой набор резисторов и конденсаторов.

Каждой точке модели может быть поставлена в соответствии точка оригинала.

Чувствительность проходных преобразователей к дефектам кругового цилиндра.

Чувствительность ВТП к дефектам контролируемых изделий зависит от многих факторов, а именно параметров дефекта, значения обобщенного параметра, формы ОК, параметров преобразователя, тока возбуждения преобразователя, расположения объекта относительно ВТП. На рисунке ** представлена диаграмма зависимости приращения относительного комплексного напряжения проходного ВТП от глубины дефекта и обобщенного параметра контроля . Рядом представлены зависимости приращения модуля относительного напряжения проходного преобразователя от глубины поверхностных дефектов в круговом цилиндре и от обобщенного параметра контроля.

Верхняя диаграмма получена с помощью сеточной модели, проверена на физических моделях и справедлива для немагнитного бесконечно длинного цилиндра при коэффициенте заполнения η=1. Из этой, а также приведенной рядом с ней диаграммы следует, что приращение модуля относительного напряжения проходимого ВТП максимально при изменении обобщенного параметра от 4 до 20. При этомизменяется не более, чем на 20%. При измененииот 1 до 200изменяется менее чем в 3 раза. Это позволяет обнаруживать поверхностные дефекты в цилиндрических изделиях при значительных изменениях диаметра и удельной электрической проводимости σ, используя одну и ту же рабочую частоту.

Уменьшение чувствительности к узким поверхностным, дефектам в области малых значений объясняется малым значением плотностивихревых токов в контролируемом изделии. При плотность вихревых токов также стремится к 0 и дефект не может быть обнаружен. Привихревые тока плотно прилегают к поверхности дефекта с обеих его сторон (см. рис.) и их магнитные потоки взаимно компенсируются.

Рис. Обтекание вихревыми токами дефекта

Однако если дефект имеет большое раскрытие, то полной компенсации магнитных потоков в зоне дефекта не происходит, и такие дефекты выявляются.

Влияние глубины залегания дефекта под поверхностью объекта показано на рисунке ***. Из рисунка следует, что при изменении относительной глубины залегания дефекта

от 0 до 0,1 аргументизменяется приблизительно на 90˚.

Рис. Годографы приращения относительного комплексного напряжения в зависимости от относительной глубины залегания узкого подповерхностного дефекта

Это необходимо учитывать при реализации амплитудно-фазового способа выделения информации при контроле.

Представленные на рисунке *** зависимости показывают, что при увеличении относительной глубины залегания дефекта _от 1 до 0,1уменьшается больше, чем в 2 раза при=5 и=15 и в 7 раз при=150. Из этого следует, что для обнаружения подповерхностных дефектов необходимо выбирать режим контроля, соответствующий минимальным параметрам обобщенного параметра5.