Приборы вихретокового контроля

Дефектоскопы – наиболее распространенный вид вихретоковых приборов НК, они предназначены для обнаружения несплошностей в объектах из электропроводящих материалов. Условно их можно классифицировать по нескольким признакам. По виду объектов контроля различают дефектоскопы для контроля: объектов с плоскими поверхностями и объектов сложной формы; линейно-протяженных объектов (пруток, проволока, трубы); мелких деталей массового производства (детали подшипников качения, крепежные детали и т. д.). По режиму работы – дефектоскопы для работы в статическом и динамическом режимах и универсальные. По типу применяемых ВТП – дефектоскопы с проходными и накладными ВТП; универсальные дефектоскопы. По конструктивному исполнению – стационарные, переносные и портативные. Все классификационные признаки независимы. Возможны и другие признаки, например, вид питания, защищенность от внешних воздействий, хотя они относятся к общим для продукции приборостроения.

Технические характеристики дефектоскопов можно разделить на общие, относящиеся к дефектоскопам как продукции приборостроения (масса, мощность потребления, показатели надежности, срок службы и т. д.), и специальные. К специальным характеристикам относят порог чувствительности, разрешающую способность и максимальную производительность или скорость контроля.

Основной параметр дефектоскопа – порог чувствительности. Это минимальные размеры дефекта заданной формы, при которых отношение сигнал/помеха равно двум. В качестве стандартных дефектов часто принимают узкие разрезы, плоскость которых ориентирована нормально к поверхности образца, имеющие определенную глубину, длину и ширину, называемые также раскрытием. Такие искусственные дефекты наносят на плоские образцы, пруток и трубы различными методами. Другой вид стандартного дефекта – круглое сквозное или глухое отверстие заданных диаметра и глубины (для глухих отверстий). Отверстия, как искусственные дефекты, легче выполнить, но сигналы от отверстий и искусственных трещин различаются.

Реальный порог чувствительности дефектоскопа зависит, очевидно, как от уровня сигнала, так и от уровня помех. Наибольшее влияние оказывают помехи, связанные с изменением свойств ОК (например, и ), размеров, шероховатости поверхности ОК, а также с изменением взаимного положения ВТП и ОК (изменения зазора при использовании накладных ВТП и радиальные перемещения ОК в проходном ВТП). Поэтому порог чувствительности не есть неизменный параметр, он зависит от конкретных условий применения дефектоскопа, что необходимо иметь в виду при его эксплуатации. Порог чувствительности, задаваемый в технической документации дефектоскопа, определяют строго оговаривая эти условия. Указываются, например, материал и марка образца с аттестованным искусственным дефектом, взаимное расположение ВТП и образца, размеры образца, расположение искусственного дефекта. Так как сигнал зависит от положения ВТП относительно дефекта, то обычно при определении порога чувствительности имеют в виду наибольшее значение сигнала, получаемого при сканировании дефектного участка.

Разрешающая способность – минимальное расстояние между двумя дефектами, при котором они регистрируются раздельно. Этот параметр обычно задается в пределах 5…15 мм. Для дефектоскопов с проходными ВТП он зависит от диаметра ОК (и ВТП соответственно): чем больше диаметр, тем хуже разрешающая способность для дефектов, расположенных вдоль оси ОК. Для накладных ВТП разрешающая способность тем лучше, чем меньше зона чувствительности ВТП.

Максимальная производительность контроля – важная эксплуатационная характеристика, обычно задаваемая для дефектоскопов, работающих в автоматическом или полуавтоматическом режиме в технологических производственных линиях. При контроле линейно протяженных объектов производительность определяется скоростью контроля (м/с), а при контроле мелких объектов – числом объектов в единицу времени (шт./ч). Производительность контроля вихретоковых дефектоскопов ограничивается главным образом возможностями транспортирующих и сортирующих ОК устройств и устройств сканирования. Ограничения, связанные с влиянием скорости движения ОК в зоне контроля на сигнал ВТП, значительно менее жесткие и не определяют обычно производительности.

Кроме перечисленных указываются также качественные характеристики дефектоскопов: наличие автоматического подавления влияния изменений зазора; возможность оценки глубины (или протяженности) дефекта и документирования результатов контроля.

Установленные общие технические требования обычно дополняются такими параметрами и характеристиками, как частота тока возбуждения ВТП, условия применения дефектоскопа, виды и характеристики объектов контроля.

Дефектоскопы для контроля объектов с плоскими поверхностями и объектов сложной формы обычно комплектуются накладными ВТП и предназначены для работы в статическом и/или динамическом режиме. В первом режиме оператор перемещает ВТП по поверхности ОК вручную, во втором режиме ВТП с помощью электропривода сканирует исследуемый участок ОК по выбору оператора. Чаще всего такие дефектоскопы выполняют в виде портативных или переносных приборов, допускающих работу в полевых условиях.

Вихретоковые толщиномеры можно классифицировать по виду объектов контроля и по конструктивному исполнению. По виду объектов контроля выделяют толщиномеры изоляционных покрытий на электропроводящих основаниях, электропроводящих покрытий на изоляционных основаниях и электропроводящих объектов (стенок труб, фольги, лент, листов), электропроводящих покрытий на электропроводящих основаниях. По конструктивному исполнению различают портативные и переносные толщиномеры.

Основная техническая характеристика вихретоковых толщиномеров – предел допускаемой основной погрешности. Он зависит от многих факторов и, как для любого средства измерения, может быть определен в соответствии с принятыми стандартами. Однако для вихретоковых толщиномеров имеется определенная специфика, которая заключается в том, что методическая погрешность определяется в значительной степени свойствами ОК и условиями взаимодействия ВТП и ОК. Если инструментальная погрешность может быть уменьшена до вполне приемлемого значения обычными приемами снижения погрешности средств измерения, то с погрешностью, связанной с ОК, как правило, не удается справиться так просто. Ее не всегда можно определить достаточно достоверно, поскольку требуются аттестованные образцы толщины покрытий. Их трудно изготовить и аттестовать с погрешностью менее 1…3 %, а это означает, что погрешность прибора может составлять 3…10 % так как по действующим стандартам погрешность образцовых мер должна быть примерно в три раза меньше погрешности поверяемого средства измерения. Особенно большие затруднения возникают при аттестации толщиномеров малых толщин покрытий (единицы – десятки микрометров).

Зарубежные фирмы приводят только инструментальную погрешность прибора, причем под нею чаще всего понимается разброс показаний при многократных измерениях. Действующие в нашей стране стандарты требуют указания погрешности измерения прибора, включая и методическую погрешность, которая в 2…3 раза превышает погрешность образцовой меры. Поэтому паспортная погрешность отечественных толщиномеров (около 5 %), как правило, существенно больше, чем зарубежных (1…2 %), хотя это и не всегда отражает истинное положение.

Диапазон измеряемых величин обусловлен назначением толщиномера и характеристиками объектов контроля. Для большинства толщиномеров изоляционного покрытия на проводящем основании он составляет от 0 до 1 мм, а в специальных приборах – до 50 и даже до 400 мм; для толщиномеров электропроводящего слоя – от 0,005 до 5 мм, а у некоторых приборов – до 60 мм; для толщиномеров проводящих покрытий на проводящем основании – 0,005…0,5 мм. Обычно диапазон разбивается на несколько поддиапазонов с целью поддержания чувствительности в определенных пределах.

Диаметром зоны измерения, который может колебаться в широких пределах – от единиц до десятков миллиметров, а в отдельных случаях и до нескольких сотен миллиметров, - определяется выбор размеров ВТП. Остальные характеристики толщиномеров неспецифичны и относятся к общим для электронных измерительных средств: масса, мощность потребления, показатели надежности, срок службы и др.

Толщиномеры изоляционных покрытий на электропроводящих основаниях. Покрытия из изоляционных материалов на металлических основаниях наносят для теплозащиты, защиты от агрессивных сред и атмосферных воздействий, они также выполняют декоративные и другие функции. Материалом покрытия могут служить лак, краска, эмаль, стекло, резина, пластмасса, оксидные и фосфатные слои. Материалы основания могут быть ферро- и неферромагнитными. Если основание выполнено из ферромагнитных материалов, то эффективнее применять магнитные толщиномеры (см. п. 4.10). Типичные неферромагнитные электропроводящие основания – алюминиевые сплавы, латунь, бронза, медь и др.

Особый случай применения толщиномеров рассматриваемого типа – измерение толщины изоляционных слоев с помощью так называемых закладных элементов, представляющих собой металлические пластинки или фольгу, закладываемые в технологическом процессе в диэлектрический объект и покрываемые затем слоями диэлектриков, толщину которых необходимо измерять. Этот прием используется для измерения толщины асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог в процессе строительства и эксплуатации, диэлектрических слоев композиционных материалов, выполняемых намоткой из стеклоткани, и других объектов.

С точки зрения вихретокового контроля измерение толщины диэлектрика на проводящем основании представляет задачу измерения зазора между накладными ВТП и поверхностью проводящего основания. В этом случае целесообразно выбирать значение обобщенного параметра как можно большим. Ограничение значения сверху определяется наибольшим технически достижимым значением частоты тока возбуждения, поскольку при неизменном радиусе ВТП увеличить можно только увеличивая частоту . Предельное значение следует выбирать так, чтобы оно не менее чем в 2-3 раза было ниже собственной резонансной частоты ВТП с соединительным кабелем.

Приборы для контроля физико-механических характеристик.Вихретоковая структуроскопия объектов из неферромагнитных материалов базируется на связи их удельной электрической проводимости с контролируемыми физико-механическими характеристиками. Измерители удельной электрической проводимости обычно применяются с накладными ВТП. Структуроскопы с проходными ВТП – это чаще всего приборы для сортировки ОК по изменениям .

Измерители удельной электрической проводимости относятся к двухпараметровым приборам, в которых подавляется влияние изменений зазора. Кроме того, существует ряд других мешающих факторов, влияние которых необходимо учитывать: кривизна и шероховатость поверхности, влияние края и толщины ОК.

Режим работы ВТП обычно соответствует обобщенному параметру = 5…10, т. е. несколько больше значения, обеспечивающего максимальную чувствительность ВТП к изменению . Благодаря этому глубина проникновения вихревых токов в ОК невелика, что позволяет измерять удельную электрическую проводимость материала объектов малой толщины без дополнительной погрешности, связанной с возможными изменениями толщины ОК. Приборы обеспечивают измерение в диапазоне 0,5…60 МСм/м, что полностью перекрывает диапазон значений применяемых на практике неферромагнитных металлов и сплавов. Погрешность измерения удельной электрической проводимости не должна превышать 3 % в диапазоне 0,5…3 МСм/м и 2% в диапазоне 3…37 МСм/м. Измерения должны проводиться на плоской площадке ОК, с которой удалены лакокрасочные, плакирующие и другие покрытия, загрязнения и на которой отсутствуют видимые поверхностные дефекты. Обеспечение единства измерений, градуировка, аттестация и проверка вихретоковых измерителей осуществляется с помощью стандартных образцов удельной электрической проводимости. В настоящее время разработаны и выпускаются стандартные образцы удельной электрической проводимости с погрешностью аттестации 0,5..1,0 % для диапазона 14…36 МСм/м, 1 % для диапазона 3…15 МСм/м и 1,5 % для диапазона 0,55…2,15 МСм/м. Образцы для первых двух диапазонов представляют собой диски диаметром 20 мм и толщиной 2 мм и пластины размером 30х30х15 мм для последнего диапазона и предназначены для работы с накладными ВТП.

Перед измерениями вихретоковый прибор настраивают по двум стандартным образцам, имеющим удельную электрическую проводимость, близкую к верхней и нижней границам диапазона (или поддиапазона) измерения прибора, или по двум образцам с ожидаемой для ОК удельной электрической проводимостью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Электромагнитные методы неразрушающего контроля продолжают интенсивно развиваться, появляются новые средства контроля, использующие цифровые методы автоматизации измерений и обработки измеряемых сигналов. Оперативные сведения о новых разработках можно найти, например, в журналах “Дефектоскопия”, “В мире неразрушающего контроля”, “Контроль. Диагностика” и других изданиях, а также на многочисленных сайтах в Internet (www.ndt.ru, www.ndt.com и др.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Щербинин В.Е. Магнитные методы дефектоскопии и структурного анализа металлов [электронное издание]. / Щербинин В.Е., Костин В.Н. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007, http://study.ustu.ru/view/aid_view.aspx?AidId=4629.

2. Неразрушающий контроль : справ. : в 8 т. / под общ. ред. В. В. Клюева. –2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2008.

3. Бакунов А.С. Магнитный контроль: уч. пособие / Бакунов А.С., Горкунов Э.С., Щербинин В.Е.; под общ. ред. В.В. Клюева – 1-е изд. – М.: Спектр, 2011. – 192 с.

4. Шелихов Г.С.Магнитопорошковый контроль: уч. пособие / Шелихов Г.С., Глазков Ю.А.; под общ. ред. В.В. Клюева – 1-е изд. – М.: Спектр, 2011. – 184 с.

5. Федосенко Ю.К. Вихретоковый контроль: уч. пособие / Федосенко Ю.К., Шкатов П.Н., Ефимов А.Г.; под общ. ред. В.В. Клюева – 1-е изд. – М.: Спектр, 2011. – 224 с.

6. Клюев С.В. Комбинированные методы вихретокового, магнитного и электропотенциального контроля: уч. пособие / Клюев С.В., Шкатов П.Н.; под общ. ред. В.В. Клюева – 1-е изд. – М.: Спектр, 2011. – 191 с.

Дополнительная литература

1. Ермолов И.Н. Методы и средства неразрушающего контроля качества . Учеб. пособие для инж.-техн. спец. вузов / Ермолов И.Н., Останин Ю.Я. – М. : Высшая школа , 1998 . – 368 с.

2. Неразрушающий контроль металлов и изделий. Справочник / Под ред. Самойловича Г.С. – М. : Машиностроение , 1976 . – 512 с.

3. Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма. Учеб. Пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 1983. – 279 с.

4. Щербинин В.Е. Магнитный контроль качества металлов / Щербинин В.Е., Горкунов Э.С. – Екатеринбург : УрО РАН , 1996 . – 264 с.

5. Coey J. M. D. Magnetism and Magnetic Materials - New York: Cambridge University Press, 2010, ISBN: 0521816149 - 628 pages.

6. Slawomir Tumanski. Handbook of Magnetic Measurements. - Boca Raton: CRC Press, 2011, ISBN: 1439829519 - 404 pages.

7. Боровик Е.С. Лекции по магнетизму / Боровик Е.С., Еременко В.В.,
Мильнер А.С. – М. : Физматлит , 2005 . – 510 с.

8. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения. Пер. с японского / Тикадзуми С.; под ред. Р.В. Писарева – М. : Мир , 1987 . – 420 с.

9. Вонсовский С.В. Магнетизм / Вонсовский С.В. – М. : Наука , 1971

10. Герасимов В.Г. Электромагнитный контроль. / Неразрушающий контроль. Под ред. В.В. Сухорукова. Книга 3. Герасимов В.Г., Покровский А.Д., Сухоруков В.В. – М.: Высшая школа, 1992 . – 312 с.

11. Металловедение и термическая обработка стали . Справочник. В 3 т. / Под ред. Бернштейна М.Л., А.Г.Рахштадта – М. : Металлургия , 1983.

12. Михеев М.Н. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля / Михеев М.Н., Горкунов Э.С. – М.: Наука , 1993.

13. Шелихов Г.С. Магнитопорошковая дефектоскопия деталей и узлов / Шелихов Г.С. – М. : НТЦ «Эксперт» , 1995.

14. Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов. – М.: Высшая школа, 2007. – 535 с.

15. Finite Element Method Magnetics. (www.femm.info/wiki/HomePage) .

[1] Если бы оба эти направления были связаны правилом левого винта, знака минус в уравнении (1.53) не было бы.

[2] Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. Электродинамика сплошных сред. М., 1959. Задача 2 к § 3.

[3] Отличаясь простотой, данная аппроксимация пригодна лишь для качественного описания процессов и явлений в феррозондах.

[4] Феррит – материал, с высоким значением магнитной восприимчивости и настолько высоким удельным электросопротивлением, что вихревые токи в нем практически не возникают (магнитный диэлектрик).

[5] Поскольку для проведения количественного магнитного анализа обязательно требуется достижение магнитного насыщения исследуемых образцов, то до конца раздела в обозначении намагниченности насыщения индекс опущен.

[6] Ослабление поля, связанное с удалением от источника здесь не учитывается.

[7] Точками на рис. 3.8 обозначены начала обмоток.

[8] В этом разделе и далее нижнее подчеркивание или верхняя точка указывают на комплексный характер величины

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: