ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 129
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
3.4 Практические использование вихревых токов в дефектоскопии
Основным объектом поиска при контроле деталей, находящихся в эксплуатации, является усталостная трещина, как правило, выходящая на поверхность. Геометрические параметры трещины характеризуются: длиной L – максимальный продольный размер дефекта, видимый на поверхности контроля, шириной раскрытия B – поперечный размер дефекта у его выхода на поверхность, глубиной H – размер дефекта по направлению внутрь от поверхности контроля. Так как часто дефекты бывают сложной формы, различают максимальную, минимальную, среднюю, суммарную величину этих параметров.
Для подповерхностных дефектов (например типа пора) важным параметром является не только геометрически параметры (например диаметр) но и расстояние от поверхности –Z – глубина залегания.
L – длина; B – ширина раскрытия; H – глубина; -Z – глубина залегания; d - диаметр
Рисунок 3.4 – геометрические размеры дефектов
При проведении вихретоковой дефектоскопии, для выбора оптимальных параметров контроля, важно различать направление развития дефекта. С этой точки зрения различают продольные или поперечные (относительно продольной оси объекта контроля или направления сканирования вихретоковым преобразователем) трещины.
а б
Рисунок 3.5 – ориентация дефекта относительно продольной оси объекта контроля: поперечная трещина (а), продольная трещина (б)
Ориентация дефекта относительно положения вихретокового преобразователя иногда значительно влияет на чувствительность к тем или иным типам дефектов.
а б
Рисунок 3.6 – ориентация дефекта относительно направления сканирования: продольная трещина (а), поперечная трещин (б)
При оформлении отчета по результатам контроля важно правильно указать не только геометрические параметры обнаруженного дефекта, но и его расположение на объекте контроля. Для этого используют привязку к одному из хорошо видимых, характерных мест объекта, таких как край детали, галтельный переход, сварной шов, клейма и т.п., от которых ведут отсчет расстояния или угла до дефекта.
а б в
Рисунок 3.7 – координаты дефекта относительно края детали (а), галтельного перехода (б), заводского клейма (в)
3.5 Пример распределения вихревых токов в цилиндрических стрежнях
Для контроля протяженных цилиндрических объектов кругового сечения применяют наружные проходные преобразователи, обмотка возбуждения которых формирует в зоне контроля однородное переменное электромагнитное поле. Если катушка возбуждения будет иметь отношение длины к двум радиусам равное или большее четырех, то в ее центре будет создаваться магнитное поле по конфигурации силовых линий максимально приближенное к однородному.
Рисунок 3.8 – контроль цилиндрического стержня наружным проходным ВТП: 1 – объект контроля, 2 – обмотка возбуждения, 3 – измерительная обмотка, l– длина, r– радиус обмотки возбуждения
С помощью проходных преобразователей можно контролировать геометрические размеры и электромагнитные или связанные с ними структурные параметры (твердость, механические напряжения, степень усталостных повреждений и т.п.) стержней, в том числе и из ферромагнитных материалов. При этом частота тока возбуждения является важным параметром, выбор которого определяется необходимой глубиной проникновения вихривых токов (в зависимости от решаемой в процессе контроля задачи). С одной стороны глубина проникновения вихревых токов в цилиндрическом объекте несколько больше, чем в полупространстве с плоской поверхностью, с другой стороны плотность вихревых токов на оси цилиндра равна нулю независимо от значения обобщенного параметра вихретокового контроля.
Для анализа результатов контроля, как правило, используют годографы относительного напряжения измерительной обмотки по изменению амплитуды, фазы, а в некоторых случаях и высших гармоник которого судят о степени влияния контролируемого или мешающих параметров.
3.6 Пример распределения вихревых токов в трубах
Для контроля полых цилиндрических объектов кругового сечения (трубы, баллоны, детали с цилиндрическими отверстиями) применяют внутренние проходные преобразователи, обмотка возбуждения которых формирует в зоне контроля однородное переменное электромагнитное поле.
Частоту тока возбуждения выбирают исходя из условия равенства глубины проникновения вихревых токов и толщины стенки трубы. Для разделения контролируемого и мешающего параметров используют годографы вихретоковых преобразователей, анализируя амплитуду и фазу относительного напряжения измерительной обмотки. Справедливости ради следует заметить, что раздельный контроль например толщины стенки и удельной электропроводности материала трубы при контроле тонкостенных труб практически невозможен.
Еще одним важнейшим параметром для проходных преобразователей является коэффициент заполнения, определяющийся для внутренних ВТП, как отношение диаметра преобразователя к внутреннему диаметру объекта контроля. Этот коэффициент может находиться в пределах от нуля до единицы, и с одной стороны должен быть как можно больше (измерительная обмотка должна быть расположена как можно ближе к объекту контроля), с другой стороны, малейший перекос преобразователя при больших значениях коэффициента заполнения, может привести к его «застреванию» внутри объекта контроля, доступ куда невозможен или ограничен.
Для контроля труб малого диаметра часто используют экранные проходные преобразователи, у которых габаритная обмотка возбуждения располагается снаружи, а имеющая незначительные размеры измерительная обмотка, внутри объекта контроля. При этом важно обеспечить соосное перемещение обеих обмоток при проведении контроля.
а б
ВТП: 1 – объект контроля, 2 – обмотка возбуждения, 3 – измерительная обмотка
Рисунок 3.9 – контроль трубы внутренним проходным (а) и экранным проходным (б)
3.7 Катушка как измерительный преобразователь
Катушка индуктивности – электротехническое устройство, состоящее из намотанных на каркас из диэлектрического материала витков медного провода и обладающее значительной индуктивностью при относительно малом активном сопротивлении и пренебрежимо малой емкости.
При анализе работы катушки в электрической цепи необходимо учитывать ее полное сопротивление Z, включающее индуктивную составляющую XL (зависящую от геометрических размеров катушки, числа витков и наличия ферромагнитного сердечника), активную составляющую R (сопротивление медного провода, с учетом длины и сечения), а в некоторых случаях и емкостную составляющую XC (с учетом межвитковой емкости).
Рисунок 3.10 – схема замещения катушки
Активное сопротивление определяется как:
,uде ρ – удельное сопротивление меди,l – длина провода, s – площадь сечения провода.
Индуктивное сопротивление определяется как:
XL = ωL,
uде ω = 2
– круговая частота, зависящая от частоты 
тока в катушке, L – индуктивность катушки.Для определения полного сопротивления катушки используют векторную диаграмму сопротивлений, представляющую собой прямоугольный треугольник.
Рисунок 3.11 – треугольник сопротивлений
Из анализа треугольника сопротивлений видно, что полное сопротивление (согласно теореме Пифагора), будет равно корню квадратному из суммы квадратов активного и индуктивного сопротивлений:
Z =
.В случае если необходимо учитывать еще и емкостное сопротивление данное выражение можно записать:
Z =
,Где емкостное сопротивление определяется как:
XC =
.Катушка с ферромагнитным сердечником
Установка внутрь катушки ферромагнитного
сердечника позволяет резко увеличить ее индуктивность, так как магнитная проницаемость ферромагнетика существенно больше чем у воздуха
Помимо этого, придав сердечнику необходимую форму, можно сформировать магнитный поток (создаваемый катушкой) требуемой конфигурации.
а б в
Рисунок 3.12 – Магнитный поток формируемый катушкой без сердечника (а), с сердечником (б), с замкнутым сердечником (в)
-
Вихретоковые ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
4.1 Принципы и основные характеристики вихретокового метода контроля
Вихретоковый метод основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, возбуждаемых преобразователем в объекте контроля.
Вихретоковый метод применяется для контроля изделий из токопроводящих материалов.
Метод используется для решения следующих задач:
1. Обнаружение металлических предметов (вихретоковые металлоискатели);
2. Измерения гегометрических размеров (вихретоковые толщиномеры);
3. Структуроскопия (контроль химсостава, качества обработки и пр.);
4. Дефектоскопия.
Изменение электромагнитных свойств среды или объекта контроля приводит к изменению параметров вихревых токов и созданного ими вторичного магнитного потока. Как следствие изменяется суммарный магнитный поток системы «вихретоковый преобразователь – объект контроля», что в свою очередь приводит к изменению электрических параметров (сопротивление, ток, э.д.с.) измерительной обмотки преобразователя, которые отслеживаются с приборов, включенных в измерительную цепь.
Индукционный метод контроля
В основе действия индукционного метода лежит закон электромагнитной индукции. Индукционные преобразователи в простейшем случае представляют собой катушку, создающую однородное переменное магнитное поле. При этом индукцию можно упрощенно определять как отношение магнитного потока на площадь витка катушки. В процессе контроля ндукционный преобразователь перемещается над поверхностью объекта. При пересечении трещины магнитный поток создает поле рассеяния, что приводит к изменению э.д.с. катушки преобразователя.
4.2 Абсолютные и дифференциальные вихретоковые преобразователи