Неразрушающего контроля

Скачать 0.75 Mb.

Название	Неразрушающего контроля
страница	4/6
Тип	Учебное пособие

1 2 3 4 5 6

4.5 Использование преобразователей при различных формах ОК

Выбор преобразователя часто определяется формой объекта контроля и направлением дефектов, которые необходимо выявить. Так для выявления дефектов на внутренних поверхностях труб, отверстий, применяют внутренние проходные ВТП.

Для контроля прутков, проволоки и проката различной формы, наружных поверхностей труб применяют наружные проходные ВТП.

Для контроля толщины стального листа применяют накладные экранные ВТП.

Объекты сложной формы с наличием цилиндрических поверхностей удобно контролировать накладными ВТП.

Приборы, использующие накладные ВТП, как правило, являются универсальными.
4.6 Практические характеристики. Технология изготовления

4.6.1 Конструкция вихретоковых преобразователей

Конструкция ВТП зависит от его назначения, конструктивных особенностей объекта контроля, наличия мешающих параметров, требуемых параметров сигналов цепи возбуждения и измерительной цепи и других факторов.

ВТП может состоять из следующих элементов:

- катушки (возбуждающая и измерительные);

- ферромагнитный сердечник;

- корпус для размещения указанных элементов и удержания ВТП рукой или системой перемещения и стабилизации положения относительно объекта контроля;

- износостойкий протектор из неэлектропроводного материала, защищающий при контакте с объектом контроля и обеспечивающий необходимый зазор и профиль для перемещения по поверхностям сложной конфигурации;

- соединительные разъемы и кабели.
4.6.2 Технология изготовления

Катушки обмоток ВТП изготавливают путем намотки изолированного тонкого медного провода на каркас или методом литографии (путем «травления» медного слоя на изоляционном основании). При этом последний способ не только более технологичный, но и позволяет получить высокую воспроизводимость параметров катушек при серийном производстве, однако таким методом невозможно получить многовитковые обмотки.

Взаимное расположение катушек так же влияет на работу ВТП. Так при высоких частотах тока возбуждения на характеристики ВТП оказывает влияние взаимная емкость обмотки возбуждения и измерительной обмотки. Этот эффект можно нивелировать, выбрав правильное взаимное расположение катушек.

а б в

Рисунок 4.4 – Варианты расположения катушек ВТП: с большой паразитнй емкостью (а); с наименьшей паразитной емкостью (б); промежуточный вариант с малой паразитной емкостью (в)

При изготовлении ВТП приходится учитывать и другие особенности.
4.6.3 Электрические параметры катушки индуктивности

Основным параметр катушки является ее индуктивность.

Индуктивность имеет следующий физический смысл – это коэффициент пропорциональности между током, протекающим в замкнутом контуре и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность, охваченною этим контуром.

Ф = LI,

где Ф – магнитный поток, I – ток, протекающий в контуре, L – индуктивность.

Рисунок 4.5 – К понятию индуктивности
Очевидно, что индуктивность определяется параметрами витка (размеры, форма), а для катушки индуктивности еще и числом витков и магнитными свойствами (зависят от наличия ферромагнитного сердечника).

Индуктивность катушки:

,

где μμ₀ – абсолютная магнитная проницаемость среды, окружающей катушку, n – количество витков катушки, l и S – геометрические размеры катушки, длина и площадь витка соответственно.

Единицей измерения индуктивности является Генри (Гн).

Индуктивность катушки и частота протекающего через нее тока определяют ее индуктивное сопротивление:

X_L= ωL,
где ω = 2πf – циклическая частота напряжения источника питания катушки.

Потокосцепление магнитного потока с витками катушки определяется выражением:

или

где L – индуктивность катушки, n – количество витков.

От этого параметра зависит э.д.с. самоиндукции катушки. В соответствие с законом электромагнитной индукции в каждом витке катушки будет индуцироваться э.д.с., а на выводах катушки будет действовать суммарная э.д.с.:

,

- э.д.с. самоиндукции. Согласно правилу Ленца эта э.д.с. направлена встречно напряжению приложенному к катушке от внешнего источника, что приведет к существенному снижению тока катушки. Это явление объясняет наличие у катушки индуктивного сопротивления X_L, которое катушка оказывает протекающему через нее переменному току.

Помимо индуктивного сопротивления катушка обладает активным сопротивлением, зависящим от длины и площади сечения медного провода из которого выполнены витки катушки.

R =

,

Где ρ – удельное сопротивление материала провода, l – длина провода, s – площадь поперечного сечения.

Рисунок 4.6 – Катушка индуктивности как простейший вихретоковый преобразователь
В некоторых случаях приходится учитывать собственную емкость катушки. Этот параметр, как правило, имеет малую величину и зависит от емкости между витками катушки, витками и сердечником, витками и объектом контроля и т.п.

X_с =

,

где С – суммарная емкость катушки.

Полное сопротивление катушки определяется с учетом всех типов ее сопротивлеия:

Z =

.

Катушка индуктивности является простейшим вихретоковым преобразователем и изменение параметров объекта контроля приводит в конечном итоге к изменению электрических параметров катушки (сопротивления) и как следствие изменению тока, который отслеживается измерительной схемой дефектоскопа. Такие преобразователи получили название – параметрические.

Однако на работу таких преобразователей существенное влияние оказывают внешние факторы, например температура. Изменение температуры оказывает значимое влияние на активное сопротивление катушки, что ведет к изменению тока, не связанному с влиянием параметров объекта контроля. Это является недостатком таких преобразователей.
4.6.4 Техническое обслуживание преобразователей

Техническое обслуживание преобразователей выполняется в соответствии с требованиями

Руководства по эксплуатации и регламентами планово-предупредительных осмотров (ППО) и планово-предупредительных ремонтов.

При ППО проверяется целостность корпуса, протектора, соединительных кабелей, разъемов и пр. эту процедуру, как правило, рекомендуется выполнять перед началом работ.

ППР проводятся с периодичностью, зависящей от интенсивности работы, как правило, раз в год или раз в полгода, и включают в себя замену протектора, чистку (с разбором или без разбора корпуса), проверку контактных соединений, регулировку элементов системы стабилизации и привода преобразователя и т.п.
4.6.5 Фокусировка преобразователя

Для улучшения чувствительности и обеспечения заданных параметров сканирования в автоматическом режиме контроля проводится фокусировка преобразователя. Фокусировка в плоскости контроля делается (проверяется) каждый раз перед началом контроля. Отклонение от допустимых значений в процессе контроля может приводить к большому количеству ложных срабатываний индикаторов дефекта или пропуску дефекта. Кроме того, в случае необходимости, выполняется фокусировка в плоскости перпендикулярной направлению сканирования.

Факторы влияющие на вихретоковый контроль и способы отстройки от них

5.1 Информативные параметры вихретокового контроля

Изменение сигнала измерительной обмотки ВТП, в общем случае, связано с изменением условий контроля или другими словами с изменением параметров контроля. Изменение любого из параметров приводит к изменению сигнала ВТП.

Вихретоковый метод является многопараметровым методом. С одной стороны это дает возможность контролировать различные параметры объекта контроля. С другой стороны вызывает необходимость отстраиваться от влияния мешающих факторов при контроле конкретного параметра.

Влияющие факторы можно разделить на два типа:

Геометрические

- зазор между ВТП и ОК;

- приближение к краю ОК;

- изменение геометрических размеров (толщина стенки, галтельные переходы и т.п.);

- шероховатость поверхности.

2. Структурные

- электрическая проводимость материала ОК;

- магнитная проницаемость материала ОК;

- химсостав;

- зернистость;

- термообработка;

- наклеп.

Возникает задача выделения составляющей информативного параметрав сигнале ВТП. Условия вихретокового контроля характеризуют такой величиной как обобщенный параметр вихретокового контроля. Это безразмерная величина, характеризующая свойства вихретокового преобразователя, объекта контроля, или условия контроля (ГОСТ24289 – 80):

β = R

, (13)

где R – радиус эквивалентного витка обмотки ВТП, ω – круговая частота тока обмотки возбуждения, µµ₀ – абсолютная магнитная проницаемость среды, σ – удельная электрическая проводимость среды.

Если проанализировать это выражение, можно сделать вывод, что влияние магнитной проницаемости материала объекта контроля на выходной сигнал ВТП, в некоторых случаях, гораздо значительнее чем влияние удельной электрической проводимости. Это связано с тем фактором, что магнитная проницаемость (при контроле ферромагнитных материалов), связанная с их намагниченностью, может изменяться в широких пределах, в то время как удельная электропроводность изменяется незначительно. Таким образом, при контроле параметров объекта, связанных с электропроводными свойствами, изменение магнитной проницаемости объекта контроля является существенным мешающим фактором, не отстроившись от влияния которого выполнение контроля будет невозможно.
5.2 Способы отстройки от мешающих факторов

Так как изменение сигнала ВТП связано с изменением мешающего фактора, то логично предположить, что первым способом отстройки (компенсации) является стабилизация условий контроля, другими словами приведение величины мешающего фактора к постоянному значению по всему объему контролируемого объекта. Так если мешающим фактором является шероховатость поверхности, изделие можно обработать,устранив острые кромки, задиры и забоины, наплывы металла в зоне сварки или наплавки до требуемого уровня шероховатости. Если мешающим фактором является зазор, связанный с различной толщиной слоя нетокопроводящего покрытия, такое покрытие необходимо удалить или наоборот восстановить в местах его отсутствия до требуемого значения. Если на работу ВТП влияет изменение магнитной проницаемости объекта, то перед началом контроля изделие необходимо размагнитить. В некоторых случаях контролируемую деталь целесообразно наоборот намагнитить до насыщения, что позволяет получить одинаковое значение магнитной проницаемости по всему объему.

Если известно на какой параметр (амплитуда, частота, фаза…) выходного сигнала влияет мешающий фактор, то возможно применить второй способ отстройки – подавление мешающего фактора или выделение полезной информации.

Амплитудный способ применяется, если изменение мешающего фактора влияет на фазу сигнала ВТП. В состав прибора реализующего такой метод входить амплитудный детектор, позволяющий отслеживать изменение амплитуды сигнала, связанной с контролируемым параметром. Так при достижении порогового уровня амплитуды, соответствующего критическому значению контролируемого параметра, произойдет срабатывание сигнализации дефекта (рис.15). При этом изменение фазы или частоты сигнала не будет влиять на показания прибора.

Рисунок 5.1 – Амплитудный способ выделения информации
Фазовый способ наоборот целесообразно применять, в случае если изменение мешающего фактора влияет на амплитуду сигнала. Для реализации данного способа в состав прибора включается фазовый детектор.

Для реализации частотного способа в простейшем случае, в состав прибора включают колебательный контур (рис. 5.2 а). Принцип работы такого детектора основан на увеличении индуктивного сопротивления преобразователя и уменьшении емкостного сопротивления конденсатора, включенных в колебательный контур, при увеличении частоты и наоборот (рис. 5.2 б). При достижении резонансной частоты амплитуда сигнала ВТП резко увеличивается. Так для простейшего последовательного колебательного контура амплитуда (тока) и ширина частоты резонанса (рис. 5.2 в) определяется его добротностью:

, (14)

где R – активное сопротивление контура, L – индуктивность преобразователя, С – емкость конденсатора.
а б в
Рисунок 5.2 – последовательный колебательный контур: электрическая схема (а), определение резонансной частоты (б), определение ширины пропускания (в).

Настроить резонансную частоту можно изменяя емкость конденсатора.

Гораздо сложнее подавить мешающий фактор, если он одновременно влияет сразу на несколько параметров сигнала ВТП. Для этого, например, используют амплитудно-фазовый способ выделения информации. Для пояснения этого и других способов неудобно использовать представление сигналов ВТП временными синусоидальными функциями, так как затруднительно оперировать ими (производить математические операции). Для удобства синусоидальные функции представляют векторами.
5.3 Представление гармонических функций комплексными величинами.

Представим систему вращающихся векторов не в декартовой системе координат, а на комплексной плоскости, содержащей действительную (обозначена символом 1) и мнимую (символ ϳ) оси. Символ ϳ представляет собой мнимую единицу:

(15)

Умножение любого вектора на ϳповорачивает его на угол

.

Вектор на комплексной плоскости (рис. 18а) можно представить символом, содержащим действительную и мнимую части:

= U’ + U” (16)

алгебраическая форма записи комплексных величин.

а б

Рисунок 5.3 – изображение векторов на комплексной плоскости: символьная форма (а), физический смысл (б)
Символический метод позволяет заменить геометрические действия над векторами алгебраическими.

Помимо алгебраической формыкомплексное число можно записать в тригонометрической:

= U(cosα + ϳ sinα), (17)

и показательной форме:

= Ue^ϳα. (18)

Физический смысл действительной и мнимой частей комплексного числа можно пояснить на примере вектора напряжения (тока, сопротивления…). Действительная часть – это активная составляющая, мнимая – реактивная (рис.18б).

Исходя из этого вектор напряжения можно записать:

U = U_a + ϳU_р, (19)

где U_a – активная и U_р – реактивная составляющие напряжения.

Полное напряжение представляет собой модуль комплексного числа:

U=

. (20)

Угол αможно определить:

α = arctg

. (21)

Рассмотрим выполнение операций с комплексными числами на примере сложения э.д.с. двух катушек включенных последовательносогласно (рис. 19 а).Э.д.с. первой катушки е₁ по амплитуде больше э.д.с. второй катушки е₂ и отстает от нее по фазе на угол α₌α₁ – α₂ (рис. 19 б).

а) б)

Рисунок 5.4 – сложение э.д.с. наведенных в двух катушках: электрическая схема (а), векторная диаграмма (б)

Комплекс суммарной э.д.с.:

. (21)

Из геометрических соотношений:

. (22)

Фазовый угол суммарной э.д.с.:

Α = arctg

. (23)

1 2 3 4 5 6

	Решением Совета по профессиональным квалификациям в области сварки Системы профессиональных квалификаций в области сварки и родственных процессов, неразрушающего контроля и разрушающих испытаний сварных...		Высшего профессионального образования «сибирский государственный... Руководство предназначено для самостоятельной подготовки специалистов, принимающих участие в проведении неразрушающего контроля вихретоковым...
	Государственный стандарт республики беларусь Ключевые слова: входной контроль, вид контроля, схемы входного контроля, порядок проведения входного контроля, оформление результатов...		Термины, определения и сокращения Фз «О защите прав юридических лиц и индивидуальных предпринимателей при осуществлении государственного контроля (надзора) и муниципального...
	Административный регламент осуществления муниципального земельного... Состав, последовательность и сроки выполнения административных процедур (действий), порядок и формы контроля за осуществлением муниципального...		Отчет о проведенном анализе нормативно-правовых актов в сфере контроля... Закона от 26. 12. 2008 Г. №294-фз «о защите прав юридических лиц и индивидуальных предпринимателей при осуществлении государственного...
	Проведения внутреннего контроля качества и безопасности медицинской... Внутренний контроль качества осуществляется работниками, назначенными приказами главного врача ответственными за проведение Внутреннего...		Памятка для предпринимателей Проверки субъектов предпринимательской... Федеральным законом от 26. 12. 2008 №294-фз «О защите прав юридических лиц и индивидуальных предпринимателей при осуществлении государственного...
	Доклад об осуществлении Федеральной налоговой службой государственного... Службой в соответствии с Правилами подготовки докладов об осуществлении государственного контроля (надзора), муниципального контроля...		Название и содержание разделов, тем планов Основы аудита и аудиторской деятельности: сущность, цели и задачи; роль аудита в развитии функции контроля в условиях рыночной экономики;...

Неразрушающего контроля

Похожие: