Вихретоковый, электрический и тепловой виды контроля

Вихретоковый вид контроля

Вихретоковый вид неразрушающего контроля основан на анали­зе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромаг­нитным полем вихревых токов, наводимым в объекте контроля эти­ми токами. Параметры наведенного поля определяются геометриче­скими и электромагнитными характеристиками контролируемого объекта. Результаты этого взаимодействия зависят от величины и ха­рактера как внешнего, так и наведенного полей. Для создания внеш­него электромагнитного поля чаще всего используют индуктивные катушки, через которые пропускают переменный ток соответствую­щей частоты. Устройство, состоящее из одной или нескольких ин­дуктивных катушек, предназначенное для возбуждения в объекте контроля вихревых токов и преобразования зависящего от парамет­ров объекта электромагнитного поля в электрический сигнал, назы­вается вихретоковым преобразователем.

Вихревые токи возникают в электропроводящих телах под воз­действием изменения внешнего магнитного поля, которое может происходить как за счет изменения магнитного потока во времени, так и в результате относительного перемещения электропроводящего тела и магнитного потока. Впервые наиболее подробно вихревые токи исследованы французским физиком Ж. Фуко (1819-1868) и часто называются его именем (токи Фуко). Замыкаясь в электропро­водящем теле, вихревые токи образуют электрические контуры, ин­дуцирующие встречный магнитный поток, сцепляющийся с внеш­ним магнитным полем. В результате взаимодействия этих встречных магнитных потоков происходит изменение ЭДС измерительной или полного электрического сопротивления возбуждающей индуктивных катушек преобразователя. Величины этих изменений, являющихся первичным информативным параметром, зависят от параметров объекта контроля, величины напряженности внешнего электромаг­нитного поля Н_И и расстояния а до объекта контроля.

В настоящее время разработано большое количество различных конструкций преобразователей, которые принято классифицировать по следующим признакам:

• по типу преобразования параметров объекта контроля в выходной сигнал вихретокового преобразователя;

• по способу соединения катушек преобразователя;

• по расположению преобразователя относительно объекта контроля.

По первому признаку преобразователи разделяют на параметрические и трансформаторные. Параметрический преобразователь имеет лишь одну индуктивную возбуждающую катушку, активное иреактивное сопротивление которой зависит от параметров объекта и условий его контроля. Трансформаторный вихретоковый преобразователь содержит не менее двух индуктивно связанных катушек (возбуждающих и измерительных) и преобразует контролируемый параметр в ЭДС измерительной катушки.

По второму признаку вихретоковые преобразователи делят на абсолютные и дифференциальные. Абсолютным называют вихрето­ковый преобразователь, сигнал которого определяется абсолютным значением параметра объекта контроля, дифференциальным - сигнал которого определяется приращением параметра объекта контроля.

В зависимости от расположения относительно объекта контроля преобразователи разделяют на проходные, накладные и комбиниро­ванные. В свою очередь проходные разделяют на наружные, внут­ренние, погружные и экранные. Более подробно конструкции вихретоковых преобразователей рассмотрены, например, в[2].

При диагностировании нефтегазового оборудования с примене­нием вихретокового вида контроля обычно применяют накладные трансформаторные преобразователи карандашного типа. Схема кон­троля с использованием таких преобразователей приведена на рис. 8.1. Вихревые токи в объекте контроля возбуждаются с помо­щью индуктивной катушки. Напряженность магнитного поля, созда­ваемого индуктивной катушкой, составляет H_и, напряженность встречного магнитного поля, создаваемого вихревыми токами, - Н_в.

 

Рис. 8.1. Схема вихретокового контроля:

1- силовые линии; 2 - индуктивная катушка; 3 - измерительная катушка; 4 - контролируемый объект

 

Рис 8.2 Распределение плотности вихревых токов: 1- вихревые токи; 2 - объект контроля

Результаты взаимодействия этих полей регистрируют с помощью из­мерительной катушки. Плотность вихревых токов имеет неравномерное распределение в объекте контроля. Плотность максимальна на поверхности объекта в контуре, диаметр которого близок к диаметру контура возбуждаю­щей катушки, и убывает до нуля на оси катушки при увеличении расстояния r. С увеличением глубины объекта контроля плотность вихревых токов также убывает. На рис. 8.2 приведены разрез объекта контроля по оси возбуждающей катушки и соответствующая эпюра распределения плотности вихревых токов в зависимости от удаления r от оси катушки.

Глубина проникновения вихревых токов в объект контроля зави­сит от конструкции вихретокового преобразователя, формы объекта контроля и интенсивности затухания на глубине. Для накладного вихретокового преобразователя глубина проникновения б вихревых токов в объект контроля, в глубине которого плотность вихревых то­ков в 2,7183 раза (в е раз) меньше, чем на поверхности, может быть ориентировочно определена по формуле

 

где r – радиус эквивалентного витка обмотки преобразователя; – обобщенный параметр вихретокового контроля, харакеризующий свойства преобразователя и условия контроля:

 

где w – круговая частота тока возбуждения – магнитная постоянная; – магнитная проницаемость среды; – удельная электрическая проницаемость среды.

Глубина проникновения вихревых токов обусловливает соответственно и максимальную глубину залегания выявленных дефектов. Наиболее уверенно при вихретоковом контроле электропроводящих материалов выявляются поверхностные трещины, где плотность вихревых токов максимальна, а также подповерхностные трещины ипустоты, глубина залегания которых обычно не превышает 3...4 мм.

Помимо обнаружения дефектов вихретоковый вид неразрушающего контроля широко применяют в целях структуроскопии для контроля физико-механических свойств объектов, связанных со структурой, химическим составом и внутренними напряжениями их материалов. Кроме того, вихретоковые приборы и установки исполь­зуют для контроля размеров объекта, параметров его вибрации, об­наружения электропроводящих объектов (металлоискатели) и других целей.

Достоинствами вихретокового контроля являются сравнительная простота, высокая производительность и чувствительность. Для по­верки чувствительности преобразователей и настройки аппаратуры контроля используют стандартные образцы с дефектами, разрабаты­ваемые на каждый типоразмер контролируемых изделий и подвер­гаемые метрологической аттестации согласно ГОСТ 8.315-83. Важ­ным достоинством вихретокового контроля является также то, что его можно проводить при отсутствии непосредственного контакта между преобразователем и объектом контроля. Наличие изоляцион­ных и лакокрасочных покрытий, толщина которых не превышает предельную величину, а также загрязнение поверхности проведению контроля не препятствуют.

Вихретоковый метод эффективно используют для контроля ме­таллоконструкций технологического оборудования в зонах концен­трации напряжений, в первую очередь в околошовных зонах свар­ных швов, а также для контроля валов, штоков, гильз и других подобных деталей, имеющих концентраторы напряжений в виде шпоночных пазов, галтелей, проточек, резьб и др. Вместе с тем этот метод не применяют для контроля самих сварных швов с неудален­ным усилением, поэтому при диагностировании сосудов и аппаратов нефтегазовой промышленности вихретоковый контроль целесооб­разно использовать в сочетании с ультразвуковым, радиационным или акустико-эмиссионным методами.

⇐ Предыдущая20212223242526272829Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: