Устройство и работа дефектоскопа

Практическая работа №

Тема: Вихревое дефектоскопирование деталей вагона.

Цель работы. Ознакомление с устройством дефектоскопа типа ТВД и приобретение навыков дефектоскопирования.

Устройство и работа дефектоскопа

На железнодорожном транспорте чаще всего приходится встречаться с трещинами, возникающими в деталях в процессе их эксплуатации. Эти трещины возникают из-за усталостных явлений в металлах, находящихся длительное время под воздействием знакопеременных нагрузок. Усталостные трещины, развивающиеся с поверхности детали, называют поверхностными, чем подчеркивают их отличие от трещин глубинных (внутренних). Поверхностными являются также трещины, возникающие в процессе шлифовки и закалки, сварки и наплавки деталей. Дефекты в ответственных деталях вагонов могут повлиять на безопасность движения поездов, поэтому при наличии в деталях опасных трещин их нельзя допускать к эксплуатации. Поверхностные трещины в начальной стадии развития в большинстве случаев не обнаруживаются визуальными методами контроля. Поэтому для определения трещин пользуются более совершенными методами, одним из которых является метод вихретокового дефектоскопирования.

Он широко пригоден для дефектоскопирования, измерения толщины стенок, для изучения структуры металла.

Сущность метода состоит в оценке распределения вихревых токов в приповерхностной зоне объекта. Для возбуждения токов используют различные накладные преобразователи, состоящие из одной или нескольких катушек индуктивности. Катушки возбуждаются переменным током и создают переменное магнитное поле. При наложении преобразователя на поверхность объекта такое поле наводит в приповерхностном слое вихревые токи. Магнитное поле вихревых токов в свою очередь воздействует на катушки преобразователя, изменяя их электрическое поле сопротивления или наводя в них электродвижущую силу. Изменение напряжения в выводах катушки или ее сопротивления дает информацию о состоянии приповерхностного слоя контролируемого объекта.

С помощью вихретокового дефектоскопа могут обнаруживаться дефекты, в том числе под слоем лакокрасочного покрытия не более 0.2 мм.

Дефекты выявляются глубиной:

на немагнитных материалах не менее 0.15 мм;

на немагнитных жаропрочных (титановых) материалах не менее 0.5 мм;

на ферромагнитных материалах не менее 0.15 мм.

В данной лабораторной работе используется токовихревой дефектоскоп типа ТВД 0-0–0 ТО. Сема дефектоскопа состоит из автогенератора ВЧ, измерительного узла, регистрирующего узла и источника питания.

Автогенератор ВЧ выполнен на полевом транзисторе У1 с р-п переходом и п -каналом по схеме двухконтурного автогенератора с емкостной обратной связью. Первый параллельный резонансный контур автогенератора включен в цепи затвора полевого транзистора У1, который составлен из индуктивности датчика У1 и параллельно подключенных к нему: постоянного конденсатора С3, настроечных С1 и С6, емкости кабеля датчика, конденсатора С18 – для немагнитных материалов. Конденсатор С5 используется в качестве элемента в схеме автогенератора. Автогенератор обеспечивает прерывистый режим работы (см. рис.13) со значительными интервалами между импульсами.

Рис. 13. Диаграмма режима работы автогенератора

Период повторения импульсов Т выбран в верхней части звукового диапазона, частота которой используется для контроля местонахождения датчика: на поверхности материала или в воздухе. При установлении датчика в воздухе интервал между импульсами значительно уменьшается, вместе с этим частота звукового сигнала понижается. При перемещении датчика по поверхности материала в сторону дефекта интервал между импульсами еще более уменьшается, также понижается частота звукового сигнала, что указывает на приближение датчика к дефекту. При установлении датчика на поверхности в зоне дефекта автогенератор переходит в режим почти непрерывной генерации: импульсы большой длительности с очень короткими интервалами между ними (рис.14). При этом ток стока транзистора У1 резко возрастает, а постоянное напряжение на стоке (вывода 2) транзистора У1 резко падает.

Рис.14. Диаграмма автогенератора в режиме непрерывной генерации

Напряжение питания на автогенератор поступает от источника G-B1 через стабилизатор тока на полевом транзисторе У2 с п -каналом. Это позволяет получить большой перепад напряжения транзистора У1 при переходе автогенератора из режима прерывистой генерации к непрерывной, большую крутизну этого перепада и более стабильную работу автогенератора при контроле разных материалов.

Стабилизатор тока для радиочастоты автогенератора зашунтирован конденсатором С7, емкость которого выбрана такой, чтобы не шунтировалось напряжение с частотой следования радиоимпульсов (звуковой частотой). Для температурной стабилизации работы автогенератора в исток (вывод 1) транзистора У2 установлены элементы: диод У3 и резистор R2.

Стабилизатор тока на транзисторе У2 при прерывистой генерации работает на наклонной ветви вольтамперной стоковой характеристики в точке А (см. рис.15), которая находится вдали от точки перехода автогенератора в режим непрерывной генерации.

Рис.15. График работы стабилизатора тока на транзисторе

При приближении к дефекту (к точке перехода в режим непрерывной генерации) ток транзистора У1 возрастает и рабочая точка переходит в область насыщения характеристики У2 (точка Б, см. рис. 15), при котором постоянное напряжение между стоком (выводом 2) транзистора У2 и общим проводом резко снижается и автогенератор на транзисторе У1 переходит в режим непрерывной генерации. В момент, когда это напряжение достигает нуля, происходит полный срыв генерации автогенератора. При отводе датчика от дефекта прерывистая генерация восстанавливается, Резонансная частота параллельного контура датчика выбирается ниже резонансной частоты контура, составленного из индуктивности L1 и емкости монтажа, включенного в цепи стока.

В схеме потенциал базы транзистора V5 с помощью переменного резистора R5 выбирается таким, что транзистор V5 открывается при напряжении на стоке У2 соответствующим переходу в режим непрерывной генерации. Коллекторный ток транзистора У5 открывает транзистор У4, что вызывает появление на коллекторе У4 потенциала, близкого к потенциалу плюсового зажима источника питания.

С коллектора У4 положительное напряжение поступает на светодиод У13 (через резистор R6) и на генератор звукового индикатора, выполненного на транзисторах У9 и У10.

При появлении положительного потенциала на коллекторе транзистора У4 начинает заряжаться конденсатор С9 через резистор R7 и соответственно разряжается конденсатор С8. При достижении напряжения включения открывается однопереходной транзистор У8, и заряжая конденсатор С8 через эмитерно-базовый переход У6, кратковременно открывая транзистор У6.

Открытый транзистор У6 шунтирует токостабилизирующий транзистор У2 и потенциал на его стоке повышается. И если датчик сместить с дефекта, то восстановится прерывистая генерация, транзистор У5 закроется, потенциал на коллекторе У4 упадет до нуля, вызывая при этом выключение светового и звукового индикаторов.

Если же датчик продолжает оставаться на дефекте, то происходит очень кратковременное восстановление прерывистой генерации и выключение индикаторов, затем снова происходит срыв прерывистой генерации. Другими словами, процесс восстановления и срыва прерывистой генерации периодически повторяется, вызывая импульсное свечение светодиода и звучание звукового индикатора. При быстром перемещении датчика по детали, время звучания не совпадает со временем нахождения датчика над дефектом и определяется постоянной времени цепи R7, С8, С9.

Напряжение на автогенераторе (потенциал стока вывода 2, транзистора У2) после перехода в режим непрерывной генерации зависит от амплитуды высокочастотных колебаний автогенератора, т.е. от размера дефекта (глубины срыва). Это, в свою очередь, определяет ток коллектора транзистора У5, протекающий через резистор R3.

С увеличением размера дефекта (глубины срыва) ток коллектора транзистора У5, падение напряжения на резисторе R3 и на базе транзистора У9 возрастают, что приводит к повышению частоты релаксационного Н4 генератора на однопереходном транзисторе У10 и звукового сигнала в головных телефонах.