Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Вихретоковый неразрушающий контроль основан на возбуждении в контролируемой детали вихревых токов и анализе взаимодействия внешнего возбуждающего магнитного поля с магнитным полем вихревых токов, наводимых в объекте контроля этим полем.

Особенность вихретокового контроля заключается в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит обычно на расстояниях, достаточных для свободного движения преобразователя относительно объекта: от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Поэтому этим методом можно получать хорошие результаты контроля даже при высоких скоростях движения преобразователей по детали.

Еще одна из особенностей метода состоит в том, что на сигналы преобразователя практически не влияют влажность, давление, загрязненность газовой среды, радиоактивные излучения и загрязнение поверхности объекта контроля непроводящими веществами.

Простота конструкции вихретокового преобразователя (ВП) – еще одно преимущество метода. В большинстве случаев катушки помещают в предохранительный корпус и заливают компаундами. Благодаря этому они устойчивы к механическим и атмосферным воздействиям, могут работать в агрессивных средах, в широком интервале температур и давлений.

Поскольку вихретоковые методы контроля основаны на возбуждении вихревых токов, применяется он для контроля качества электропроводящих объектов: металлов, сплавов, графита, полупроводников. Ему свойственна малая глубина зоны контроля, определяемая глубиной проникновения электромагнитного поля в контролируемую среду. Вихретоковые методы контроля широко применяют для дефектоскопии, определения размеров и структуроскопии материалов и изделий.

В дефектоскопии с помощью данного метода обнаруживают дефекты типа несплошностей, выходящих на поверхность или залегающих на небольшой глубине в электропроводящих листах, прутках, трубах, проволоке, деталях железнодорожных вагонов, мелких деталях и т.д. Выявляются разнообразные трещины, расслоения, закаты, плены, раковины, неметаллические включения и т.д. При благоприятных условиях и малом влиянии мешающих факторов при использовании накладного преобразователя удается выявить трещины глубиной 0,1…0,2 мм, протяженностью 1…2 мм.

Поскольку структурное состояние металлов и сплавов влияет на их электрические и магнитные характеристики, оказывается возможным контролировать не только однородность химического состава, но и структуру металлов и сплавов, а также определять механические напряжения. С другой стороны этот фактор может оказаться мешающим при обнаружении трещин и других дефектов.

Ограничение применения вихретокового метода контроля состоит в невозможности обнаружения дефектов на глубине больше глубины проникновения вихревых токов.

Вихревые токи создаются и регистрируются с помощью специальных вихретоковых преобразователей (ВП).

Вихретоковый преобразователь представляет собой катушку (несколько катушек) индуктивности, которая подключена к источнику переменного тока. Ток создает вокруг катушки переменное магнитное поле. При размещении преобразователя вблизи поверхности токопроводящей детали указанное поле возбуждает в поверхностном слое вихревые токи. Вихревые токи создают собственное поле, которое наводит в катушке дополнительную ЭДС, несущую информацию о наличии или отсутствии дефектов. При наличии трещины контур вихревых токов разрывается (рис. 1.7), меняется магнитное поле создаваемое ими и соответственно меняется амплитуда и фаза сигнала измерительной катушки преобразователя.

Рис. 1.7. Изменение контура вихревых токов при наличии трещины на поверхности детали

Дефекты обнаруживаются в той части детали, по которой протекают вихревые токи.

По способу извлечения информации о наличии дефектов вихретоковые преобразователи делятся на параметрические и трансформаторные.

В параметрических преобразователях, обычно содержащих одну катушку, информацию о дефектах получают по изменению характеристик (параметров) этой катушки: сопротивление, индуктивность и др.

Трансформаторные преобразователи содержат не менее двух катушек. Одна из них – возбуждающая служит для создания переменного магнитного поля и, следовательно, вихревых токов в детали. Вторая – измерительная служит для регистрации переменных магнитных полей, создаваемых вихревыми токами. Так как на дефектной и бездефектной поверхностях вихревые токи различны, измеряя амплитуду и (или) фазу результирующего напряжения на измерительной катушке, можно судить о том, есть или нет в детали дефект. Для повышения чувствительности обычно используется третья обмотка – компенсационная, которая включается встречно измерительной, рис. 1.8.

Рис. 1.8. Преобразователь трансформаторного типа с компенсационной катушкой и сердечником (а), схема его включения (б)

1.9. Принцип работы ВП с фазовым детектированием

Когда преобразователь удален от детали (при фазовом анализе) прибор балансируется так, чтобы сигнал был минимальным, рис. 1.9, а. При установке преобразователя на деталь измеряемый сигнал рис. 1.9, б) сдвинут относительно возбуждающего сигнала с генератора (рис. 1.9, в) на некоторое значение Dj0. При наличии дефекта этот сдвиг изменяется DjД (рис. 1.9, г), что и фиксируется дефектоскопом.

В зависимости от формы детали применяют три основных типа трансформаторных преобразователей, отличающиеся расположением катушек: накладные, проходные и экранные, рис. 1.9, а, б и в соответственно, которые отличаются взаимным расположением катушек и контролируемой детали.

В накладном вихретоковом преобразователе все катушки (или одна катушка) располагаются на одной стороне детали (рис. 1.9, а). Применяются для контроля деталей сложной формы. Часто в накладных вихретоковых преобразователях применяют ферритовые сердечники, что приводит к повышению локальности и чувствительности контроля.

Рис. 1.9. Накладной (а), проходной (б) и экранный (в)
вихретоковые преобразователи: 1 – возбуждающая, 2 – измерительная обмотки, 3 – объект контроля

В проходном вихретоковом преобразователе либо катушки охватывают в целом деталь (рис. 1.9, б), либо деталь охватывает все катушки. Применяются для контроля протяженных деталей, типа прутков, проволоки, труб.

В экранном вихретоковом преобразователе катушки располагаются по разные стороны детали (рис. 1.9, в) Такие преобразователи можно использовать для контроля проката, пластин, лент и деталей подобной формы.

Катушки преобразователя по отношению друг к другу могут быть подвижными и неподвижными. Дефектоскопы с неподвижными катушками фиксируют трещины только при движении преобразователя над дефектом, такой режим называется динамическим .

Подвижные катушки вращаются внутри или вокруг неподвижных катушек. Преобразователи, у которых вращающиеся катушки находятся внутри неподвижных катушек, называются роторными. Режим работы с вращающимися катушками называется статическим. Он применяется при контроле плоских поверхностей для уточнения положения трещин, обнаруженных в динамическом режиме. Для этого преобразователь останавливается в области предполагаемой трещины и срабатывание сигнализации происходит в момент перемещения вращающейся катушки над трещиной.

Дефектоскопы с роторными ВП имеют две особенности. Первая особенность заключается в том, что сканирование (круговое) поверхности детали вращающимися катушками осуществляется даже в том случае, когда ВП по поверхности детали не перемещается. Это позволяет в процессе контроля замедлять движение или останавливать ВП для уточнения характера и положения дефекта, что повышает удобство и оперативность контроля.

Вторая особенность заключается в том, что в процессе контроля вращение катушек приводит к дополнительной модуляции сигнала преобразователя, которая различна для помех и дефектов. Это различие используется в тракте обработки сигнала так, чтобы снизить влияние помех и повысить порог чувствительности достоверность контроля.

Порог чувствительности вихретокового дефектоскопа определяется минимальной глубиной трещины, которая может выявляться с заданными вероятностями ошибок. К ошибкам относятся пропуск и ложное обнаружение дефектов. Ошибки обусловлены помехами.

К помехам относятся:

· шероховатость поверхности детали;

· локальные изменения электромагнитных свойств металла;

· изменение зазора между преобразователем и металлической поверхностью детали;

· наклон оси преобразователя;

· изменение кривизны контролируемой поверхности и т.п.

Порог чувствительности также зависит от способа обработки сигналов ВП.

В зависимости от способа соединения обмоток, различают абсолютные и дифференциальные методы. Выходной сигнал при абсолютном методе определяется абсолютным значением параметров измерительной катушки, а дифференциального – разностью значений параметров двух катушек, одна из которых находится на заведомо бездефектном участке детали, а вторая – на контролируемом. Использование дифференциального метода позволяет повысить помехоустойчивость и чувствительность контроля.

5.189.137.82 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Вихретоковый метод неразрушающего контроля
Главная | О нас | Обратная связь

Лекция 16. Вихретоковые и лучевые методы неразрушающего контроля

Вихретоковый неразрушающий контроль основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. По первичному информативному параметру методы делят на амплитудный, частотный, спектральный, многочастотный.

Методы, основанные на использовании вихревых токов, применяются для обнаружения нарушения сплошности, неоднородностей структуры и отклонений химического состава в электропроводящих изделиях, в структуроскопии. Вихретоковые методы находят также применение при измерении толщин покрытий, листовых материалов и труб.

Когда к поверхности металлического изделия подносится катушка, по которой протекает переменный электрический ток, в металле наводятся вихревые токи (рис. 54). Величина наведенных вихревых токов зависит от величины и частоты переменного тока, электропроводности, магнитной проницаемости и формы изделия, относительного расположения катушки и изделия, а также от наличия в изделии неоднородностей или несплошностей.

Электромагнитное поле вихревых токов по направлению противоположно наводящему. Вследствие этого вихревые токи влияют на общее сопротивление (импеданс) катушки возбуждения, находящейся в непосредственной близости к изделию. Определение величины и характера изменений вносимых сопротивлений (активных и индуктивных) и является основой для обнаружения дефектов или различий в физической, химической и металлургической структуре материала. Зависимость сигналов преобразователя от параметров объекта и от режима контроля выражается годографами, так как сигналы представляются векторами на комплексной плоскости напряжений. Годографы могут быть получены теоретическим или экспериментальным путем.

Таким образом, ток, протекающий в катушке, несет информацию об изделии, его размерах, механических и химических свойствах, а также о наличии или отсутствии дефектов, т. е. происходит своеобразное отражение электромагнитной энергии. Характер отраженного поля определится в основном двумя явлениями, происходящими в испытуемом изделии: возбуждающее поле индуктирует в металле вихревые токи; возбуждающее поле изменяет магнитную доменную структуру испытуемого изделия.

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Рис. 54. Схема электромагнитного неразрушающего контроля:

а – монолитный металл; б – металл с трещиной; – возбуждающее электромагнитное поле; – наведенное электромагнитное поле; – вихревые токи;

В неферромагнитных металлах происходит только первое явление, в то время как в ферромагнитных металлах действуют оба явления, причем на результаты измерения преобладающим оказывается влияние второго явления.

В различных вихретоковых приборах используется несколько способов возбуждения вихревых токов в объекте: помещение объекта в катушке или катушки в объект (метод охватывающего или проходного преобразователя), накладывание преобразователя на объект (так называемые накладные преобразователи) с помощью комбинированных преобразователей. Кроме того, преобразователи делят на абсолютные и дифференциальные.

Важной характеристикой детектируемых вихревых токов является глубина их проникновения . Это такое расстояние от поверхности, на котором амплитуда падающей электромагнитной волны уменьшится в е раз. В соответствии с величиной будет изменяться и контролируемая толщина материала изделия. Глубину проникновения вихревых токов в зависимости от частоты тока катушки можно определить по номограмме (рис. 55).

Особое внимание при контроле вихретоковым методом следует обратить на зазор между преобразователем и образцом, наличие которого сказывается на результатах. Этот же фактор значительно ограничивает возможности метода для дефектации НК деталей сложной конфигурации. Для уменьшения влияния величины зазора на показания прибора предусматриваются такие меры, как стабилизация зазора калиброванными прокладками, использование авто­матических корректирующих устройств и др. Однако часто и эти приемы не обеспечивают необходимой стабильности и достоверности результатов контроля. Это объективно обусловлено интегральностью выходного сигнала вихретокового преобразователя, несущего информацию и о электромагнитах, и о геометрических, механических и других свойствах изделия, особенно при контроле ферромагнитных сплавов. Поэтому в настоящее время разрабатываются специальные методы так называемого многопараметрового вихретокового контроля, позволяющие раздельно оценить как интересующие, так и мешающие факторы влияния на свойства изделия. К ним относятся метод измерения на нескольких частотах, метод гармонического анализа сигнала датчика и др.

Помимо дефектоскопов широкого назначения, используются также специальные, например ТВД, ЭИТ-С1МА и некоторые другие. С их помощью контролируются фланцы корпусов сопловых аппаратов газотурбинных двигателей, лопасти воздушных винтов, барабаны и съемные реборды колес самолетов, диски турбины и другие детали.

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Рис. 55. Номограмма для определения глубины проникновения вихревых токов б

(по данным А. Л. Дорофеева):

1 – титановый сплав ВТЗ; 2 – нержавеющая сталь 1Х18Н&Т; 3 – АК6; 4 – медь;

Лучевые (радиационные) методы НК основаны на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия с контролируемым объектом. По характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом радиационные методы НК классифицируют на методы прошедшего излучения, рассеянного излучения, активационного анализа, характеристического излучения и автоэмиссионный, по способу получения первичной информации – сцинтилляционный, ионизационный (радиометриче­ский), вторичных электронов, радиографический и радиоскопический методы.

С помощью радиационных методов выявляют поверхностные и глубинные трещины, ориентированные вдоль направления луча, раковины, рыхлоты, ликвационные зоны, неметаллические и шлаковые включения.

Чувствительность радиационных видов неразрушающего контроля характеризуется чувствительностью в направлении просвечивания (контрастная чувствительность) и в направлении, перпендикулярном к просвечиванию (разрешающая способность, детальная чувствительность). В среднем радиационными методами выявляются дефекты протяженностью в направлении просвечивания от 2 (стали) до 10% (легкие сплавы) от толщины изделия при ширине 0,025 мм.

В зависимости от ионизирующего излучения, используемого при контроле, наибольшее применение в технике нашли рентгеновский и гамма-метод.

В рентгеновском методе для индикации внутренних дефектов в материалах и изделиях, их местонахождения, формы и размеров используют рентгеновское тормозное, или характеристическое, излучение, которым просвечивается объект контроля.

В зависимости от способа регистрации средства контроля (рентгеновского излучения) различают рентгенографию, ксерорадиографию, рентгеноскопию и радиометрию.

В рентгенографии в качестве детектора рентгеновского излучения применяют рентгеновскую пленку (РТ-5, РТ-4М, РНТМ и др.).

В ксерорадиографии для этой цели используют фотопроводниковую заряженную пластинку или пленку, чувствительную к ионизирующему излучению. Несмотря на высокую стоимость ксерора-диографических пленок, метод обладает преимуществами по сравнению с рентгенографическим – более высокой чувствительностью и производительностью контроля.

В рентгеноскопии в качестве детектора используют флуороскопический экран. Метод обладает невысокой чувствительностью. Кроме того, результаты контроля в значительной степени субъективны.

При ионизационном (радиометрическом) методе контроля объект просвечивают узким пучком излучений, который последовательно перемещается по контролируемым участкам (рис. 56). Излучение, прошедшее через контролируемый участок, преобразуется детектором, на выходе которого возникает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности излучения. Электрический сигнал через усилитель поступает на регистрирующее устройство.

Радиометрический метод обладает высокой производительностью и может быть легко автоматизирован. Однако с помощью этого метода затруднительно судить о характере и форме дефектов, а также невозможно определить глубину их залегания.

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Рис. 56. Схема радиометрического метода контроля:

1 – источник излучения; 2, 4 – коллиматоры; 3 – контролируемый объект;

5 – сцинтилляционный чувствительный элемент; 6 – фотоумножитель;

7 – усилитель; 8 – регистрирующее устройство

В гамма-дефектоскопии в качестве средства испытания используется излучение радиоактивных изотопов. Источник излучения выбирается в зависимости от материала объекта контроля и его толщины (табл. 2).

Основные разновидности метода (гаммаграфия, радиометрический и флуороскопический) аналогичны методам рентгенодефектоскопии.

При нейтронном методе в качестве средства испытаний используется нейтронное излучение. Обладая большой проникающей способностью, нейтронное излучение позволяет просвечивать большие толщины исследуемых материалов. Методы нейтронной дефектоскопии находятся пока в стадии разработки.

В отдельную разновидность выделились методы радиационной толщинометрии. Для этой цели используют рентгеновское, — и -излучения.

Толщина объекта, мм

Тулий-170 Иридий-192 Цезий-137 Тулий-170 Иридий-192 Тулий-170 Тулий-170 Иридий-192

Радиационный неразрушающий контроль проводится по типовым схемам. Схемы просвечивания отдельных узлов ВС разрабатываются с учетом наилучшей выявляемости дефектов. Некоторые типовые схемы просвечивания соединений и изделий приведены на рис. 57.

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Рис. 57. Типовые схемы просвечивания при радиационном контроле:

а – кольцевые швы в цилиндрических или сферических изделиях; б – угловые соединения; в – с использованием компенсатора и свинцовой маски; о – источник излучения;

к – кассета с пленкой (при радиографировании);

1 – просвечиваемое изделие: 2 – компенсатор; 3 – свинцовая маска

Выбор оборудования для радиационного контроля определяется: плотностью и толщиной материала контролируемого изделия, скоростью проведения контроля, конфигурацией контролируемой детали или изделия, технологическими особенностями контроля.

Промышленностью выпускается обширная номенклатура средств радиационного контроля, имеющих самые различные характеристики. К наиболее универсальным относятся рентгеновские аппараты РАП 150/300 (стационарный), РИ-10Ф, РУП-100-10 (передвижной), РИ-10ФП (полевой рентгеновский флюорограф) и др. В автоматическом рентгеновском флюорографе РИ-10ФП в качест­ве рентгеновского преобразователя используется монокристаллический экран. Изображение контролируемого участка автоматиче­ски регистрируется фотокамерой.

При использовании интроскопа типа РИ-61РТ контролируемый объект устанавливается в специальную защитную камеру, обеспечивающую полную радиационную безопасность оператора и других наблюдателей. В качестве источника рентгеновского излучения использован аппарат РУП-120-5. В рентгенотелевизионной системе применена высокочувствительная трубка ЛИ-217.

Безопасность труда при радиационной дефектоскопии должна отвечать сложному комплексу требований. Она включает в себя защиту от тока высокого напряжения, газов, огня, ионизирующих излучений, в том числе от рассеянного излучения.

Защита от ионизирующих излучений обеспечивается экранированием с помощью защитных материалов (свинец, свинцовое стекло, свинцовая резина, вольфрам, железо, барит), соблюдением безопасного расстояния, предельно коротким временем пребывания в зоне излучений. Безопасности труда при радиационном контроле уделяется особое внимание. Меры защиты и предупреждения поражения ионизирующими излучениями детально разработаны и должны неукоснительно соблюдаться.

1. К.Я. Орлов. В.А.Пархимович. Ремонт самолетов и вертолетов. – М. Транспорт, 1986.

2. Н.Л.Голего. Ремонт летательных аппаратов – М. Транспорт, 1984.

/ ЭОТб11-1 / 2.9 / Вихретоковой метод

ВЫПОЛНИЛИ: МАСТЕРСКИХ ВИОЛЕТТАИ ВАСИЛЬЕВ ДАНИИЛ

Вихретоковый метод – один из методов неразрушающего контроля ( ультролзвуковой контроль, магнитопорошковая диагностика, цветная дефектоскопия, вихретоковый метод )

Вихретоковый метод контроля основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля (ОК) этим полем. В качестве источника электромагнитного поля чаще всего используется индуктивная катушка (одна или несколько), называемаявихретоковым преобразователем (ВТП). Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электромагнитном объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на катушках или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно его.

Вихретоковый метод применяется в основном для контроля качества электропроводящих объектов: металлов, сплавов, графита, полупроводников и т. д. Приборы и установки, реализующие вихретоковый метод, широко используются для обнаружения несплошностей материалов (дефектоскопия и дефектометрия), контроля размеров объектов контроля и параметров вибраций (толщинометрия и виброметрия), определения физико-механических параметров и структурного состояния (структуроскопия), обнаружения электропроводящих объектов (металлоискатели) и для других целей.

На сегодняшний деньвихретоковой неразрушающий контрольпозволяет выполнять техническую диагностику:• электропроводящих прутков;• проволоки;• труб;• листов;• пластин;• покрытий (не исключая и многослойные);• железнодорожных рельсов;• корпусов атомных реакторов;• шариков и роликов подшипников;• крепежных деталей и иных промышленных изделий.

Преимущество вихретокового контроля в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит на расстояниях, достаточных для свободного движения преобразователя относительно объекта (от долей миллиметров до нескольких миллиметров). Поэтому этими методами можно получать хорошие результаты контроля даже при высоких скоростях движения объектов.

К его преимуществам также относят, высокую чувствительность к микроскопическим дефектам, которые находятся на поверхности либо в непосредственной близости от исследуемого участка металлического объекта. Вихретоковый неразрушающий контроль эффективен даже в том случае, если между исследуемым объектом и преобразователем есть небольшой зазор (от нескольких долей миллиметра до нескольких миллиметров). Отличие данного метода от ультразвукового контроля заключается в том, что вихретоковый датчик не нуждается в использовании контактной жидкости. Вихретоковый метод неразрушающего контроля для многих привлекателен еще и сравнительно высокой скоростью проведения. Даже если объект имеет сложную геометрию либо находится в труднодоступном месте, такой контроль вполне возможен и эффективен.

Еще одним достоинством ВТК является его многопараметровость, то есть сигнал с ВТП несёт в себе информацию о большом количестве параметров объекта контроль.

Недостатком вихретокового метода неразрушающего контроля является возможное искажение одного параметра другими. Ограничения применения вихретоковых методов неразрушающего контроля — возможна организация контроля только электропроводящих изделий, данные методы характеризуются малой глубиной контроля, связанной с особенностями распространения электромагнитных волн материалом подконтрольного объекта.

Области применения вихретокового контроля • Авиастроение. В этой отрасли метод занимает особое место, так как здесь его используют как в процессе производства самолетов, вертолетов и прочей авиационной техники, так и на стадии активной эксплуатации. Здесь при помощи вихретокового метода контроля осуществляется диагностика крыльев, фюзеляжей, колесных дисков, компонентов двигателей, роторов, осей, крепежных отверстий и др. • Строительство. Прежде всего, нужно упомянуть о вихретоковом неразрушающем контроле сварных швов и металлических конструкций. С его помощью выявляют трещины, прожиги и т.д. • Автомобилестроение, техническое обслуживание автомобилей. • Судостроение (здесь вихретоковому неразрушающему контролю подвергают, в частности, обшивку суден). • Нефтегазовая отрасль. Основные объекты здесь – нефтепроводы, трубопроводы, газопроводы, резервуары и пр. В целом, вихретоковый неразрушающий контроль актуален везде, где требуется проверять лакокрасочные, гальванические, защитные, изоляционные и другие покрытия на основании из металла.

Вихретоковый дефектоскоп.Константа ВД1 Предназначен для обнаружения и оценки глубины поверхностных трещин в ферро- и неферромагнитных металлах и сплавах.

Константа ВД1 Авиационный

Вихретоковый дефектоскоп, авиационный комплект. Прибор имеет широкий набор специализированных преобразователей и контрольных образцов для дефектоскопии деталей летательных аппаратов

применяются для контроля толщины электропроводящих листов, пленок, пластин, покрытий на них, стенок труб, цилиндрических и сферических баллонов и т. д. В частности, толщиномер ВТ-201,имеющий накладной ВТП, предназначен для измерения толщины неметаллических покрытий (краска, эмаль, пластик и т. д.) на металлическом основании (алюминий, медь, титан).Толщиномер листов ВТ-501, имеющий экранный вихретоковый преобразователь. предназначен для контроля толщины листов цветных металлов.

Вихретоковый метод контроля основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля (ОК) этим полем.

В качестве источника электромагнитного поля чаще всего используется индуктивная катушка (одна или несколько), называемая вихретоковым преобразователем (ВТП). Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электромагнитном объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на катушках или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно его.

Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Араго (1786—1853) в 1824г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение.

В 1933, в Германии, работая в институте Kaiser-Wilhelm-Institute, профессор Фридрих Ферштер (Friedrich Förster) адаптировал метод вихревых токов к промышленному применению для измерения удельной электропроводности материалов с целью сортировки по деталей маркам сталей.

Вихретоковый контроль проводят в целях выявления поверхностных и подповерхностных дефектов в металлических конструкциях и деталях.

В настоящее время метод вихревых токов широко используется как для обнаружения дефектов, так и для измерений электропроводности материалов, а так же измерения толщины покрытий.

Объектами вихретокового контроля конструкций являются основной металл, клепаные и болтовые соединения и стыковые сварные швы

Подготовка к проведению контроля включает следующие этапы:

• изучение конструкции контролируемого элемента, требований чертежей и другой документации;

• анализ результатов предыдущего контроля, если он проводился, и принятие решения о необходимости и возможности вихретокового контроля;

• подготовка поверхности конструкций (деталей) к контролю.

Поверхности, подлежащие вихретоковому контролю, очищают от грязи и для удаления масла тщательно протирают ветошью или салфеткой, слегка смоченными в бензине, ацетоне, растворителе. Места коррозии зачищают до металла, не поврежденного коррозией. На объектах с поврежденным лакокрасочным покрытием в зонах контроля лакокрасочное покрытие восстанавливают путем нанесения нового покрытия.

Перед началом контроля необходимо визуально убедиться в отсутствии трещин и других механических повреждений на контролируемой поверхности. Конструкции и детали, имеющие визуально обнаруживаемые трещины, бракуют.

Контроль осуществляют последовательным сканированием контролируемой поверхности преобразователем. Сканирование осуществляют перпендикулярно направлению ожидаемого развития дефекта. Только при невозможности такого сканирования допускается проведение контроля сканированием под углом к направлению предполагаемого дефекта.

О наличии дефектов при контроле свидетельствует срабатывание соответствующей сигнализации.

Качество проконтролированных элементов оценивают по двухбалльной системе:

• балл 1 — неудовлетворительное качество- элементы с дефектами, имеющими признаки трещин.;

• балл 2 — удовлетворительное качество- элементы, в которых не обнаружены дефекты или обнаружены дефекты, не имеющие признаков трещин.

К особенностям МВТ относятся:

возможность проверки большого числа параметров изделия;

возможность проведения контроля по поверхности с высокой шероховатостью

возможность проведения контроля через слой немагнитного покрытия толщиной до 2мм

контроль мест с ограниченным доступом к поверхности, а так же деталей сложной конфигурации

возможность проверки слоев материала небольшой толщины;

большая скорость и незначительная трудоемкость контроля т. е. Особенность вихретокового контроля в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит на расстояниях, достаточных для свободного движения преобразователя относительно объекта (от долей миллиметров до нескольких миллиметров).

возможность измерения толщины листа, стенки труб и деталей при одностороннем доступе;

электрическая природа сигнала, быстродействие, что позволяет легко автоматизировать контроль;

возможность контроля быстро движущихся изделий.

Дефектоскопы. реализующие вихретоковый метод, предназначены для обнаружения различных трещин, расслоений, закатов, раковин, неметаллических включений и т. д. позволяющие контролировать протяженные объекты (трубы, прутки, проволоку с поперечными размерами от 5 до 121мм).

Принцип действия: Если рядом с объектом из ферромагнитного материала (скажем, из стали) создать переменное магнитное поле, внутри материала объекта индуцируются вихревые токи (токи Фуко). Вихревые токи, в свою очередь также создают магнитное поле, противодействующее внешнему магнитному воздействию (Рисунок 3). Параметры вторичного магнитного поля фиксируются. Если внутри материала объекта имеются несовершенства (трещины, полости, прочие дефекты), это повлияет на конфигурацию вихревых токов, и, следовательно, на параметры создаваемого ими магнитного поля. Фиксируя эти изменения, можно получить информацию о внутренних дефектах объекта.

Достоинства: Относительно высокая скорость диагностики, Высокая точность

Недостатки: Ограниченный диапазон материалов исследуемых тел, Высокая стоимость

Вихретоковый дефектоскоп на картинкеELOTESTB300

Электромагнитные сканирующие системы TesTex,FALCON 2000 MARK II

Система для контроля днищ и стенок резервуаров

Предназначена для выявления изменений толщины днища и стенок резервуаров, выполненных из листовой углеродистой стали. Система может выявлять плавное утонение, точечную коррозию и трещины.

Принцип действия основан на использовании низкочастотного поля вихревых. С помощью в данном случае 32 датчиков можно получить 3-х мерное изображение собранных данных и по нему определить форму и глубину дефекта. Система снабжена сканерами двух типов: одной, которая используется для контроля основной части днищ резервуаров, и меньшей для сканирования труднодоступных зон. К системе через кабель для последовательного порта подсоединяется персональный компьютер, который используется для управления системой и для сбора и анализа данных.

ТОЛЩИНОМЕРЫ (в данном случае PosiTector® 6000 NEW). основанные на вихретоковом методе, применяются для контроля толщины электропроводящих листов, пленок, пластин, покрытий на них, стенок труб, цилиндрических и сферических баллонов. Применяет магнитный и вихретоковый принципы для точного и быстрого измерения толщины покрытий как на ферромагнитных (сталь) так и на немагнитных металлах (алюминий, нержавейка и др.)

На поверхности зонда прибора с помощью тока (с частотой более 1МГц), проходящего через катушку, на которую намотана тонкая проволока, генерируется переменное магнитное поле. При приближении зонда к токопроводящей поверхности, переменное магнитное поле генерирует на ней вихревые токи (токи Фуко). Вихревые токи создают собственные противоположные электромагнитные поля, которые могут быть измерены основной или второстепенной обмоткой. Вихретоковый метод используется преимущественно для хорошо проводящих поверхностей, в частности сделанных из цветных металлов (например алюминий).

Принцип работы вихретоковых толщиномеров основан на наведении вихревых токов Фуко в материале основания. Датчик вихретокового толщиномера излучает радиочастотные колебания. Чем больше расстояние от датчика до основания, тем меньше величина этих токов.

Универсальный контроль болтов диаметром 5 – 20 мм

Полуавтоматический прибор для контроля болтов. Предназначен для обнаружения кольцевых дефектов вдоль резьбы и дефектов в переходной зоне между головкой болта и стержнем.

Вихретоковый метод контроля основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля (ОК) этим полем. В качестве источника электромагнитного поля чаще всего используется индуктивная катушка (одна или несколько), называемая вихретоковым преобразователем (ВТП). Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электромагнитном объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на катушках или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно его. Особенность вихретокового контроля в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит на расстояниях, достаточных для свободного движения преобразователя относительно объекта (от долей миллиметров до нескольких миллиметров). Поэтому этими методами можно получать хорошие результаты контроля даже при высоких скоростях движения объектов.

Вихретоковый метод применяется в основном для контроля качества электропроводящих объектов: металлов, сплавов, графита, полупроводников и т. д. Приборы и установки, реализующие вихретоковый метод, широко используются для обнаружения несплошностей материалов (дефектоскопия и дефектометрия), контроля размеров ОК и параметров вибраций (толщинометрия и виброметрия), определения физико-механических параметров и структурного состояния (структуроскопия), обнаружения электропроводящих объектов (металлоискатели) и для других целей. Объектами вихретокового контроля могут быть электропроводящие прутки, проволока, трубы, листы, пластины, покрытия, в том числе многослойные, железнодорожные рельсы, корпуса атомных реакторов, шарики и ролики подшипников, крепежные детали и многие другие промышленные изделия.

Вихретоковый контроль позволяет обнаруживать как поверхностные, так и подповерхностные (залегающие на глубине 1–4 мм) дефекты. Его применяют только для контроля объектов из электропроводящих материалов. Контроль вихревыми токами можно выполнять без непосредственного механического контакта преобразователей с объектом, что позволяет вести контроль при взаимном перемещении преобразователя и объекта с большой скоростью. ^ Вихретоковым методом не могут быть проконтролированы элементы конструкций и детали: с резкими изменениями магнитных или электрических свойств; с дефектами, плоскости раскрытия которых параллельны контролируемой поверхности или составляют с ней угол менее 10°; сварные швы без снятого усиления. При вихретоковом контроле не обнаруживаются дефекты в элементах конструкций и деталях: с поверхностями, на которые нанесены электропроводящие защитные покрытия, если дефект не выходит на поверхность покрытия; с поверхностями, покрытыми коррозией. ^ Выявляемость дефекта при прочих равных условиях зависит от его типа. Наилучшим образом выявляются дефекты типа усталостных трещин, ориентированные перпендикулярно контролируемой поверхности. Ширина раскрытия усталостных трещин в определенных пределах не влияет на их выявляемость (20–30 мкм), однако выявляемость очень плотных трещин резко уменьшается. Такое явление, например, характерно для закалочных трещин. Риски и надрезы по сравнению с усталостными трещинами, как правило, выявляются хуже. Заполнение полости дефекта грязью, нагаром, неэлектропроводящими окислами и т. п. не приводит к снижению их выявляемости. ^ Вихретоковый контроль наиболее эффективен при контроле немагнитных материалов. Возможность контроля ферромагнитных материалов и деталей из них определяется однородностью магнитных свойств, наличием локальных магнитных полюсов. Наличие локального изменения магнитных свойств материала детали может вызвать ложное срабатывание вихретокового дефектоскопа. Наличие на контролируемой поверхности зон структурной неоднородности, приводящих к изменению электропроводности, вызывает расстройку дефектоскопа. Увеличение электропроводности снижает чувствительность, уменьшение электропроводности вызывает эффект, аналогичный влиянию дефекта. Наличие на контролируемой поверхности значительных остаточных макронапряжений, возникающих в результате поверхностного упрочнения детали или под действием сжимающих остаточных напряжений, приводит к сжатию полостей трещин и других дефектов и к снижению их выявляемости. Максимальная чувствительность вихретокового вида контроля может быть достигнута при контроле деталей с шероховатостью поверхности не более Rz 20. Возможность и целесообразность контроля деталей с грубой поверхностью должна определяться в каждом конкретном случае специалистами по вихретоковому контролю. Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Вихретоковый метод контроля.

В Вихретоковый метод неразрушающего контроляихретоковый контроль позволяет обнаруживать как поверхностные, так и подповерхностные (залегающие на глубине 1–4 мм) дефекты. Его применяют только для контроля объектов из электропроводящих материалов. Контроль вихревыми токами можно выполнять без непосредственного механического контакта преобразователей с объектом, что позволяет вести контроль при взаимном перемещении преобразователя и объекта с большой скоростью.

^ Объектами контроля являются основной металл, сварные соединения конструкций, а также детали. Вихретоковым контролем могут быть выявлены: ковочные, штамповочные, шлифовочные трещины, надрывы в элементах конструкций и деталях; волосовины, неметаллические включения, поры в поковках и прокате; трещины, возникшие в элементах конструкций и деталях при эксплуатации машин.

^ Вихретоковым методом не могут быть проконтролированы элементы конструкций и детали: с резкими изменениями магнитных или электрических свойств; с дефектами, плоскости раскрытия которых параллельны контролируемой поверхности или составляют с ней угол менее 10°; сварные швы без снятого усиления. При вихретоковом контроле не обнаруживаются дефекты в элементах конструкций и деталях: с поверхностями, на которые нанесены электропроводящие защитные покрытия, если дефект не выходит на поверхность покрытия; с поверхностями, покрытыми коррозией.

^ Выявляемость дефекта при прочих равных условиях зависит от его типа. Наилучшим образом выявляются дефекты типа усталостных трещин, ориентированные перпендикулярно контролируемой поверхности. Ширина раскрытия усталостных трещин в определенных пределах не влияет на их выявляемость (20–30 мкм), однако выявляемость очень плотных трещин резко уменьшается. Такое явление, например, характерно для закалочных трещин. Риски и надрезы по сравнению с усталостными трещинами, как правило, выявляются хуже. Заполнение полости дефекта грязью, нагаром, неэлектропроводящими окислами и т. п. не приводит к снижению их выявляемости.

^ Вихретоковый контроль наиболее эффективен при контроле немагнитных материалов. Возможность контроля ферромагнитных материалов и деталей из них определяется однородностью магнитных свойств, наличием локальных магнитных полюсов. Наличие локального изменения магнитных свойств материала детали может вызвать ложное срабатывание вихретокового дефектоскопа. Наличие на контролируемой поверхности зон структурной неоднородности, приводящих к изменению электропроводности, вызывает расстройку дефектоскопа. Увеличение электропроводности снижает чувствительность, уменьшение электропроводности вызывает эффект, аналогичный влиянию дефекта. Наличие на контролируемой поверхности значительных остаточных макронапряжений, возникающих в результате поверхностного упрочнения детали или под действием сжимающих остаточных напряжений, приводит к сжатию полостей трещин и других дефектов и к снижению их выявляемости. Максимальная чувствительность вихретокового вида контроля может быть достигнута при контроле деталей с шероховатостью поверхности не более Rz 20. Возможность и целесообразность контроля деталей с грубой поверхностью должна определяться в каждом конкретном случае специалистами по вихретоковому контролю.

Методы и средства контроля качества прокатной продукции

Контроль технологического процесса и качества прокатной продукции имеет большое значение. В прокатных цехах осуществляется контроль качественными и количественными методами визуально или при помощи приборов и инструментов.

Основными требованиями, предъявляемыми к методам испытаний, являются их надежность, которая выражается в повторяемости результатов при многократных испытаниях одного и того же материала, и доступность метода, т.е. возможность его использования в производственных условиях без применения сложных дорогостоящих установок или уникальных приборов. Кроме того, время испытания должно быть таким, чтобы обеспечить возможность проверки поставляемой прокатной продукции в условиях поточного производства.

В процессе приемочного контроля осуществляются оценка качества поверхности прокатной продукции и внутренних дефектов, исследование механических свойств металла и проведение его технологических испытаний.

Оценка качества поверхности производится следующими методами:

— грубая оценка — осмотр поверхности полупродукта и готового проката с местной зачисткой ее (светлением) в виде колец, зигзагообразной шлифовкой наждачным кругом или без нее;

— при повышенных требованиях к качеству поверхности изделия подвергают травлению в водных растворах кислот для полной очистки их от окалины. Простая визуальная оценка выявляет число и характер расположения дефектов, но не позволяет определить глубину их залегания.

Для выявления глубины залегания поверхностных дефектов и выявления подповерхностных дефектов применяют:

— осадку образцов круглых или квадратных сечений, в холодном и горячем состоянии высотой, равной двум-трем диаметрам до половины или одной трети первоначальной высоты;

— ступенча¬тую обточку круглых и строганных квадратных образцов до 3-5-й ступеней.

Визуальный контроль поверхности с помощью оптических приборов называется визуально-оптическим. К таким методам относятся применение систем зеркал, периодического фотографирования, дистанционная передача изображения с помощью телевизионного оборудования и др.

Оценка внутренних дефектов осуществляется макроисследованием проката, которое производится двумя путями:

— способом излома. В этом случае темплет толщиной 15-30 мм подвергается термообработке и ломается по оси под молотом. Излом рассматривается невооруженным глазом или через лупу. По балльной системе оцениваются следы усадочной раковины и рыхлости, неметаллические включения, расслой, флокены, пузыристость, волокнистость, прокаливаемость, величина зерна. На рисунке приведен пример оценки величины зерна в баллах;
Вихретоковый метод неразрушающего контроля способом макротравления. Темплеты шлифуются и травятся в водных растворах кислот. По балльной шкале оцениваются дефекты макроструктуры: центральная пористость, подкорковые пузыри, межкристаллитные трещины и т.д.

Микроисследования проката осуществляются на полированных шлифах под микроскопом с балльной оценкой следующих дефектов:

— глубины обезуглероженного слоя;

— количества и величины неметаллических включений;

— карбидной неоднородности или цементной сетки и др.

При исследовании механических свойств применяются следующие виды испытаний:

Испытание на растяжение производят на стандартных и натурных термообработанных образцах при комнатной и высокой температурах на разрывных машинах в специальных лабораториях. Кроме основных стандартов на методы испытаний растяжением имеются стандарты на методы испытаний тонких листов и полос толщиной от 3 до 0,5 мм.

Испытание на ударную вязкость на специальном копре характеризует хрупкость стали при ударной нагрузке. В качестве образцов применяют образцы квадратного сечения 10×10 мм и длиной 55 мм, испытываемые на изгиб на двух опорах. Ударная вязкость определяется работой, расходуемой на ударный излом, отнесенной к рабочей площади поперечного сечения образца в месте надреза.

Испытание на твердость осуществляется вдавливанием стального шарика (испытание по Бринеллю), алмазного конуса (испытание по Роквеллу) или пирамиды (испытание по Виккерсу) под определенной нагрузкой и др.

Для получения технологических характеристик металла в практике производства проката используются различные виды технологических испытаний, к которым относятся: — пробы на загиб и перегиб; — на расплющивание — двойной кровельный замок; — проба Эриксена — на выдавливание (штампуемость); — на удар; на усталость; на кручение; — на осадку; — на сплющивание и т.д. При этом соответствующими ГОСТами оговариваются условия проведения испытаний.

Для современного производства проката характерна тенденция широкого распространения методов обнаружения дефектов металла с помощью приборов без его разрушения, которые получили название неразрушающих методов контроля. Их применяют для выявления как поверхностных, так и внутренних дефектов, они могут быть использованы непосредственно в потоке со скоростью, соизмеримой со скоростью обработки.

Самый простой и дешевый метод контроля качества поверхности прокатанного металла — визуальный. Ему предшествует полное или местное удаление окалины с контролируемой поверхности. Визуальный контроль весьма трудоемок и несовершенен.

Метод контроля, основанный на проникающих свойствах жидкости, иногда с добавкой красителя или люминофора, применяют для выявления дефектов на передельной заготовке, трещин на рабочих валках, для контроля качества поковок типа шайб-дисков.

Магнитный метод основан на свойстве магнитного потока локализоваться около дефектов. Дефект распознают либо визуально по картине распределения ферромагнитного порошка, нанесенного предварительно в виде пасты или суспензии, либо с помощью феррозонда — магниточувствительного преобразователя напряженности магнитного поля в электрический сигнал.

Ультразвуковой метод контроля позволяет обнаруживать и определять несплошности и трещины всех типов — от микро¬скопических до раковин, расслоений, газовых пузырей и т.п. практически на любой глубине и в любых металлических материалах. Этот метод основан на способности отражения ультразвуковых колебаний от поверхности раздела сред с различным акустическим сопротивлением. Узкий пучок ультразвуковых колебаний, введенный в достаточно однородную среду, распространяется прямолинейно, пока не достигнет границы упругой неоднородности (трещины, раковины, шлакового включения или противоположной грани изделия). На границе неоднородности ультразвуковых колебаний отразятся, образуя за неоднородностью область так называемой ультразвуковой тени. При помощи специального приемного устройства обнаруживаются дефекты внутри изделия. На практике используют дефектоскопы типа УДЦ-25, УДМ-1М, ДПХ-003 и др.

Наиболее универсальным является электроиндуктивный метод (метод вихревых токов), который применяется для контроля поверхностных дефектов, твердости, фазового состава, глубины обезуглероженного слоя и т.п. Метод основан на свойствах вихревых токов отражаться и возвращаться в испытательную катушку. Отражение и преобразование энергии зависит от свойств контролируемого металла, следовательно, ток в катушке будет нести информацию о свойствах металла и наличии дефектов в нем.

Получает применение, главным образом, в обжимном производстве рентгене- и гамма-дефектоскопия.

Большое распространение в производстве проката получил метод статистического контроля, заключающийся, в экспериментальном и статистическом исследовании уровня качества проката. С помощью статистических (математической статистики) методов изучается зависимость механических свойств проката от содержания химических элементов в стали и технологических факторов производства.

Данные этих зависимостей заносят в таблицы, по которым оценивают, прогнозируют показатели качества проката.

Значительный эффект получается от внедрения статистического метода контроля, который достигается за счет сокращения объема трудоемких механических испытаний и снижения расхода металла на пробы. Ускорение процессов контроля при внедрении статистического метода контроля сокращает цикл производства, снижает загруженность складов готового проката, повышает оперативность поставки готового проката потребителям.

Одним из важнейших факторов повышения качества прокатной продукции является получение объективных и достоверных данных при помощи контрольно-измерительных приборов (дефектоскопов). Наличие таких данных дает возможность воздействия как на процесс производства прокатной продукции (с точки зрения качества), так и на контроль качества. Таким образом, качество прокатной продукции тесно связано со знаниями об измерениях, методах и средствах их единства и способах достижения необходимой точности, т.е. с метрологией.

При производстве прокатной продукции нет буквально ни одного этапа производства, который мог быть успешно реализован без применения методов и средств измерений.

Такое влияние измерительной техники на отдельные этапы и направления производства продукции требует особой ее подготовленности. Малейшее отклонение уровня развития измерительной техники от объективно необходимого оптимума сразу же отрицательно отражается на показателях качества и эффективности производства продукции, вызывает значительные потери материальных средств и ресурсов.

В связи с этим перед метрологией стоят задачи, которые можно определить следующим образом:

— обеспечение единообразия и высокого качества средств измерений, находящихся в эксплуатации;

— единство, правильность, сопоставимость и достоверность результатов измерений при заданной точности;

— постоянная подготовленность методов, методик и средств измерения к практическому их применению и др.

^ Лекция 4. Физические методы дефектоскопии

Эти методы широко используются в современном машиностроении, так как с их помощью можно быстро и без разрушения исходных металлических полуфабрикатов, заготовок и изделий контролировать их качество — присутствие в них различных дефектов. Из многих известных физических методов наибольшее распространение получили ультразвуковой, радиационный и магнитный.

Ультразвуковая дефектоскопия основана на способности ультразвуковых колебаний отражаться от границы раздела двух сред, имеющих различную плотность, и включает регистрацию отраженных колебаний, препятствиями для распространения которых в металле могут явиться наряду с противоположной поверхностью изделия также различного рода дефекты.

Для дефектоскопии обычно применяют колебания с частотой 1 – 5МГц, что позволяет уверенно выявлять отражение ультразвуковой волны от несплошностей, размер раскрытия которых в тысячи раз меньше ее длины, а минимальная площадь составляет 1 мм 2 .

Ультразвуковые колебания имеют высокую направленность распространения по законам геометрической оптики, а также весьма незначительное затухание, которое в металлах обусловлено главным образом рассеянием и проявляется лишь в достаточно крупнозернистых структурах (когда длина волны и диаметр зерна соизмеримы) или при наличии крупных включений.

Различают продольные и поперечные ультразвуковые волны. Благодаря явлению трансформации, которое испытывает ультразвуковая волна при переходе из одной среды в другую, можно, меняя ее угол падения, обеспечивать распространение в контролируемом материале либо только продольной, либо поперечной ультразвуковой волны, а, следовательно, управлять траекторией распространения падающей и отраженной волны в металле.

Для создания акустического контакта между преобразователем и изделием наносят слой жидкости (воды, минерального масла, растворов солей). Различают прямой и наклонный преобразователи, являющиеся источниками соответственно продольных и поперечных колебаний, а также раздельно – совмещенный, в котором разделены функции источника и приемника продольных ультразвуковых волн. По величине амплитуды дополнительного импульса можно оценить размер дефекта, а по его удалению от начала развертки – глубину залегания дефекта в металле. При использовании наклонного преобразователя донное отражение ультразвуковой волны искателем не улавливается, а фиксируются лишь дополнительные импульсы в том случае, если на пути распространения волны встречается дефект.

При ультразвуковой дефектоскопии дефекты оцениваются путем сравнения результатов определения дефектов в контролируемом изделии и в эталонном образце.

Возможности ультразвуковой дефектоскопии для проведения неразрушающего контроля металлических изделий весьма широки. Можно контролировать изделия практически неограниченных размеров (при толщине металла до 2 м), различной формы, обнаруживать как объемные, так и плоскостные дефекты, причем в последнем случае независимо от их ориентации в изделии.

Ультразвуковой дефектоскоп – это электронно-акустическое устройство, предназначенное для возбуждения-приема ультразвуковых колебаний с целью обнаружения нарушений сплошности или однородности материалов и измерения их характеристик. Дефектоскоп преобразует колебания в вид, удобный для вывода на со­ответствующий индикатор. Он снабжен сервисными устройствами для на­стройки и сохранения параметров контроля и измерения параметров при­нятых сигналов.

Согласно ГОСТ 23049, в зависимости от области применения дефектоскопы делятся на приборы общего назначения и специализированные. В зависимости от функционального назначения дефектоскопы подразделяют на следующие группы:

1. Для обнаружения дефектов (пороговые дефектоскопы, обычно вместо экрана имеют светодиодный индикатор, показывающий факт превышения сигналом порогового уровня);

2. Для обнаружения дефектов, измерения глубин их залегания и измерения отношения амплитуд сигналов от дефектов;

3. Для обнаружения дефектов, измерения глубин их залегания и измерения эквивалентной площади дефектов по их отражающей способности или условных размеров дефектов;

4. Для обнаружения дефектов, распознавания их форм или ориентации, для измерения размеров дефектов или их условных размеров.

По конструктивному исполнению дефектоскопы подразделяются на стационарные, переносные и портативные.

По степени участия дефектоскописта в процессе контроля различают ручные, механизированные и автоматизированные дефектоскопы.

Условное буквенно-цифровое обозначение отечественных дефектоско­пов состоит из букв УД (для дефектоскопов общего назначения) или УДС (для УЗДС), номера груп­пы назначения и порядкового номера модели. Например: УД2-12 относится ко второй группе, а УД3-103 «Пеленг» – к третьей.

Все методы радиационной дефектоскопии основаны на различиях в поглощении ионизирующих излучений средами с различной плотностью.

Присутствие в контролируемом веществе внутренних дефектов приводит к изменению интенсивности выходящего потока излучения. Иными словами, выходящий из контролируемого изделия поток излучения содержит в себе информацию о наличии или отсутствии в нем внутренних дефектов. Поскольку в зоне несплошности металлов поглощение ионизирующего излучения происходит в меньшей степени, пучок излучения, прошедший по дефектному участку, на выходе будет иметь более высокую интенсивность. Различие в интенсивности отдельных зон выходящего потока излучения может быть с высокой чувствительностью обнаружено с помощью рентгеновской пленки (методом радиографии), визуально на экране (методом радиоскопии) или с помощью электрических сигналов (методом радиометрии).

В качестве ионизирующего излучения используют рентгеновское (рентгеновскую дефектоскопию) или ?-излучение изотопов (гамма-дефектоскопию). Оба вида излучения являются разновидностью электромагнитных волн, различающихся по длине, причем с уменьшением длины волны возрастает энергия излучения Е и его проникающая способность.

В табл. 1, 2 приведены используемые в радиационной дефектоскопии источники излучения и проанализированы возможности указанных выше методов.

Таблица 1. Основные характеристики источников гамма-излучения

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Таблица 2. Области эффективного применения источников ионизирующего излучения в радиационной дефектоскопии

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Методы радиационной дефектоскопии позволяют выявлять самые разнообразные дефекты в сталях и сплавах (преимущественно объемные типа пор, раковин, непроваров), а также трещины, направление которых в металле совпадает с направлением просвечивания в диапазоне углов 0 – 12°. При рентгеновском и гамма-контроле дефекты оценивают путем обмера линейных размеров выявленных дефектов на рентгене- и гамма-пленках.

Магнитная дефектоскопия основана на различии магнитной проницаемости разных сред. Нарушение сплошности металла (пора, раковина, непровар, трещина), неметаллические включения представляют собой области с весьма малой магнитной проницаемостью и потому могут быть обнаружены в изделиях из ферромагнитных материалов. При намагничивании подобных изделий вблизи дефектов наблюдаются возмущения магнитного потока, его однородность нарушается из-за огибания силовыми линиями препятствий, а в некоторых случаях (выходящая на поверхность трещина, приповерхностный дефект) появляются потоки рассеяния (рис. 3). При этом для намагничивания контролируемого изделия оказываются достаточными магнитные поля напряженностью 8 – 16 кА/м, а в ряде случаев (для материалов с коэрцитивной силой более 1,6 кА/м) можно использовать и остаточную намагниченность. Таким образом, выявление дефектов методами магнитной дефектоскопии фактически сводится к обнаружению полей рассеяния или участков поверхности изделия с повышенной плотностью магнитного потока. На практике чаще применяют магнитопорошковый, индукционный и магнитографический методы выявления дефектов.

^ Метод магнитного порошка основан на способности ферромагнитных частиц у-Ре2 О3 или Ре3 О4 притягиваться в местах наличия магнитных потоков рассеяния (рис. 4). Для намагничивания в этом случае используют как переменное, так и постоянное магнитное поле; магнитные порошки применяют в сухом виде

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Рис. 3. Схема, иллюстрирующая нарушение однородности магнитного потока вблизи дефектов и образование полей рассеяния

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Рис. 4. Схема осуществления магнитно-порошкового контроля: 1 — изделие; 2 — электромагнит; 3 — дефект; 4 — место скопления частиц порошка

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Рис. 5. Схема проведения контроля индукционным методом:

1 — изделие; 2 — электромагнит; 3 — дефект; 4 —-искатель

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Рис. 6. Схема проведения магнитографического контроля:

^ 1 — изделие; 2 – электромагнит; 3 —дефект; 4 — магнитная лента; 5 —- ролик

Индукционный метод основан на явлении электромагнитной индукции. При намагничивании изделия в переменном магнитном поле в местах дефектов на его поверхности появляются переменные поля рассеяния, которые создают индуктивную э. д. с. в катушке специального искателя (рис. 5). Сигнал о дефекте в виде э. д. с. усиливается и попадает на индикатор, которым может быть гальванометр, лампочка и др.

^ Магнитографический метод заключается в фиксации полей рассеяния на магнитной ленте (изделие намагничивается при этом в постоянном магнитном поле) и в воспроизведении сделанной записи дефектов с помощью электроннолучевой трубки (рис. 6).

Важным достоинством магнитной дефектоскопии является возможность автоматизации процесса контроля; операция контроля легко может быть встроена в технологический процесс изготовления детали. Тем не менее, применение этого метода ограничено по ряду причин: контролируются ферромагнитные материалы с толщиной стенки изделий не более 16 мм; выявляются преимущественно объемные дефекты размером не менее 5 % толщины материала и только те трещины, которые выходят на поверхность изделия.

При магнитных методах контроля дефекты оценивают как путем сравнения с эталонным образцом, так и путем непосредственных обмеров дефектов, обнаруженных в результате контроля (магнитопорошковый контроль).

Лекция 5 Методы исследования и испытания металлов.

Макроанализ заключается в определении строения металла путем просмотра его излома или специально подготовленной поверхности невооруженным глазом или через лупу при небольших увеличениях — до 30 раз. Это позволяет наблюдать одновременно большую поверхность и получить представление об общем строении металла и о наличии в нем определенных дефектов.

В отличие от микроскопического исследования макроскопический анализ не определяет подробностей строения и часто является предварительным, но не окончательным видом исследования. Характеризуя многие особенности строения, макроанализ позволяет выбрать те участки, которые требуют дальнейшего микроскопического исследования. С помощью макроанализа можно определить:

1. Нарушение сплошности металла: усадочную рыхлость, газовые пузыри и раковины, пустоты, образовавшиеся в литом металле, трещины, возникшие при горячей механической или термической обработке, флокены, дефекты сварки (в виде непровара, газовых пузырей, пустот);

2. Дендритное строение и зону транскристаллизации в литом металле;

3. Химическую неоднородность сплава (ликвацию);

4. Неоднородность строения сплава, вызванную обработкой давлением: полосчатость, а также линии скольжения (сдвигов) в наклепанном металле;

5. Неоднородность, созданную термической или химико-термической обработкой.

Поверхность, подлежащую макроанализу, изучают непосредственно (по виду излома) или шлифуют и подвергают травлению специально подготовленными реактивами. На шлифованной поверхности не должно быть загрязнений, следов масла и т. п. поэтому ее перед травлением протирают ватой, смоченной в спирте. Подготовленный образец называют макрошлифом.

Большое значение для успешного выполнения макроанализа имеет правильный выбор наиболее характерного для изучаемой детали сечения или излома (см. ниже).

Способы макроанализа различны в зависимоcти от состава сплава и задач, поставленных в исследовании.

1. Для выявления дефектов, нарушающих сплошность металла, флокенов, строения литой стали, волокон катанной стали применяют реактивы как глубокого, так и поверхностного травления.

После травления макрошлиф приобретает рельефную поверхность с отчетливо видимыми осями дендритов (литая сталь), ликвационной зоной и трещинами (если они были в изломе или если в металле обнаружились флокены). Для этих целей чаще применяют поперечные макрошлифы (темплеты).

Травление производят в вытяжном шкафу; макрошлифы вынимают из реактива щипцами или рукой, защищенной резиновой перчаткой.

Для поверхностного травления чаще всего применяют реактив Гейна, содержащий (на 1000 мл воды) 53 г хлористого аммония NH4 Cl и 85 г хлористой меди CuCl2 .

При погружении макрошлифа в реактив (на 30–60 с) происходит обменная реакция: железо вытесняет медь из водного раствора, и она оседает на поверхности шлифа; на участках, недостаточно защищенных медью (поры, трещины, неметаллические включения), происходит травление. Затем макрошлиф вынимают, слой осевшей меди снимают ватой под струей воды и протирают макрошлиф досуха, чтобы предохранить его от быстрого окисления на воздухе.

Реактив Гейна более отчетливо выявляет характер ликвации и полосчатость деформированной стали, но менее резко выявляет структуру литого металла и трещины, особенно вызванные флокенами. Для последних целей более пригодны указанные выше реактивы глубокого травления.

2. Определение химической неоднородности. С помощью макроанализа, в отличие от химического анализа, нельзя определить количественное содержание примесей, но можно установить неоднородность распределения их в металле. Для этой цели макрошлиф следует вырезать из катанной или кованной стали в продольном направлении. Распределение серы определяют следующим образом (способ Баумана). Фотографическую (бромосеребряную) бумагу на свету смачивают или выдерживают 5–10 мин в 5 %-ном водном растворе серной кислоты и слегка просушивают между листами фильтровальной бумаги для удаления излишнего раствора. После этого на приготовленный макрошлиф укладывают фотобумагу и слегка и осторожно, не допуская смещения бумаги, проглаживают рукой или резиновым валиком для удаления оставшихся между бумагой и макрошлифом пузырьков воздуха, так как эти пузырьки оставляют на фотобумаге белые пятна и маскируют результаты анализа. Фотобумагу выдерживают на макрошлифе 2–3 мин.

Сернистые включения (MnS, FeS), имеющиеся в поверхностных участках металла, реагируют с серной кислотой, оставшейся на фотобумаге:

Образующийся сероводород непосредственно против очагов своего выделения воздействует на кристаллики бромистого серебра фотоэмульсии:

Темные участки сернистого серебра, образующиеся на фотобумаге, указывают форму и характер распределения сульфидов.

Снятую с макрошлифа фотобумагу промывают под струей воды, фиксируют 20–30 мин в растворе гипосульфита, после чего промывают примерно 10 мин в воде и просушивают.

Если в стали и чугуне содержится повышенное количество фосфора, то он в отдельных участках, вследствие значительной ликвации, может также участвовать в реакции с бромистым серебром, образуя фосфиды серебра темного цвета.

Определение ликвации углерода и фосфора. Для этой цели используют указанный выше реактив: 85 г CuCl2 и 53 г NH4 Cl (на 1000 мл воды).

Способ определения ликвации фосфора и углерода основан на неодинаковом травлении участков с различным содержанием этих элементов. Участки, обогащенные углеродом и фосфором, окрашиваются в более темный цвет. Лучшие результаты достигаются для стали, содержащей менее 0,6 % С. В стали с более высоким содержанием углерода осадок меди, выделяющийся при травлении, плохо смывается с поверхности шлифа.

3. Определение неоднородности строения, созданной обработкой давлением (полосчатость). Направление волокон, созданное обработкой давлением, хорошо выявляется реактивом состава: 85 г CuCl2 и 53 г NH4 Cl (на 1000 мл воды), т. к. волокна металла и особенно их пограничные участки, отличающиеся по структуре и содержанию примесей, обладают неодинаковой травимостью.

4. Определение неоднородности в структуре, созданной термической и химико-термической обработкой.

А. Определение толщины закаленного слоя. Для этой цели закаленный образец ломают. Слой, получивший закалку, отличается по виду излома (более мелкозернистый, а при закалке без перегрева — фарфоровидный излом). Более точно толщину закаленного слоя определяют после шлифования образца по излому (перпендикулярно оси) и травления в течение 3 мин в 50 %-ном растворе соляной кислоты при 80 °С. Закаленный слой получает более темную окраску.

Б. Определение толщины цементированного слоя. Образец после цементации и закалки, как и в предыдущем случае, ломают. Наружный цементованный и закалившийся слой имеет более мелкое зерно и при выполнении цементации и закалки без перегрева отличается матовым фарфоровидным (шелковистым) изломом. По толщине этого слоя судят о глубине цементации.

Толщину цементованного слоя можно определять более точно шлифованием места излома (перпендикулярно оси) и травлением в течение 1–2 мин в реактиве состава: 2 г Cu Cl2 Ч 2H2 O и 1 мл HCl (на 100 мл спирта). Мягкая нецементованная сердцевина покроется красноватым налетом меди вследствие вытеснения ее железом из реактива, тогда как цементованный слой останется нетронутым.

Последовательность операции макроанализа

При необходимости полного макроскопического исследования и определения как нарушений сплошности металла, так и дефектов строения, целесообразно придерживаться следующей последовательности: сначала производят травление реактивом состава: 85 г CuCl2 и 53 г NH4 Cl (на 1000 мл воды), являющимся общим реактивом и позволяющим выявить строение металла; полученные результаты зарисовывают или фотографируют. Затем образец снова шлифуют и определяют распределение серы по отпечатку на фотобумаге. После этого производят глубокое трав­ление для определения нарушений сплошности и флокенов.

Сертификация продукции по ТР ТС 010, ТР ТС 016, ТР ТС 032

Волгограднефтемаш изготовил первую из шести крупногабаритных колонн для АО «Газпромнефть-ОНПЗ»

Доклад УП «Белгазпромдиагностика» на VI отраслевом совещании «Состояние и основные направления развития неразрушающего контроля качества сварных соединений объектов ОАО «Газпром»

УП «Белгазпромдиагностика» и компания TechCorr подписали договор о сотрудничестве в области неразрушающего контроля и технической диагностики ферромагнитных материалов

АО «Краснодаргазстрой» в 10 раз увеличило скорость контроля сварных соединений благодаря установке MSCAN–SUPOR

Реализован проект по досборке двух коксовых барабанов на ОАО «Нафтан»

Наш комплекс MSCAN – SUPOR в реестре оборудования ОАО «Газпром».

«Газпром» и «Белгазпромдиагностика» делают новый шаг в развитии отношений

УП «Белгазпромдиагностика» разработала комплекс MSCAN — SUPOR

УП «Белгазпромдиагностика» и компания Cutech Group Ltd подписали договор о сотрудничестве в области инспекции, неразрушающего контроля и технической диагностики.

Проект «Сила Сибири»
Наши специалисты прошли квалификационные испытания Газпрома в рамках подготовки к реализации проекта «Сила Сибири»

Вклад компании «Белгазпромдиагностика» в реализацию проекта «Южный поток».

Приглашаем принять участие в 5-й международной конференции «Современные методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов».

Обзор сканеров для контроля трубопроводов с возможностью одновременного использования эхо-импульсного и дифракционно-временного методов.

Аккредитованы как центр подготовки специалистов по неразрушающему контролю в ОАО «ГАЗПРОМ».

В 2014 году в Беларуси будут введены в действие СТБ по применению дифракционно-временного метода контроля (TOFD)

Опыт применения TOFD (дифракционно-временного метода УЗК) при контроле сварных соединений трубопроводов и толстостенных объектов.

Применение TOFD и PA значительно упрощает контроль повреждений вызванных водородным воздействием.

Новый сканнер “Bracelet” для контроля методом фазированных решеток и дифракционно-временным методом (ToFD).

Дефектоскоп OmniScan MX2 — новые возможности неразрушающего контроля методом ToFD

Вихретоковый метод контроля

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Вихретоковый контроль – вид неразрушающего контроля, основанный на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. Вихретоковые методы неразрушающего контрол используются для контроля качества электропроводящих объектов. металлов, сплавов, графита, полупроводников. Зона контроля определяется глубиной проникновения электромагнитного поля в контролируемый объект.

Вихретоковый метод неразрушающего контроляМетод используется для дефектоскопии, определения геометрических размеров и структуроскопии материалов и изделий.

В дефектоскопии определяются дефекты типа несплошностей, выходящих на поверхность или расположенных на небольшой глубине (листы, прутки, трубы, проволока, железнодорожные рельсы, мелкие дефекты и др.), а также трещины различного происхождения, расслоения, закаты, плены, раковины, поры, неметаллические включения и т.д.

Метод позволяет выявлять трещины глубиной 0,1–0,2 мм, протяженностью 1–2 мм или протяженностью около 1 мм и глубиной 1–5 % от диаметра контролируемой проволоки или прутка.

Вихретоковый метод позволяет контролировать геометрические размеры. диаметр проволоки, прутков и труб, толщину металлических листов и стенок труб при одностороннем доступе, толщину электропроводящих (например, гальванических) и диэлектрических (например, лакокрасочных) покрытий на электропроводящих основаниях. Пределы измерения от микрометров до десятков миллиметров с погрешностью измерения 2–5 % и минимальной площадью контроля до 1 мм2. С помощью метода измеряют зазоры, перемещения и вибрации в машинах и механизмах.

Структурное состояние материалов, определяющее уровень физико-механических свойств, оказывает влияние на магнитные и электрические характеристики. Поэтому по изменению последних определяют химический состав сплавов, качество химической и химико-термической обработки, пережоги, механические свойства, состояние поверхностных слоев, содержание альфа-фазы и т. д.

Наиболее распространены вихретоковые приборы – дефектоскопы. толщиномеры, структуроскопы. Практически в дефектоскопии используются вихревые токи с частотой до 1 млн Гц.

Применяется только для контроля изделий из электропроводящих материалов, в том числе цветных, немагнитных металлов (меди, латуни, алюминия и т. д.). Контролируются геометрические размеры изделий, определяются химический состав и структура материала изделия, внутренние напряжения, изменения электропроводности металлов и их магнитные свойства, обнаруживаются мельчайшие поверхностные и подповерхностные (на глубине несколько мм) дефекты.

Принцип контроля.

Вихревые токи возбуждают в объекте с помощью преобразователя в виде катушки индуктивности, питаемой переменным или импульсным током. Приемным преобразователем (измерителем) служит та же или другая катушка.

Интенсивность и распределение вихревых токов в объекте зависят:

  • от геометрических размеров объекта
  • от электрических и магнитных свойств материала объекта
  • от наличия в материале несплошностей
  • от взаимного расположения преобразователя и объекта

Это определяет большие возможности метода как средства контроля различных свойств объекта, но в то же время затрудняет его применение, так как при контроле одного параметра другие являются мешающими. Эти параметры нужно разделить.

Первичные информативные параметры – раздельно или совместно измеренные фаза, частота и амплитуда сигнала измерительного преобразователя, контроль сигнала одновременно на нескольких частотах, амплитудно-частотный спектр.

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *