Способ магнитной дефектоскопии для выявления разноориентированных дефектов в движущихся цилиндрических изделиях

 

Способ магнитной дефектоскопии для выявления разноориентиро.ванных дефектов в движущихся цилиндрических объектах. Изобретение относится к неразрушающему контролю и является способом магнитной дефектоскопии, позволяющим выявлять разноориентированные дефекты в движущихся цилиндрических объектах. Цель изобретения - повышение чувствительности к разноориентированным подповерхностным дефектам, повышение точности контроля, достигается за счет того, что цилиндрическое изделие поступательно перемешают относительно намагничивающей системы , изменяют направление намагничивающего поля и выявляют дефекты с помощью магниточувствительных преобразователей. Намагничивание выполняют соленоидом, питаемым постоянным током, основание которого образует с продольной осью контролируемого изделия угол а, лежащий в интервале Р;90. Магниточувствительные преобразователи располагают по периметру соленоида, между ними и поверхностью контролируемого изделия, которое приводят во вращение относительно продольной оси. 8 ил. г Ё VI Jb ю VI О 00

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 27/82

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4 фы

ЬЭ 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I (21) 4814623/28 (22) 16.04.90 (46) 23.06.92. Бел. N. 23 (71) Уфимский нефтяной институт (72) В. А. Шабанов, Т. Г, Аязин, С. В. Степанов и A. M. Мухаметшин (53) 620.179.14(088.8) (56) Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. — Справочник, кн. 2. /

Под ред. В. В, Клюева. — М,: Машиностроение, 1986, с. 17-19.

Der Staheban, 1981, N. 12, А8.

Зацепин Н. H. Коржова Л. В. Магнитная дефектоскопия. — Минск: Наука и техника, 1981, с, 122.

Патент CILIA

М 3876932, кл. G 01 N 27/82, 1975.

J, Е. КаЫ. How ю test tubular goods By

automatIc nondestructive testing. Drilling, 1976, June, %37,9.

Патент Японии

N. 52-23599, кл, G 01 N 27/82, 25.06.77;

EP

М 0073017, кл. G 01 N 27/82, 10.08.82. Изобретение относится к неразрушающему контролю и является способом магниткой дефектоскопии, позволяющим выявить разноориентированные дефекты в движущихся цилиндрических изделиях.

Известен способ магнитной дефектоскопии, который заключается в поочередном намагничивании объекта контроля (ОК) „„SU „„1742708 А1

{54) СПОСОБ МАГНИТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ РАЗНООРИЕНТИРОВАННЫХ ДЕФЕКТОВ В ДВИЖУЩИХСЯ

ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЯХ (57) Способ магнитной дефектоскопии для выявления раэноориентированных дефектов в движущихся цилиндрических объектах. Изобретение относится к неразрушающему контропе и является способом магнитной дефектоскопии, позволяющим выявлять разноориентированные дефекты в движущихся цилиндрических объектах. Цель изобретения— повышение чувствительности к разноориентированным подповерхностным дефектам, повышение точности контроля, достигается за счет того, что цилиндрическое изделие поступательно перемешают относительно намагничивающей системы, изменяют направление намагничивающего поля и выявляют дефекты с помощью магниточувствительных преобразователей, Намагничивание выполняют соленоидом, питаемым постоянным током, основание которого образует с продольной осьюконтролируемого изделия угол а, лежащий в интервале P90f. Магниточувствительные преобразователи располагают по периметру соленоида, между ними и поверхностью ийтролируемого изделия, которое приводят во вращение относительно продольной оси. 8 ил. в двух взаимно перпендикулярных направлениях двумя намагничивающими устройст-» вами (НУ). Цилиндрическое изделие (труба) намагничивается в продольном направлении соленоидом, в поперечном — П-образным приставным магнитом или пропусканием тока центральному проводу или телу трубы. Такое намагничивание изде1742708 лия позволяет выявить разноориентированные дефекты.

Недостатком является сложность конструкции намагничивающих устройств, Известен способ магнитной дефектоскопии, в котором ОК поочередно многократно намагничивают в разных направлениях, которые дискретно изменяются, Такое намагничиваниедостигается, например, крестообразным магнитом и также позволяет выявить разноориентированные дефекты.

Недостатком способа является различная чувствительность к одинаковым дефектам, если магниточувствительный датчик расположен не в месте пересечения магнитных потоков (от двух П-образных магнитов), что имеет место при многоэлементном (строчном или матричном) датчике.

Известен способ магнитной дефектоскопии, в котором намагничивание изделиг. осуществляют с непрерывным изменением направления магнитного поля. Непрерывное вращение векторов магнитного поля на

360 достигается, например, пропусканием синусоидальных токов, сдвинутых по фазе на 90О, по двум взаимно перпендикулярным катушкам. Результирующий вектор магнитного. поля изменяет свое направление в пределах 90О, если,по одной из двух перпендикулярных катушек пропускается постоянный ток, а по второй — синусоидальный.

Вращение вектора магнитного поля может достигаться также изменением угла между двумя катушками, по которым пропускают трехфазный синусоидальный ток.

Недостатком таких способов является снижение чувствительности к подповерхностным дефектам, что связано с наличием вихревых токов в трубе, появление которых объясняется применением переменных токов в катушках.

Выявлять разноориентированные дефекты позволяет способ магнитной дефектоскопии, при котором продольные дефекты выявляются в остаточном магнит. ном поле, а поперечные — в продольном приложенном поле.

Недостатком способа является разная чувствительность к дефектам;

Для контроля небольших изделий известен способ магнитной дефектоскапии, при котором используется система из двух П-образных магнитов, расположенных с разных сторон ОК.

Наиболее близким к предлагаемому является способ магнитной дефектоскопии для выявления разноориентированных дефектов в движущихся цилиндрических изделиях, заключающийся в том, что изделие поступательно перемещают относительно

55 намагничивающей системы, изменяют направление намагничивающего поля и выявляют дефекты с помощью системы магниточувствительных преобразователей, По периметру трубы между полюсами полюсных НУ размещены четыре строчных магниточувствительных преобразователя.

В области расположения преобразователей действуют два магнитных поля: продольное, созданное соленоидами, и поперечное, созданное одним из полюсных НУ (если считать, что магнитное поле, созданное вторым полюсным НУ, не влияет на поле в области расположения первого полюсного НУ). При наложении двух магнитных полей создается результирующее магнитное поле, вектор ко- . торого, непрерывно изменяя направление, совершает периодические колебания относительно вектора постоянного магнитного, поля, созданного приставным НУ, К недостаткам известного способа можно отнести изменение величины намагничивающего поля в зависимости от направления, что приводит к изменению чувствительности к дефектам и, как следствие, к снижению точности, а также возникновение в трубе вихревых токов, которые ограничивают проникновение магнитного поля внутрь трубы и, как следствие, чувствительность к подповерхностным дефектам, Кроме того, громоздкость системы намагничивания затрудняет его использование, особенно для труб большого диаметра, Цель изобретения — повышение чувствительности к раэноориентированн ым подповерхностным дефектам и точности контроля.

Согласно способу магнитной дефектоскопии для выявления раэноориентированных дефектов в движущихся цилиндрических изделиях, заключающемуся в том, что изделие поступательно перемещают относительно намагничивающей системы, изменяют направление намагничивающего поля и выявляют дефекты с помощью системы магниточувствительных преобразователей, намагничивание выполняют соленоидом, питаемым постоянным током, основание которого образует с продольной осью контролируемого изделия угол а, лежащий в интервале )0;90j, а магниточувствительные преобразователи располагают по периметру соленоида, между ним и поверхностью контролируемого изделия, которое приводят во вращение относительно продольной оси, а скорость вращения выбирают из условия равенства угла подъема винтовой траектории точек поверхности иэделия углу а. Вращение вектора магнитного поля осуществляется за счет вращения цилиндрического изделия

1742708

20 фиг, 3 — то же, вид с торца: на фиг. 4-6 — 25

30 соленоидом (фиг. 4) выбор ширины зоны 35

40 жется поступательно со скоростью V и вра- 45

50 внутри наклонного соленоида или вследствие винтового движения относительно наклонного намагничивающего соленоида, Вектор магнитного поля, созданного проводником с током, перпендикулярен к направлению проводника (тока). Следовательно, магнитное поле в каждой точке контролируемого цилиндрического изделия перпендикулярно тому участку соленоида (точнее току в соленоиде), который примыкает к этой точке иэделия. В разных точках участки. наклонного соленоида образуют разные углы с продольной осью трубопровода, поэтому разные углы с продольной осью имеет и вектор магнитного поля в теле трубы (цилиндрического изделия). Кроме того, при вращении или винтовом движении изделия за счет наклона соленоида вектор магнитного поля в каждой точке изделия вращается.

На фиг, 1 приведено намагничивающее устройство для осуществления. способа магнитной дефектоскопии, общий вид, и система датчиков; на фиг. 2 — то же, вид сбоку; на контролируемая труба в развернутом виде для случая, когда труба условно разрезана вдоль нижней линии на фиг. 2 и разеернута (выпрямлена) в плоскость (верхняя продольная линия фиг. 2 показана в виде штрихпунктирной линии),. разделяющую развертку трубы на две симметричные части, а также направление векторов магнитного поля в теле трубы для точек, расположенных под контроля, в которой обеспечивается поворот вектора магнитного поля на угол, близкий к 90 (фиг. 5) и зона контроля при винтовом движении цилиндрического изделия — трубы (фиг. 6); нa фиг. 7 — контролируемая труба в развернутом виде при меньшей скорости линейного перемещения; на фиг. 8 — векторы намагничивания.

Цилиндрическое изделие (труба) 1 двищается с угловой скоростью е (фиг. 1) на него накладывается наклонно соленоид 2.

Плотность соленоида 2 образует с вертикалью угол а (фиг. 2). Между поверхностью трубы и соленоидом по периметру трубы располагаются магниточувствительные датчики 3 (фиг. 3).

Способ магнитной дефектоскопии для выявления разноориентированных дефектов в движущихся цилиндрических иэделиях осуществляется следующим образом.

По обмотке соленоида 2 протекает постоянный ток, который создает в теле трубы

1 постоянное магнитное поле. Направление

15 силовых линий этого поля показано (фиг. 2) пунктирными линиями. Вектор магнитного поля, созданного током в проводнике, перпендикулярен к направлению проводника с током. Следовательно, магнитное поле в теле контролируемой трубы 1 в точках, расположенных под соленоидом 2, перпендикулярно соответствующим участком соленоида. В точках трубы, удаленных от наклонного соленоида, силовые линии направлены вдоль трубы, как и при намагничивании обычным вертикальным соленоидом. Поэтому силовые линии в теле трубы имеют изогнутую форму (фиг. 2).

Так как магниточувствительные датчики

3 размещены между поверхностью трубы 1 и наклонным соленоидом 2, то для оценки выявляемости дефектов достаточно рассмотреть магнитное поле в точках изделия, расположенных по периметру непосредственно под соленоидом. Рассмотрим магнитное поле в нескольких характерных точках

4-11 (фиг. 3) этого периметра. Разрежем трубу вдоль по нижней линии (фиг. 2) и развернем ее .в плоскость. Это позволяет от объемного изображения перейти к иэображению на плоскости. Линия периметру трубы под наклонным соленоидом принимает при этом вид синусоиды 4-5-6-7-8-9-10-11-4 (фиг, 4), Направление вектора магнитного поля в точках 4-11 показано (фиг. 4) стрелками, перпендикулярными синусоиде в соответствующих точках. Направление вектора намагничивающего поля в разных точках разное (фиг. 4), Обозначим через Р угол, который вектор намагничивающего поля образует с продольной остью трубы, В точках

4 и 8 значение P=О. В точках 6 и 10, расположенных на оси, относительно которой по-. вернтут на угол а наклонный соленоид, синусоида пересекает прямую 6-10 под углом а . При этом векторы магнитного поля образуют с продольной осью трубы наи- больший угол фв = фо =а,.В промежуточных точках синусоиды, расположенных. между точками 4 и 6.(например, точка 5), 6 и

8 (точка 7), 8 и l0 (точка 9), 10 и 4 (точка 11), значение угла Р в интервале между P= 0 и

P =Q (фиг. 4).

B процессе проведения магнитной дефектоскопии труба 1 перемещается относительно намагничивающего наклонного соленоида 2 с датчиками 3. Взаимные перемещения могут быть разных видов. Например, труба 1 вращается внутринеподвижного наклонного соленоида. В этом случае часть контролируемой трубы, изображенная в виде полосы (фиг. 4) ограниченной слева прямой

4-4 и справа прямой 12-12, перемещается

1742708

Y -Asln(— — — ) =" А cos — (1)

2лх л х

l 2 R

50 где x ss 0...2лЯ, А — амплитуда синусоиды, равная половине ширины зоны контроля.

Тангенс угла, который образует касательная к кривой (1) в некоторой точке — с положительх

l ным направлением действител ь ной оси, относительно датчиков 3 в направлении, обозначенном стрелкой 13. В процессе движения дефекты выявляются в тех точках контролируемой трубы, которые находятся в зоне 4-5-6-7-8-9-10-11-4 расположения дат- 5 чиков. Назовем эту зону зоной контроля. .Обозначим ее ширину через 2(4 (фиг. 4).

Каждая точка контролируемой полосы за один оборот попадает в зону контроля дважды: один раз это происходит в верхней 10 половине синусоиды 4-5-6-7-8 и второй раз

s нижней половине синусоиды 8-9-10-11-4 (фиг. 4). Вектор магнитного поля для точек первой части эоны контроля (точки 4-8 кривой) повернут относительно продольной оси 15 на угол Р> против чаеовой стрелки, где P > равно О, Д,Ps,фт, Одля точек 4-8 соответственно, а для точек второй части зоны контроля (точки 8-11 и 4 кривой) — на угол Pl no часовой стрелке, где Ри равно О, P o, ô 1î, ф)1, 20

0 для точек 8-11 и 4 соответственно, Причем для точек, симметричных относительно оси, показанной штрихпунктирной линией (фиг.

4), выполняется равенство P(- >Оп, Таким образом, при переходе из первой 25 зоны контроля во вторую вследствие вращения изделия вектор магнитного поля поворачивается на угол y=2P . Наименьшее значение угла поворота у=0для границ4-4 и l2-12 контролируемой зоны (полосы), наи- 30 большее значение yмакс= 2а для точек, расположенных на прямой (периметре трубь() 6-10. Таким образом, для есех точек контролируемой области трубы, кроме граничных линия 4-4 и 12-12, вектор магнит- 35 ного поля при переходе из первой эоны контроля во вторую изменяет свое направление, чем создаются .предпосылки для выявления раэноориентированных дефектов. Оптимальным с точки зрения выявления раэноориенти- 40 рован ных дефектов является поворот вектора намагничивающего поля на угол, равный 90О.

Изобразим синусоиду 4-5-6-?-8;9-10-1112-4(фиг. 4) в координатах -"l,,У(фиг. 5), где 45

1 = 2 лй — периметр трубы; R — ее радиус.

Уравнение этой синусоиды равен первой производной tg ах =- Y, откуда ах = агст9 (— з1 и — ) = агсЦ (tg а sin — ), А х х

R R R

Из фиг. 5видно,,что ах = j3 как углы между двумя взаимно перпендикулярными прямыми. При этом угол поворота у вектора намагничивающего поля в общем случае

y = 2 j3 =2 arctg (tg а sin R ) . (2)

По уравнениям (1) и (2) для каждого угла а 45 наклона соленоида 2 можно найти такое оптимальное значение параметра х = x«> и Y = У«7, а следовательно, и такую оптимальную ширину зоны контроля

ZK.oïò=2 У«7, для которой для всех точек зоны контроля соблюдается условие у 90 с заданной степенью точности, И наоборот, при заданной (требуемой) ширине зоны контроля Z<47(47 по уравнениям (1) и (2) можно найти такой угол а наклона соленоида, что для всех точек зоны контроля выполняется условие у 90О.

Например, требуется найти ширину зоны контроля, при которой угол у равен 90 с точностью g = ч 5 . Максныапьный yros умакс=2а =95, Следовательно, угол наклона соленоида следует принять а =у„,„„,,/2 =

-47,5". Минимальный угол y= 85" по краям эоны контроля, Из уравнений (1) и (2), подставляя y = 85 и учитывая, что А = Rtga, получают

Y. - Кто а сов (srcsis (tg $ / tga о1 42,5

=Rtg47Ë сов (srcsis - а — — ) = 0,59 R.

tg47,5

Контролируемая полоса шириной

Еконт = 2Yom = 1,18R показана пунктиром (Фиг. 4).

Рассмотрим случай, когда контролируемая труба совершает винтовое движение, т.е, когда одновременно с вращением со скоростью в труба движется поступательно со скоростью V (фиг. 6). В этом случае контролируемая полоса на развернутом изображении трубы наклоняется на угол а 74, который зависит от соотношения скороcreA и диаметра (радиуса R) контролируемой трубы, и ограничена наклонными граничными линиями. Если за время одного оборота труба перемещается поступательно на расстоянйе

hl, то угол наклона a74= arctg(2mé/Л1). Полоса

1742708

10 слева и 16-16 справа, а полоса, охватываемая второй зоной контроля (второй полови- 5 ной синусоиды 8-9-10-11-4) ограничена прямой 17-17слева и 16-16 справа. При этом

25

35

45 но при меньшей скорости линейного пере-. 50 (фиг. 6) охватываемая первой зоной контроля (4-8), при принятом направлении вращения ограничена наклонными прямыми 15-15 полоса, ограниченная слева прямой 17-17 и справа прямой 15-15, попадает только в одну (вторую) зону контроля и для нее не имеет места поворот вектора магнитного поля. Поэтому рассмотрим только полосу между прямыми 15-15 и 16-16, которая проходит через.обе зоны контроля. Для этой полосы при винтовом движении трубы для всех точек, кроме крайней справа, имеет место поворот вектора магнитного поля при переходе из первой эоны контроля во вторую.

Аналогично случаю с чисто вращательным движением контролируемой трубы.может быть поставлена и решена задача определения такой ширины контролируемой полосы, при которой вектор намагничивающего поля при переходе из первой зоны контроля во вторую поворачивается на угол, близкий к 90О, с заданной степенью точности.

Намагничивание контролируемого изделия в зоне контроля может быть как дискретным, так и непрерывным. Дискретное намагничивание в двух направлениях имеет место при вращательном движении изделия (фиг, 4), а также при винтовом, когда путь, пройденный изделием поступательно за время одного оборота, равен ширине зоны контроля (фиг. 6).

Если этот путь меньше ширины зоны контроля, что имеет место при снижении скорости поступательного движения (или при увеличении скорости вращения), то число дискретных направлений намагничивания возрастает. При этом чем меньше скорость поступательного движения, тем больше дискретных направлений намагничивания:. В пределе при достаточно малой скорости линейного перемещения намагничивание изделия становится непрерывным.

На фиг, 7 по аналогии с фиг. 6 показана контролируемая труба в развернутом виде, мещения. Линиями 18 (фиг. 7) показана траектория перемещения точки А трубы при ее винтовом движении из начального положения, Направление перемещения точки показано стрелками на линия к 18.

Рассматриваемая точка трубы находится в зоне контроля в течение нескольких оборотов (фиг. 7). За каждый оборот исследуемая точка попадает под намагничивающий.соленоид дважды; за первый оборот в точках 1 и

2, за второй оборот s точкжЗ и 4 и т.д. В каждой из точек 1-16 вектор магнитного поля перпендикулярен синусоиде. Направление вектора намагничивания показано в этих точках стрелками. При этом вектор намагничивания от точки к точке изменяет свое направление. На фиг. 8 эти векторы намагничивая изображены исходящими из одной точки. Пучок этих векторов ограничен углом 2а, где а — угол наклона соленоида.

Внутри этого угла вектор намагничивания вращается (поворачивается), принимая несколько дискретных значений.

Обозначим число оборотов, в течение которых исследуемая точка находится в зоне контроля, через и. Тогда число попаданий этой точки под соленоид 2 и и, следовательно, на фиг. 7 и 8 2 и различных направлений вектора намагничивания. Чем меньше скорость линейного перемещения, тем больше и. В пределе при п- со осуществляется непрерывное изменение вектора магнитного поля и его измерение, Таким образом, способ намагничивания цилиндрического изделия наклонным соленоидом обеспечивает как дискретное; так и непрерывное намагничивание изделий разнооринтированным магнитным полем. Сочетание такого способа намагничивания с системой магниточувствительных преобразователей, расположенных по периметру контролируемого изделия, между поверхностью контролируемого изделия и наклонным соленоидом, представляет собой способ магнитной дефектоскопии, который обеспечивает выявление разноориентированных дефектов в контролируемом изделии при его перемещении относительно наклонного соленоида..

При таком перемещении в постоянном магнитном поле наводимые в изделии вихревые токи значительно меньше, чем при вращении вектора магнитного поля при известном способе при наложении переменного магнитного поля на постоянное, что повышает глубину проникновения магнитного поля, а следовательно, и чувствительность к. дефектам, Кроме того, при наложении переменного магнитного поля на перпендикулярное ему постоянное при повороте результирующего вектора изменяется его величина, что приводит к изменению величины намагничивающего поля и, как следствие, снижению точности. После наклонного соленоида одинаково по величине во всех точках периметра цилиндрического изделия, расположенных под соленоидом, это по сравнению с известным

1742708

20 способом повышает точность выявления дефектов.

Использование способа магнитной дефектоскопии, позволяет повысить чувствительность к подповерхностным дефектам за счет снижения вихревых токов, повысить точность выявления дефектов за счет сохранения неизменной величины магнитного поля независимо от его ориентации.

Формула изобретения

Способ магнитной дефектоскопии для выявления разноориентированных дефектов в движущихся цилиндрических изделиях, заключающийся в том. что изделие поступательно перемещают относительно намагничивающей системы, изменяют направление намагничивающего поля и выявляют дефекты с помощью системы магниточувствительных преобразователей, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения

5 чувствительности к разноориентированным подповерхностным дефектам и точности контроля, намагничивание выполняют соленоидом, питаемым постоянным током, основание которого образует с продольной осью

10 контролируемого изделия угол а, лежащий в интервале )0;90(, а магниточувствительные преобразователи располагают по периметру соленоида, между ним и поверхностью контролируемого изделия, которое приво15 дят во вращение относительно продольной оси, а скорость вращения выбирают из условия равенства угла подьема винтовой траектории точек поверхности изделия углу а .

1742708

Фиг. б

1742708 р ро

Составитель Т.Аяэян

Техред М. Морге итал

Корректор Л,Филь

Редактор И,Шулла

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Закаэ 2280 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/Б