Способ вихретокового контроля линейно протяженных изделий и вихретоковый преобразователь для его осуществления

 

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля материалов и может быть использовано для вихретоковой дефектоскопии линейнопротяженных изделий. Для взаимодействия с последними вихретоковый преобразователь выполнен в виде вытянутой прямоугольной рамки, расположенной на образующей сегмента цилиндрического каркаса. Высота этого сегмента и размер меньшей стороны рамки связаны оптимальным с точки зрения достоверности дефектоскопии соотношением. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю, точнее к вихретоковому контролю параметров изделий, таких как удельная электрическая проводимость, магнитная проницаемость, толщина покрытия, дефекты и т.п.

Известен способ [1] вихретокового контроля параметров линейнопротяженных изделий путем размещения их внутри преобразователя, представляющего собой катушку индуктивности, возбуждения преобразователя переменным током и измерения параметров выходного сигнала (амплитуды, фазы), по величине которых и судят о контролируемом параметре изделия.

Такой способ не обеспечивает необходимой степени локализации зоны измерения, а также не допускает возможности контроля с помощью одного типоразмера преобразователя изделий, у которых поперечные размеры варьируются в заметных пределах.

Задача локализации зоны измерения при вихревом контроле, а значит, и повышение точности контроля решается в способе вихретокового контроля качества линейнопротяженных изделий, включающем использование преобразователя в виде вытянутой рамки с соотношением длины рамки L к ширине изделия B в виде L/B≥5, возбуждают преобразователь переменным током, компенсируют и располагают по касательной к контролируемой поверхности изделий большей стороной перпендикулярно продольной оси изделия. Затем измеряют выходной сигнал преобразователя и по результатам измерения судят о качестве изделия. Выбор указанного соотношения из приведенного условия позволяет устранить влияние короткой стороны преобразователя на выходной сигнал и тем самым повысить точность контроля.

Вихретоковый преобразователь [2] по способу-прототипу выполнен в виде плоской рамки.

Известен также вихретоковый преобразователь [3], содержащий цилиндрический каркас, на котором расположена вытянутая электропроводящая рамка. Большая сторона рамки расположена вдоль образующей цилиндрической поверхности каркаса.

Однако при контроле изделий с варьирующимися поперечными размерами возможность выдержать указанное соотношение становится проблематичной: либо при некоторых значениях поперечного размера не удается устранить влияние короткой стороны преобразователя, либо приходится устанавливать преобразователь значительно большей длины (в частности, при увеличении ширины изделия в 2 раза длина преобразователя должна быть как минимум в 10 раз больше минимальной ширины изделия), что ограничивает допустимый диапазон изменения поперечных размеров контролируемых изделий.

Для устранения этого в способе вихретокового контроля линейнопротяженных изделий, при котором преобразователь в виде вытянутой рамки возбуждают переменным током, компенсируют его выходной сигнал в начальной точке измерения, устанавливают преобразователь по касательной к контролируемой поверхности с расположением большей из сторон перпендикулярно продольной оси изделия и измеряют параметр выходного сигнала, по которому судят о контролируемом параметре изделия, меньшую сторону преобразователя располагают от изделия на расстоянии Х, отвечающем условию Х ≥0,5b, где b - длина меньшей стороны преобразователя.

При малых поперечных размерах контролируемого изделия для получения наибольшего эффекта, кроме того, берут преобразователь с длиной меньшей стороны b ≅2B, где В - поперечный размер контролируемого изделия, в качестве начальной точки измерения, в которую компенсируют выходной сигнал преобразователя, берут точку пересечения лучей, линеаризующих годографы поперечного размера изделия, а в качестве параметра выходного сигнала измеряют его фазу.

В вихретоковом преобразователе, содержащем каркас, на цилиндрической поверхности которого расположена вытянутая электропроводящая рамка, большая сторона рамки расположена на части этой поверхности перпендикулярно ее оси, причем высота Y сегмента в основании цилиндрической поверхности, на которой расположена рамка, и длина b меньшей стороны рамки связаны соотношением Y ≥0,5b.

Конструкция преобразователя, реализующего представляемый способ, благодаря дугообразной форме рамки, позволяет контролировать не только плоские изделия, но и изделия с криволинейной поверхностью, причем каркас выполнен с основанием цилиндрической поверхности в виде сегмента высотой Y ≥0,5b, где b - длина меньшей стороны рамки, что позволяет выдержать расстояние от изделия в соответствии с предлагаемым способом.

На фиг. 1 показана структурная схема включения преобразователя; на фиг. 2 - взаимное расположение преобразователя и изделия при использовании преобразователя в виде вытянутой плоской рамки; на фиг. 3 - то же, при использовании преобразователя в виде дугообразной рамки (а - плоское изделие, б - изделие с криволинейной поверхностью, в - изделие с малым поперечным размером B); на фиг. 4 - предлагаемая конструкция вихретокового преобразователя (изометрия).

Преобразователь 1 в виде вытянутой электропроводящей рамки (плоской, как на фиг. 2, или дугообразной, как на фиг. 3) возбуждают переменным током от источника 2 питания, компенсируют компенсатором 3 выходной сигнал преобразователя в начальной точке измерения и устанавливают на поверхность изделия 4 по касательной к ней, причем большую сторону 5 располагают перпендикулярно продольной оси изделия, а меньшую 6 - на расстоянии Х от изделия 4. При этом Х должно быть не менее половины ширины b преобразователя.

При контроле изделий с малым поперечным размером в качестве начальной точки измерения, в которую компенсируют выходной сигнал преобразователя, берут точку пересечения лучей, линеаризующих годографы измерения поперечного размера. Для этого берут образцы с различной удельной электрической проводимостью (σ) и как минимум с тремя поперечными размерами В для каждого значения σ, поочередно устанавливают преобразователь на образцы и вращением ручек потенциометров 7 (R1) и 8 (R2) добиваются того, чтобы значение фазы выходного сигнала преобразователя было неизменным при изменяющемся поперечном размере изделия для каждого из трех значений удельной электрической проводимости образцов.

При скомпенсированном компенсатором 3 выходном сигнале преобразователя 1 измеряют фазометром 9 фазу выходного сигнала при установке преобразователя на контролируемое изделие 4. В зависимости от вида контролируемого параметра, а также от алгоритма обработки сигнала можно измерять как фазу, так и амплитуду выходного сигнала.

Если с использованием плоского преобразователя возможен контроль изделий с плоской (с поперечным размерами как больше, так и меньше длины преобразователя) и с криволинейной поверхностью (с поперечными размерами меньше длины преобразователя), то приведенная ниже конструкция вихретокового преобразователя позволяет контролировать предложенным способом изделия как с плоской, так и с криволинейной поверхностью в широком диапазоне изменения поперечного размера изделий.

Вихретоковый преобразователь (фиг. 4) содержит каркас 10, на цилиндрической поверхности которого расположена электропроводящая рамка, большая сторона 5 которой перпендикулярна оси цилиндрической поверхности каркаса 10, а меньшая сторона 6 расположена вдоль образующей. Основание 11 цилиндрической поверхности каркаса 10 выполнено в виде сегмента. Высота сегмента 11, соответствующего части цилиндрической поверхности, на которой расположена дугообразная рамка 5-6 преобразователя, связана с меньшей стороной длины b соотношением: Y≥0,5b. Это соотношение (фиг. 3) позволяет установить меньшую сторону 6 рамки на требуемом расстоянии Х от изделия 4.

С помощью предложенного преобразователя была проведена, в частности, проверка качества сварного соединения труб диаметром 18 и 76 мм. Был взят преобразователь с шириной b=8 мм, высотой сегмента Y=30 мм, преобразователь питался от источника тока с частотой f=10 кГц.

Сравнение результатов контроля по предложенному способу и анализ шлифов сварного соединения показал высокую точность способа.

При контроле плоских изделий в виде пластины ширины B=7,5 мм плоским преобразователем размером 62 х 8,5 мм смещение преобразователя в пределах до 45 мм практически не приводит к изменениям амплитуды и фазы выходного сигнала преобразователя, что позволяет осуществлять контроль изделий ширины до 54 мм. Для тех же преобразователя и изделия допустимые смещения по известному способу, как следует из условия L/B ≥5 /2/, составляют 5 мм, что позволяет осуществлять контроль изделий шириной не более 12 мм.

Формула изобретения

1. Способ вихретокового контроля линейно протяженных изделий, при котором преобразователь в виде вытянутой рамки возбуждают переменным током, компенсируют его выходной сигнал в начальной точке измерения, устанавливают преобразователь по касательной к контролируемой поверхности с расположением большей стороны рамки перпендикулярно к продольной оси изделия и измеряют параметр выходного сигнала, по которому судят о контролируемом параметре изделия, отличающийся тем, что меньшую сторону рамки преобразователя располагают от изделия на расстоянии X, отвечающем условию X≥0,5 b, где b - длина меньшей стороны рамки преобразователя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что компенсацию осуществляют на образцах с различной электрической проводимостью, изменяя величину активного сопротивления до независимости фазы сигнала от поперечного размера образца, а длину b меньшей стороны рамки преобразователя выбирают из условия b≅2B, где B - поперечный размер контролируемого изделия.

3. Вихретоковый преобразователь для вихретокового контроля линейно протяженных изделий, содержащий каркас, на цилиндрической поверхности которого расположена вытянутая электропроводящая рамка, отличающийся тем, что большая сторона рамки расположена на части этой поверхности перпендикулярно к ее оси, причем высота Υ сегмента в основании цилиндрической поверхности, на которой расположена рамка, и длина меньшей стороны рамки связаны соотношением Υ ≥ 0,5b .

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4