Электромагнитный дефектоскоп для контроля длинномерных изделий

 

Дефектоскоп предназначен для неразрушающего контроля изделий типа труб и проката. В устройстве используется проходной вихретоковый преобразователь с одной токовой обмоткой и двумя дифференциальными парами измерительных обмоток. Дифференциальные пары измерительных обмоток подключены к соответствующим схемам амплитудно-фазовой обработки сигнала. Выход первой схемы амплитудно-фазовой обработки сигнала подключен к одному из входов дифференциального усилителя непосредственно, а выход второй - к другому входу упомянутого усилителя через регулируемый усилитель. При этом вторая (дополнительная) пара измерительных обмоток расположена с внешней стороны токовой обмотки. Дополнительная пара измерительных обмоток имеет диаметр D_и2 = D_и1 + (8-12)l, где D_и1 - диаметр первой дифференциальной пары измерительных обмоток, a l - расстояние между обмотками дифференциальной пары вдоль продольной оси преобразователя. Использование дополнительной пары измерительных обмоток позволяет повысить надежность контроля за счет взаимокомпенсации сигналов шумов от структурных неоднородностей материала объекта контроля. 3 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля протяженных металлических изделий, например труб и проката.

Известен вихретоковый дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности, дифференциальный проходной вихретоковый преобразователь, усилитель и амплитудно-фазовый детектор, соединенные с выходом усилителя амплитудный детектор и индикатор, фазовращатель, включенный между выходом задающего генератора и вторым входом амплитудно-фазового детектора, источник постоянного тока, регулирующее устройство и электромагнит, выполненный в виде двух катушек индуктивности, установленных соосно и симметрично с двух сторон преобразователя; при этом одна катушка соединена с источником постоянного тока, вторая - с выходом регулирующего устройства, один выход которого соединен с источником постоянного тока, а второй - с выходом амплитудно-фазового детектора [1].

К числу недостатков этого дефектоскопа следует отнести следующие. Во-первых, принцип управления полем подмагничивания применим только для ферромагнитных изделий и не охватывает широкий класс цветных и тугоплавких (вообще неферромагнитных) металлов. И во-вторых, даже при контроле изделий из ферромагнитных сталей эффективность метода снижается из-за переходных процессов и инерционности процессов перемагничивания ферромагнетика, поэтому при выявлении дефектов типа нарушений сплошности металла обычно изделие намагничивают до состояния, близкого к насыщению. Поле подмагничивания устанавливается заведомо большим без всякого регулирования.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электромагнитный дефектоскоп для неразрушающего контроля длинномерных изделий, содержащий последовательно соединенный генератор, проходной дифференциальный вихретоковый преобразователь, схему амплитудно-фазовой обработки сигнала, опорный вход которого соединен с генератором, два формирователя, входы которых подключены к выходу схемы амплитудно-фазовой обработки сигнала, и схему совпадения, входы которой подключены к выходам формирователей, при этом один из формирователей выполнен в виде последовательно соединенных усилителя-ограничителя, дифференцирующей цепи и амплитудного селектора, а другой формирователь - в виде двух амплитудных селекторов, входы которых соединены параллельно, и триггера, подключенного к выходам амплитудных селекторов [2].

Проходной дифференциальный вихретоковый преобразователь конструктивно обычно выполняется с одной токовой и двумя встречно (дифференциально) включенными измерительными обмотками, размещенными в двух пазах каркаса. Пазы находятся под токовой обмоткой и смещены вдоль продольной оси на заданное расстояние (например l) [3, 4].

Недостатком такого дефектоскопа является низкая достоверность и надежность контроля изделий с повышенным уровнем шумов от структурных неоднородностей металла (например, наличия магнитной α-фазы в немагнитных нержавеющих сталях, локальных остаточных механических напряжений в цветных металлах и др.).

Целью предлагаемого изобретения является повышение достоверности и надежности контроля. Эта цель достигается за счет того, что проходной дифференциальный вихретоковый преобразователь снабжен дополнительной дифференциальной парой измерительных обмоток, связанной с входом дополнительной схемы амплитудно-фазовой обработки сигнала, опорный вход которой также соединен с генератором, а выход через регулируемый усилитель с вторым входом дифференциального усилителя, первый вход которого соединен с выходом первой схемы амплитудно-фазовой обработки сигнала, а выход - с выходами формирователей; при этом дополнительная дифференциальная пара измерительных обмоток расположена с внешней стороны токовой обмотки и ее диаметр D_и2 = D_и1 + (8-12)l, где D_и1 - диаметр первой дифференциальной пары измерительных обмоток, а l - расстояние между обмотками дифференциальной пары вдоль продольной оси преобразователя.

На фиг. 1 представлена блок-схема дефектоскопа, на фиг. 2 - схема расположения обмоток преобразователя и схема их соединения, а на фиг. 3 - осциллограммы сигналов: 1) на выходе схемы 3 амплитудно-фазовой обработки сигнала (a); 2) на выходе регулируемого усилителя 5 (b); 3) на выходе дифференциального усилителя (c).

Дефектоскоп состоит из генератора 1, проходного вихретокового преобразователя 2, первой схемы 3 и второй схемы 4 амплитудно-фазовой обработки сигналов, регулируемого усилителя 5, дифференциального усилителя 6, формирователей 7 и 8, состоящих из усилителя-ограничителя 9, дифференцирующей цепи 10, амплитудных селекторов 11, 12, 13, триггера 14, схемы совпадений 15.

Преобразователь (фиг. 2) состоит из токовой обмотки 1 с числом витков W_т, первой (основной) дифференциальной пары измерительных обмоток 2 с числом витков W_и1, второй дифференциальной пары измерительных обмоток 3 с числом витков W_и2 для подавления шумов от структурных неоднородностей металла контролируемых изделий.

Дефектоскоп работает следующим образом. Труба перемещается по рольгангу и проходит внутри проходного преобразователя. При прохождении концевых участков трубы на выходе дифференциального усилителя 6 появляются ложные сигналы, отстройка от которых производится с помощью формирователей 7 и 8 и схемы совпадения 15 согласно [2]. Структурные неоднородности и дефекты наводят в измерительных обмотках W_и1 и W_и2 ответствующие сигналы U_ш и U_д. При этом форма сигналов от структурных неоднородностей (U_ш) на выходе обмоток W_и1 и W_и2 получается идентичной. Амплитуда сигналов на выходе обмотки W_и2 значительно меньше, чем на выходе обмотки W_и1, в силу того, что D_и2 > D_и1. Выравнивание амплитуд производится за счет подбора коэффициента усиления регулируемого усилителя 5. В результате вычитания двух сигналов на выходе дифференциального усилителя 6 сигнал от шумов ослабляется на порядок и не равен нулю только из-за небольшой разницы в форме сигналов. Сигнал от дефектов типа нарушений сплошности (трещины, волосовины, непровары сварных швов и др. ) при этом ослабляется не более чем на 30-40% из-за их различной формы на выходе обмоток W_и1 и W_и2, в силу того, что поле от дефекта сильно "расплывается" с ростом расстояния от дефекта. Разностные сигналы при этом усиливаются дифференциальным усилителем (фиг. 3, с).

Изложенный принцип проверен в производственных условиях.

Источники информации.

1. Авторское свидетельство СССР N 619848, кл. G 01 N 27/86, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР N 735988, кл. G 01 N 28/86, 1978.

3. В. Г. Герасимов, Ю.Я. Останин, А.Д. Покровский, В.В. Сухоруков, Л.А. Чернов. Неразрушающий контроль качества изделий электромагнитными методами. М.: Энергия, 1978, с. 168.

4. Авторское свидетельство СССР N 563611, кл. G 01 N 27/81, 1977.

Формула изобретения

Электромагнитный дефектоскоп для контроля длинномерных изделий, содержащий последовательно соединенные генератор, проходной вихретоковый преобразователь, схему амплитудно-фазовой обработки сигнала, опорный вход которой соединен с генератором, два формирователя, входы которых связаны с выходом схемы амплитудно-фазовой обработки сигнала, и схему совпадения, входы которой подключены к выходам формирователей, при этом один из формирователей выполнен в виде последовательно соединенных усилителя-ограничителя, дифференцирующей цепи и амплитудного селектора, а другой формирователь - в виде двух амплитудных селекторов, входы которых соединены параллельно, и триггера, подключенного к выходам амплитудных селекторов, отличающийся тем, что проходной дифференциальный вихретоковый преобразователь дефектоскопа снабжен дополнительной дифференциальной парой измерительных обмоток, связанной с входом дополнительной схемы амплитудно-фазовой обработки сигнала, опорный вход которой также соединен с генератором, а выход через регулируемый усилитель - с вторым входом дифференциального усилителя, первый вход которого соединен с выходом первой схемы амплитудно-фазовой обработки сигнала, а выход - с входами формирователей, при этом дополнительная пара измерительных обмоток расположена с внешней стороны токовой обмотки и ее диаметр равен D_и2=D_и1+(8-12)l, где D_и1 - диаметр первой дифференциальной пары измерительных обмоток; l - расстояние между обмотками дифференциальной пары вдоль продольной оси преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3