Способ контроля качества сварных швов тонкостенных металлических изделий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю электромагнитными методами и предназначено для контроля стыковых швов электростатических экранов, кожухов, консервных банок, емкостей для жидкостей и т.п. С одной стороны стенки контролируемого изделия возбуждают вихревые токи индукторной катушкой, площадь излучения которой соизмерима с сечением наименьшего выявляемого дефекта. Измерения проводят измерительной катушкой, расположенной с другой стороны стенки изделия. Площадь измерительной катушки превосходит площадь излучения индукторной катушки на два порядка и более. Изобретение позволяет повысить чувствительность метода контроля и устойчивость аппаратуры контроля к электромагнитным и температурным помехам. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля вихревыми токами качества сварных швов металлических изделий и может быть широко использовано в различных отраслях промышленности, в частности в пищевой при изготовлении консервных банок.

Известен способ контроля листовых изделий, заключающийся в том, что на одной из поверхностей изделия наводят синусоидальные вихревые токи, а на противоположной поверхности измеряют изменения плотности вихревых токов, вызванное дефектом, с помощью индикаторной катушки, вращающейся вдоль силовых линий вихревых токов в металле (авт. св. СССР N 249020, опубликованное 06.01.1970 г.).

Данный способ осуществляется в известном из того же авторского свидетельства устройстве - дефектоскопе, содержащем экранный датчик, включающий индукторную и индикаторную катушки, скобу, на концах которой установлены неподвижно индукторная катушка и двигатель так, что их оси совпадают, а на оси двигателя установлена оправка, на которой закреплена индикаторная катушка с эксцентриситетом относительно оси, равным радиусу индикаторной катушки. Описанные способ и устройство для его осуществления - вихретоковый датчик (преобразователь), имеют низкую чувствительность к дефектам, требуют для их использования дефектоскоп сложной конструкции.

Наиболее близким к изобретению, относящемуся к способу контроля качества сварных швов, является способ контроля качества листовых металлических изделий, заключающийся в том, что на одной из поверхностей изделия возбуждают вихревые токи, а на противоположной измеряют изменения амплитуды или фазы вихревых токов при появлении дефектов в зоне контроля (B.С. Соболев, Ю.М. Шкарлет "Накладные и экранные датчики", "Наука", Новосибирск, 1967 г. стр. 99...104).

В этом источнике описан вихретоковый преобразователь для контроля качества листовых металлических изделий, содержащий индукторную и измерительные катушки, размещаемые с противоположных сторон стенки контролируемого изделия. Катушки выполнены цилиндрическими и установлены соосно. Недостатком описанного преобразователя является низкая чувствительность к точечным дефектам, поскольку площади сечений индукторной и измерительной катушек велики по сравнению с размерами дефектов. При этом величина вихревых токов, проникших на противоположную поверхность сквозь толщу металла, значительно превосходит величину вихревых токов, прошедших по стенкам дефекта (в случае сквозного дефекта) или через остаточную толщу металла в зоне дефекта (при несквозном дефекте). Вследствие этого полезный сигнал от дефекта, наводимый в измерительной катушке, маскируется довольно большим уровнем фона. Одновременное уменьшение габаритов индукторной и измерительной катушек преобразователя не приводит к заметному увеличению чувствительности к точечным дефектам. Кроме того, при определенных условиях чувствительность преобразователя к импульсным промышленным помехам, к изменению температуры окружающей среды, к изменениям высоты валика сварного шва может стать сравнимой с чувствительностью к дефекту.

Следовательно, описанный способ и преобразователь для его осуществления не могут быть использованы для контроля качества сварных швов тонкостенных металлических изделий, где имеют место преимущественно точечные дефекты.

Предлагаемыми изобретениями решается задача концентрации наводимых в металле вихревых токов на дефекте, в результате чего повышается чувствительность контроля качества сварных швов тонкостенных изделий.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе контроля качества сварных швов тонкостенных изделий, включающем наведение вихревых токов на одной поверхности стенки, а измерение их - на противоположной, вихревые токи наводят в зоне, площадь которой соизмерима с площадью сечения дефекта, а измеряют на площади, превосходящей площадь излучения на два порядка и более.

Отличительный признак предлагаемого способа заключается в том, что вихревые токи наводят в зоне, соизмеримой с сечением дефекта, а измеряют на площади, превосходящей площадь излучения на два порядка и более.

Для достижения технического результата описанного способа предлагается вихретоковый преобразователь, содержащий индукторную и измерительную катушки, размещенные с противоположных сторон стенки контролируемого изделия. В отличие от известных, в предлагаемом преобразователе площадь излучения индукторной катушки соизмерима с площадью сечения минимального дефекта, а площадь приема измерительной катушки превосходит ее на два и более порядка.

Описанная конструкция преобразователя позволяет без повышения мощности излучения повысить чувствительность преобразователя на порядок и более.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Источником электромагнитного излучения, соизмеримым с размерами дефекта, в стенке контролируемого изделия возбуждают вихревые токи в ограниченной зоне сварного шва. С противоположной стороны стенки приемником, площадь приема которого на два порядка и более превосходит излучатель, измеряют электромагнитное излучение вихревых токов, проходящих на противоположную сторону через металл. В результате в приемнике всегда присутствует ЭДС, величина которой может в незначительных пределах плавно колебаться. По резкому увеличению ЭДС в приемнике судят о наличии дефекта в зоне контроля.

Пример. При возбуждении вихревых токов стирающей головкой от бытового магнитофона с зазором 0,1 мм в стенке изделия из стали дефект сварного шва размерами 0,1 х 0,5 мм приводит к возрастанию ЭДС в приемнике (цилиндрической катушке диаметром 12 мм) в два раза. Ранее известные способы контроля таких результатов не показывали.

Предлагаемый вихретоковый преобразователь, представленный на чертеже, содержит индукторную катушку 1 на магнитопроводе 2 со щелевым зазором 3 - источником возбуждения вихревых токов, измерительную катушку 4. На чертеже показано также взаимное расположение вихретокового преобразователя относительно стенки 5 контролируемого изделия со сварным швом 6.

Индукторная 1 и измерительная 4 катушки преобразователя жестко связаны между собой (например скобой), а ось катушки 4 проходит через центр целевого зазора 3 магнитопровода 2 индукторной катушки 1 и перпендикулярна поверхности стенки 5 контролируемого изделия.

Преобразователь работает следующим образом.

Преобразователь устанавливается так, что ось измерительной катушки 4 проходит через среднюю линию сварного шва 6 и перпендикулярна поверхности стенки 5 контролируемого изделия. На индукторную катушку 1 подается синусоидальный ток высокой частоты. В зазоре 3 магнитопровода 2 под воздействием тока в катушке 1 создается электромагнитное излучение, возбуждающее на поверхности стенки 5, обращенной к катушке 1, вихревые токи. Поскольку величина щелевого зазора 3 невелика (например у стирающей головки бытового магнитофона не более 0,1 мм), возбуждаемые вихревые токи сосредоточены и зоне воздействия электромагнитного излучения, ослабляясь по плотности по мере распространения по поверхности металла. Распространяются вихревые токи и вглубь металла, ослабляясь по плотности в зависимости от их частоты и глубины проникновения. На противоположную поверхность стенки выходит лишь незначительная часть вихревых токов, которые наводят ЭДС в измерительной катушке 4. Величина ЭДС в катушке 4 отражает величину плотности вихревых токов, прошедших на поверхность стенки 5, обращенную к катушке 4.

С появлением дефекта в зоне возбуждения вихревых токов, при перемещении преобразователя вдоль сварного шва 6, ЭДС в катушке 4 резко возрастает.

Резкое увеличение ЭДС вызвано таким же резким возрастанием вихревых токов на поверхности стенки 2, обращенной к измерительной катушке 4, при наличии дефекта в зоне их возбуждения. В предлагаемом преобразователе сечение источника излучения и возбуждения вихревых токов соизмеримо с сечением дефекта, поэтому основная масса вихревых токов при наличии дефекта по его внутренним полостям (стенкам), устремляется на противоположную сторону стенки 5 и сварного шва 6 контролируемого изделия. Величина прошедших через дефект вихревых токов на противоположную поверхность, обращенную к катушке 4, зависит от сечения самого дефекта в сварном шве, то есть от того, сколько вихревых токов может пропустить дефект, а не от того как быстро они ослабляются, прежде чем выйти на противоположную поверхность.

Формула изобретения

1. Способ контроля качества сварных швов тонкостенных металлических изделий, заключающийся в том, что вихревые токи наводят с одной стороны стенки изделия, а измеряют - с другой, отличающийся тем, что вихревые токи наводят в зоне, площадь которой соизмерима с площадью сечения дефекта, а принимают на площади, превосходящей площадь зоны возбуждения вихревых токов на два порядка и более.

2. Вихретоковый преобразователь, содержащий индукторную и измерительную катушки, размещенные соосно одна с другой с противоположных сторон стенки контролируемого изделия, отличающийся тем, что индукторная катушка имеет площадь излучения, соизмеримую с площадью сечения минимального дефекта, а площадь измерительной катушки превосходит ее на два и более порядка.

РИСУНКИ

Рисунок 1