Вихретоково-магнитный способ дефектоскопии ферромагнитных объектов



Вихретоково-магнитный способ дефектоскопии ферромагнитных объектов
Вихретоково-магнитный способ дефектоскопии ферромагнитных объектов
Вихретоково-магнитный способ дефектоскопии ферромагнитных объектов

 


Владельцы патента RU 2493561:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет приборостроения и информатики" (RU)

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для выявления подповерхностных дефектов в ферромагнитных объектах. Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом способе контролируемый объект намагничивают постоянным магнитным полем, возбуждают с помощью вихретокового преобразователя на контролируемом участке вихревые токи, регистрируют вносимое в вихретоковый преобразователь напряжение U _ в н и по нему судят о наличии дефектов, и согласно изобретению путем изменения параметра Р, регулирующего воздействие постоянного магнитного поля на контролируемый объект, плавно изменяют напряженность Н постоянного магнитного поля от минимальной величины до максимальной, регистрируют максимум Uмax амплитуды вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения U _ в н и величину соответствующего ему значения параметра Р, а параметры дефекта оценивают по совокупности значений Uмах и Р. Технический результат - повышение чувствительности и информативности контроля. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для дефектоскопии объектов из ферромагнитных металлов.

Известен способ выявления подповерхностных дефектов в ферромагнитных объектах, заключающийся в том, что намагничивают контролируемый объект с помощью системы намагничивания, сканируют поверхность контролируемого объекта, регистрируют магниточувствительными элементами, по меньшей мере, одну составляющую индукции магнитных потоков рассеяния над контролируемым участком и по ее изменению судят о наличии подповерхностных дефектов [1].

Недостаток известного способа заключается в невозможности выявления дефектов, залегающим на глубине более 15 мм. Это связано с тем, что изменения магнитных потоков рассеяния, созданные такими дефектами, сопоставимы с изменениями шумовой составляющей, обусловленными вариацией влияющих факторов.

Известен способ выявления подповерхностных дефектов в ферромагнитных объектах, заключающийся в том, что контролируемый объект намагничивают системой намагничивания, возбуждают с помощью вихретокового преобразователя вихревые токи, проникающие на толщину контролируемого участка, сканируют поверхность контролируемого объекта, регистрируют в процессе сканирования изменение вносимых в вихретоковый преобразователь параметров, и по величине этих изменений судят о наличии и параметрах подповерхностных дефектов [2].

Недостаток известного способа заключается в необходимости использования низких частот возбуждаемых вихревых токов, для обеспечения их проникновения на толщину контролируемого объекта. При этом снижается пропорциональная рабочей частоте абсолютная чувствительность к дефектам. Для обеспечения требуемой абсолютной чувствительности необходимо существенное увеличения размеров и числа витков катушек индуктивности вихретоковых преобразователей, что приводит к соответствующему уменьшению локальности контроля.

Наиболее близок к предложенному, принятый за прототип, вихретоково-магнитный способ выявления подповерхностных дефектов в ферромагнитных объектах, заключающийся в том, что контролируемый объект намагничивают системой намагничивания, возбуждают с помощью вихретокового преобразователя вихревые токи, сканируют поверхность контролируемого объекта, регистрируют в процессе сканирования изменения Δ U _ в н вносимых в вихретоковый преобразователь параметров, отличающийся тем, что, частоту возбуждаемых вихревых токов выбирают из условия их проникновения в тонкий поверхностный слой контролируемого объекта, проводят измерение, по меньшей мере, одной из составляющей ΔВ индукции магнитных потоков рассеяния, а о наличии подповерхностных дефектов судят по совокупности полученных изменений Δ U _ в н и ΔВ [3].

Недостаток известного способа заключается в том, что он не обладает потенциально достижимой при вихретоково-магнитном способе дефектоскопии чувствительностью и информативностью.

Цель изобретения - повышение чувствительности и информативности контроля.

Поставленная цель в заявляемом способе выявления дефектов в ферромагнитных объектах, заключающемся в том, что контролируемый объект намагничивают постоянным магнитным полем, возбуждают с помощью вихретокового преобразователя на контролируемом участке вихревые токи, регистрируют вносимое в вихретоковый преобразователь напряжение Uвн и по нему судят о наличии дефектов, достигается благодаря тому, что плавно изменяют напряженность Н постоянного магнитного поля от минимальной величины до максимальной, изменяя регулируемый параметр контроля Р, регистрируют максимум Uмакс амплитуды вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения U _ в н и соответствующий ему параметр контроля Р, а параметры дефекта оценивают по совокупности значений Uмакс и Р.

На фиг.1, 2 представлены схемы контроля, согласно заявляемому способу; на фиг.3 - зависимости амплитуды Uвн* от относительной глубины подповерхностного дефекта при разных значениях напряженности Н намагничивающего постоянного магнитного поля.

Заявляемый способ реализуется с помощью одной из двух схем контроля, представленных на фиг.1 и 2. Схема на фиг.1 состоит из системы 1 намагничивания, образованной П-образным магнитопроводом 2 и обмоткой 3, подключенной к регулируемому источнику 4 постоянного тока, вихретокового преобразователя 5, возбуждающая обмотка 6 которого подключена к генератору 7 гармонического напряжения, а измерительная 8 и компенсационная 9 обмотки - к электронному блоку 10 обработки и отображения информации. Изменение уровня напряженности магнитного поля в образце осуществляется путем задания выходного тока I источника 4 постоянного тока, являющегося параметром контроля Р. Зазор z между системой 1 намагничивания и контролируемым объектом 11 остается постоянным и обеспечивается опорными роликами 12, обеспечивающими также возможность сканирования. Схема на фиг.2 состоит из системы 1 намагничивания, образованного П-образным магнитопроводом 2 с постоянными магнитами 13, вихретокового преобразователя 5, возбуждающая обмотка 6 которого подключена к генератору 7 гармонического напряжения, а измерительная 8 и компенсационная 9 обмотки - к электронному блоку 10 обработки и отображения информации. Изменение уровня напряженности магнитного поля в образце осуществляется путем изменения зазора z между системой 1 намагничивания и контролируемым объектом 11, являющегося параметром контроля Р. Для изменения зазора z могут быть использованы упорные регулировочные винты 14, связанные с опорными роликами 12, обеспечивающими возможность сканирования.

Вихретоковый преобразователь 2 расположен в межполюсном пространстве системы 1 намагничивания симметрично относительно ее полюсов. Рабочий торец вихретокового преобразователя и рабочие торцы системы намагничивания лежат в параллельных плоскостях.

На фиг.1, 2 показан контролируемый объект 12 в виде ферромагнитной пластины толщиной Т с подповерхностным дефектом 15 глубиной h и силовые линии 16 индукции В намагничивающего поля.

С помощью схемы на фиг.1 заявляемый способ реализуется следующим образом. Контролируемый объект 12 намагничивают постоянным магнитным полем. Для этого с помощью регулируемого источника 4 постоянного тока задают минимальный ток намагничивания Iмин. В общем случае значение тока намагничивания Iмин на начальном этапе может быть равно 0. Выбирают задаваемую генератором 7 гармонического напряжения частоту возбуждаемых вихревых токов из условия их проникновения в тонкий поверхностный слой контролируемого объекта 12, возбуждают с помощью вихретокового преобразователя 5 вихревые токи в контролируемом объекте. Выходное напряжение вихретокового преобразователя 5 компенсируют на бездефектном участке контролируемого объекта 11 с помощью электронного блока 10, производят сканирование контролируемого объекта системой контроля при неизменном зазоре z, обеспечиваемом опорными роликами 12, фиксируют максимум Uмакс амплитуды вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения U _ в н и соответствующее ему значение тока намагничивания I. Затем повторяют процедуру компенсации и сканирования необходимое количество раз, увеличивая при этом ток намагничивания I на каждом этапе вплоть до достижения значения тока Iмакс и фиксируя значения Uмакс и I. Ток намагничивания I, задаваемый регулируемым источником 4 постоянного тока является параметром контроля Р для схемы на фиг.1.

С помощью схемы на фиг.2 заявляемый способ реализуется следующим образом. Контролируемый объект 11 намагничивают постоянным магнитным полем. Для этого с помощью упорных регулировочных винтов 14 устанавливают зазор z между полюсами магнитной системы и объектом контроля равный zмакс. В общем случае zмакс может быть равен бесконечности, т.е. система намагничивания может быть удалена. Выбирают задаваемую генератором 7 гармонического напряжения частоту возбуждаемых вихревых токов из условия их проникновения в тонкий поверхностный слой контролируемого объекта 11, возбуждают с помощью вихретокового преобразователя 5 вихревые токи в контролируемом объекте. Выходное напряжение вихретокового преобразователя 5 компенсируют на бездефектном участке контролируемого объекта 11 с помощью электронного блока 10 и производят сканирование контролируемого объекта системой контроля при неизменном зазоре z, фиксируют максимум Uмакс амплитуды вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения U _ в н и соответствующее ему значение зазора z. Затем повторяют процедуру компенсации и сканирования необходимое количество раз, уменьшая с помощью упорных регулировочных винтов 14 зазор z на каждом этапе вплоть до достижения значения гмин и фиксируя значения Uмакс и z. Регулируемый зазор z является параметром контроля Р для схемы фиг.2.

Вихретоковый преобразователь 5 в обеих схемах может иметь произвольную конструкцию, однако рекомендуется применять преобразователь, состоящий из возбуждающей обмотки 6, измерительной обмотки 8 и компенсационной обмотки 9, изображенный на фиг.1, 2. Измерительная обмотка 8 и компенсационная обмотка 9 преобразователя включены по дифференциальной схеме.

При наличии подповерхностного дефекта магнитный поток, создаваемый системой 1 намагничивания, перераспределяется и концентрируется над дефектом 15. По этой причине дифференциальная магнитная проницаемость µd=dB/dH металла над дефектом 15, в том числе и на поверхности контролируемого объекта 11, изменяется. При изменении µd, связанного с воздействием подповерхностного дефекта, происходит изменение электромагнитного взаимодействия вихретокового преобразователя 5 с металлом. В результате изменяется величина вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения и происходит регистрация сигнала, обусловленного влиянием подповерхностного дефекта с помощью электронного блока 10 обработки и отображения информации. При изменении параметра контроля Р картина перераспределения µd в контролируемом объекте 11 над дефектом 15 меняется, что приводит к изменению амплитуды сигнала преобразователя.

За счет того, что формируемое подповерхностным дефектом изменение µd считывается вихретоковым преобразователем 5 непосредственно с поверхности контролируемого объекта 11, нет необходимости в применении низкочастотных вихревых токов, проникающих вглубь металла. За счет этого размеры рабочего торца вихретокового преобразователя при реализации данного способа соответствуют стандартным размерам высокочастотных вихретоковых преобразователей и могут составлять величину порядка 1…5 мм, в зависимости от особенностей решаемой задачи. По той же причине, способ может быть реализован без создания в материале объекта контроля состояния магнитного насыщения, необходимого для формирования над поверхностью объекта контроля потоков рассеяния, надежно фиксируемых магниточувствительными элементами, что затруднительно для массивных объектов контроля.

При реализации обеих схем контроля для получения информации о наличии и параметрах подповерхностного дефекта недостаточно считывания сигнала, регистрируемого вихретоковым преобразователем 5, при одном значении параметра контроля Р. Это происходит из-за неоднозначности зависимостей Uвн*=Uвн*(h*), приведенных на фиг.3. Данные зависимости приведены для листа из стали марки Ст 45 для разных значений напряженности Н поля намагничивания. По оси ординат здесь отложена величина относительного приращения амплитуды Uвн*=ΔUвн/U0, где U0 - напряжение наводимое на измерительную обмотку 8 в режиме "холостого хода", т.е. при отсутствии взаимодействия вихретокового преобразователя 5 с металлом, по оси абсцисс - относительная глубина подповерхностного дефекта h*=h/T. Из приведенных зависимостей видно, что начиная с некоторого значения относительной глубины h* наблюдается стабилизация ΔUвн*, а затем и его уменьшение. Это может привести к пропуску наиболее опасного предсквозного дефекта. Данный характер зависимости Uвн*=Uвн*(h*) сохраняется при изменении напряженности H поля намагничивания. Это объясняется особенностями формирования µd на поверхности контролируемого объекта при увеличении глубины дефекта 15 [3]. Однако из зависимостей, приведенных на фиг.3. видно, что для разных значений относительной глубины подповерхностного дефекта h* максимальное значение относительного приращения амплитуды сигнала Uвн* достигается при разных значениях напряженности Н поля намагничивания. При этом видна однозначная закономерность - чем меньше относительная глубина дефекта h*, тем при большей напряженности Н поля намагничивания наступает максимум относительного приращения амплитуды сигнала Uвн*. Таким образом, соотношение значений Н и Uвн* позволяет получить однозначную информацию о наличии и глубине подповерхностных дефектов.

Поскольку измерить значение напряженности Н поля намагничивания в объекте контроля затруднительно, а чаще всего невозможно, вводится параметр контроля Р, однозначно связанный с Н. Однако значение параметра Р не позволяет судить о численном значении Н. Поэтому перед проведением контроля необходимо установить связь между Р, Uвн* и h* в виде таблиц или зависимостей, аналогичных фиг.3, с использованием эталонных образцов из заданного материала заданной толщины с предварительно нанесенными дефектами различной глубины.

Заявляемый способ по сравнению с прототипом обладает большей чувствительностью и информативностью контроля, так как обеспечивает измерение реакции дефекта при оптимальной величине намагничивания и позволяет количественно интерпретировать регистрируемые сигналы.

Источники информации

1. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ. ред. В.В. Клюева. Т.6: В 3 кн.. Кн.1. Магнитные методы контроля. / В.В. Клюев, В.Ф. Мужицкий, Э.С. Горкунов, В.Е. Щербинин. - М.: Машиностроение, 2004. - С.96-98.

2. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ. ред. В.В. Клюева. Т.6: В 3 кн.. Кн.1. Магнитные методы контроля. / В.В. Клюев, В.Ф.Мужицкий, Э.С. Горкунов, В.Е. Щербинин. - М.: Машиностроение, 2004. - С.96-98.

3. Патент РФ №2442151 Способ выявления подповерхностных дефектов в ферромагнитных объектах G01N 27/90. Приоритет от 10.02.2010 г. (прототип).

1. Способ выявления дефектов в ферромагнитных объектах, заключающийся в том, что контролируемый объект намагничивают постоянным магнитным полем, возбуждают с помощью вихретокового преобразователя на контролируемом участке вихревые токи, регистрируют вносимое в вихретоковый преобразователь напряжение U _ в н и по нему судят о наличии дефектов, отличающийся тем, что путем изменения параметра Р, регулирующего воздействие постоянного магнитного поля на контролируемый объект, плавно изменяют напряженность Н постоянного магнитного поля от минимальной величины до максимальной, регистрируют максимум Uмах амплитуды вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения U _ в н и величину соответствующего ему значения параметра Р, а параметры дефекта оценивают по совокупности значений Uмах и Р.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие постоянного магнитного поля на контролируемый объект изменяют за счет изменения тока электромагнита.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие постоянного магнитного поля на контролируемый объект изменяется за счет изменения рабочего зазора между рабочим торцом намагничивающей системы и поверхностью контролируемого объекта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к неразрушающему контролю методом вихревых токов и может быть использовано для дефектоскопии и контроля электрических, магнитных и геометрических свойств объектов из электропроводящих материалов.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в промышленности для контроля осевого смещения и поперечного биения валов. .

Изобретение относится к определению реперов интересующих точек в зоне (10, 20) поверхности детали (100), включающему в себя установление плотного контакта в упомянутой зоне поверхностного контрольного образца (11, 21), представляющим собой тонкий и достаточно эластичный слой, чтобы соответствовать форме зоны; при этом тонкий слой содержит трассы электропроводящего материала; при этом при проходе зонда (30) с токами Фуко по трассе подается значащий и характерный сигнал трассы; при этом данный характерный сигнал соответствует реперу интересующей точки, определяемым таким образом в упомянутой зоне.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при диагностике трубопроводов из ферромагнитных материалов. .

Изобретение относится к магнитографической дефектоскопии. .

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля продольно-протяженных изделий типа проволоки, прутков или труб. .

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля отверстия, не являющегося прямолинейным и/или имеющего сечение, не являющееся круглым, в частности отверстия в диске ротора газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества стальных канатов. .

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к способам определения неровностей и других дефектов рельсового пути. .

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества изделий и предназначено для дефектоскопии стальных прядных канатов. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при контроле эксплуатационных колонн нефтяных и газовых скважин. .

Изобретение относится к области неразрушающего контроля. .

Изобретение относится к области автоматизации сварочных процессов, в частности к датчикам положения сварочного электрода относительно стыка. .
Изобретение относится к области разработки способов метрологической поверки, настройки и калибровки измерителей износа стальных проволочных канатов, в частности магнитных дефектоскопов.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к внутритрубной дефектоскопии, и может быть использовано для контроля технического состояния стенок труб непосредственно в процессе транспортировки поставляемого по трубе жидкого или газообразного продукта, например газа по магистральному газопроводу.

Изобретение относится к области магнитной дефектоскопии в промышленности и на транспорте, в частности может быть использовано в целях обнаружения избыточных изгибных напряжений в рельсовом пути, в металлических профилях промышленных конструкций, трубопроводах и других протяженных деталей и объектов, непосредственно при их эксплуатации.

Изобретение относится к области строительства и предназначено для диагностирования трубопроводов и других стальных пустотелых сооружений. .

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для контроля технического состояния колесной пары железнодорожного транспорта при его движении по рельсовому пути. Согласно способу после наезда колеса (9) на стык (4) в колесе начинает распространяться круговая волна, которая проходя по колесу (9), вызывает появление акустической волны, исходящей от колеса и регистрируемой датчиком (1). Датчик преобразует акустическую волну в электрический сигнал. При отсутствии трещин длительность и частота сигнала будут иметь определенное значение. В случае наличия трещины в колесе указанные параметры изменятся - длительность и частота уменьшатся, что будет свидетельствовать о недопустимости дальнейшей эксплуатации этого колеса. Затем колесо (9) начнет катиться по участку (5), протяженность которого в данном случае равна половине длины окружности колеса, на котором с помощью акустических датчиков осуществляется проверка качества поверхности катания. В результате упрощается конструкция осуществляющего контроль устройства, повышаются эксплуатационные характеристики, снижается энергопотребление. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх