Способ измерения параметров трещин в немагнитных электропроводящих объектах



Способ измерения параметров трещин в немагнитных электропроводящих объектах
Способ измерения параметров трещин в немагнитных электропроводящих объектах
Способ измерения параметров трещин в немагнитных электропроводящих объектах
Способ измерения параметров трещин в немагнитных электропроводящих объектах
Способ измерения параметров трещин в немагнитных электропроводящих объектах
Способ измерения параметров трещин в немагнитных электропроводящих объектах

 


Владельцы патента RU 2584726:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт стандартизации и унификации" (RU)

Использование: для измерения параметров трещины в немагнитных электропроводящих объектах. Сущность изобретения заключается в том, что полость трещины дефектного участка заполняют магнитной жидкостью, сканируют дефектный участок подключенным к электронному блоку дефектоскопа вихретоковым преобразователем, регистрируют максимум вихретокового сигнала, вносимого трещиной, и получают основной сигнал, по которому судят о параметрах трещины, далее получают дополнительный сигнал, зависящий преимущественно от глубины трещины, а о ширине трещины судят по совокупности основного и дополнительного сигналов с помощью предварительно полученных зависимостей основного сигнала от трещин, заполненных магнитной жидкостью, с различной глубиной и шириной. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности измерения геометрических размеров трещин в немагнитных электропроводящих объектах. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения параметров трещины в немагнитных электропроводящих объектах.

Для оценки степени опасности дефектов необходима информация об их геометрических размерах. Обычно размеры трещины оценивают по трем геометрическим размерам: глубине, длине и ширине, используя для этого различные методы неразрушающего контроля.

Известен способ для определения и оценки индикации вихревых токов, в частности трещин, в испытываемом объекте из электропроводного материала, включающий нагружение испытываемого объекта электромагнитным переменным полем с предварительно определенной постоянной или переменной частотой, определение вихревых токов, индуцированных в испытываемом объекте, вдоль предварительно определенных параллельных измерительных путей на участке поверхности испытываемого объекта, обеспечение сигналов вихревых токов, причем каждый сигнал вихревых токов соответствует измерительному пути, преобразование сигналов вихревых токов и предоставление преобразованных измеренных величин как функции измерительного пути, частоты и положения вдоль измерительного пути, интерпретация преобразованных измеренных величин с применением преобразованных измеренных величин, по меньшей мере, одного соседнего измерительного пути и предоставление сигналов трещин со скорректированной амплитудой и/или положением пути по отношению к преобразованным измеренным величинам (патент №2493562, 2009).

Недостаток известного способа заключается в том, что он не позволяет получить информацию о ширине трещины, так как ее изменение в реальном диапазоне 1…200 мкм не приводит к изменению вихретокового сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ измерения параметров трещин в немагнитных электропроводящих объектах, заключающийся в том, что предварительно полость дефекта заполняют магнитной жидкостью, сканируют контролируемый участок подключенным к электронному блоку дефектоскопа вихретоковым преобразователем и по параметрам вихретокового сигнала судят о параметрах дефекта (патент на изобретение №2526598, опубл. 2014). В данном способе вихретоковый сигнал формируется под влиянием двух эффектов. Первый эффект связан с деформацией контуров вихревого тока за счет обтекания трещины, а второй - с усилением магнитного потока за счет влияния магнитной жидкости. При соответствующем выборе частоты питающего вихретоковый преобразователь тока вихретоковый сигнал практически полностью определяется вторым эффектом. В этом случае вихретоковый сигнал в равной мере зависит как от глубины, так и от ширины дефекта.

Недостаток известного способа состоит в невозможности получения раздельной оценки глубины и ширины трещины, так как вихретоковый сигнал в равной степени зависит от обоих параметров.

Техническим результатом является повышение точности измерения геометрических размеров трещин в немагнитных электропроводящих объектах и информативности контроля параметров трещин.

Технический результат достигается в способе измерения параметров трещин в немагнитных электропроводящих объектах, заключающемся в том, что полость трещины дефектного участка заполняют магнитной жидкостью, сканируют дефектный участок подключенным к электронному блоку дефектоскопа вихретоковым преобразователем, регистрируют максимум вихретокового сигнала, вносимого трещиной, и получают основной сигнал, по которому судят о параметрах трещины, получают дополнительный сигнал, зависящий преимущественно от глубины трещины, а о ширине трещины судят по совокупности основного и дополнительного сигналов с помощью предварительно полученных зависимостей основного сигнала от трещин, заполненных магнитной жидкостью, с различной глубиной и шириной.

Дополнительный сигнал получают до заполнения полости трещины дефектного участка магнитной жидкостью путем установки оптимальной для оценки глубины трещины частоты возбуждающего тока, сканирования дефектного участка вихретоковым преобразователем, подключенным к электронному блоку дефектоскопа, с последующим получением максимума вихретокового сигнала и суждения по нему с помощью предварительно полученных градуировочных зависимостей о глубине трещины дефектного участка.

Дополнительный сигнал получают путем установки на дефектном участке пары подключенных к источнику тока токовых электродов с разных сторон трещины симметрично относительно нее и подключенных к измерительному блоку пары потенциальных электродов с разных сторон трещины симметрично относительно нее, пропускания через дефектный участок электрического тока, измерения падения напряжения между потенциальными электродами с последующим получением напряжения Ur, установки на бездефектном участке пары подключенных к источнику тока токовых электродов и подключенных к измерительному блоку пары потенциальных электродов, пропускания через бездефектный участок электрического тока, измерения падения напряжения между потенциальными электродами с последующим получением напряжения U0 и суждения о глубине трещины дефектного участка по отношению напряжений Ur/U0.

Способ измерения параметров трещин в немагнитных электропроводящих объектах поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема измерений основного и дополнительного сигналов с помощью вихретокового сигнала, на фиг. 2 - схема измерений дополнительного сигнала по изменению электрического потенциала, на фиг. 3 - зависимости вихретокового сигнала от трещин различной ширины и глубины без заполнения трещин магнитной жидкостью, на фиг. 4 - зависимости вихретокового сигнала от трещин различной ширины и глубины при заполнении трещин магнитной жидкостью, на фиг. 5 - зависимости относительного вносимого напряжения от трещин различной ширины и глубины.

Способ измерения параметров трещин в немагнитных электропроводящих объектах осуществляется следующим образом.

Последовательно получают основной и дополнительный сигналы. Основной сигнал получают путем заполнения полости трещины дефектного участка магнитной жидкостью, сканирования дефектного участка подключенным к электронному блоку дефектоскопа вихретоковым преобразователем и регистрации максимума вихретокового сигнала. После чего получают дополнительный сигнал. Дополнительный сигнал можно получить до заполнения полости трещины дефектного участка магнитной жидкостью путем установки оптимальной для оценки глубины трещины частоты возбуждающего тока, сканирования дефектного участка вихретоковым преобразователем, подключенным к электронному блоку дефектоскопа, с последующим получением максимума вихретокового сигнала и суждения по нему с помощью предварительно полученных градуировочных зависимостей о глубине трещины дефектного участка.

Дополнительный сигнал можно получить также путем установки на дефектном участке пары подключенных к источнику тока токовых электродов с разных сторон трещины симметрично относительно нее и подключенных к измерительному блоку пары потенциальных электродов с разных сторон трещины симметрично относительно нее, пропускания через дефектный участок электрического тока, измерения падения напряжения между потенциальными электродами с последующим получением напряжения Ur, установки на бездефектном участке пары подключенных к источнику тока токовых электродов и подключенных к измерительному блоку пары потенциальных электродов, пропускания через бездефектный участок электрического тока, измерения падения напряжения между потенциальными электродами с последующим получением напряжения U0 и суждения о глубине трещины дефектного участка по отношению напряжений Ur/U0. После чего о ширине трещины судят по совокупности основного и дополнительного сигналов с помощью предварительно полученных зависимостей основного сигнала от трещин, заполненных магнитной жидкостью, с различной глубиной и шириной.

Конкретный пример осуществления способа измерения параметров трещин в немагнитных электропроводящих объектах.

Основной сигнал получают с помощью схемы измерений, приведенной на фиг. 1. На ней показаны соединенные между собой вихретоковый преобразователь 1 и электронный блок 2 дефектоскопа, а также объект 3 контроля с трещиной 4 на дефектном участке шириной 2b и глубинной h. При измерении основного сигнала полость дефекта заполняется магнитной жидкостью. Заполнение происходит под действием капиллярных сил и может быть дополнительно усилено воздействием постоянного магнитного поля. Осуществляется сканирование дефектного участка подключенным к электронному блоку дефектоскопа вихретоковым преобразователем. В процессе сканирования регистрируют максимум амплитуды Uвн,осн вносимого дефектом напряжения и получают величину основного сигнала. Типичные зависимости относительного вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения Uвн,осн*=Uвн,осн/U0 от трещин различной ширины 2b и глубины h при заполнении полости дефекта магнитной жидкостью приведены на фиг. 5. Анализ приведенных зависимостей показывает, что влияние ширины и глубины трещины - сопоставимы.

Регистрируется максимум вихретокового сигнала. Затем получают дополнительный сигнал, зависящий преимущественно от глубины трещины.

Дополнительный сигнал в первом случае получают с помощью схемы измерений, представленной на фиг. 1. Полость трещины дефектного участка в этом случае не должна содержать магнитной жидкости. Производится установка оптимальной для оценки глубины трещины частоты возбуждающего тока. Осуществляется сканирование дефектного участка вихретоковым преобразователем, подключенным к электронному блоку дефектоскопа, с последующим получением максимума вихретокового сигнала. В процессе сканирования регистрируют максимум амплитуды Uвн вносимого дефектом напряжения и получают основной сигнал. Типичные зависимости относительного вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения Uвн,доп*=Uвн,доп/U0 от трещин различной ширины 2b и глубины h без заполнении полости дефектов магнитной жидкостью приведены на фиг. 3. Здесь Uвн,доп - абсолютная величина амплитуды вносимого дефектом напряжения, а U0 - напряжение "холостого хода" (начальное напряжение в воздухе) вихретокового преобразователя. Применение относительного вносимого напряжения позволяет в определенной степени обобщить результаты, получаемые при различных параметрах (числе витков, токе возбуждения) однотипных вихретоковых преобразователей. На фиг. 3 приведены зависимости, полученные для накладного вихретокового преобразователя с эквивалентным диаметром 6 мм.

Приведенные зависимости показывают незначительное влияние ширины 2b трещины по сравнению с влиянием ее глубины h.

А по максимуму вихретокового сигнала судят с помощью предварительно полученных градуировочных зависимостей о глубине трещины дефектного участка. В этом случае регистрируемый вихретоковый сигнал зависит преимущественно от глубины трещины. Его зависимость от ширины трещины в реальном диапазоне ее изменения весьма мала и составляет пренебрежимо малую величину, так как сигнал формируется за счет перераспределения обтекающих трещину вихревых токов. Например, при увеличении ширины трещины от 1 мкм до 30 мкм сигнал изменяется не более, чем на 1%.

Во втором случае дополнительный сигнал получают с помощью схемы измерения, приведенной на фиг. 2. На ней показаны токовые электроды 5 и 6, подключенные к источнику тока 7, потенциальные электроды 8 и 9, подключенные к измерительному блоку 10. Токовые электроды 5 и 6 устанавливаются симметрично относительно дефекта 4 и по разные стороны относительно него. Потенциальные электроды 8 и 9 также устанавливаются симметрично относительно дефекта 4 и по разные стороны относительно него. Токовые электроды 5 и 6 и потенциальные электроды 8 и 9 устанавливаются на одной линии, перпендикулярной плоскости трещины. Получаемые сигналы не зависят от наличия магнитной жидкости в полости дефекта при использовании источника постоянного тока. Пропускается через дефектный участок электрический ток, измеряется падение напряжения между потенциальными электродами 8 и 9 с последующим получением напряжения Ur. На бездефектном участке устанавливается пара подключенных к источнику тока токовых электродов 5 и 6 и подключенных к измерительному блоку 10 пары потенциальных электродов 8 и 9. Через бездефектный участок пропускается электрический ток. Измеряется падение напряжения между потенциальными электродами 8 и 9 с последующим получением напряжения U0. Суждение о глубине трещины дефектного участка выносят по отношению напряжений Ur/U0. Соответствующие зависимости Ur/U0 от трещин различной ширины 2b и глубины h представлены на фиг. 5. Приведенные зависимости показывают пренебрежимо малое влияние ширины 2b трещины по сравнению с влиянием ее глубины h. Зависимости получены при межэлектродном расстоянии 2 мм между потенциальными электродами 8 и 9 и 20 мм между токовыми электродами 5 и 6.

Регистрируемый во втором случае дополнительный сигнал зависит преимущественно от глубины трещины, так как и здесь воздействие трещины определяется искажением обтекающего ее тока. Степень этого искажения также мало зависит от ширины трещины. Например, при увеличении ширины трещины от 1 мкм до 30 мкм сигнал изменяется не более чем на 0,3%.

Для того, чтобы по совокупности измеренных основного и дополнительного сигналов определить глубину и ширину дефекта 4, предварительно получают зависимости U*вн,осн=U*вн,осн (h, 2b) основного сигнала U*осн от трещин, заполненных магнитной жидкостью, с различной глубиной h и шириной 2b. Для этого методом электроэррозии изготавливают искусственные дефекты в виде щелей с различной глубиной h и шириной 2b. Рекомендуется варьировать параметры h и 2b не менее чем на 5-ти уровнях. Для уменьшения количества требуемых образцов рекомендуется воспользоваться методом планирования эксперимента. В этом случае зависимости в виде аппроксимирующих выражений будут получены при минимально возможном количестве образцов, сочетающих различные соотношения глубины h и ширины 2b.

Для вычисления неизвестной величины 2b по измеренным значения основного и дополнительного сигнала и полученной функции U*вн,осн=U*вн,осн (h, 2b) решается нелинейное уравнение U*вн,осн=U*вн,осн(h, 2b) относительно переменной 2b при известных значениях h и U*вн,осн для трещины с измеряемыми параметрами.

Предложенный способ измерения параметров трещин в немагнитных электропроводящих объектах повышает точность измерения геометрических размеров трещин в немагнитных электропроводящих объектах и информативность контроля параметров трещин.

1. Способ измерения параметров трещин в немагнитных электропроводящих объектах, заключающийся в том, что полость трещины дефектного участка заполняют магнитной жидкостью, сканируют дефектный участок подключенным к электронному блоку дефектоскопа вихретоковым преобразователем, регистрируют максимум вихретокового сигнала, вносимого трещиной, и получают основной сигнал, по которому судят о параметрах трещины, отличающийся тем, что получают дополнительный сигнал, зависящий преимущественно от глубины трещины, а о ширине трещины судят по совокупности основного и дополнительного сигналов с помощью предварительно полученных зависимостей основного сигнала от трещин, заполненных магнитной жидкостью, с различной глубиной и шириной.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный сигнал получают до заполнения полости трещины дефектного участка магнитной жидкостью путем установки оптимальной для оценки глубины трещины частоты возбуждающего тока, сканирования дефектного участка вихретоковым преобразователем, подключенным к электронному блоку дефектоскопа, с последующим получением максимума вихретокового сигнала и суждения по нему с помощью предварительно полученных градуировочных зависимостей о глубине трещины дефектного участка.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный сигнал получают путем установки на дефектном участке пары подключенных к источнику тока токовых электродов с разных сторон трещины симметрично относительно нее и подключенных к измерительному блоку пары потенциальных электродов с разных сторон трещины симметрично относительно нее, пропускания через дефектный участок электрического тока, измерения падения напряжения между потенциальными электродами с последующим получением напряжения Ur, установки на бездефектном участке пары подключенных к источнику тока токовых электродов и подключенных к измерительному блоку пары потенциальных электродов, пропускания через бездефектный участок электрического тока, измерения падения напряжения между потенциальными электродами с последующим получением напряжения U0 и суждения о глубине трещины дефектного участка по отношению напряжений Ur/U0.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области измерительной техники и может быть использована для оценки надежности и качества многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов на основе контроля толщины слоев.

Изобретение относится к дефектоскопии посредством вихревых токов. Сущность: способ обнаружения дефектов посредством вихревых токов включает в себя этап синхронизации, на котором синхронизируют фазу напряжения возбуждения, прикладываемого средством управления катушкой к катушке возбуждения для генерирования вихревого тока в исследуемом объекте, с фазой напряжения управления, имеющего более высокую частоту, чем напряжение возбуждения, прикладываемое средством управления устройством к устройству на основе эффекта магнитного импеданса, для обнаружения изменения магнитного поля, возникающего в катушке возбуждения; и этап обнаружения магнитного поля (S5), на котором обнаруживают изменение магнитного поля, возникающего в катушке возбуждения вследствие вихревого тока, сгенерированного в исследуемом объекте, с использованием устройства на основе эффекта магнитного импеданса.

Изобретение относится к исследованию или анализу материалов с помощью вихревых токов и может быть использовано для контроля качества паяных соединений обмоток различных электрических машин (ЭМ) при производстве и ремонте.

Согласно изобретению предложен способ неразрушающего контроля материала испытываемого объекта (8), движущегося мимо датчика (1) с переменной относительной скоростью, содержащий следующие этапы: регистрация сигнала (US) датчика посредством датчика (1); аналого-цифровое преобразование сигнала (US) датчика с получением оцифрованного сигнала (USD) датчика в виде последовательности цифровых слов с заранее заданной, в частности постоянной, частотой повторения слов; n-ступенчатое прореживание частоты повторения слов оцифрованного сигнала (USD) датчика или цифрового детектированного сигнала (UM), выделенного из оцифрованного сигнала датчика, причем это n-ступенчатое прореживание осуществляют с помощью n-каскадного прореживателя (от 5_1 до 5_n), где n≥2; выбор выходного сигнала (от UA_1 до UA_n) одного из n каскадов (от 5_1 до 5_n) прореживателя в зависимости от мгновенной относительной скорости; и фильтрация выбранного выходного сигнала посредством цифрового фильтра (7), синхронизированного с частотой повторения слов выбранного выходного сигнала.

Использование: для неразрушающего контроля качества пайки токоведущих соединений. Сущность изобретения заключается в том, что предварительно определяют уровень пропаянности, для чего калибруют первую шкалу вихретокового устройства контроля, используя образец, имитирующий пропаянность 0%, у которого зазор между стенками П-образной оправки и вкладываемой в нее медной пластиной запаян только по поверхности.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство для вихретоковой дефектоскопии и может быть использовано для выявления и определения параметров подповерхностных дефектов в ферромагнитных объектах.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для обнаружения коррозии в лопатках газотурбинной установки. Сущность: датчик содержит детекторную головку, форма которой согласована с геометрией поверхности переходной секции лопатки газовой турбины.

Изобретение относится к устройству для регистрации электропроводных частиц (20) в жидкости (16), текущей в трубе (10) со скоростью (v), причем передающие катушки (18) подвергают жидкость воздействию периодических переменных электромагнитных полей для наведения в частицах вихревых токов, улавливающие катушки (15) регистрируют периодический электрический сигнал, соответствующий вихревым токам и содержащий несущее колебание, при этом, когда частицы попадают в эффективную ширину зоны чувствительности улавливающих катушек, наличие частицы способствует формированию амплитуды и/или фазы сигнала, каскад аналого-цифровых преобразователей преобразует сигнал улавливающей катушки в цифровую форму, блок (17, 19, 35, 37, 52, 60, 68, 74, 76, 78, 80, 88, 90, 94) обработки сигналов создает полезный сигнал из сигнала улавливающей катушки, преобразованного в цифровую форму, и блок (50, 60, 64) обработки данных обрабатывает полезный сигнал, чтобы зарегистрировать прохождение в трубе электропроводных частиц.

Использование: для проверки длинномерных изделий с помощью вихревых токов. Сущность изобретения заключается в том, что узел проходной катушки (100) для применения в устройстве проверки длинномерных изделий непрерывным способом с помощью вихревых токов включает узел катушки возбуждения с катушкой возбуждения (122), окружающей проходное отверстие (112) для пропуска длинномерного изделия (190) в направлении прохода (192), и расположенный вокруг проходного отверстия узел приемной катушки.

Настоящее изобретение относится к устройству производимого без демонтажа неразрушающего контроля конструктивных элементов двигателя, в частности турбомашины. Устройство (10) производимого без демонтажа неразрушающего контроля конструктивных элементов двигателя турбомашины, содержащее трубку (12), на дистальном конце которой установлен палец (14), который удерживает на одном из своих концов пластинку (16) поддержки инструмента контроля (18), а на своем противоположном конце лапку (20) поддержки и (или) зацепления на конструктивном элементе двигателя; причем эта лапка перемещается в направлении (30), параллельном продольной оси пальца.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения коэффициентов диффузии водорода в различных конструкционных материалах на основе титана, используемых в космической и атомной технике, в изделиях, подвергаемых наводороживанию в процессе эксплуатации. Исследуемый образец из титана насыщают водородом в электролитической ячейке. Одна сторона образца соприкасается с электролитом, а ко второй плотно прижат вихретоковый датчик магнитного спектрометра. В процессе насыщения образца водород диффундирует к его противоположной стороне. В результате изменяются показания вихретокового датчика. По измерению времени изменения показаний вихретокового датчика рассчитывают коэффициент диффузии водорода в титане. Изобретение обеспечивает возможность определения коэффициента диффузии водорода в титане в производственных условиях в местах малодоступных для анализа. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля качества двухслойной проволоки диаметром менее 1 мм с верхним слоем, имеющим большую электрическую проводимость, например, стабилизированных Nb3Sn сверхпроводников с медной оболочкой и сердцевиной из сплава ниобий-олово. Сущность: вихретоковый преобразователь проходного типа для контроля качества проволоки содержит полый цилиндрический каркас 1 с размещенными на нем соленоидальными и бифилярно намотанными возбуждающей катушкой 2 и измерительной катушкой 3, полый цилиндрический каркас 4 с идентичными измерительными катушками 5 и 6, расположенными с осевым зазором и соединенными последовательно - встречно. Каркас 1 размещен внутри каркаса 4 симметрично с ним. Вихретоковый преобразователь содержит также потенциометр 7, каркас 8, идентичный каркасу 1, с размещенными на нем и намотанными бифилярно катушками 9 и 10 индуктивности, подобным возбуждающей катушке 2 и измерительной катушке 3 индуктивности, соответственно, но с большим числом витков W4=W5=(1,1…1,3)Wв, где W4, W5 и Wв - число витков четвертой катушки 9, пятой катушки 10 и возбуждающей катушки 2 индуктивности, соответственно. Катушка 9 индуктивности соединена последовательно с возбуждающей катушкой 2 индуктивности, а катушка 10 индуктивности соединена параллельно с потенциометром 7, подключенным своим средним выводом к выводу третьей измерительной катушки индуктивности. Преобразователь позволяет в процессе производства контролировать отношение "медь/не медь" в стабилизированных Nb3Sn сверхпроводниках и одновременно выявлять дефекты типа пор и включений из различных металлов. Технический результат: повышение информативности и пороговой чувствительности контроля стабилизированных сверхпроводников, диаметром менее 1 мм. 3 з.п. ф-лы , 4 ил.
Наверх