Вихретоковый метод неразрушающего контроля реферат

Обновлено: 06.07.2024

Вихретоковый метод неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, создаваемых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля (ОК) этим полем. Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Араго (1786—1853) в 1824г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение.

В качестве источника электромагнитного поля чаще всего используется индуктивная катушка (одна или несколько), называемая вихретоковым преобразователем (ВТП). Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электромагнитном объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на катушках или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно его.

Вихретоковый контроль обеспечивает возможность поиска дефектов и оценку свойств объектов контроля, имеет широкий спектр применения в промышленности, как при изготовлении деталей, так и при их ремонте. Современное оборудование вихретокового контроля позволяет обрабатывать и хранить данные полученные при проведении контроля, а автоматические, многокоординатные системы сканирования дают возможность производить визуализацию ОК с высокой точностью.

Наша лаборатория оказывает услуги по вихретоковому контролю различных объектов. Все допущенные к работам специалисты аттестованы на II-III уровень и укомплектованы необходимым оборудованием. По результатам контроля выдается заключение установленного образца. Мы также занимаемся разработкой автоматизированных систем и методик вихретокового контроля. Помогаем с выбором оборудования, в том числе нестандартных датчиков. Наш экзаменационный центр готов оказать услуги по аттестации специалистов ВК. Работаем в ЦФО и за его пределами.

Область применения вихретокового метода контроля:

неразрушающий контроль лопаток паровых турбин, тепловые канавки, поверхность осевого канала роторов турбин и т.д., сварные соединения и гибы трубопроводов, корпусное оборудование, резьбовые соединения, детали любой формы и размеров промышленного и транспортного оборудования;
измерение толщины тонких труб и тонкого листового проката, определение коррозионных повреждений, толщины защитных покрытий;
структуроскопия оценка исходного и текущего состояния металла тепломеханического оборудования ТЭС. Оценка качества термообработки, определение состава контролируемого вещества, сортировка объектов;
измерение глубины поверхностных трещин в электропроводящих магнитных и немагнитных материалах.

Основными преимуществами вихретокового метода являются:

высокая чувствительность к микроскопическим дефектам, которые находятся на поверхности либо в непосредственной близости от исследуемого участка металлического объекта;
возможность проведения бесконтактного контроля (измерения);
высокая производительность (возможность произведения контроля на высоких скоростях);
простота автоматизации.

Недостатки вихретокового метода контроля:

возможное искажение одного параметра другими, при организации многокоординатного контроля
контроль только электропроводящих изделий
относительно не высокая глубина контроля

Подпишитесь на наш канал You Tube

В следующей таблице приводится удельная электрическая проводимость различных материалов.

- Методические рекомендации о порядке проведения вихретокового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах - Вихретоковый метод неразрушающего контроля деталей вагонов и т.д.

Требования, предъявляемые к объекту контроля (ОК) и подробная пошаговая методика контроля, прописывается в технологических картах на каждый ОК. Подробнее о разработке и согласовании технологических карт, а также примеры технологических карт на различные методы неразрушающего контроля можно посмотреть здесь. Высокие требования к качеству выпускаемой продукции способствуют разработке большого количества типов и разновидностей вихретоковых дефектоскопов и преобразователей. В зависимости от поставленных задач, здесь можно выбрать наиболее подходящее оборудование вихретокового контроля. Оборудование вихретокового контроля в нашем ассортименте представлено вихретоковыми дефектоскопами, стуктуроскопами и толщиномерами.

Классификация вихретоковых преобразователей

Все преобразователи имеют свои недостатки и преимущества. Вследствие чего не выделяют какой-то один тип как основной. Для каждого производства или конкретной детали подбирают преобразователь исходя из параметров детали подлежащих контролю (толщина стенки, толщина покрытия, наличие дефекта).

Специалисты нашей компании помогут подобрать оборудование вихретокового контроля для решения конкретных задач, окажут содействие в разработке технологической документации и проведут обучение и аттестацию персонала по нужному виду НК. Подробнее о порядке аттестации специалистов и лабораторий НК смотрите в соответствующих разделах.

Купить оборудование для вихретокового контроля можно по цене, указанной в прайс-листе. Цена оборудования указана с учетом НДС. Смотрите также разделы: Визуальный и измерительный контроль, Ультразвуковой контроль, Радиографических контроль, Капиллярный контроль.

Купить оборудование и заказать услуги по вихретоковому контролю можно в следующих городах: Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Саратов, Амурск, Ангарск, Архангельск, Астрахань, Барнаул, Белгород, Бийск, Брянск, Воронеж, Великий Новгород, Владивосток, Владикавказ, Владимир, Волгоград, Волгодонск, Вологда, Иваново, Ижевск, Йошкар-Ола, Казань, Калининград, Калуга, Кемерово, Киров, Кострома, Краснодар, Красноярск, Курск, Липецк, Магадан, Магнитогорск, Мурманск, Муром, Набережные Челны, Нальчик, Новокузнецк, Нарьян-Мар, Новороссийск, Новосибирск, Нефтекамск, Нефтеюганск, Новочеркасск, Нижнекамск, Норильск, Нижний Новгород, Обнинск, Омск, Орёл, Оренбург, Оха, Пенза, Пермь, Петрозаводск, Петропавловск-Камчатский, Псков, Ржев, Ростов, Рязань, Самара, Саранск, Смоленск, Сочи, Сыктывкар, Таганрог, Тамбов, Тверь, Тобольск, Тольятти, Томск, Тула, Тюмень, Ульяновск, Уфа, Ханты-Мансийск, Чебоксары, Челябинск, Череповец, Элиста, Ярославль и других городах, кроме того, в Республике Крым. А так же Республики Казахстан, Белоруссия и другие страны СНГ.

Технология вихретокового контроля (ВК) построена на явлении вихревых токов, возбуждение которых в исследуемом объекте позволяет выявлять скрытые неслошности. Для лучше понимания физики процесса представим его в виде такой последовательности:

1) одна или несколько катушек (вихретоковый преобразователь, сокращённо – ВТП) подаёт на объект импульсный либо синусоидальный ток;

4) их собственное электромагнитное поле воздействует на катушки, изменяя их сопротивление, либо наводит на них электродвижущую силу (общепринятое сокращение – ЭДС);

6) на основании корреляционной связи между изменениями этих величин и исследуемыми параметрами оператор получает необходимую информацию об объекте.

Область применения вихретокового метода контроля – ферромагнитные и неферромагнитные стали, графиты, а также цветные сплавы, чья удельная электрическая проводимость составляет не менее 0,5–60 МСм/м. При этом – для достижения большей достоверности результатов – материалы должны обладать однородными магнитными свойствами.

Данный вид НК широко используется для контроля труб, галтелей, балок, лопастей турбин и винтов, прутков, поковок, литья, подшипников, корпусов атомных установок, деталей подвижного состава и пр. В авиационной отрасли технологию успешно применяют для диагностики многослойных композиционных материалов.

Разновидности и методы вихретокового контроля

В зависимости от подвижности/неподвижности объекта предусмотрены динамический и статический режимы. Контроль также бывает ручной (с портативным дефектоскопом или структуроскопом) и механизированным (выполняется стационарными автоматизированными установками).

амплитудный (измеряется амплитуда сигнала ВТП);
фазовый (измеряется фаза сигнала);
амплитудно-фазовый (измеряется проекция вектора напряжения ВТП на направлении отстройки, то есть подавления мешающего фактора).

Для чего проводят вихретоковый контроль

обнаруживать поверхностные и подповехностные неслошности. ВК эффективен для поиска усталостных, ковочных, шлифовочных, штамповочных трещин, надрывов, волосовин, пор, посторонних включений;
измерять толщину покрытий, а также толщину отдельных слоёв многосоставных материалов;
измерять проводимость и/или проницаемость изделий;
производить сортировку материалов по тем или иным магнитным свойствам;
выявлять остаточные напряжения;
оценивать качество химической, термической, механической обработки и пр.

Сильные и слабые стороны вихретокового метода контроля

не предполагает контакта с поверхностью. Не остаётся никаких следов. Преобразователи изнашиваются очень медленно;
не нуждается в подводе и удалении контактной жидкости;
эффективно выявлять выходящие на поверхности трещины глубиной от 0,1 мм, длиной от 2 мм и с шириной раскрытия 0,01 мм и более;
отлично подходит для автоматизированного входного и выходного контроля продукции и материалов;
может проводиться даже при наличии ЛКМ. Вихретоковому контролю, как правило, не мешает наличие немагнитного покрытия толщиной до 2 мм;
подходит как для основного металла, так и для всевозможных соединений – болтовых, клёпаных и сварных. В последнем случае, правда, нужно предварительно снять валик усиления;
не нуждается в расходных дефектоскопических материалах;
безвреден для здоровья оператора;
может применяться для подвижных объектов. ВК активно используется в условиях поточного трубопрокатного и литейного производства, для проверки цилиндрических поверхностей по мере формирования отверстий и т.д.

не пригоден для объектов с неоднородными магнитными и электрическими свойствами. Наличие прижогов, наклёпа и местной намагниченности приводит к локальным изменениям, которые, в свою очередь, провоцируют возникновение ложных индикаций;
не способен выявлять дефекты, заполненные электропроводящими частицами, а также несплошности, плоскость раскрытия которых параллельна исследуемой поверхности (либо образует с ней угол менее 10 градусов);
может не показать имеющиеся несплошности на объектах с токопроводящими покрытиями. То же самое касается изделий, поражённых коррозией. ВК хорошо распознаёт дефекты, выходящие на поверхность. Если этого не наблюдается, то технология оказывается бессильна;
обладает сравнительно малой глубиной исследуемой зоны, обычно до 2 мм. Это, конечно, не рентген и не УЗК.

Порядок выполнения вихретокового контроля сварных соединений

Оборудование для вихретокового контроля

по способу получения информации – абсолютные и дифференциальные. В первом случае выходные значения сигналов считываются напрямую с измерительной катушки. Дифференциальные датчики состоят из двух катушек: одна – в зоне контроля, другая – на бездефектном участке. В процессе измерений учитывается разница между их показаниями. Благодаря этому увеличивается чувствительность и помехоустойчивость контроля;
по характеру взаимодействия с объектом – накладные, проходные и комбинированные. Накладные датчики располагаются на нём и используются при одностороннем доступе. Проходные – помещаются внутрь (для полых изделий – труб, сосудов, кожухов, колец) и пр.). Либо – наоборот, обхватывают объект (это так называемые наружные проходные). Комбинированные могут работать в разных пространственных положениях. Бывают ещё роторные, карандашные и многие другие;
по способ преобразования параметров – трансформаторные и параметрические. Последние проще и дешевле, но в большей степени зависимы от температурных условий.

При выборе конкретного прибора нужно учитывать порог чувствительности, доступные методы (амплитудный, фазовый и другие, о которых говорилось выше), конфигурацию объекта и пр.

Ещё одна категория оборудования для вихретокового контроля – это толщиномеры и толщиномеры покрытий. Примеры – МВП-2М, Sedge-42. При рассмотрении той или иной модели исходить нужно из ключевых характеристик – диапазона измерений и погрешности показаний.

контрольные образцы искусственных дефектов и зазоров (КОИДЗ-ВД). Изготавливаются из тех же материалов, что и объект контроля, в виде плоских либо изогнутых пластин, цилиндров и пр. К образцам обязательно прилагаются паспорта;
осветительные приборы. Дополнительно к местном освещению (от 500 до 1000 лк) понадобятся переносные светильники с рабочим напряжением 12, 24 или 36В. Такие устройства в обязательном порядке комплектуются крепёжными приспособлениями для фиксации в заданном положении;
ветошь и другие принадлежности для очистки поверхности;
заземляющие шины и подводки напряжений 12 и 36В, а также 1-фазной сети переменного тока (220В).

Требования к персоналу для проведения вихретокового контроля

Специалисты должны пройти аттестацию на I, II или III квалификационный уровень в соответствии с СДАНК-02-2021 или СНК ОПО РОНКТД-02-2021 (в зависимости от того, в какой Системе НК нужно подтвердить компетенцию, чтобы зайти на объект заказчика). Сотрудникам необходимо иметь на руках квалификационное удостоверение с не истекшим сроком действия.

Руководителем работ по проведению ВК может быть специалист не ниже II уровня. Такое же требование распространяется и на того, кто ставит свою подпись в заключении.

Один из методовнеразрушающего контроляизделий изтокопроводящихматериалов. Основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полемвихревых токов, наводимых в объекте контроля этим полем.Для выявления недостатков внутренней структуры конструкций и деталей применяются методы неразрушающего контроля. Они позволяют без вторжения в основу материала фиксировать дефекты разного рода, определяя их соответствие нормативным требованиям. Одним из наиболее точных способов такого обследования является вихретоковый контроль, в процессе применения которого задействуется электротехническая аппаратура. У этого способа есть и существенные недостатки, но в отдельных сферах он применяется достаточно активно.Контроль происходит на основе анализа параметров взаимодействия между электромагнитным полем дефектоскопа с его оснасткой и вихревыми токами, которые формируются в поле объекта исследования. Что касается исполнительного элемента, генерирующего активную электромагнитную зону, то он обычно представлен индуктивной катушкой, которая также называется преобразователем. Импульсные токи, которые возбуждают вихревые потоки, в итоге и позволяют рассчитать дефектные зоны. Дело в том, что нарушения в структуре исследуемого объекта неизбежно приведут к неравномерному взаимодействию материала с электромагнитным полем по всей его площади. Именно участки с колебаниями токов и обнаруживает вихретоковый метод неразрушающего контроля с помощью специального анализа. Принцип действия достаточно сложен по сравнению с альтернативными методами магнитного контроля, но опять же он является и одним из самых точных способов выявления дефектов.

Сущность контроля

Сущность метода заключается в следующем. Когда к поверхности металлического изделия подносится катушка, по которой протекает переменный электрический ток, в металле наводятся вихревые токи. Величина наведенных вихревых токов зависит от величины и частоты переменного тока, электропроводности, магнитной проницаемости и формы изделия, относительного расположения катушки и изделия, а также от наличия в изделии неоднородностей или несплошностей. Электромагнитное поле вихревых токов по направлению противоположно наводящему. Вследствие этого вихревые токи влияют на общее сопротивление (импеданс) катушки возбуждения, находящейся в непосредственной близости к изделию. Определение величины и характер изменений вносимых сопротивлений (активных и индуктивных) и является основой для обнаружения дефектов или различий в физической, химической и металлургической структуре материала. Зависимость сигналов преобразователя от параметров объекта и от режима контроля выражается годографами, так как сигналы представляются векторами на комплексной плоскости напряжений. Годографы могут быть получены теоретическим или экспериментальным путем.

Схема электромагнитного неразрушающего контроля: а - монолитный металл; б- металл с трещиной; Ф_в- возбуждающее электромагнитное поле; Ф_ф- наведенное электромагнитное поле; I_ф- вихревые токи; д - глубина проникновения

Таким образом, ток, протекающий в катушке, несет информацию об изделии, его размерах, механических и химических свойствах, а также о наличии или отсутствии дефектов, т.е. происходит своеобразное отражение электромагнитной энергии. Характер отраженного поля определится в основном двумя явлениями, происходящими в испытуемом изделии: возбуждающее поле индуктирует в металле вихревые токи; возбуждающее поле изменяет магнитную доменную структуру испытуемого изделия. В неферромагнитных металлах происходит только первое явление, в то время как в ферромагнитных металлах действуют оба явления, причем на результаты измерения преобладающим оказывается влияние второго явления.

Особенности вихретоковой дефектоскопии

У этого метода есть две принципиальные особенности. В первую очередь это возможность исключения прямого контакта с целевым объектом. То есть речь идет не просто о неразрушающем контроле, а о технике бесконтактного обследования. Это позволяет, к примеру, диагностировать конструкции и элементы, находящиеся в движении. Но и контактные способы анализа не исключаются. Для сравнения можно привести метод магнитно-порошкового анализа, который в обязательном порядке требует нанесения индикаторного материала на поверхность исследуемого объекта. Вторая особенность, выделяющая вихретоковый контроль из общей группы методов дефектоскопии, заключается в возможности дополнительного анализа электрофизических свойств материала. Но этот функционал уже зависит от конкретной модели применяемого прибора и качества вспомогательной оснастки. Вихретоковые дефектоскопы Устройства могут иметь разные форматы исполнения. Распространены ручные модели, станции контроля, компонентные и модульные аппараты. Также они различаются по способам обработки и представления информации: можно выделить аналоговые, цифровые и микропроцессорные современные приборы контроля. Внутреннее наполнение обычно составляет электротехническая основа с теми же катушками, а внешние органы представлены чувствительными элементами анализа. Также приборы вихретокового контроля комплектуются насадками для удобного размещения преобразующего устройства перед контролируемой поверхностью. Хотя аппараты предусматривают возможность бесконтактного контроля, положение и направление чувствительного элемента имеют большое значение с точки зрения получения качественного результата. Что касается энергоснабжения, то приборы питаются от аккумуляторных батарей или электросети. В первом случае устройства дают возможность автономной диагностики сооружений и коммуникаций на удаленных участках.

Вихретоковыетолщиномеры.

Как уже говорилось, дефектоскопия является не единственной задачей, которую может решать вихретоковый способ контроля материалов. Второй по распространенности его функцией является измерение толщины. Таким способом оцениваются параметры пластин, пленочных изделий, стенок труб и других предметов. Для этого применяют специальные приборы вихретокового контроля с опцией толщиномера. Зачастую это и есть основная функция, которую решают подобные аппараты. Они представляют собой компактные устройства ручного типа с чувствительным элементом, который также создает электромагнитное поле, но в процессе анализа фиксирует не наличие пустот, а толщину электропроводящего листа.

Вихретоковые методы неразрушающего контроля
Вихретоковые МНК основаны на исследовании взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с наводимым в объекте контроля электромагнитным полем вихревых токов, имеющих частоту до 1 млн Гц.
На практике данный метод используют для контроля объектов, которые изготовлены из электропроводящих материалов. С его помощью получаютинформацию о химическом составе и геометрическом размере изделия, о структуре материала, из которого объект изготовлен и обнаруживают дефекты, залегающие на поверхности и в подповерхностном слое (на глубине 2-3 мм). Типичный прибор используемый этим методом — вихретоковый дефектоскоп.
Принцип контроля заключается в следующем. С помощью катушки индуктивности 1 в объекте контроля 3 возбуждаются вихревые токи 2,регистрируемые приёмным измерителем, в роли которого выступает та же самая или другая катушка. По интенсивности распределения токов в контролируемом объекте можно судить о размерах изделия, свойствах материала, наличии несплошностей.

Рис.3 – Вихретоковый МНК (прохождения)
На рисунке 3 изображен вихретоковый метод прохождения (возбуждающая катушка и приёмник расположены по двум сторонам объекта). Косновным методам вихретокового контроля также относят
• метод рассеянного излучения (регистрация рассеянных волн или частиц, отраженных от дефекта);
• эхо-метод или метод отраженного излучения (регистрируются отраженные от дефекта поля и волны).

Обнаружение дефектов в металлических деталях токовихревым методом базируется на законе электромагнитной индукции, по которому переменное магнитноеполе возбуждает в них вихревые токи. Как известно, вихревые токи замыкаются в толще металла и поэтому не могут быть непосредственно использованы для обнаружения дефектов. Поэтому в основу токовихревого метода положено наблюдение за такими процессами, которые всегда сопутствуют вихревым токам и наряду с этим могут наблюдаться вне контролируемой детали, создается намагничивающей катушкой, котораяпитается от источника переменного тока.
По закону электромагнитной индукции в поверхностном слое металла возникнут вихревые токи, замкнутые контуры которых охватывают линии переменного магнитного поля. Вихревые токи, как всякие электрические токи, создают свое магнитное поле, которое в отличие от поля катушки является вторичным. По правилу Ленца вторичное переменное поле в каждый момент временипротивоположно первичному, т.е. ему противодействует. Взаимодействие поля вихревых токов (вторичного поля) с полем катушки (первичное поле) вызывает изменение ее электрических параметров. Таким образом, наличие вихревых токов в контролируемой детали косвенным образом может быть установлено по изменению электрических параметров намагничивающей катушки. Изменение индуктивного сопротивления намагничивающей катушки приконтроле немагнитного материала (цветного металл) происходит иначе, чем при контроле магнитного материала. В немагнитном металле противодействующее поле вихревых токов уменьшает первичное поле

Одной из наиболее часто встречающихся в практике промышленной дефектоскопии задач является контроль концевых деталей – различных (в том числе, резьбовых) фланцев, переходных соединений и т. п. Необходимостьнеразрушающего контроля таких деталей особенно очевидна во многих отраслях промышленности, например в авиа- и судостроении, при монтаже тепловых электростанций, прокладке различных трубопроводов. В указанных отраслях к концевым деталям предъявляются особенно высокие требования по прочности, надежности и долговечности соответствующих соединений ввиду жестких условий эксплуатации.
К наиболее опаснымдефектам, возникающим в процессе эксплуатации концевых деталей, относятся трещины усталостного характера, как выходящие на поверхность детали (сквозные), так и залегающие вблизи нее. При разбраковке изделий необходимо учитывать, что реальная длина дефектной области состоит из собственно длины трещины плюс длины зон пластической деформации на ее концах, поэтому.

Читайте также: