Лекция 16. Вихретоковые и лучевые методы неразрушающего контроля

Вопрос 1. Вихретоковый вид НК

Вихретоковый неразрушающий контроль основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. По первичному информативному параметру методы делят на амплитудный, частотный, спектральный, многочастотный.

Методы, основанные на использовании вихревых токов, применяются для обнаружения нарушения сплошности, неоднородностей структуры и отклонений химического состава в электропроводящих изделиях, в структуроскопии. Вихретоковые методы находят также применение при измерении толщин покрытий, листовых материалов и труб.

Когда к поверхности металлического изделия подносится катушка, по которой протекает переменный электрический ток, в металле наводятся вихревые токи (рис. 54). 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 характера 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.

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.

Рис. 54. Схема электромагнитного неразрушающего контроля:

а – монолитный металл; б – металл с трещиной; – возбуждающее электромагнитное поле; – наведенное электромагнитное поле; – вихревые токи;

– глубина проникновения

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.

В различных вихретоковых приборах используется несколько способов возбуждения вихревых токов в объекте: помещение объекта в катушке или катушки в объект (метод охватывающего или проходного преобразователя), накладывание преобразователя на объект (так называемые накладные преобразователи) с помощью комбинированных преобразователей. Кроме того, преобразователи делят на абсолютные и дифференциальные.

Важной характеристикой детектируемых вихревых токов является глубина их проникновения . Это такое расстояние от поверхности, на котором амплитуда падающей электромагнитной волны уменьшится в е раз. В соответствии с величиной будет изменяться и контролируемая толщина материала изделия. Глубину проникновения вихревых токов в зависимости от частоты тока катушки можно определить по номограмме (рис. 55).

Особое внимание при контроле вихретоковым методом следует обратить на зазор между преобразователем и образцом, наличие которого сказывается на результатах. Этот же фактор значительно ограничивает возможности метода для дефектации НК деталей сложной конфигурации. Для уменьшения влияния величины зазора на показания прибора предусматриваются такие меры, как стабилизация зазора калиброванными прокладками, использование авто­матических корректирующих устройств и др. Однако часто и эти приемы не обеспечивают необходимой стабильности и достоверности результатов контроля. Это объективно обусловлено интегральностью выходного сигнала вихретокового преобразователя, несущего информацию и о электромагнитах, и о геометрических, механических и других свойствах изделия, особенно при контроле ферромагнитных сплавов. Поэтому в настоящее время разрабатываются специальные методы так называемого многопараметрового вихретокового контроля, позволяющие раздельно оценить как интересующие, так и мешающие факторы влияния на свойства изделия. К ним относятся метод измерения на нескольких частотах, метод гармонического анализа сигнала датчика и др.

Помимо дефектоскопов широкого назначения, используются также специальные, например ТВД, ЭИТ-С1МА и некоторые другие. С их помощью контролируются фланцы корпусов сопловых аппаратов газотурбинных двигателей, лопасти воздушных винтов, барабаны и съемные реборды колес самолетов, диски турбины и другие детали.

Рис. 55. Номограмма для определения глубины проникновения вихревых токов б

(по данным А. Л. Дорофеева):

1 – титановый сплав ВТЗ; 2 – нержавеющая сталь 1Х18Н9Т; 3 – АК6; 4 – медь;

5–высоколегированная сталь

Вопрос 2. Лучевой вид НК

Лучевые (радиационные) методы НК основаны на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия с контролируемым объектом. По характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом радиационные методы НК классифицируют на методы прошедшего излучения, рассеянного излучения, активационного анализа, характеристического излучения и автоэмиссионный, по способу получения первичной информации – сцинтилляционный, ионизационный (радиометриче­ский), вторичных электронов, радиографический и радиоскопический методы.

С помощью радиационных методов выявляют поверхностные и глубинные трещины, ориентированные вдоль направления луча, раковины, рыхлоты, ликвационные зоны, неметаллические и шлаковые включения.

Чувствительность радиационных видов неразрушающего контроля характеризуется чувствительностью в направлении просвечивания (контрастная чувствительность) и в направлении, перпендикулярном к просвечиванию (разрешающая способность, детальная чувствительность). В среднем радиационными методами выявляются дефекты протяженностью в направлении просвечивания от 2 (стали) до 10% (легкие сплавы) от толщины изделия при ширине 0,025 мм.

В зависимости от ионизирующего излучения, используемого при контроле, наибольшее применение в технике нашли рентгеновский и гамма-метод.

В рентгеновском методе для индикации внутренних дефектов в материалах и изделиях, их местонахождения, формы и размеров используют рентгеновское тормозное, или характеристическое, излучение, которым просвечивается объект контроля.

В зависимости от способа регистрации средства контроля (рентгеновского излучения) различают рентгенографию, ксерорадиографию, рентгеноскопию и радиометрию.

В рентгенографии в качестве детектора рентгеновского излучения применяют рентгеновскую пленку (РТ-5, РТ-4М, РНТМ и др.).

В ксерорадиографии для этой цели используют фотопроводниковую заряженную пластинку или пленку, чувствительную к ионизирующему излучению. Несмотря на высокую стоимость ксерора-диографических пленок, метод обладает преимуществами по сравнению с рентгенографическим – более высокой чувствительностью и производительностью контроля.

В рентгеноскопии в качестве детектора используют флуороскопический экран. Метод обладает невысокой чувствительностью. Кроме того, результаты контроля в значительной степени субъективны.

При ионизационном (радиометрическом) методе контроля объект просвечивают узким пучком излучений, который последовательно перемещается по контролируемым участкам (рис. 56). Излучение, прошедшее через контролируемый участок, преобразуется детектором, на выходе которого возникает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности излучения. Электрический сигнал через усилитель поступает на регистрирующее устройство.

Радиометрический метод обладает высокой производительностью и может быть легко автоматизирован. Однако с помощью этого метода затруднительно судить о характере и форме дефектов, а также невозможно определить глубину их залегания.

Рис. 56. Схема радиометрического метода контроля:

1 – источник излучения; 2, 4 – коллиматоры; 3 – контролируемый объект;

5 – сцинтилляционный чувствительный элемент; 6 – фотоумножитель;

7 – усилитель; 8 – регистрирующее устройство

В гамма-дефектоскопии в качестве средства испытания используется излучение радиоактивных изотопов. Источник излучения выбирается в зависимости от материала объекта контроля и его толщины (табл. 2).

Основные разновидности метода (гаммаграфия, радиометрический и флуороскопический) аналогичны методам рентгенодефектоскопии.

При нейтронном методе в качестве средства испытаний используется нейтронное излучение. Обладая большой проникающей способностью, нейтронное излучение позволяет просвечивать большие толщины исследуемых материалов. Методы нейтронной дефектоскопии находятся пока в стадии разработки.

В отдельную разновидность выделились методы радиационной толщинометрии. Для этой цели используют рентгеновское, - и -излучения.

Таблица 2

Материал объекта	Толщина объекта, мм	Источник излучения
Сталь     Алюминий и его сплавы Магний » » » Титан » » »	1 — 15 15—40 40—80 5—50 50—150 10—200 2—30 30—100	Тулий-170 Иридий-192 Цезий-137 Тулий-170 Иридий-192 Тулий-170 Тулий-170 Иридий-192

Радиационный неразрушающий контроль проводится по типовым схемам. Схемы просвечивания отдельных узлов ВС разрабатываются с учетом наилучшей выявляемости дефектов. Некоторые типовые схемы просвечивания соединений и изделий приведены на рис. 57.

Рис. 57. Типовые схемы просвечивания при радиационном контроле:

а – кольцевые швы в цилиндрических или сферических изделиях; б – угловые соединения; в – с использованием компенсатора и свинцовой маски; о – источник излучения;

к – кассета с пленкой (при радиографировании);

1 – просвечиваемое изделие: 2 – компенсатор; 3 – свинцовая маска

Выбор оборудования для радиационного контроля определяется: плотностью и толщиной материала контролируемого изделия, скоростью проведения контроля, конфигурацией контролируемой детали или изделия, технологическими особенностями контроля.

Промышленностью выпускается обширная номенклатура средств радиационного контроля, имеющих самые различные характеристики. К наиболее универсальным относятся рентгеновские аппараты РАП 150/300 (стационарный), РИ-10Ф, РУП-100-10 (передвижной), РИ-10ФП (полевой рентгеновский флюорограф) и др. В автоматическом рентгеновском флюорографе РИ-10ФП в качест­ве рентгеновского преобразователя используется монокристаллический экран. Изображение контролируемого участка автоматиче­ски регистрируется фотокамерой.

При использовании интроскопа типа РИ-61РТ контролируемый объект устанавливается в специальную защитную камеру, обеспечивающую полную радиационную безопасность оператора и других наблюдателей. В качестве источника рентгеновского излучения использован аппарат РУП-120-5. В рентгенотелевизионной системе применена высокочувствительная трубка ЛИ-217.

Безопасность труда при радиационной дефектоскопии должна отвечать сложному комплексу требований. Она включает в себя защиту от тока высокого напряжения, газов, огня, ионизирующих излучений, в том числе от рассеянного излучения.

Защита от ионизирующих излучений обеспечивается экранированием с помощью защитных материалов (свинец, свинцовое стекло, свинцовая резина, вольфрам, железо, барит), соблюдением безопасного расстояния, предельно коротким временем пребывания в зоне излучений. Безопасности труда при радиационном контроле уделяется особое внимание. Меры защиты и предупреждения поражения ионизирующими излучениями детально разработаны и должны неукоснительно соблюдаться.

ЛИТЕРАТУРА

1. К.Я. Орлов, В.А.Пархимович. Ремонт самолетов и вертолетов. – М.: Транспорт, 1986.

2. Н.Л.Голего. Ремонт летательных аппаратов – М.: Транспорт, 1984.

****************************************************************