Тема 12. Вихретоковые методы

Тема 11. Магнитные методы

Магнитный контроль основан на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом из ферромагнитных материалов (стали и сплавы на основе Fe, Ni, Co). В основе магнитной дефектоскопии лежит принцип образования местного магнитного поля рассеяния над дефектом вследствие различия магнитных характеристик дефекта и основного материала.

Над дефектом магнитные линии искривляются и выходят над поверхностью объекта. Чем ближе дефект к поверхностям и больше его глубина, тем больше . Магнитный контроль используется, как правило, при определении поверхностных и подповерхностных дефектов плоскостного типа (трещины, непровары, несплавления) в сварных швах толщиной до 5 – 10 мм. Для лучшей выявляемости дефектов направление намагничивание должно быть перпендикулярным плоскости дефекта. При этом выявляют поверхностные дефекты глубиной от 0,2 мм.

Контролируемый объект намагничивают с помощью различных переносных намагничивающих устройств. Известно три способа намагничивания.

1) Полюсное намагничивание. Его выполняют с помощью электромагнитов и соленоидов;

2) Циркулярное намагничивание. Его выполняют путем пропускания тока через контролируемый объект с помощью контактов (электродов) или с помощью электрического кабеля, установленного внутри контролируемого объекта, например, трубы.

3) Комбинированное намагничивание. Его выполняют путем одновременной установки на контролируемый объект намагничивающих устройств полюсного и циркулярного типа.

Объекты из магнитомягких материалов (углеродистые стали) контролируют в приложенном поле, а из магнитотвердых материалов (Fe-Co сплавы) в режиме остаточной намагниченности (после удаления намагничивающего устройства). При намагничивании используют постоянный, переменный или импульсный ток.

В зависимости от способа регистрации магнитного поля рассеяния магнитный контроль разделяют на магнитопорошковый, магнитографический, магнитоиндукционный, магнитоферрозондовый и метод Холла.

Магнитопорошковый метод основан на регистрации магнитного поля рассеяния, путем нанесения на поверхность контролируемого объекта магнитного порошка (окиси-закиси железа), играющего роль индикатора. Частицы магнитного порошка ориентируются по направлению магнитных силовых линий и скапливаются в виде валиков над дефектом, обрисовывая его контуры и создавая индикаторный рисунок, который можно легко наблюдать и фотографировать. Размеры валика будут определять глубину дефекта и расстояние его от поверхности. Порошок наносится в сухом виде или в виде взвеси порошка с воздухом или жидкостью (маслом). Используются черные, серебристо-блестящие и флуоресцирующие магнитные частицы.

Метод является самым простым, дешевым и производительным. Он используется для контроля различных по форме и размерам объектов в полевых и монтажных условиях. Для определения выявляющей способности магнитнопорошкового метода используют калиброванные контрольные образцы с искусственными трещинами с определенной шириной раскрытия или дефектограммы с фотографиями контрольных образцов с недопустимыми дефектами.

Магнитографический метод основан на регистрации магнитного поля рассеяния на магнитную ленту, которую устанавливают на поверхность контролируемого объекта перед намагничиванием. В результате контроля получают магнитограмму. С целью визуализации дефектов магнитную ленту пропускают с помощью лентопротяжного устройства через вращающиеся магнитные головки магнитографического дефектоскопа. При этом часть магнитного поля рассеяния замыкается по ферромагнитному сердечнику головки. Сигнал с головок поступает на экран электронно-лучевой трубки и фиксируется в виде импульса, размеры которого будут определять глубину дефекта и глубину расположения его от поверхности. Используя цифровой сигнал можно получить изображение дефекта на мониторе (визуализация дефектов).

Метод используют при контроле сварных трубопроводов, по поверхности которых перемещают намагничивающее устройство.

Магнитоиндукционный метод основан на регистрации магнитных полей рассеяния с помощью катушки индуктивности (индуктивный преобразователь), перемещаемой над поверхностью контролируемого объекта. При наличии местного магнитного поля рассеяния, возникает ЭДС - сигнал индукционного тока, который регистрируется измерительным прибором при движении преобразователя относительно контролируемого объекта. При использовании катушки с сердечником уменьшаются габаритные размеры и повышается чувствительность преобразователя.

Метод используется в автоматизированных контрольных комплексах, например, при контроле железнодорожных рельс.

Магнитоферрозондовый метод основан на регистрации местного магнитного поля рассеяния с помощью феррозондового преобразователя. Простейший феррозонд состоит из стержневого сердечника и двух обмоток: первичной (возбуждающей) и вторичной (измерительной). Феррозонд перемещается над поверхностью контролируемого объекта. В преобразователе происходят процессы взаимодействия вспомогательного поля, образуемого за счет пропускания тока в обмотке возбуждения и местного магнитного поля рассеяния от дефекта, что регистрируется измерительной обмоткой. По сравнению с индукционным методом чувствительность манитоферрозондового метода более высокая, так как феррозонд имеет малые размеры.

На практике используется дифференциальный феррозонд, состоящий из двух сердечников с катушками. В зависимости от способа соединения катушек феррозонд позволяет измерять напряженность местного магнитного поля или градиент напряженности магнитного поля. В ферозонде-полемере обмотки возбуждения соединены встречно, а измерительные обмотки – последовательно. В феррозоде-градиентомере, наоборот, первичные обмотки соединены последовательно, а вторичные обмотки – встречно. В последнем варианте повышается чувствительность контроля.

Феррозондовый метод контроля используется в условиях поточных автоматизированных производств.

Метод Холла основан на регистрации местного магнитного поля рассеяния с помощью преобразователей Холла, перемещаемых над поверхностью контролируемого объекта. Преобразователи Холла используют при измерении в широких интервалах значений .

При введении преобразователя Холла в зону местного магнитного поля рассеяния в нем возникает ЭДС, которая регистрируется измерительным прибором. Такими преобразователями (сканерами) оснащены автоматизированные контрольные комплексы для контроля сварных трубопроводов.

После выполнения операции контроля проконтролированные изделия размагничивают. Основными способами размагничивания контролируемого объекта являются нагрев объекта до температуры выше точки Кюри (совмещается с термообработкой объекта) и внесение контролируемого объекта в размагничивающую катушку демагнитизатора. Размагничивание в демагнитизаторах происходит или при плавном уменьшении тока в соленоиде или удалении контролируемого объекта из соленоида на расстояние, на котором напряженность поля демагнитизатора можно принять нулю.

Помимо дефектоскопии магнитные методы используют при контроле толщины (толщинометрия) изделия или толщины неметаллических немагнитных покрытий (краска, эмаль, покрытия Cr, Cu), структуры (структуроскопия), механических свойств (твердость) или коррозии.

Тема 12. Вихретоковые методы

Вихретоковый контроль основан на регистрации и анализе вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте с помощью возбуждающей индукционной катушки. Метод используется для бесконтактного контроля поверхностных и подповерхностных дефектов плоскостного типа (трещины, непровары) в изделиях несложной формы и постоянного сечения. Величина вихревых токов тем больше, чем выше частота переменного электромагнитного поля (100гц – 10 Мгц).

Вихретоковые токи, наводимые в объекте, создают вторичное электромагнитное поле, направленное против первичного поля, созданного катушкой. При наличии дефектов увеличивается электросопротивление поверхностного слоя объекта, уменьшается плотность вихревых токов и ослабляется вторичное электромагнитное поле. Взаимодействие первичного и вторичного электромагнитных полей приводит к изменению полного сопротивления индукционной катушки или наводится ЭДС в измерительной катушке, что фиксируется измерительным прибором. Величина электрического сигнала зависит от размера дефекта. При вихретоковом контроле выявляют трещины глубиной 0,1-0,2 мм и длиной 1-2мм.

При вихретоковом контроле используют различные по конструкции вихретоковые преобразователи: накладные, проходные и комбинированные.

Накладные вихретоковые преобразователи представляют одну или несколько катушек карандашного типа, установленных торцами на поверхность контролируемого объекта. Они позволяют определить размеры и место расположения дефекта при сканировании контролируемого объекта.

Проходные вихретоковые преобразователи представляют собой конструкцию, в которой в одном корпусе сгруппированы определенное число вихретоковых преобразователей карандашного типа для полного или частичного охвата определенной части контролируемого объекта. Такие преобразователи называют матричными. Матричные преобразователи разделяют на наружные (устанавливают снаружи объекта) и внутренние (устанавливают внутри объекта).

В отличие от накладных преобразователей преобразователи проходного типа дают интегральную оценку дефектности контролируемого объекта по всему контролируемому участку без его сканирования и не позволяют определить место расположения дефекта.

Комбинированные вихретоковые преобразователи включают конструкции преобразователей накладного и проходного типов.

Вихретоковые методы используют при контроле толщины объекта любой формы и размеров (толщинометрия), структуры (структуроскопия), механических свойств (твердости), а также при сортировке материала по маркам. Контроль можно осуществлять при движении контролируемого объекта со скоростью до 5 м/с. Результаты контроля могут быть распечатаны и переданы в компьютер по интерфейсу.