Вихретоковые методы контроля
С помощью вихретокового метода контроля (ВТМ) решают следующие задачи контроля:
- дефектоскопия (обнаруживают дефекты типа несплошностей, выходящих на поверхность или залегающих на небольшой глубине (в электропроводящих листах, прутках, трубах, проволоке, рельсах и т.д.). При благоприятных условиях контроля и малом влиянии мешающих факторов удается выявить трещины глубиной 0,1 – 0,2 мм, протяженностью 1 – 2 мм.
- контроль геометрических параметров (измерение диаметра проволоки, прутков и труб, толщины металлических листов и стенок труб, толщины покрытий);
- структуроскопия материалов и изделий (контроль химического состава, твердости, электропроводности, внутренних напряжений в металле, качества термической и химико-термической обработки, состояния поверхностных слоев после механической обработки (шлифование), сортировки металлических материалов и графитов по маркам).
Вихретоковые методы основаны на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля (рис. 18).
Возбуждение вихревых токов в изделии осуществляется с помощью обмотки, по которой пропускается электрический ток. Эта обмотка называется возбуждающей. Затем осуществляется преобразование электромагнитного поля вихревых токов в электрические сигналы с помощью другой катушки, называемой измерительной. Возбуждающая и измеряющая катушки представляют собой вихретоковый преобразователь.
Рисунок 18. Схема вихретокового метода контроля и график распределения плотности вихревых токов (J – плотность вихревых токов, r – радиус контроля, i – ток возбуждения, u – напряжение измерительной обмотки)
Сигнал, формируемый измерительной обмоткой, является многопараметровым, что определяет достоинства и недостатки метода. С одной стороны - это возможность контроля многих параметров, а с другой при контроле одного из параметров влияние остальных на сигнал преобразователя становится мешающим, поэтому необходима отстройка от влияния мешающих факторов.
Особенности ВТМ: бесконтактность; на сигналы преобразователя не влияют влажность, загрязненность среды; простота конструкции; могут работать в агрессивных средах.
Недостатком метода является то, что контролю могут подвергаться только электропроводные объекты: металлы, сплавы, графит и др., и контролируется только тонкий поверхностный слой.
Вихретоковые преобразователи делят на проходные, накладные (рис. 18), экранные и комбинированные.
Однородное магнитное поле можно получить, если возбуждающие катушки расположить симметрично относительно измерительной на расчетном расстоянии. На рис. 19 представлены проходные вихретоковые преобразователи.
Рисунок 19. Проходные вихретоковые преобразователи:
а, б - наружные, в - внутренний
Обозначение на рис. 19 и 20: 1 – объект контроля; 2 – возбуждающая обмотка; 3 – измерительная обмотка. Для создания однородного магнитного поля длина возбуждающей обмотки 2 должна быть в 3-4 раза длиннее измерительной обмотки 3.
В экранных преобразователях возбуждающая и измерительная катушки располагаются по разные стороны от объекта. Такую схему применяют, например, для контроля листовых материалов.
Комбинированные вихретоковые преобразователи (рис. 20) представляют собой комбинацию накладных и проходных преобразователей.
а б
Рисунок 20. Комбинированные вихретоковые преобразователи:
а – с проходной возбуждающей, б – с накладной
измерительной обмотками