СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕЩИН В НЕМАГНИТНЫХ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ОБЪЕКТАХ Российский патент 2016 года по МПК G01N27/90 

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 U_r, 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 U_r/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 U_r, 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 U_r/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 U_вн,осн вносимого дефектом напряжения и получают величину основного сигнала. Типичные зависимости относительного вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения U_вн,осн*=U_вн,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 U_вн вносимого дефектом напряжения и получают основной сигнал. Типичные зависимости относительного вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения U_вн,доп*=U_вн,доп/U₀ от трещин различной ширины 2b и глубины h без заполнении полости дефектов магнитной жидкостью приведены на фиг. 3. Здесь U_вн,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 U_r. 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 U_r/U₀. Соответствующие зависимости U_r/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.

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.

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 U_r, 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 U_r/U₀.