СПОСОБ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ Российский патент 2018 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при вихретоковом контроле электропроводящих объектов для дефектометрической оценки выявляемых в них дефектов, образующих сетку трещин.

Из уровня техники [патент RU 2487344 С2, опубл. 10.07.2013] известен способ вихретокового контроля, заключающийся в том, что устанавливают накладной вихретоковый преобразователь на бездефектном участке, идентичном контролируемому, компенсируют вихретоковый сигнал накладного вихретокового преобразователя, подключенного к электронному блоку, устанавливают вихретоковый преобразователь над трещиной, регистрируют изменение вихретокового сигнала и используют его для определения глубины трещины на контролируемом участке с помощью предварительно полученных на контрольных образцах с известной глубиной трещин зависимостей.

Известный способ не обеспечивает достоверной дефектометрической оценки глубины выявленной трещины при наличии близко расположенной соседней трещины, ориентированной вдоль основной. Близко расположенные и ориентированные в одном направлении трещины характерны, например, для дефектных участков магистральных газопроводов под влиянием стресс-коррозии. Они развиваются в направлении, ориентированном вдоль оси трубопровода. По существующим данным более 30% разрушений магистральных трубопроводов происходит из-за развития трещин стресс-коррозионного происхождения. Измерение их глубины необходимо для определения целесообразности и технологии ремонта.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ вихретокового контроля, заключающийся в том, что контролируемый объект вводят во взаимодействие с вихретоковым преобразователем (ВТП), выделяют амплитудно-фазовым детектором квадратурные составляющие сигнала ВТП и по соотношению их величин судят о наличии полезного и мешающего сигнала. При этом предварительно снимают годографы от вариации зазора на бездефектном участке изделия и участке, содержащем калибровочный дефект. После этого изменяют фазу тока возбуждения так, чтобы сигнал от дефекта совпал по направлению с одной из осей координат комплексной плоскости. После этого устанавливают преобразователь на контролируемый объект и устанавливают наличие и относительную величину дефекта на контролируемом участке, по относительной величине приращения сигнала в направлении выбранной оси, от годографа, соответствующего бездефектному участку относительно сигнала калибровочного дефекта. Относительная величина зазора может быть установлена по приращению сигнала в ортогональном направлении, выбранной оси комплексной плоскости, от уровня, соответствующего минимальному зазору, относительно сигнала максимального зазора. При этом изменением фазы тока возбуждения совпадение направления влияния дефекта может быть установлено с осью абсцисс или с осью ординат [Методика вихретокового контроля лопаток паровых турбин тепловых электрических станций дефектоскопом "Зонд ВД-96" РД 34.17.449-97, Найдено из Интернет: http://www.norm-load.ru/SNiP/Datal/39/39581/index.htm].

Однако и этот способ не позволяет получить достоверную оценку глубины трещины при наличии близко расположенной соседней трещины, ориентированной вдоль измеряемой.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении достоверности дефектометрической оценки глубины трещины за счет подавления влияния соседней трещины, ориентированной вдоль измеряемой.

Указанный технический результат достигается способом вихретокового контроля, заключающимся в том, что устанавливают накладной вихретоковый преобразователь, подключенный к выполненному с возможностью амплитудно-фазовой обработки сигнала электронному блоку, компенсируют вихретоковый сигнал накладного вихретокового преобразователя на бездефектном участке контролируемого объекта, регулируют фазу опорного напряжения для амплитудно-фазового преобразования вихретокового сигнала, устанавливают вихретоковый преобразователь в зоне измерения симметрично над измеряемой трещиной, регистрируют изменение вихретокового сигнала относительно скомпенсированного вихретокового сигнала после амплитудно-фазового преобразования и используют зарегистрированное изменение для определения глубины измеряемой трещины на контролируемом участке по градуировочным характеристикам, полученным с помощью контрольных образцов с искусственными трещинами разной глубины, при этом предварительно выбирают вихретоковый преобразователь с эквивалентным радиусом R_э, не превышающим расстояние В₁₂ от измеряемой трещины до ориентированной вдоль нее соседней трещины, перед регулировкой фазы опорного напряжения устанавливают его напротив зоны измерения с внешней не обращенной к измеряемой трещине стороны соседней трещины на расстоянии R_H=В₁₂-Я_э, где В₁₂ - расстояние между измеряемой и соседней трещинами в зоне измерения, а фазу опорного напряжения регулируют из условия подавления вихретокового сигнала, вносимого соседней трещиной.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для реализации заявляемого способа, на фиг. 2 показаны зоны установки вихретокового преобразователя относительно трещин в процессе измерений. На фиг. 3 показаны годографы вихретокового сигнала U^*_вн, вносимого под влиянием изменения измеряемой глубины трещины с глубиной h₁ и соседней трещины с глубиной h₂ для различных расстояний В₁₂ между трещинами.

Схема устройства с возможностью амплитудно-фазовой обработки сигнала для реализации заявляемого способа может быть выполнена, например, в виде показанных на фиг. 1 последовательно соединенных генератора 7 гармонического тока, накладного вихретокового преобразователя (ВТП) 2, компенсатора 3, амплитудно-фазового детектора 4, блока 5 представления информации и фазовращателя 6, включенного между выходом генератора 7 и опорным входом амплитудно-фазового детектора 4.

В процессе измерения глубины трещины 7 при наличии ориентированной вдоль нее соседней трещины 8 вихретоковый преобразователь 2 устанавливается в зонах 9, 10 и 11. Площади указанных на фиг.2 зон совпадают с площадью эффективного взаимодействия вихретокового преобразователя 2 с контролируемым объектом и имеют вид круговых площадок с радиусом R_э. Трещины 7 и 8 ориентированы в общем направлении, а расстояние между ними равно В₁₂.

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

Выбирают ВТП 2 с эквивалентным радиусом R_э, не превышающим расстояние В₁₂ от измеряемой трещины до ориентированной вдоль нее соседней трещины. ВТП 2, питаемый переменным током от генератора 7, устанавливают на бездефектном участке (зона 9) и компенсируют возникающий вихретоковый сигнал с помощью компенсатора 3. Центр зоны 9 выбирается так, чтобы его расстояние от ближайшей трещины было не менее 3R_э, что необходимо для исключения влияния трещин на величину вихретокового сигнала.

Затем ВТП 2 устанавливается напротив зоны 11 измерения, в зоне 10, находящейся с внешней не обращенной к измеряемой трещине 7 стороны соседней трещины 8, на расстоянии R_H=В₁₂-R_э, где В₁₂ - среднее расстояние между трещинами 7 и 8 с учетом их возможной извилистости.

При размещении скомпенсированного на бездефектном участке 9 ВТП 2 в зоне 70 вихретоковый сигнал определяется только влиянием трещины 8, т.е. При установке преобразователя 2 в зоне 11 его вихретоковый сигнал будет зависеть от параметров обеих трещин - 7 и 8, т.е. Функцию можно представить в виде суммы двух функций каждая из которых зависит только от параметров соответствующей трещины и ее положения относительно ВТП 2. Вихретоковый сигнал близок к сигналу так как создается одной и той же трещиной 8 при одинаковых расстояниях R_н с одной и другой сторон от нее. Однако из-за извилистости реальных трещин и их возможного наклона (отклонения их плоскости от нормали к поверхности) сигналы и и(h₈) будут различаться. Это не позволяет исключить влияния трещины 8 на вихретоковый сигнал путем одной лишь компенсации вихретокового сигнала в зоне 10 перед установкой в зону 11.

Для подавления влияния трещины 8 на результат измерения в зоне 11 после установки ВТП 2 в зоне 10 регулируют с помощью фазовращателя 6 фазу вектора опорного напряжения, поступающего на вход амплитудно-фазового детектора 4, добиваясь минимума величины регистрируемого напряжения U_10,р. Это произойдет при ориентации вектора ортогонально вектору напряжения, вносимого под влиянием трещины 8. Теперь при размещении ВТП 2 в зоне 11 измерения вихретоковый сигнал будет существенно меньше зависеть от соседней трещины 8. Изменения сигнала U_10,р будут происходить только за счет отклонения линий влияния В12 от прямых. Для дополнительного уменьшения остаточного влияния соседней трещины 8, после регулировки фазы опорного напряжения, проводят с помощью компенсатора 3 компенсацию ВТП 2, находящегося в зоне 10. Таким образом, влияние соседней трещины 8 происходит за счет амплитудно-фазового преобразования остаточного вектора, полученного после компенсации. Так как остаточный вектор имеет существенно меньшую величину, то и его проекция после амплитудно-фазового преобразования пропорционально уменьшится.

Затем устанавливают ВТП 2 в зоне 11 измерения и регистрируют изменение преобразованного амплитудно-фазовым детектором 4 вихретокового сигнала с помощью блока 5 представления информации.

Определение глубины трещины 7 по величине полученного изменения вихретокового сигнала проводят с помощью градуировочных характеристик, полученных на контрольных образцах с дефектами известной глубины. При получении градуировочных характеристик устанавливают фазу опорного напряжения равной ее значению, полученному при отстройке от влияния соседней трещины.

Возможность подавления влияния соседней трещины, ориентированной вдоль измеряемой, поясняется представленными на фиг. 3 экспериментально полученными годографами вихретокового сигнала при вариации глубины измеряемой трещины 7 и расстояния В₁₂ между измеряемой трещиной 7 и соседней трещиной 8. Годографы получены для ВТП 2 с эффективным радиусом Я_Э=3 мм, при рабочей частоте ƒ=60 КГц и рабочем зазоре 0,5 мм. Расстояние между трещинами изменялось от 3 мм до 6 мм с шагом 0,5 мм. Измерения проводились также при отсутствии соседней трещины (В_12→∞). Глубина h₁ измеряемой трещины изменялась от 1 мм до 5 мм с шагом 1 мм, а глубина h₂ соседней трещины составляла 5 мм. Образцы с искусственными дефектами были выполнены электроэрозионным методом. Материал образцов - Ст3, толщина - 8 мм.

На фиг. 3 линии влияния глубины hi трещины 7 показаны сплошными линиями, а линии влияния расстояния В₁₂ - пунктирными. Кроме того, мелким пунктиром с точками в виде треугольника показана линия изменения вихретокового сигнала при перемещении трещины 8 глубиной h₂=5 мм от центра ВТП 2 (В₁₂=0) до расстояния В₁₂=6 мм.

Из приведенных годографов видно, что при изменении В₁₂ от величины R_Э и до ∞ линии влияния В₁₂ близки к прямым и параллельны друг другу при разных значениях глубины h₁ измеряемой трещины 7, а линия влияния глубины h₁ близка к прямой. Кроме того, линии влияния В₁₂ и h₁ образуют угол, близкий к 90°. Это позволяет провести эффективную отстройку от влияния вариации величины В₁₂ за счет извилистости трещин 7 и 8.

Указанные соотношения нарушаются при величине расстояния В₁₂<В_Э. В этом случае линия влияния В₁₂ близка по своему направлению к линии влияния трещины h₁ и применение амплитудно-фазового способа становится невозможным. Это и определяет необходимость выбора ВТП 2 с Я_Э<В₁₂.

Сигнал на выходе амплитудно-фазового детектора 4, получаемый от ВТП 2, установленного в зоне 10 измерения после регулировки фазы опорного напряжения и компенсации на участке 11, будет достаточно мал (за счет компенсации) и не будет изменяться при извилистости трещин 7 и 8, приводящей к вариации В₁₂ (за счет амплитудно-фазового преобразования).

Технические преимущества предлагаемого способа вихретокового контроля заключаются в повышении достоверности дефектометрической оценки глубины трещины за счет подавления влияния соседней трещины, ориентированной вдоль измеряемой. Достигнутый результат весьма важен для оценки технического состояния объектов ответственного назначения, в частности магистральных газопроводов, для которых характерны дефектные участки с сеткой трещин, ориентированных вдоль оси. Подобные трещины развиваются по механизму стресс-коррозии и являются одной из основных причин аварийного разрушения газопроводов.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при вихретоковом контроле электропроводящих объектов. Сущность: устанавливают накладной вихретоковый преобразователь, подключенный к выполненному с возможностью амплитудно-фазовой обработки сигнала электронному блоку. Компенсируют вихретоковый сигнал преобразователя на бездефектном участке контролируемого объекта. Регулируют фазу опорного напряжения для амплитудно-фазового преобразования вихретокового сигнала. Устанавливают вихретоковый преобразователь в зоне измерения симметрично над измеряемой трещиной. Регистрируют изменение вихретокового сигнала относительно скомпенсированного вихретокового сигнала после амплитудно-фазового преобразования. Используют зарегистрированное изменение для определения глубины измеряемой трещины на контролируемом участке по градуировочным характеристикам, полученным с помощью контрольных образцов с искусственными трещинами разной глубины. При этом предварительно выбирают вихретоковый преобразователь с эквивалентным радиусом R_э, не превышающим расстояние В₁₂ от измеряемой трещины до ориентированной вдоль нее соседней трещины. Перед регулировкой фазы опорного напряжения устанавливают его напротив зоны измерения с внешней не обращенной к измеряемой трещине стороны соседней трещины на расстоянии R_H=В₁₂-R_э, где В₁₂ - расстояние между измеряемой и соседней трещинами в зоне измерения, а фазу опорного напряжения регулируют из условия подавления вихретокового сигнала, вносимого соседней трещиной. Технический результат: повышение достоверности дефектометрической оценки глубины трещины за счет подавления влияния соседней трещины, ориентированной вдоль измеряемой. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ вихретокового контроля, заключающийся в том, что устанавливают накладной вихретоковый преобразователь, подключенный к выполненному с возможностью амплитудно-фазовой обработки сигнала электронному блоку, компенсируют вихретоковый сигнал накладного вихретокового преобразователя на бездефектном участке контролируемого объекта, регулируют фазу опорного напряжения для амплитудно-фазового преобразования вихретокового сигнала, устанавливают вихретоковый преобразователь в зоне измерения симметрично над измеряемой трещиной, регистрируют изменение вихретокового сигнала относительно скомпенсированного вихретокового сигнала после амплитудно-фазового преобразования и используют зарегистрированное изменение для определения глубины измеряемой трещины на контролируемом участке по градуировочным характеристикам, полученным с помощью контрольных образцов с искусственными трещинами разной глубины, отличающийся тем, что предварительно выбирают вихретоковый преобразователь с эквивалентным радиусом R_э, не превышающим расстояние В₁₂ от измеряемой трещины до ориентированной вдоль нее соседней трещины, перед регулировкой фазы опорного напряжения устанавливают его напротив зоны измерения с внешней не обращенной к измеряемой трещине стороны соседней трещины на расстоянии R_н=В₁₂-R_э, где В₁₂ - расстояние между измеряемой и соседней трещинами в зоне измерения, а фазу опорного напряжения регулируют из условия подавления вихретокового сигнала, вносимого соседней трещиной.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после регулировки фазы опорного напряжения перед установкой вихретокового преобразователя над измеряемой трещиной проводят вторую компенсацию вихретокового сигнала.