Способ неразрушающего контроля качества изделий из электропроводящих материалов Советский патент 1983 года по МПК G01N27/90 G01B7/06 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий с использованием вихретоковых преобразователей и .предназначено для бесконтактного контроля физико-механических свойств изделий из электропроводящих материалов или композиционных материалов, содержащих проводящие слои длявыявления деЛек-тов типа расслоений и отслоений онких покрытий, контроля толщины.

Известен импульсный бесконтактный способ контроля качества изделий, при котором контролируемый участок поверхности облучают импульсом электромагнитной энергии и по амплитудно-частотным характеристикам огибакяцей вторичного электрот магнитного излучения, пропорционального температурному отклику изделия, судят о его качестве СП..

Недостатки данного способа заключаются в нестабильности результатов контроля и сложности реализации. Нестабильность обусловлена применением приемника электромагнитного излучения в инфракрасной области длин волн, в которой велико влияние загрязненности поверхности. Сложность реализации связана с предусмотренными в даннсял. способе операцями Фурье - преобразований импульйного температурного отклика.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ неразрушающегося контроля .качества изделий из электропроводя щих материалов, заключающийся в том, что на контролируемый участок воздействуют кратковременньдал по сравнению .с длительностью теплового 1переходного процесса в .контролируемом слое импульсом электромагнитног поля индуктора с малой глубиной проникновения по сравнению с толщиной контролируемого слоя,, с помощью вихретокового преобразователя регистрируют амплитудно-временные характеристки темпеоатурного отклика контролируемого участка и непосредственно по амплитудно-временным характеристикам определяют качество изделий С2 . i

Однако этот способ не обеспечивает требуемой точности из-за необходимости сочетания кратковременности возбуждающего импульса электромагнитного поля с его высокочастотностью. Эти условия являются энергетически невыгодными, что приводит к низкому соотношению сигналХ(ВУм. Увеличение амплитуды возбуждающего импульса приводит к появлению мертвой зоны и невозможности контроля малых толщин.

Цель изобретения - поклиение точности и достоверности контроля

качества изделий и расширение диапазона контролируемых толщин.

Поставленная цель достигается тем, что в способе неразрутиающего контроля качества изделий из электропроводящих материалов, заключающемся в том, что воздействуют на контролируемый участок импульсом электромагнитного поля индуктора и регистрируют амплитудно-временные характеристики температурного отклика контролируемого участка по которым определяют качество изделий, операцию воздействия ведут импульсом переменного поля неизменной амплитуды

5 в течение времени, не меньшего длительности теплового переходного процесса в контролируемом слое, а регистрацию амплитудно-временных характеристик температурного отклиQ ка производят во время и после воздействия полем индуктора.

Электромагнитное поле изменяют с периодом, соответствующим одновременно области максиктума вносимого изделием в индуктор активного сопротивления и в нимyмy влияния метяающих факторов на эезультаты контроля.

Дополнительную коррекцию влияния электромагнитных и геометрических параметров изделия и его положения йа результаты регистрации амплитудно-временных характеристик температурного отклика производят по параметрам электромагнитного поля

5 индуктора.

Ток к индукторе изменяют по пилообразного закону.. На фиг. 1 изображен первичный преобразователь, расположенный над

0 контролируемым изделием - листом, простейший вариант на фиг. 2 первичный преобразователь с изделием в виде трубы, общий вариантf на фиг. 3 - кривые зависимости от

5 времени тока i в индукторе, напряженности его магнитного поля Н, мощности Р и температурного отклика на фиг. 4 - годограф полного сопротивления индуктора с учетом

Q реакции тонкостенного изделия на фиг. 5 - схема питания индуктора, обеспечивающей неизменйость вводимой в изделие средней мощности, вариант.

5 Способ неразрушающего контроля изделий из электропроводящих материалов включает операцию воздействия электромагнитным полем индуктора 1. на изделие 2 (лист , причем в .

0 простейшем случае индуктор может служить одновременно датчиком для регистрации температурного отклика, а также для получения сигналов коррекции, сигналов откликов о

5 электромагнитных параметрах материа-. Ла изделия. В более общем случае индуктор 3 одновременно .выполняет роль лш;1ь возбуждающей катушки иэмерительного вихретокового преобразователя. Температурный и электромагнитный отклики получают с катушки 4, которую целесообразно разместить в зоне равномерного поля индуктора, с целью уменьшения влиякий различного :рода помех, например перемещений изделия 5 (трубы, пере косрв и т.п. Вместо катушки 4 или наряду с ней в зоне контроля могут быть размещены другие первичные преобразователи для регистрации температурного и электромагнитного откликов. Например, с целью одновременного контроля толшины стенки контролируемого изделия (трубы ) по четьфем образующим, следует вместо катушки 4 разместить четыре вихрето ковых преобразователя накладного типа, либо четыре приповерхностных датчика температу1ял другого физичес кого принципа действия (пироэлектри ческие, полупроводниковые ). Способ осуиествляется следуквдим образом. Через катушку индуктора 1 (3 )пропускшот ток i с периодом Т, графическиизображенной синусоидой б. По такому же закону изменяются напря женность магнитного поля Н у поверхности контролируемого изделия 2 (5 ) и плотность вихревых токов в нем. Кривая 7 отображает изменения вводимой в изделие мощности Р, период изменения которой равен. Т/2. Время нагрева в тысячи раз превышает перио Т, и потому можно считать нагрев непрерывным процессом. В результате появляется температурный отклик 8|9 ), функциональная-- зависимость которого от времени t определяется параметрами изделия 2(51 Приведен. ный пример соответствует контролю толщины, листа 2 (изделие )или стенки тонкостенной трубы 5 (изделие ). Вли яние переходного теплового процесса на форму кривых температурного откли ка 8 и 9 не показано, так как оно имеет место лишь на начальном участке кривых и не имеет существенного значения. Скорость роста температуры контролируемого участка изделия 2(5 .прямо пропорциональна вводимой в изделие .мощности и обратно пропорциональна искомой толщине d, т.е. на графике кривые 8 и 9 температурного отклика соответствуют примерно в два раза отличающимся толщинам. В качестве информативного призна ка могут быть использованы: амплиту да температурного отклика в конце нагрева, время достижения упомянутЕлм откликом заданного уровня, величина производной- и т.п. Для повышения точности контроля и обеспечения возможности контроля больших толщин следует выбирать период колебаний тока в индукторе в приведенном примере по годографу 10 из услов ия «,6, где UJ -P,yw-o d - контролируемая толщина D - средний диаметр индуктора 1, либо средний диаметр контролируемого изделия 5 (трубы h О - удельная электрическая проводимость материала контролируемого изделия. . При рсйб вносимое изделием в индуктор активное сопротивление R (оно обусловлено переходом электрической энергии индуктора в тепловую энергию контролируемого участка ) принимает наибольшее из возможных в даннс тзлучае значение. Поэтому выполняются одноврёгленно два условия максимугл вводимой в изделие 2(3) мощности и слабое влияние электромагнитных параметров материгша издели (в даннсм. случае () на ведшчину указанной 1«ицности и, следовательно, на температурный отклик 8(9). В rex случаях, когда в cneKTjpe огибакяцей вводимой мсвдности приемлемо появление кс шонент с периоде примерно на порядок большим периода колебаний тока в индукторе, рационально воздействовать на контролируемое .изделию 2 (5 ) полем электромагнитного индуктора 11, периодически подклпочаемого к предварительно заряженному к одному и тому же напряжению конденсатора 12« Бели начальная добротность индуктора велика, ас изделием мала, то вводимая в изделие энергия, а следовательно, и температурный отклик, не зависят от электромагнитных параметров материала изделия и зазора между ним и индуктором. Закон изменения во времени напряженности магнитного поля индуктора в ЭТСЯ4 случае юлеет вид кривой 13, Воздействие полем эяектрсмагнитного индуктора, по меньшей мере до момента начала измерений температурного отклика, резко увеличивает общее количество введенной в изделие энергии, что улучшает соотношение сигнал/шум, а следовательно, повышает точность контроля и расширяет диапазон контролируем толщин. При этом способ обеспечивает отсутствие влияния на результаты контроля загрязнений поверхности изделия, общую инфоЕ 4ативность и простоfy обработки информации. Наличие электромагнитного поля индуктора в процессе контроля позволяет использовать его амплитуду и/или фаз для дополнительной коррекции основно го сигнала.Так в примере,приведенном на фиг.4,мешающее влияние изменений зазора h может быть существенно уме шено автоматической регулировкой ко фициента передачи тракта основного сигнала в соответствии .с величиной вносимого в индуктор активного сопр тивления или величиной проекции нап ряжения на отдельной катушке на ось совпадающую с фазовым вектором тока индуктора. Возможности способа дополнительно расширяются, если о качестве изделий судят одновременно по совокупности парс1метров температурного и электро магнитного откликов контролируемого изделия. Такая возможность обусловлена совместимостью электромагнитного и теплового видов контроля качества изделия из электропроводящих материалов, благодаря использованию электромагнитного индуктора. При этом совокупная информация обла дйет болвшей достоверностью и полно той. Так, применительно к фиг. 1, вихретоковый метод дает лишь информацию о проекции плоскости дефекта на вертикальную плоскость, а горизонтальные расслоения не обнаруживает .- Тепловой метод дает йнформалию о проекции дефекта на горизонтальную плоскость и не реагирует на вертикальные трещины. В таком варианте исключаются пропуски дефектов, так как дается информация о полном размере дефекта. В общем случае периоды токов в индукторе для нагрева и для вихретового контроля могут не совпадать и выбираться каждый по своим критериям оптимальности. Кроме этого электромагнитную и .тепловую информацию можно извлекать путем однотипных воздействий. В таком случае способы обработки и представления информации могут быть одинакозэыми, совместимыми, что упрсмцает устройства для реализации способа и его математическое обеспечение. Учитывая, что функция теплового воздействия в нашем случае имеет вид ступени, а электромагнитный сигнал пропорционален производной магнитного потока (последний пропорционален току, его создавшему ), ток в индукторе целесообразно создавать в пилообразной периодической форме. В этом случае электромагнитную информацию можно извлекать в течение каждого периода колебаний тока, и, при необходимости, накапливать в течение всего времени существования тока в индукторе. Целесообразно проведение многократных разновременных измерений, соответствующих одному и тому же тепловому воздействию. Во-первых, они могут нести линейно-независимую информацию 6 качестве изделия. Вовторых, таким путем можно накапливать сигналы-замеры и, соответственно, улучшать соотношение сигнал/шум. И наконец, производя замеры синхронно с изменениями во времени помехи,например, синхро41но с сетевой наводкой, можно практически полностью подавить ее влияние на результаты контроля., Использованиеспособа неразруш ющего контроля качества изделий из электропроводящих материалов или материалов, содержащих проводящие слои, позволит поднять точность и достоверность контроля в ряде случаев до уровня в несколько раз выше точности обычных вариантов метода вихревых токов. Особенно значительным ожидается выигрыи при контроле толщины листов, труб и т.п. из ферромагнитных материалов и с особо тонкими стенками (в последнем случае влияния изменений удельной проводимости и толщины в методе вихревых токов п.оинципиально неразделимы ).

at

fff

ji--u}jr,ff: fi-S

tOTc . /

1. СЙЭСОБ НЕРАЯРУМйШЕГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗЛВЛИЯ ИЗ ЭЛЕКТР ПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ заключающий ся в том, воздействуют на конт ролируемый участок импульсом элект ромагнитного поля индуктора н регис рируют амплитуднб-врёмённью характеристики температурного отклика контролируемого участка по которы определяют качество изделий/ о т ли ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения, точности и достове ности контроля и расширения диапазона контролйруекых толщин, опера ////) дню воздействия веду импульсом переменного поля неязменной ампли ТУЛЫ в течение времени, не меньшего длительности теплового переходного прсщесса в контролиру 1юм слое а регистрацию амплитудно-временных . характеристик температурного отклика водят во время и после воздейств 1ия полем индуктора 2. Способ по п. I О т л и ч .а ющ и и с я тем, что электромагнитное поле изменяют с периодом, соответствующим одновременно области максимума вносимого изделием в индуктор активного Сюпротивления и минимуму влияния мешающих факторов на результаты контроля. 3.Способ по пп k1;и 1, О Т Л ич а ю щ и и с я тем, что дополнительную коррекцию влияния электромагнитных и геометрических параметров изделия и его положения на результаты регистргщии амплитудно-временных характеристик температурного отклика ЩЮИЗВОД51Т по параметрам электромагнитиого паля индуктора. 4.Способ по пп.1-3, о т л и ч аю щ и и с я тем, что ток в индукторе изменяют по пилообразному закону. 7/7//