Вихретоковый преобразователь Советский патент 1989 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля материалов и изделий на наличие несплошности с одновременной классификацией дефекта - поверхностный или подповерхностньй, предназначено для распознавания различных поверкностньк дефектов: трещины от раковины, коррозионной язвины в труднодоступных для оператора-де- фектоскописта местах изделия в автоматическом режиме сканирования, например для контроля внутренней-поверхности протяженной цилиндрической полости, и может быть использовано для контроля качества изделий в любой отрасли машиностроительной про- мьшшенности, например судостроительной, авиационной,- энергетической и т.д., а также при эксплуатационном контроле.

Цель изобретения - повьш1ение достоверности контроля за счет повышения информативности о характере дефекта при автоматическом режиме сканирования и повышение чувствительности.

На фиг,. 1 изображена конструкция преобразователя; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1.

Вихретоковый преобразователь,- содержит корпус 1, держатель 2 с демпфером для установки преобразователя в сканируклцем устройстве дефектоскопа, стакан 3, соосно установленный, и жестко скрепленный с корпусом 1, соосно установленный ферромагнитный сердечник 4 с измерительной обмоткой 5, четыре регулируемые шаровые опоры 6, закрепленные на.торце корпуса

1, диэлектрические крестовины 7 и 8, закрепленные на сердечнике 4 в паралельных плоскостях, перпендикулярных оси сердечника 4, катушки 9 индуктив- ности по числу лучей крестовин 7 и 8, закрепленные на внутренней поверхности стакана 3 в плоскостях крепления крестовин 7 и 8, при зтом оси катушек 9 перпендикулярны оси сердечни- ка 4, проводящие пластины 10, закрепленные на концах лучей первой крестовины 7 в плоскостях ее крепления, а на кбнцах лучей второй крестовины 8 - в плоскостях, перпендикуляр- ньк плоскости ее крепления, которые расположены внутри катушек 9 индуктивности, постоянные магниты 11 и 12 по паре на каждую катушку 9 индуктивности, закрепленные с двух сторон ка- тушек 9 индуктивности в плоскостях, перпендикулярных плоскости крепления первой крестовины 7, и с двух сторон катушек 9 индуктивности в плоскостях, параллельных плоскости крепления вто- рой крестовины 8, лучи первой крестовины 7 подпружинены вдоль оси сердечника 4, а вторая крестовина 8 подпружинена вдоль своих лучей к корпусу 1. Торцовая поверхность сердечника 4 выполнена сферической с иглой 13 в

центральной части. Кроме того, устройство может содержать датчики Холла, которые являются проходящими пластинами 10.

Подпружинивание первой и второй крестовин 7 и 8 и сердечника 4 осуществляется посредством упругих регулируемых подвесок 14 и 15.

Сигналы, снимаемые с катушек 9 индуктивности, подаются на соответствуюшие блоки обработки (не показаны ) ,

Преобразователь работает следующим образом.

Перед установкой преобразователя на контролируемое изделие 16 стакан 3 извлекают из корпуса 1. Затем взаимной регулировкой упругих подвесок 14 и 15 ферромагнитный сердечник 4 ю выставляют в стакан 3 так, чтобы проводящие пластины 10 установились в центре катушек 9 индуктивностей и параллельно силовым линиям магнитного поля магнитов 11 и 12, После этого 15 стакан 3 вставляют в корпус 1 и зажимают его регулировочным, винтом (не обозначен).

Корпус 1 вставляют в держатель 2 через демпфер и устанавливают на 20 контролируемое изделие 16 шаровыми опорами 6., Если игла 13 не достает до контролируемой поверхности, то его приводят в слегка подпружиненное сонаводится ЭДС, пропорциональная шероховатости контролируемой поверхности, которая характеризует нулевой уровень сигнала. При этом в измерительной обмотке 5 сигнал неизменен.

При попадании ферромагнитного сердечника 4 с обмоткой 5 в зону подповерхностной несплошности (трещины) в измерительной обмотке 5 происходит изменение сигнала (нарастает - убывает), что фиксируется дефектоскопом (не показан), а в катушках 9 пpeдн: й уровень (нулевой) сохраняется. При подходе в зону , поверхностной трещины . ферромагнитного сердечника 4 с иглой 13 в измерительной обмотке 5 происходит нарастание сигнала, что фиксируется дефектоскопом, при этом изменений сигнала в катушках 9 не происходит.

В тот момент, когда игла 13 сердечника 4 проходит через трещину

прикосновение за счет подвесок 14 25 (резко изменяется локальная шерохованаводится ЭДС, пропорциональная шероховатости контролируемой поверхности которая характеризует нулевой уровень сигнала. При этом в измерительной обмотке 5 сигнал неизменен.

При попадании ферромагнитного сердечника 4 с обмоткой 5 в зону подповерхностной несплошности (трещины) в измерительной обмотке 5 происходит изменение сигнала (нарастает - убывает), что фиксируется дефектоскопом (не показан), а в катушках 9 пpeдн: й уровень (нулевой) сохраняется. При подходе в зону , поверхностной трещины ферромагнитного сердечника 4 с иглой 13 в измерительной обмотке 5 происходит нарастание сигнала, что фиксируется дефектоскопом, при этом изменений сигнала в катушках 9 не происходит.

В тот момент, когда игла 13 сердечника 4 проходит через трещину

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля материалов и изделий на наличие несплошности с одновременной классификацией дефекта : поверхностный или подповерхностный, а также может быть использовано дпя распознавания различных поверхностных дефектов. Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет повышения информативности о характере дефекта при автоматическом режиме сканирования. В преобразователе применен датчик реакции нормальной составляющей

и 15 посредством винта или регулировкой высоты шаровых опор 6, или их взаимной регулировкой, например, для выпуклой или вогнутой поверхности

тесть поверхности), она встречает по- вьш1енное локальное сопротивление своему движению. Если раскрытие трещины невелико (меньше 1/3 вершины иг

регулярной формы (труба - внутренняя, 30 лы), то встречное усилие имеет только внешняя поверхность). Преобразова- готов к работе.

Приводят в движение сканирующее устройство, вместе с ним начинает движение держатель 2 сканирующего устройства, которое через демпфер, обеспечивающий нерывкообразное плавное движение корпуса 1 с шаровьми опорами 6, совершает с преобразователем сканирование по наперед заданной 40 программе труднодоступного места контролируемого изделия. Демпфер с шаровыми опорами 6 гасит колебания корпуса 1 относительно шероховатостей, поверхности 16 и не позволяет корпусу 1 совершать резких скачков относительно поверхности, в то же время игла 13 встречает незначительное сопро. тангенциальную составляющую реакции, направленную против движения преобразователя, поэтому рабочий конец сердечника 4 с иглой 13 остается на месте (как бы спотыкается), а нера бочий конец сердечника 4 выходит по инерции из своего первоначального квазиустойчивого равновесного положения скачком в направлении движения преобразователя. Это движение переда-- ется в большей степени верхней крестовине 8, проводящие пластины 10 которой своим резким движением пересекают поперек направление силовых ли- 45 НИИ магнитного поля магнитов 11 и 12 и наводят ЭДС в катушках 9, отличную от нулевого уровня, т.е. происходит изменение уровня сигнала. Одновременно со скачком сигнала на катушках

. тангенциальную составляющую реакции направленную против движения преобразователя, поэтому рабочий конец сердечника 4 с иглой 13 остается на месте (как бы спотыкается), а нера бочий конец сердечника 4 выходит по инерции из своего первоначального квазиустойчивого равновесного положения скачком в направлении движени преобразователя. Это движение перед ется в большей степени верхней крес товине 8, проводящие пластины 10 ко торой своим резким движением пересекают поперек направление силовых ли 45 НИИ магнитного поля магнитов 11 и 1 и наводят ЭДС в катушках 9, отличную от нулевого уровня, т.е. происходит изменение уровня сигнала. Одновремен но со скачком сигнала на катушках

тивление поверхности, характеризуемое ее общей шероховатостью. Она соз-50 сигнал на измерительной обмотке 8 дает незначительные встречные усилия, становится максимальным, что фиКси- которые через иглу 13, сердечник 4 и крестовины 7 и 8 передаются на упругие подвески 14 и 15, при этом проводящие пластины 10 совершают возврат- 55 но-поступательное движение внутри катушек 9 относительно витков обмоток, пронизанных магнитным полем магнитов 11 и 12, вследствие чего в обмотках

руется одновременно в дефектоскопе и в блоке обработки сигналов с обмоток причем в обмотках 9 нижней крестовины 7 изменений сигнала не происходит так как проводящие пластины 10 совер шают незначительное движение вдоль силовых линий магнитного потока магнитов 11 и 12.

тесть поверхности), она встречает по- вьш1енное локальное сопротивление своему движению. Если раскрытие трещины невелико (меньше 1/3 вершины иг

лы), то встречное усилие имеет только

тангенциальную составляющую реакции, направленную против движения преобразователя, поэтому рабочий конец сердечника 4 с иглой 13 остается на месте (как бы спотыкается), а нера бочий конец сердечника 4 выходит по инерции из своего первоначального квазиустойчивого равновесного положения скачком в направлении движения преобразователя. Это движение переда-- ется в большей степени верхней крестовине 8, проводящие пластины 10 которой своим резким движением пересекают поперек направление силовых ли- НИИ магнитного поля магнитов 11 и 12 и наводят ЭДС в катушках 9, отличную от нулевого уровня, т.е. происходит изменение уровня сигнала. Одновременно со скачком сигнала на катушках

сигнал на измерительной обмотке 8 становится максимальным, что фиКси-

сигнал на измерительной обмотке 8 становится максимальным, что фиКси-

руется одновременно в дефектоскопе и в блоке обработки сигналов с обмоток, причем в обмотках 9 нижней крестовины 7 изменений сигнала не происходит, так как проводящие пластины 10 совершают незначительное движение вдоль силовых линий магнитного потока магнитов 11 и 12.

Если раскрытие поверхностной трещи- (ны значительно больше вершины иглы 13 сердечника 4, то при прохождении преобразователем такой трещины часть вершины иглы 1.3 проваливается в трещину, остальной части не дает провалиться защитный сферический полусегмент, т.е. происходит изменение нормальной составляющей реакции шероховатости поверхности изделия 16. Сердечник 4 за счет того, что он находится в подпружиненном состоянии относительно поверхности контроля, совершает движение вниз, при этом изменяет свое состояние в упругих подвесках 14 и 15 нижняя 7 и верхняя 8 кpecтoв шы. Так как расположение проводящих пластин 10 различно относительно направления магнитного поля магнитов 11 и 12, то пластина 10 нижней крестовины 7 пересекает поперек линии магнитного потока, в результате чего в катушках 9 резким скачком происходит изменение сигнала нулево- го уровня в тот же момент, так как пластина 10 верхней крестовины 8 совершает движение вдоль силовых линий магнитного потока, изменений сигнала нулевого уровня практически не происходит, что фиксируется блоком обработки сигналов. В этот момент сигнал с измерительной обмотки 5 - максимальный,.

Дальнейшее движение преобразовате- ля приводит к появлению встречного усилия, обусловленного тангенциальной реакцией края трещины на иглу 13 против направления его движения. Нерабочий кон(ц сердечника 4 по инерции продолжает движение, вместе с ним из уравновешенного состояния выходит верхняя крестовина 8, а проводящие . пластины 10 пересекают поперек линии магнитного потока и наводят ЭДС, которая изменяет прежний уровень сигнала. В последующий момент движения преобразователя ферромагнитный сердечник 4 за счет выпуклой поверхности- полусферического сегмента выходит из трещины, уровень сигналов в обмотках катушек 11 возвращается на прежний нулевой уровень, а максимальный сигнал с измерительной обмотки 5 начинает убьшать.

Так же происходит прохождение преобразователя через язвину, раковину, с той лишь разницей, что уровень сигнала в катушках 9 нижней крестови

0

2025зо

06936

ны 7 может меняться плавно, а не скачком при входе в язвину, раковину, хотя это не обязательно, так как зависит от глубины язвины, раковины, а при выходе из нее уровень сигнала в обмотках 9 может также меняться плавно, причем в измерительной обмотке 5 сигнал максимума держится от момента изменения нулевого уровня до момента его возвращения (выхода иглы 13 из язвины, раковины), что может характеризовать приближенный размер (про5

0 25 зо

Q ,

45

тяженность, форму язвины, раковины).

Таким образом, благодаря различной компоновке верхней и нижней крестовин на феррома1гнитном сердечнике, проводящих пластин относительно направления магнитного поля и контролируемой поверхности происходит изменение уровня сигнала от нулевого в зависимости от реакции несплошности и сравнение его (изменения сигнала нулевого уровня).с изменениями уровня сигнала измерительной обмотки в той или иной последовательности во времени относительно обмоток верхней и нижней крестовин, что дает возможность, кроме выявления несплошности, распознавать дефекты в труднодоступных для глаз оператора местах металлоизделия (поверхностная, подповерхностная трещина) и достоверно их классифицировать (трещина, язвина и т.д.), а следовательно, обеспечивает более объективное прогнозирование ресурса металлоизделия для его дальнейшей эксплуатации, ремонтопригодности, либо запрета дальнейшей эксплуатации.

Формула изобретения

индуктивности по числу лучей крестовин, закрепленными на внутренней поверхности стакана в плоскостях крепления крестовин, оси катушек перпен- дикулярны оси сердечника, проводящими пластинами, закрепленными на концах лучей первой крестовины в плоскости ее крепления, а на концах лучей второй крестовины - в плоскостях перпендикулярных плоскости ее крепления , и расположенными внутри катушек индуктивности постоянными магнитами по паре на каждую катушку индуктивности, закрепленными с двух сторон катушек в плоскостях, перпендикулярf(-A

Ю

ных плоскости крепления первой крестовины, и с двух сторон катушек в плоскостях, параллельных плоскости крепления второй крестовины, лучи первой крестовины подпружинены вдоль оси сердечника, вторая крестовина подпружинена вдоль своих лучей к корпусу, а торцовая поверхность сердеч-п ника выполнена сферической с иглой в центральной части.

//

Фиг,ъ