Способ вихретоковой дефектоскопии немагнитных материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N27/90 

(Л

С

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использовано для вихретоковой дефектоскопии материалов. Цель изобретения - повышение точности контроля глубины трещин в композиционых материалах за счет контроля на различных частотах. Они отличаются в несколько раз при возбуждении преобразователя в виде двух коаксиальных катушек, диаметры которых различаются в несколько раз. При этом наружную катушку возбуждают током более высокой частоты.

Изобретение относится к области неразрушающего вихретокового контроля материалов и изделий и может быть использовано в машиностроении, авиационной и судостроительной промышленности для дефектометрии поверхностных трещин в изделиях из углеродсодержащих композиционных материалов.

Известен способ вихретоковой дефектоскопии (см.авт.св. СССР № 894549), заключающийся в том, что контролируемый объект сканируют множеством вихретоко- вых преобразователей, которые возбуждают сигналами различных частот, коррелирующих как со свойствами материала объекта, так и с параметрами дефекта. Однако известный способ не предназначен для определения электрической проводимости материала непосредственно в зоне расположения дефекта и соответствующей коррекции частоты тока, питающего вихре- токовый преобразователь, известный способ не осуществляет также пошаговое (дискретное) сканирование поверхности объекта и усреднение полученных за несколько шагов сигналов.

Известен способ вихретоковой дефектоскопии материалов, реализованный в авт.св. СССР № 1111094. Известный- способ включает пошаговое сканирование поверхности материала вихретоковым преобразователем (ВТП), выделение внесенного сигнала, проведение скользящего усреднения по равноотстоящим вдоль траектории сканирования отсчетам внесенного сигнала определении текущего значения скорости изменения усредненного сигнала, которая характеризует крутизну скпона модуляционной характеристики дефекта, по которой судят о глубине поверхностной трещины.

Существенным недостатком этого способа является то, что при пересечении одной и той же трещины траекториям1

vi

vj О 00 00 00

ю

сканирования под различным углом крутизна модуляционной характеристики меняется, соответственно этому меняется и текущая скорость изменения усредненного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ вихретоковой дефектоскопии немагнитных материалов по авт.св. № 1647376, включающий пошаговое сканирование поверх Hqc™ материала вихретоковым преобразователем, скользящее усреднение вносимого в преобразователь сигнала за заданное количество шагов сканирования, сравнение текущего значения скорости изменения усредненного сигнала с пороговым значением, определенным предварительно, в зависимости от степени шероховатости поверхности материала, определение места расположения дефекта при превышении текущим значением порогового на не- скольких последовательных шагах сканирования, сканировании места расположения дефекта с уменьшенным шагом, определении устойчивых точек перегиба модуляционной характеристики, определении глубины модуляции, по которой судят о глубине поверхностной трещины.

Известный способ, принятый в качестве прототипа, имеет недостаток. Глубина модуляции сигнала эихретокового преобразователя трещиной однозначно связана с геометрической глубиной трещины лишь при условии постоянства электропроводности материала, а так как проводимость композита от участка к участку поверхности изделия меняется, то возникает погрешность определения истинной геометрической глубины трещины, величина погрешности зависит от степени изменения электрической проводимости.

Целью изобретения является увеличение точности контроля глубины трещин в композиционных материалах. Эта цель достигается за счет поддержания постоянства чувствительности вихретокового преобразователя к трещине при изменении электропроводности материала. Ожидаемый от использования изобретения положительный эффект связан с увеличением точности разбраковки изделий с мелкими поверхностными дефектами.

Сущность изобретения заключается в следующем. Вихретоковый преобразователь меньшего диаметра, за счет выбора величины диаметра и частоты питающего тока, обладает максимальной чувствительностью к поверхностной трещине. Вихретоковый преобразователь большего диаметра, запитываемый током значительно более высокой частоты,осуществляет измерение электропроводности композита в дефектной зоне независимо от наличия и глубины поверхностного дефекта. Максимальная чувствительность вихретокового преобразователя к влиянию дефекта имеет место при определенном соотношении между его диаметром, значениями электропроводности материала и частоты, которое

0 соответствует работе ВТП в области экстремума годографа внесенного сигнала. Увеличение диаметра ВТП резко снижает чувствительность к трещине, значительное повышение частоты, за счет влияния токов

5 смещения, еще более усиливает этот эффект. В итоге, внесенный сигнал этого преобразователя определяется значением электропроводности материала в зоне непосредственного расположения дефекта. В

0 соответствии со значением этой проводимости изменяют частоту тока, питающего ВТП меньшего диаметра,так, чтобы произведение проводимости на частоту оставаюсь неизменным. Это обеспечивает постоянную

5 чувствительность внесенного сигнала ВТП к изменению глубины трещины и, соответственно этому, однозначность связи между глубиной модуляции его сигнала и геометрической глубиной трещины. Основным, от0 личительным от прототипа признаком, является использование второго вихретокового преобразователя, объединенного с первым в коаксиальную конструкцию и имеющего в несколько раз больший диаметр,

5 который возбуждают током, в несколько раз более высокой частоты,

Изобретение осуществляется следующим образом.

Осесимметричную, коаксиальн/ю кон0 струкцию, состоящую из двух вихретоковых преобразователей малого (порядка 2 мм) и большого (6-10 мм) диаметров,пошагово перемещают по поверхности материала. Рабочие торцы преобразователей расположены

5 в одной плоскости с минимальным зазором по отношению к поверхности изделия. Ляг сканирования обычно выбирают в диапазоне 0,1-0,5 мм. Осуществляют скользящее усреднение вносимого в преобразователь

0 малого диаметра сигнала за 8 шагов сканирования. Скользящее усреднение осуществляется путем суммирования восьми отсчетов, полученных в смежных точках траектории, отстоящих друг от друга на величи5 ну шага сканирования.. При следующем шаге в усреднение включается новая, девятая точка, а последняя, первая по номеру, исключается, и так далее. Влияние поверхностной трещины глубиной 0,5-1 мм начина- ет сказываться на расстоянии 1,5-2 мм до

нее, скользящее усреднение по 8 точкам позволяет сохранить детерминированное влияние трещины, и, в то же время, значительно уменьшить амплитуду случайных изменений сигнала, вызванных влиянием стохастического рельефа поверхности. Деление на 8 при усреднении легко осуществляется в двоичном коде, при реализации способа, сдвигом на три двоичных разряда вправо.

Опрвделяют разность усредненных значений сигнала, полученных в смежных точках траектории сканирования. Учитывая то, что шаг сканирования постоянен, эта разность характеризует текущую скорость изменения усредненного сигнала по пути перемещения преобразователя.

Предварительно на основе проведенных исследований определяют степень шероховатости поверхности данного типа композита. На каждом шаге сканирования текущую скорость изменения усредненного сигнала сравнивают с пороговым значением, предварительно устанавливаемым по степени шероховатости поверхности материала.

При превышении текущей скорости порога на нескольких (от 3 до 7 в зависимости от типа текстуры материала и величины шага сканирования) последовательных шагах сканирования фиксируют наличие дефекта. При этом место расположения дефекта сканируют с уменьшенным шагом. Как правило, шаг уменьшают л ибо едва, л ибо в четыре раза в зависимости от типа текстуры угле- родсодержащего композита, условий его термообработки.

Определяют устойчивые точки перегиба модуляционной характеристики, т.е. зависимости усредненного сигнала, вносимого в ВТП малого диаметра, от пути его перемещения по траектории сканирования. Устойчивой считают ту точку перегиба, после которой текущая скорость изменения усредненного сигнала на протяжении нескольких (от 3 до 7) следующих друг за другом после нее шагов сканирования не меняет знак и по величине на каждом шаге превышает порог. Разность значений усредненного сигнала в верхней и нижней точках перегиба модуляционной характеристики является глубиной модуляции.

Второй вихретоковый преобразователь большего (6-10 мм) диаметра необходим для определения электропроводности в области расположения трещины в слое, толщина которого сравнима с глубиной выявляемых трещин. Увеличение диаметра ВТП до 6-10 мм делает его практически нечувствительным ктрещинам длиной до 10 мм. Даже

при очень длинной трещине с раскрытием до 200 мкм, когда вихревые токи не могут обогнуть ее по поверхности изделия, влияние дефекта не превышает уровень 7-10%.

Это объясняется тем, что для ВТП большого диаметра мал эквивалентный зазор (отношение абсолютного зазора в мм к радиусу). В соответствии с этим велико рассеяние энергии поля преобразователя в материале.

Изменение траектории вихревого тока из- за трещины незначительно изменяет величину рассеянной (превращенной в тепло) энергии. Кроме того, в диапазоне метровых длин волн значителен вклад токов смещения между стенками трещины, замыкающих контур вихревых токов и препятствующих изменению траектории вихревых токов проводимости из-за влияния дефекта. Значительное увеличение частоты тока,

питающего этот (большего диаметра) преобразователь, концентрирующее вихревые токи в толщине слоя 0,4-0,5 мм, сравнимой с минимальной глубиной выявляемых трещин, еще более усиливает интенсивность

токов смещения, уменьшая влияние дефекта. Для углепластиков эта частота обычно составляет несколько сотен, а для углерод- углеродных материалов - несколько десятков мегагерц.

Степень нечувствительности к дефекту

повышается за счет использования для усреднения точек траектории сканирования лежащих за пределами влияния дефекта. При обнаружении дефекта с помощью ВТП

меньшего диаметра осуществляют измерение проводимости в области трещины с помощью ВТП большего диаметра. В соответствии с полученным значением изменяют частоту возбуждения ВТП малого

диаметре так, чтобы произведение проводимости на частоту поддерживалось неизменным. Это позволяет зафиксировать точку контроля нэ годографе внесенного сигнала, сохраняя тем самым постоянную

чувствительность к трещине. Этим обеспечивается однозначность связи между глубиной модуляции сигнала и геометрической глубиной трещины, независимо от изменений электропроводности.

Формула изобретения

Способ вихретоковой дефектоскопии немагнитных материалов по авт.св. №1647376, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля глубины трещин в композиционных материалах, используют вихретоковый преобразователь в виде двух, в несколько раз различных по диаметру коаксиальных катушек, которые

717708888

возбуждают токами в несколько раз отли- тушку возбуждают током более высокой ча- чающихся частот, при этом наружную ка- стоты.