Вихретоковый дефектоскоп Советский патент 1993 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может применяться для выявления «-слоев на титановых сплавах.

Целью изобретения является повышение надежности контроля.

На чертеже Приведена структурная схема вихретокового дефектоскопа.

Дефектоскоп содержит автогенератор 1, колебательный контур которого состоит из последовательно соединенных вихретокового преобразователя 4 и конденсатора 5 и параллельно подключенной к ним катушки

6 индуктивности, причем индуктивность вихретокового преобразователя 4 устанавливается по возможности минимальной с целью уменьшения зазора между витками преобразователя и контролируемым изделием. Сопротивление конденсатора 5 берется примерно на порядок больше индуктивного сопротивления вихретокового преобразователя 4. сопротивление катушки 6 индуктивности также берется примерно на порядок больше индуктивного сопротивления вихретокового преобразователя 4. Кроме того, резонансная частота контура и диаметр

о

ел

ю

вихретокового преобразователя должны соответствовать тому, чтобы при выявлении а -слоев рабочая точка на годографе вносимых сопротивлений вихретокового преобразователя, расположенного над немагнитным полупространством, находилась в области значений обобщенного параметра контроля 2 р 5. Этому соответствует значение резонансной частоты около 10 МГц и значение диаметра вихретокового преобразова- теля около 1 мм. Примем, что значение удельной электрической проводимости о титанового сплава равно 0,7 МСм/м,

При этом/ R atafio 0,5-10 Зх

х 28 1C7 0,7 106 4 3,14 10 7 3,7 .

Кро ме того, количество витков катушки индуктивности должно быть минимальным, при которых автогенератор генерирует колебания, что соответствует максимальной чувствительности автогенератора к изменению комплексного сопротивления колебательного контура. Выход автогенератора 1 соединен с входом амрлитудного детектора 2, на выходе которого включен индикатор 3. Конструктивно автогенератор и амплитудный детектор выполнены на печатной плате, на заостренном конце которой намотан вих- ретоковый преобразователь.

Вихретоковый дефектоскоп работает следующим образом.

Автогенератор 1 вырабатывает синусоидальное напряжение частотой около 10 МГц. Преобразователь размещают рабочим торцем на поверхности бездефектного образца. Показания индикатора дефектоскопа при этом существенно уменьшаются, что свидетельствует о большой чувствительно- сти дефектоскопа к влиянию зазора. Покачиванием преобразователя в разные стороны находится минимум показаний дефектоскопа, который соответствует перпендикулярности оси преобразователя поверхности контролируемого изделия. После этого преобразователь размещают рабочим торцом на контролируемом изделии и аналогично, покачиванием преобразователя находится минимум показаний дефектоскопа. При этом если а -слой под вихретоковым преобразователем отсутствует, то показания дефектоскопа соответствуют показаниям дефектоскопа при установке преобразователя на поверхности бездефектного образца. Если под вихретоковым преобразователем имеется «-слой, то показания индикатора дефектоскопа будут смещены в сторону больших значений, т.е. влияние а. -слоя аналогично влиянию зазора на вихретоковый

преобразователь. Например, если толщина о:-слоя составляет 50 мкм и в качестве индикатора применен стрелочный микроамперметр типа М24 (максимальное значение тока 100 мкА), то изменение показаний от влияния or-слоя составляет 20 мкА, что позволяет умеренно выявлять «-слой на титановых сплавах.

Принцип действия дефектоскопа заключается в следующем. Обозначим: комплексное сопротивление вихретокового преобразователя 4 - Zi, равное Ri - JcoLi. емкость 5 - С, катушка индуктивности La.

Комплексное сопротивление колебательного контура будет определяться формулами:

Rl+j(wLi-- - jtt)L2 Ri+J((Li )

j Ri a La - w L2 (т Li - ) Ri + j(wLi - 7Jc-+« L2)

При резонансе будет соблюдаться ра1венство: win - ттг +WU ОПри этом

л)

комплексное сопротивление контура является эквивалентным и будет иметь вид: Z3

rwUCwLi--)

J a) L2в Модуль эквивалентного сопротивления будет определяться равенством1

o;L2 (

1

ШН -г-г

о С

Ri

)2+(1)

Контур имеет следующие свойства, соответствующие условиям выявления а -слоев на титановых сплавах.

Если параметры контура соответствуют значениям резонансной частоты 20 МГц, то контур имеет хорошую чувствительность к влиянию зазора на вихретоковый преобразователь и практическое отсутствие чувствительности к влиянию электропроводности и, в частности, «-слоев на вихретоковый преобразователь. При этом была отмечена значительная чувствительность к влиянию емкости между контролируемым изделием и корпусом (на схеме и в формулах не указана) на вихретоковый преобразователь. Это влияние выражается в том, что если к контролируемому изделию прикоснуться металлической деталью, или просто

перемещать вихретоковый преобразователь по бездефектному участку контролируемого изделия, то показания индикатора меняются. На основании этого резонансная частота контура и диаметр вихретокового преобразователя устанавливаются таким образом, чтобы рабочая точка на годографе комплексного сопротивления вихретокового преобразователя находилась вне области влияния данной емкости и в то же время в области достаточной чувствительности к изменению электропроводности.

Если параметры контура соответствуют условиям выявления «-слоев дефектоскопом, то резонансная частота контура равна примерно 10 МГц, диаметр преобразователя равен примерно 1 мм, рабочая точка на годографе комплексного сопротивления вихретокового преобразователя находится в области 2 / 5.

Индуктивное сопротивление вихретокового преобразователя примерно на порядок меньше сопротивления емкости, т.е.

u)Li ssQ,1 c и также примерно на поря-

док. меньше индуктивного сопротивления индуктивности L2. т.е. ш LI 0,1 о) .

Уменьшение индуктивности L.2 увеличивает чувствительность автогенератора к изменению комплексного сопротивления колебательного контура

Если вихретоковый преобразователь установить на образец с некоторым значением удельной электрической проводимости а. то индуктивность Li уменьшится, сопротивление RI возрастет, вследствие чего модуль эквивалентного сопротивления 4 соответственно формуле (1) уменьшится. Если вихретоковый преобразователь устанавливать последовательно на образцы, значения удельной электрической проводимости и которых соответственно уменьшаются, то при этом значение индуктивности. Li будет соответственно увеличиваться, значение сопротивления RI меняться почти не будет и модуль эквивалентного сопротивления I 2э I соответственно формуле (1) будет уменьшаться. Т.е. уменьшение электропроеодности влияет противоположно увеличению зазора, -слои имеют мень- шее значение электропроводности по сравнению с основой, на которой они расположены. Однако влияют они на показания Дефектоскопа, а следовательно и на модуль эквивалентного сопротивления, не противо- положно увеличению зазора, а однотипно ему. Это объясняется тем, что информационным параметром при выявлении а-слоев в данном дефектоскопе является не электропроводность, а толщина (.f-слоя или толщина электропроводящего покрытия.

Вследствие этого при влиянии d слоя индуктивность Li увеличится, сопротивление RI уменьшится и модуль эквивалентного сопротивления IZ3 возрастет, что однотипно влиянию увеличения зазора.

Определим глубичу проникновения вихревых токов в контролируемое изделие.

(5

1

v n F аяо

3,14 107 -0.7 -Т55 4 3, 10

190 мкм

При испытаниях дефектоскоп выявил все а.-слои толщиной до 200 мкм.

Конкретный дефектоскоп имеет следующие параметры. Автогенератор собран на полевых транзисторах КП302В и КП103М. Вихретоковый преобразователь 4 имеет 8. витков, намотанных проводом, диаметром 0,07 мм, индуктивность вихретокового преобразователя равна 0,08 мкГ. Диаметр вихретокового преобразователя равен одному мм. Определим индуктивное сопротивление вихретокопого преобразователя на частоте 10 МГц.

V „ «

Хвтп о) Li 6,28 10 0,08 - 5 ом

Емкость конденсатора 5 равна 280 пф Определим емкостное сопротивление конденсатора 5 на частоте 10 .

Y --- --

Лс ,., /

тС 6,28 10 -28 10

-f.- r-57 ом

Катушка б имеет 50 витков, намотанных проводом диаметром 0,2 мм, значение ее индуктивности равно 1 мкГ.

Определяем сопротивление индуктивности 6:

Хг б,28 -10-1 62,8 ом вычисляем резоначсную частоту контура 1

Е $ -

2 я С(Ц + La )

1

2rcV280 1012 1,08 10 9,2 мГц

Были проведены испытания дефектоскопа на чувствительность к изменению электропроводности и на выявление о. -слоев.

Чувствительность к изменению электропроводности проверялась на трех стан- дартных аттестованных образцах со значениями удельной электрической проводимости, равными 0,54,0,71 и 0,925 МСм/м. также чувствительность к изменению электропроводности и к а -слоям проверялась на трех образцах с а-слоями, имеющими значения удельной электрической проводимости 9.59, 0,7 и 0,9 МСм/м. Образцы представляют собой цилиндры высотой 10 м, диаметром 25 мм, в середине одного из торцов которых имеется круг а-слоя, диаметром 4 мм. Ориентировочная глубина а- слоя 20-50 мкм. Испытания проводились при отсутствии зазора и при наличии зазора 75 мкм. В качестве индикатора использо- вался милливольтметр В7-16А. Выходное напряжение дефектоскопа при нахождении вихретокового преобразователя в воздухе составляло 612 мВ.

Установлено, что увеличение электро- проводности основ металла влияет однотипно увеличению зазора, а-слой также влияет одкотипно увеличению зазора. Приращения напряжения от влияния а-слоя,

равные 17-33 мВ подтверждают, что чувствительность дефектоскопа является достаточной для выявления а-слоев. Формула изобретения Вихретоковый дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные автогенератор, в параллельный колебательный контур которого включен вихретоковый преобразователь, детектор и индикатор, отличающийся тем. что. с целью повышения надежности контроля, он снабжен катушкой индуктивности, вихретоковый преобразователь включен последовательно с конденсатором, катушка индуктивности соединена с ними параллельно, емкость С конденсатора, индуктивность LI вихретокового преобразователя и индуктивность La катушки индуктивности выбраны из условия

ft)Li 0.1

1

ft)Li 0,1 cola ,

где о- резонансная частота колебательного контура автогенератора при расположении вихретокового преобразователя над немагнитным проводящим полупространством.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может использоваться для выявления or-слоев на титановых сплавах. Повышение надежности контроля достигается за счет выбора рабочей точки на годографе комплексного сопротивления вихретохового преобразователя соответственно повышенной чувствительнос™ к изменению электропроводности, за счет выявления а -слоев, как толщин электропроводящих покрытий, за счет уменьшения числа витков вихретокового преобразователя до минимального возможного, а также за счет того, что в вихретоковый дефектоскоп, состоящий из последовательно соединенных авто- генератооа с вихоетоковым поеобразова- теяем в параллельном колебательном контуре, детектора и индикатора, включена катушка индуктивности,jвихретоковый преобразователь включен последовательно с конденсатором, а катушка индуктивности включена параллельно вихретоковому преобразователю и конденсатору, индуктивность Li вихретокового преобразователя - индуктивности 1ч катушки индуктивности и емкость С конденсатора выбраны из усло-Јj-Ј-, wLi «0,1 й)1г,где вия 0,1 (О- резонансная частота колебательного контура при расположении вихретокового преобразователя над немагнитным проводящим пространством. 1 ил.