Вихретоковый преобразователь для неразрушающего контроля Советский патент 1977 года по МПК G01N27/86 

Изобретение касается неразрушаюшего крнтроля материалов и изделий и может быть исП|о51ьзо,в-ано для обнаружения их дефектного состояния (поверхностных трещин волосов,ин, и плен), превышающего установленные допуски; особенно на торцовых поверхностях изделий цилиндрической формы.

Известны вихретоковые преобразователе для обнаружения мелких дефектов, содержащие кольцевой магнитопровод с зазором, катушки Инауктивности и экран 1 и 2. Локальное электромагнитное поле таких шреобразователей .вза имодействует с ограниченным участком контролируемого изделия, что обеепечива1ет надежное выявление поверхностных дефектов.

Однако конструкции этих преобразоватрлей, представляющие собой накладную поисковую систему, предназначены для контрол.ч либо плоских поверхностей изделий, лл.бо цилиндрических. Установка их над торцовой поверхностью цилиндрических изделий при неизменном расстоянии между иреобрЕзователем и контролируемой поверхностью вызывает значительные трудности конструктиВНого характера. Для этого необходимы конструкции достаточ-но сложных вращающи.хся справок, удерживающих преобразователь. В производственных условиях контроль такой и,спктательной системой преобразователя сопро.вождается неизбежным радиальными и аксиаль ными биениями и, как следствие, вызывает появление случайных импульсов на выходе прибора, принимаемых за дефекты контролируемой поверхности. УстаноВ:ка таких преобразователей над изделием, их центровка с осью последнего и низкие скорости ска} ирования поверхности занимают значительное время. Все это приводит к низкой надежности и производ1 тельности контроля. Кроме того, такие преобразователи обладают малой избирательностью к дефектам искомого типа.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вихретоковый преобразователь 3, содержащий магнитопровод и катущку иидуктивности, позволяющий осуществить селекцию дефектов по какому-либо параметру за счет нз-менения топологии вытесненного «х магнитопровода взаимодействующего поля. В магнитопроводе такого преобразователя вблизи рабочей поверхности выполнено отверстие, в котором размещен прозодник, соединенный с регул;1руемым источником тока.

Однако пределы изменения топологии возбуждающего поля преобразователя недостаточны для обеспечения селективного поиска дефектов при широкой вариации их лараметроз. Это обусловлено малыми изменениями

линейных размеров зоны магнитопровода, доведенных до насыщения.

Для повышения надежности контроля торцозых поверхностей цилиндрических изделий зихретоковый нреобразователь снабжен разме1це1- ны,,м на рабочем торце магнитопровода металлическим экраном, в магннтопроводе ч экране выполиена радиальная щель, а торец магнитоировода, противоположный его рабочему торцу, скошен в зоне щели так, что ширина щели значительно превышает ее высоту.

Для селективного обнаружения дефектов заданных параметров в магнитопроводе выполнено сквозное отверстие, ось которого параллельна центральной оси магннтопровода, а регулятор магнитного сопротивления выполген в виде двух встречно включенных катуптек индуктивности, витки одной .из которых обхватывают наружную поверхность магнитопровода и новерхность отверстия, а витки второй - поверхность этого отверстия и поверхность центрального отверстия магниюпровада.

Кроме тото, регулятор магнитного сопротивлен.ня . быть также выполкэи з виде плоского витка из электропроводящего материа.та. прилегающего к скошенному торцу магнитопровода.

На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого преобразователя с отверстием в магнитопроводе; на ф.иг. 2 - конструкция нреобразователя с ток1опроводящн слоем на поверхности М1агннтопровода.

Преобразователь содержит кольцевой ферритовый магнитопровод У прямоугольного сечения, торец которого скошен в зоне щели 2, направленной своей длинной стороной к оси OiOj. На магнитопроводе р азмещены лве катушки 3 ц 4 индуктивност , шгтаемые переменным током.

В сквозном отверстни 5 матнитопровода находятся стороны двух встречно-включенных катушек 5 и 7 индужти-вности (регулятор магнитного соцротивлення), обхватыв ающи-е гра:-;i магнитопровода. Со стороны, обращенной к контролнруемому изделию, помещен металлический экран 8, выполненный в форме диска с радиальным разрезом шириной, равной ширине щелц магнцто:прОвода. На по1верхность скошенного торца магннтопровода преобразователя (нротивоположную контро.лируемому изделию) (см. фиг. 2) нанесен токопроводящий виток 9 (нацр-и.мер, медный), подключаемый к источнику регулируемого тока отт одами 10 и //.В процессе контроля торцо.в цилиндрических деталей прео|бразователь вращается вокруг оси 0:02.

Преобразователь работает следуюЩ|Им образом.

При иодкл -очен,и,и согласно включенных :.;атущек 3 н 4 преобразователя к тенератору переменного тока создается суммарный замкнутый поток, проходящий через магнитопровод и замыкающийся через поля рассеяния в зоне щели 2. Часть потока рассеяния, проходящая со стороны экрана 8, им-еет топологию, близкую плоскопараллельному электромагнитному нолю, и взаимодействует с J OHTролируемым изделием. В процессе контроля преобразователь вращается вокруг оси OiO, сканируя электромагнитным полем поверхность торца цилиндрического изделия. При этом в, последнем наводятся вихревые токи, зона расп-ределения которых определяется

главньгм образом ширииой щели преобразователя. Дефект изделия вызывает изменение напряженности н зоны распределения вихревых токов, что приводит к изменению сопротивления катушек 3 и 4 индуктивности (ч

ochOBHOM. активного), фиксируе.мого измерительной схемой. В процессе контроля изделие сканируется но кольцевой траектории. ВнешНИй диаметр преобразователя выбирается равнь.:м или несколько большим диаметра торца

л;,:,:-лия. Поскольку, как показывает статист; ка. дефекты располагаются пре;1Муществен:-о 3 зонах изделий, близких к внешним позгрхностям, то в процессе контроля ось враЦс ия 0|09 преобразователя выбирается :а::ладающей с осью цилиндрического изл,ел,-1я. Кроме того, это позволяет существенно упростить конструкцию оправки такого преобразозателя, используя лля нее цилиндрическую поверхность изделия в качестве опоры.

Экран 8 предотвращает взаимодействия полей рассеяния катушек 3 и 4 с изделием.

При подключении катушек 6 и 7, обхватываЮЩих магиитонровод нреобразователя, к

гэгератору регулируемого тока создается замкнутый поток вокруг отверстия 5. Из.меHeiijie веллчины тока, протекающего через катушки, приводит к насыщению разных зон магкитопровода, примыкающих к отверстию

J. Это вызывает в свою очередь изменение .-:,riiUTHoro сопротивления на пути за.мкнутого потока преобразователя. С увеличением тока и. следовательно, с увеличением магнитного сопротивления тоиология распределения взаимод-ействующего поля рассеяния преобразователя сужается по ш-ирине. Следовательно, задавая силу тока, протекающего в катушках 6 и 7. Б процессе контроля устанавливают 30HV распрелелен.ня вихревых токов в изделии такой, что ее размеры совцадают с критически-ми параметрами (например, поверхFOCTiSbiMH раз.мерами) дефекта. При этом вносимые 3 катушки 3 и 4 индуктивности сопротивления .максимальны. Можно установить на

макетных образцах изделий с искусственными дефектами связь между силой тока, протекающего через катушки 6, 7, и параметрами дефектов, вызывающих наибольшую реакцию, и при контроле осуществить селективный поиск

дес})ектов заданных критических параметров. При этом такой цоиск производится сканированием контролируемого изделия преобразовaтe e r. в котором сила тока. П|ротекающего через :катушки 6 и 7, соответствует дефекту,

подлежащему выявлению. При подключении витка 9, на поверхности магнитолрозода / (см. фиг. 2), к генератору регулируемого тока создается магнитный поток, направлен 1ый вдоль оси OiOj. Пр.и достаточиой силе намггкич};ваемого тока происходит насыщение тонких полюсных наконечников преобразователя, образующих щель 2. Это приводит к увеличению эффективиой щ-ирииы щели и, в конечном итоге, к сущее гвенному изменению топологии возбуждающего поля рассеяния из щели. Регулируя силу тока через виток 9, можно создать возбужденную в изделии область такой, что ее параметры совпадут с линейными размерами дефекта. Как и ранее, изменение выходных параметрр преобразователя при этом будет максимально. При фиксированном значении намагничивающего тока производится поиск, дефектов критических параметров. Использование простой конструкции преобразователя со щелью позволяет повысить надежность и производительность контроля тордовых поверхностей цилиндрических издеЛИЙ за счет их сканирования уз.колокальным и электромагнитны.м полем с изменяющейся в процессе контроля топологией, снизить расходы на разработку и соверщенствование аппаратуры для неразрущающих испытаний. Определение дефектов критических параметров при широкой их вариации существенно снижает затраты на контроль и позволяег повысить качество выпускаемой лоодхкции. Форм у да и 3 о б р е т е к и я 1. Вихретоковый преобразователь для неразрущающего контроля, содержащий кольцевой магнитопровод, размещенные на нем катушку индуктивности и регулятор магнитного сопротивления магнитопровода и соединонный с ним источник регулируемого тока, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью иовыщекия надежности контроля торцовых позс-рхностей цилиндрических изделий, он снабжен металлическим экраном, размещенным на рабочем торце магнитопровода. в магк1-;топроводе .и экране выполнена радлальл-ая щель, а торец магнитопрозода. п-ротивоиоложный его рабочему торцу, скощен в зоне щели так, что щирина щели значительно лревыщает ее высоту. 2.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, в магкитопроводе выполнено скзозное отверстие, ось которого параллельна его центральной оси, а регулято-р магнитного сопротивления выполнен в виде двух встречно включенных катушек индуктивности, витки одной из которых обхватывают наружлую поверхность магнитопровода и поверхность отверстпя, а витки второй - поверхнССть этого отверстия и поверхность центрального отверстия магнитопровода. 3.Преобразователь по п. 1, отличающ и и с я тем, что регулятор магнитного сопротивления выполнен в виде плоского Витка из электропроводящего материала, прилегающего к скошенному торцу магиитоировода. Источник; информации, принятые во внимани.е при экспертизе: . Авторское свидетельство СССР До 219218, М. Кл.2 GOl N 27 86, 1967. 2.Авторское свидетельство СССР Л 249723, М. Кл.2 Q-Q1 X 27/86, 1968. 3.Авторское свидетельство СССР Ло 283654, М. Кл.- GOI 27/86, 1969.