СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТОВ В ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD FOR NONDESTRUCTIVE INSPECTION OF DEFECTS IN ARTICLES MADE FROM ELECTROCONDUCTIVE MATERIALS

Изобретение относится к области неразрушающего контроля наличия дефектов в изделиях из электропроводящих материалов и может быть использовано в различных отраслях науки и техники для выявления дефектов, их количества, пространственного положения, а также геометрических размеров, в том числе в ферро-, пара- и диамагнитных изделиях и материалах.
Известен способ магнитного контроля литых чугунных труб, включающий намагничивание трубы, сканирование рельефа магнитного поля рассеяния внутренней стенки трубы путем вращения контролируемой трубы вокруг магниточувствительного строчного преобразователя, преобразование магнитного поля рассеяния в электрический сигнал, считывание, обработку информации и визуализацию дефектов. Строчный преобразователь расположен внутри герметичного вращающегося барабана, на который нанизана и обкатывается по его наружной поверхности намагниченная контролируемая труба, причем процесс сканирования сопровождают автоматическим контролем уровня намагниченности трубы (Патент РФ №2191374. МПК7 G01N 27/85. Опубл. 20.10.2002).
Общим для известного и заявленного способов является наличие в них таких операций, как сканирование, обработка и преобразование информации, а также визуализация дефектов.
Недостатком известного способа является невозможность выявления дефектов в изделиях из пара- и диамагнитных материалов.
Наиболее близким к заявляемому является способ магнитного контроля, включающий намагничивание исследуемого объекта, сканирование рельефа магнитного поля рассеяния, преобразование магнитного поля рассеяния в электрический сигнал, считывание, преобразование, обработку информации и визуализацию дефектов (Патент РФ. №2245542. МПК7 G01N 27/83. Опубл. 27.01.2005 г.).
Общим для известного и заявленного способов является осуществление сканирования, считывания, преобразования и обработки информации, а также визуализации дефектов.
Известный способ предназначен для выявления наличия дефектов, их количества, пространственного положения, оценки их формы и размеров в изделиях из ферромагнитных материалов, однако он не может обеспечить возможность обнаружения дефектов в изделиях из пара- и диамагнитных материалов.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является обеспечение возможности контроля дефектов в изделиях из любых электропроводящих материалов, включая пара- и диамагнитные.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей способа за счет выявления дефектов в изделиях из электропроводящих материалов, в т.ч. из пара- и диамагнитных материалов.
Для решения поставленной задачи в способе неразрушающего контроля дефектов в изделиях из электропроводящих материалов, включающем сканирование поверхности изделия, считывание, преобразование и обработку информации, полученной в процессе сканирования, а также визуализацию дефектов, через контролируемое изделие пропускают электрический ток, регистрируют распределение по поверхности изделия напряженности магнитного поля, создаваемого этим током, визуализируют магнитный образ поверхности контролируемого изделия. Полученный магнитный образ сравнивают с заранее полученным магнитным образом поверхности контрольного образца, не содержащего дефекты. По полученным в результате сравнения отклонениям от магнитного образа контрольного образца, представляющим собой магнитные образы выявленных дефектов, судят о количестве и местах расположения дефектов в контролируемом изделии. Затем магнитные образы выявленных дефектов сравнивают с групповыми магнитными образами дефектов, имеющих известные параметры и по результатам сравнения делают выводы о параметрах выявленных дефектов.
Заявленный способ неразрушающего контроля дефектов из электропроводящих материалов поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен один из возможных вариантов схемы, реализующей заявленный способ; на фиг.2 - изображение магнитного образа контрольного образца, не содержащего дефектов; на фиг.3 - изображение на экране монитора магнитного образа поверхности контролируемого изделия; на фиг.4 - изображение магнитного образа выявленного дефекта (в виде трещины) контролируемого изделия; на фиг.5 - изображение групповых магнитных образов дефектов с известными параметрами (от 3 до 6 мм); на фиг.6 показано наложение магнитных образов дефектов с известными параметрами на магнитный образ дефекта в контролируемом изделии для определения параметров последнего.
Представленный вариант схемы, реализующей заявленный способ, содержит генератор 1 (фиг.1) тока, который через токоподводящие электроды 2 соединен с контролируемым изделием 3 в точках 4. Схема содержит также сканирующее устройство 5, равномерно перемещающееся над поверхностью контролируемого изделия 3 (в данном случае пластины, имеющей сварной шов 6), магниточувствительный преобразователь 7 накладного типа, который соединен с измерительным прибором 8, подключенным к компьютеру 9. Сканирующее устройство 5 крепится к поверхности контролируемого изделия 3 посредством захватов (не показаны).
В отличие от известных способов контролируемое изделие не намагничивают, а пропускают через него электрический ток. При прохождении электрического тока в материале изделия и в окружающей изделие среде генерируется магнитное поле. Распределение напряженности магнитного поля на поверхности контролируемого изделия зависит от плотности электрического тока в материале изделия, а также электрических и магнитных свойств материала. В пара- и диамагнитных материалах распределение напряженности поля определяется распределением плотности свободных токов, а в изделиях, материал которых содержит ферромагнетики, - распределением свободных и молекулярных токов. Дефекты (несплошности материала, неметаллические включения и т.д.) вызывают изменения в распределении плотности свободных и молекулярных токов, а также напряженности магнитного поля на поверхности изделия. Соответственно, магнитные образы дефектных изделий отличаются от магнитных образов бездефектных изделий, а каждый дефект имеет свой магнитный образ.
Способ осуществляется следующим образом. От генератора 1 тока (фиг.1) через токоподводящие электроды 2 к контролируемому изделию 3 подводят электрический ток заданной плотности. Направление электрического тока в металле изделия задают положением точек 4 касания токоподводящих электродов 2 на поверхности изделия 3. С помощью сканирующего устройства 5 перемещают магниточувствительный преобразователь 7 по поверхности изделия 3. В измерительном приборе 8 происходит преобразование величины сигнала преобразователя 7, пропорционального напряженности магнитного поля, в цифровой вид, после чего он поступает в базу данных компьютера 9. Компьютер 9 обрабатывает поступающую от измерительного прибора 8 информацию, строит пространственную характеристику напряженности магнитного поля над поверхностью изделия, являющуюся магнитным образом поверхности контролируемого изделия (фиг.3), отображает ее на экране монитора -визуализирует в виде одно-, двух- или трехмерного графика и сохраняет в своей памяти.
Предлагаемый способ предусматривает сравнение визуализированных магнитных образов в два этапа: сначала сравниваются магнитные образы поверхности контролируемого изделия (фиг.3) и контрольного изделия, не имеющего дефектов (фиг.2), хранящихся в памяти компьютера 9. По результатам этого сравнения определяют количество и места расположения дефектов в контролируемом изделии (фиг.4). Затем методом наложения сравнивают магнитные образы выявленных дефектов в контролируемом изделии (фиг.4) с групповыми магнитными образами дефектов с известными параметрами (фиг.5), после чего делают выводы о параметрах выявленных дефектов (фиг.6).
Пример. В качестве контролируемого изделия взята пластина из сплава алюминия АМг6 размером 150×250 мм и толщиной 2 мм, состоящая из двух половин, сваренных встык. Контроль должен был выявить наличие дефектов в сварном шве 6 (трещины, поры, неметаллические включения) различной конфигурации, размера и локализации. Длина сварного шва составляла 80 мм. К пластине 3 через электроды был подведен электрический ток силой 3 А, причем электроды на пластине расположены так, что ее контролируемый участок находится между ними. В результате этого в контролируемом изделии и над его поверхностью генерировалось магнитное поле. Вдоль сварного шва 6 длиной в 80 мм равномерно перемещали магниточувствительный преобразователь 7 с помощью сканирующего устройства 5. В качестве магниточувствительного преобразователя 7 использован феррозонд (может быть использован преобразователь Холла и т.п.). Сигнал, пропорциональный напряженности магнитного поля, поступающий с феррозонда 7 в измерительный прибор 8, в нем же преобразуется в цифровой вид и далее поступает в компьютер 9. Компьютер 9 обрабатывает поступающий массив информации и строит пространственную характеристику напряженности магнитного поля над поверхностью изделия, являющуюся магнитным образом поверхности контролируемого изделия 3 (фиг.3). Как видно из графика на фиг.3, на сварном шве контролируемой поверхности 3 выявлен один дефект в виде продольной трещины, расположенной на расстоянии 19 мм от края пластины 3. Для определения параметров дефекта были использованы групповые магнитные образы дефектов (фиг.5) - продольных трещин сварных швов протяженностью 3, 4, 5 и 6 мм. Параметры выявленного дефекта - продольной трещины - определяют путем совмещения его магнитного образа (фиг.4) с групповым магнитным образом (фиг.5). Из фиг.6 видно, что наиболее близко магнитный образ контролируемого изделия совпадает с классифицированным образом продольной сквозной трещины протяженностью до 3 мм.
В конкретном примере, приведенном в описании, выявлен дефект в изделии из сплава алюминия, однако, очевидно, что заявленный способ может быть применен и для контроля изделий из других металлов и сплавов.
Таким образом, техническая задача, поставленная при разработке способа неразрушающего контроля изделий из электропроводящих материалов, полностью решена. Пропускание электрического тока через контролируемое изделие, формирование магнитного образа поверхности изделия путем преобразования и обработки сигнала, полученного при сканировании поверхности изделия, сравнение этого образа с магнитным образом бездефектного изделия с формированием магнитного образа дефекта контролируемого изделия и последующее сравнение этого магнитного образа с групповыми магнитными образами дефектов - все эти признаки обеспечили возможность выявления дефектов в изделиях из любых электропроводных материалов, в т.ч. диа- и парамагнитных.