УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИХРЕТОКО-МАГНИТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ОБЪЕКТОВ
DEVICE FOR EDDY-CURRENT MAGNETIC EXAMINATION OF FERROMAGNETIC OBJECTS

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для дефектоскопии объектов из электропроводящих ферромагнитных материалов.
Известно устройство [1] для дефектоскопии ферромагнитных объектов, содержащее систему намагничивания, образованную П-образным магнитопроводом с постоянными магнитами, вихретокового преобразователя, возбуждающая обмотка которого подключена к генератору гармонического напряжения, а измерительная и компенсационная обмотки - к электронному блоку обработки и отображения информации. Изменение уровня напряженности магнитного поля в образце осуществляется путем изменения зазора z между системой намагничивания и контролируемым объектом. Для изменения зазора z могут быть использованы упорные регулировочные винты, связанные с опорными роликами, обеспечивающими возможность сканирования.
За счет изменения зазора z в известном устройстве обеспечивается напряженность постоянного намагничивающего магнитного поля, оптимальная для выявления подповерхностных дефектов, залегающих на соответствующей глубине.
Недостаток известного устройства заключается в невозможности выявления дефектов с потенциально достижимой чувствительностью при вариации глубины их залегания.
Наиболее близко к предложенному по технической сущности принятое за прототип устройство [2], содержащее намагничивающую систему, состоящую из П-образного магнитопровода, постоянного магнита и узла регулирования магнитного потока, линейку вихретоковых преобразователей и магниточувствительный элемент, расположенные в межполюсном пространстве. Узел регулирования магнитного потока состоит из стержневого магнита, размещенного в зазоре между частями верхней перемычки П-образного магнитопровода. Торцы сопрягаемых частей верхней перемычки магнитопровода имеют цилиндрическую форму, а стрежневой магнит выполнен с возможностью вращения, за счет чего изменяется величина магнитного потока, поступающего от постоянного магнита в магнитопровод. Напряженность намагничивающего постоянного магнитного поля в зоне электромагнитного взаимодействия вихретоковых преобразователей с контролируемым участком устанавливается перед контролем и контролируется в процессе сканирования по сигналу магниточувствительного элемента. При отклонении заданной величины напряженности постоянного магнитного поля она корректируется путем вращения стержневого постоянного магнита. За счет применения линейки вихретоковых преобразователей обеспечивается большая производительность контроля, для чего сканирование выполняется в направлении, перпендикулярном ориентации линейки.
Однако и в данном устройстве потенциально достижимая чувствительность к дефектам при вариации глубины их залегания не обеспечивается, так как в зонах электромагнитного взаимодействия всех вихретоковых преобразователей устанавливается одинаковая величина намагничивающего постоянного магнитного поля. При этом, как известно [3], возможна потеря чувствительности даже к довольно грубым дефектам.
Цель изобретения - обеспечение оптимальной чувствительности и информативности контроля.
Поставленная цель в устройстве для вихретоко-магнитной дефектоскопии ферромагнитных объектов, содержащем магнитную систему, выполненную с возможностью регулировки напряженности намагничивающего постоянного магнитного поля в зоне контроля и состоящую из П-образного магнитопровода, источника постоянного магнитного поля и узла регулировки напряженности намагничивающего магнитного поля, линейку вихретоковых преобразователей, размещенную в межполюсном пространстве магнитопровода, коммутатор и электронный блок, соединенный через коммутатор с вихретоковыми преобразователями, достигается благодаря тому, что узел регулировки напряженности намагничивающего постоянного магнитного поля выполнен в виде рамы и подрамника, соединенных с возможностью поворота относительно оси вращения, направленной вдоль одной из сторон рамы, а также фиксатора подрамника относительно рамы с заданным углом между их плоскостями и закрепленных на раме опорных элементов, предназначенных для перемещения по поверхности контролируемого объекта, П-образный магнитопровод установлен своими торцами на подрамник так, что ось вращения рамы относительно подрамника направлена от одного торца магнитопровода к другому, а линейка вихретоковых преобразователей размещена перпендикулярно к оси вращения и симметрично между полюсами магнитной системы.
Конструкция и принцип действия заявляемого устройства поясняются на фиг. 1-4.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>в</mi><mi>н</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup></mrow>
На фиг. 1-2 показано устройство с магнитопроводом, размещенным над образцом с дефектом. На фиг. 1 показан вид с боковой стороны П-образного магнитопровода, а на фиг. 2 - в аксонометрии. На фиг. 3 показана конструкция узла регулировки напряженности намагничивающего магнитного поля. На фиг. 4 представлены зависимости амплитуды нормированного по начальному напряжению на выходе вихретокового преобразователя напряжения
, вносимого в измерительную обмотку вихретокового преобразователя дефектами с различной глубиной залегания, при вариации напряженности намагничивающего постоянного магнитного поля.
Устройство для выявления подповерхностных дефектов в ферромагнитных объектах состоит из магнитной системы 1, включающей П-образный магнитопровод 2 и полюсные магниты 3 и 4, линейки 5 вихретоковых преобразователей 6.1-6.5, коммутатора 7 и электронного блока 8, подключенного через коммутатор 7 к вихретоковым преобразователям 6.1-6.5. Устройство содержит также узел регулировки напряженности намагничивающего магнитного поля, состоящий из рамы 9 и подрамника 10, соединенных вдоль оси вращения стержнем 11, фиксатора 12 подрамника 10 относительно рамы 9 с заданным углом между их плоскостями. Рама 9 снабжена опорными элементами, выполненными в виде колес 13.1-13.4, позволяющих перемещать устройство по поверхности контролируемого объекта 14 в направлении, перпендикулярном стержню 11, с постоянным зазором между поверхностью контролируемого объекта 14 и вихретоковыми преобразователями 6.1-6.5. Линейка 5 состоит из нескольких, например 5-ти, вихретоковых преобразователей 6.1-6.5 и закреплена на раме 9 параллельно ее плоскости, симметрично между полюсами магнитопровода 2 перпендикулярно стержню 11. Ориентация линейки 5 вихретоковых преобразователей совпадает с направлением сканирования поверхности контролируемого объекта 14.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Предварительно подрамник 5 отклоняется относительно рамы 6 на заданный угол α и сохраняется в этом положении фиксатором 12. Угол α определяет изменение напряженности Н постоянного магнитного поля вдоль линейки 5 вихретоковых преобразователей 6.1-6.2. Из фиг. 4 следует, что по мере изменения развивающихся с тыльной стороны объекта 14 глубины h дефектов и связанной с ней глубины δ их залегания изменяется и оптимальная напряженность Н намагничивающего магнитного поля. За счет изменения угла α устанавливается диапазон изменения Н между крайними вихретоковыми преобразователями 6.1 и 6.5 линейки 5. Конкретная величина угла α выбирается в соответствии с параметрами контролируемого объекта 14, в частности с его толщиной, магнитными свойствами и наиболее вероятным диапазоном изменения параметров выявляемых дефектов 15.
o
вт
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>в</mi><mi>н</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>в</mi><mi>н</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup></mrow>
Устройство устанавливается на поверхность сканирования контролируемого объекта 14 из проводящего ферромагнитного материала с возможными дефектами 15 с заранее неизвестной глубиной h и глубиной залегания δ. Магнитная система 1 создает в контролируемом объекте 14 в зоне действия вихретоковых преобразователей 6.1-6.5 постоянное магнитное поле, направленное перпендикулярно направлению сканирования и обладающее градиентом в этом направлении, задаваемым углом α между плоскостями рамы 9 и подрамника 10. В электронном блоке 8 формируется гармонический ток заданной частоты f, питающий вихретоковые преобразователи 6.1-6.5. Частота f выбирается исходя из глубины проникновения магнитного поля в тонкий поверхностный слой объекта контроля. При этом считываются ″магнитные пятна″, возникающие за счет перераспределения постоянного магнитного потока под воздействием дефекта 15. Для получения контраста магнитных свойств пятна над дефектом и остального металла необходимо согласовать глубину залегания дефекта и напряженность намагничивающего поля, что объясняет ход кривых на фиг. 4. При малой величине Н изменение магнитных свойств в пятне слабы, а при избыточной - контраст уменьшается за счет изменения магнитных свойств металла не только над дефектом, но и в соседней области. Коммутатор 7 поочередно подключает вихретоковые преобразователи 6.1-6.5 к электронному блоку 8. В процессе сканирования электромагнитное взаимодействие вихретоковых преобразователей 6.1-6.5 с возможными дефектами происходит при различных монотонно изменяющихся уровнях напряженности Н постоянного магнитного поля. Это обеспечивает взаимодействие одного из вихретоковых преобразователей 6.1-6.5 с дефектом 15 при величине Н, близкой к оптимальной. Регистрируя нормированные по начальному напряжению U сигналы U от вихретоковых преобразователей 6.1-6.5, по совокупности полученных значений
(Н) определяют параметры дефекта с помощью предварительно полученных на образцах зависимостей.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>в</mi><mi>н</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup></mrow>
Заявляемое устройство, по сравнению с известными, обеспечивает большую чувствительность и информативность контроля. Большая чувствительность достигается благодаря тому, что вихретоковый сигнал считывается при различных, монотонно изменяющихся значениях напряженности намагничивающего постоянного магнитного поля. Большая информативность достигается благодаря тому, что в процессе сканирования получают совокупность значений
(Н), по которым можно судить о параметрах дефекта.
Источники информации
1. Патент РФ №2442151 Способ выявления подповерхностных дефектов в ферромагнитных объектах G01N 27/90. Опубл. 10.02.2012 г., приоритет от 10.02.2010 г.
2. Патент Великобритании GB 2475315-А. Apparatus and method for inspection of components made of electrically conductive material by partial saturation eddy current testing. G01N 27/90, G01B 7/06 и др. Приоритет от 16.11.2009 г. (прототип).
3. Патент РФ на изобретение №2493561 Вихретоково-магнитный способ дефектоскопии ферромагнитных объектов G01N 27/90// - Опубл. 20.09.2013 г., приоритет от 04.05.2012.