ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ТРАКТ ВИХРЕТОКОВОГО ДЕФЕКТОСКОПА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТРУБ
MEASURING LINE OF EDDY-CURRENT FLAW DETECTOR FOR PIPES INSPECTION

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов с помощью вихревых токов и может быть использовано при неразрушающем контроле труб из аустенитной (неферромагнитной) стали, например, теплообменника парогенератора АЭС.
Известен измерительный тракт дефектоскопа, состоящий из вихретокового преобразователя (ВТП), содержащего катушку намагничивания, на которую помещено короткозамкнутое кольцо, две последовательно соединенные измерительные катушки, связанные с мостовой схемой, сигнал с которой поступает на блок обработки сигнала. Питание ВТП осуществляется от источника переменного тока. Измерительный тракт предназначен для контроля газового зазора технологического канала уран - графитового ядерного реактора, описан в патенте РФ №2377672, опубликованном 27.12.2009, Бюл. №36, МПК G21C 17/06 (2006/01).
Положительным качеством такого ВТП является применение коротко-замкнутого токопроводящего кольца, с помощью которого осуществляется фазовая балансировка мостовой схемы. Таким образом обеспечивается высокая чувствительность к изменению зазора технологического канала.
Недостаток предложенного преобразователя заключается в слабой информативной способности о дефектах самого канала, например трещин, язв, коррозии и питтингов.
Известен измерительный тракт дефектоскопа, описанный в патенте РФ №2370762, опубликованном 20.10.2009, Бюл. №29, МПК G01N 27/90 (2006/01), содержащий вихретоковый преобразователь, состоящий из катушки намагничивания, соединенной с генератором дефектоскопа, двух дифференциально включенных измерительных катушек, соединенных с первым каналом дефектоскопа, намагничивающего соленоида, радиально расположенных и последовательно соединенных датчиков Холла, сигнал с которых поступает на второй канал дефектоскопа. Балансировка тракта осуществляется фазовращателем дефектоскопа, подключенного к схеме компенсатора начальной ЭДС.
Положительным качеством рассматриваемого измерительного тракта дефектоскопа является применение дифференциального вихретокового преобразователя, который в сочетании с дополнительными датчиками Холла и намагничивающим соленоидом позволяет выявлять протяженные дефекты ферромагнитных труб и контролировать ее толщину.
Недостатками такого дефектоскопа являются:
- невозможность контролировать толщину стенок трубы дифференциальным преобразователем, поскольку он не обладает такой информативной способностью;
- невозможность контролировать толщину стенок трубы из аустенитной стали применением намагничивающего соленоида в сочетании с датчиками Холла;
- наличие двух измерительных каналов для контроля, усложняющих и удорожающих дефектоскоп.
Указанные недостатки частично устранены в измерительном тракте вихретокового дефектоскопа, описанного в диссертации Жданова Андрея Геннадьевича: «Повышение надежности анализа данных вихретокового контроля теплообменных труб парогенераторов АЭС», Москва, 2014, стр. 25. Информация имеется в сети «Интернет» по адресу:
htpp://www.niiin.ru/upload/medialibrary/cae/cae7e46df2b214619261d7e5cf7300a0.pdf. Кроме того, с диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр».
Измерительный тракт вихретокового преобразователя представлен в Приложении 1.
Преобразователь состоит из двух измерительных катушек 1 и 2, включенных встречно, и совместно с сопротивлениями R1 и R2 образующих мостовую схему дифференциального датчика. Мостовая схема подключена к генератору дефектоскопа. Диагональ моста подключена к дифференциальному каналу дефектоскопа, который измеряет комплексную составляющую поступающего напряжения, несущего информацию о наличии или отсутствии дефектов в контролируемой трубе. Катушка 2 и сопротивление R2 образуют схему абсолютного датчика, сигнал с которого поступает на абсолютный канал дефектоскопа. Абсолютный датчик чувствителен ко всем факторам, которые изменяют наведенные в контролируемой трубе вихревые токи, то есть к таким, как проводимость, магнитная проницаемость, и дефектам, и к толщине стенок контролируемой трубы. Дифференциальный датчик сравнивает близлежащие области контролируемой трубы. Когда на одной из катушек возникает изменение сигнала, происходит потеря компенсации между катушками, и это означает, что обнаружено аномальное состояние контролируемой трубы.
Сигналы от абсолютного и дифференциального датчиков ВТП показаны в Приложении 2:
а) профиль дефектов сечения испытуемой трубы;
б) и в) действительная и мнимая составляющие наводимого напряжения при передвижении ВТП вдоль оси испытуемой трубы;
г) годограф наводимого напряжения на комплексной плоскости.
Положительными качествами предлагаемого измерительного тракта вихретокового дефектоскопа является получение комплексной информации как о дефектах испытуемой трубы, так и о толщине ее стенок, исключение применения намагничивающего соленоида и датчиков Холла, возможность контроля ферромагнитных труб.
К недостаткам измерительного тракта следует отнести обязательное наличие двух каналов измерения в дефектоскопе, что усложняет его принципиальную схему и повышает затраты на производство.
Цель изобретения - уменьшение затрат на проведение контроля труб путем унификации измерительного тракта вихретокового дефектоскопа.
Поставленная цель достигается тем, что в измерительном тракте вихретокового дефектоскопа, содержащем вихретоковый преобразователь и генератор, соединенные с блоком обработки сигнала и управления дефектоскопа, генератор соединен с первой катушкой преобразователя, фазовращатель со второй, рядом с которой соосно размещено токопроводящее немагнитное кольцо и преобразователь связан одним измерительным каналом с блоком обработки сигнала и управления.
Сущность изобретения заключается в том, что в измерительном тракте вихретокового дефектоскопа используется дифференциальный вихретоковый преобразователь, в одной из катушек которого фаза возбуждающего генератором тока принудительно сдвигается за счет расположения рядом с ней немагнитного кольца, а балансировка всего измерительного тракта вихретокового дефектоскопа осуществляется фазовращателем.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
- на фиг. 1 - конструкция проходного ВТП с блок-схемой измерительного тракта вихретокового дефектоскопа;
- на фиг. 2 - сигналы измерительного тракта дефектоскопа при коротком дефекте испытуемой трубы и неизменной толщины ее стенок;
- на фиг. 3 - сигналы измерительного тракта вихретокового дефектоскопа при утонении стенки испытуемой трубы;
- на фиг. 4 - комплексные сигналы измерительного тракта вихретокового дефектоскопа при наличии дефекта испытуемой трубы и утонения ее стенки.
Измерительный тракт дефектоскопа состоит из ВТП 1, который содержит две катушки 2 и 3 и токопроводящее немагнитное кольцо 4, расположенное в непосредственной близости от катушки 3, помещенные в пазы каркаса 5. Катушки 2 и 3 соединены последовательно и образуют с сопротивлениями 6 и 7 мостовую схему. ВТП 1 располагают внутри контролируемой трубы 8.
Мостовая схема: катушки 2, 3 и сопротивления 6, 7 образуют дифференциальную часть проходного ВТП 1, а свойства абсолютного преобразователя придает ему токопроводящее кольцо 4.
Генератор 9 дефектоскопа соединен с катушкой 2 вихретокового преобразователя 1, расположенной «вдали» от токопроводящего кольца 4, фазовращатель 10 соединен с катушкой 3 вихретокового преобразователя 1, расположенной рядом с токопроводящим кольцом 4, и ВТП 1 подключен к блоку 11 обработки сигнала и управления.
Измерительный тракт работает следующим образом.
ВТП 1 помещают в контрольный образец трубы, который заведомо не содержит дефектов и имеет номинальные геометрические характеристики. Протекающий по катушкам переменный ток образует магнитное поле, которое наводит вихревые токи в стенке контрольного образца трубы и в токопроводящем кольце 4, которое, в свою очередь, так же наводит вихревые токи в стенке трубы. В результате этого на выходе ВТП 1 появляется комплексный сигнал, который балансируют фазовращателем 10, изменяя амплитуду и фазу питающего катушку 3 переменного тока, так, чтобы на входе блока 11 сигнал был равен нулю. Затем ВТП 1 переносят в контролируемую трубу 8 и перемещают его вдоль оси трубы. При прохождении катушек 2 и 3 преобразователя 1 в месте дефекта (например трещины, язвы, коррозии, питтинга), в последних изменяется амплитуда и фаза протекающего через них переменного тока, мостовая схема разбалансируется и на вход блока 11 поступает комплексный сигнал. При этом, если геометрические размеры контролируемой трубы 8 сопоставимы с геометрическими размерами контрольного образца трубы, то токопроводящее кольцо 4 ВТП 1 не оказывает дополнительного влияния на ток в близлежащей катушке 3. Блок 11 обрабатывает комплексный сигнал и выводит его характеристики на дисплей дефектоскопа. Амплитуда и фаза сигнала несут информацию о дефекте трубы. При изменении толщины стенок контролируемой трубы 8, взаимодействие токопроводящего кольца 4 с катушкой 3 изменяется, что приводит к сдвигу протекающего через ВТП 1 тока по фазе, которая измеряется блоком 11 и определяет величину отклонения толщины стенки трубы от номинального значения. При этом мостовая схема ВТП 1 остается сбалансированной на бездефектном участке и выходное напряжение ВТП 1 равно нулю, поскольку металл трубы оказывает одинаковое влияние на катушки 2 и 3. На участке трубы 8, имеющем дефект, и с отклонением толщины стенок от номинального значения, на входе блока 11 появляется комплексный сигнал, т.е. выходной сигнал измерительного тракта дефектоскопа от дефекта сдвигается по фазе, пропорциональной величине изменения толщины стенки трубы.
Измерительный тракт проверен в работе с одноканальным вихретоковым дефектоскопом «ВЕКТОР-50» производства ООО «НВП «Кропус» (ГОСРЕЕСТР №71308-18 от 01.06.2018). На фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 изображены реальные сигналы измерительного тракта вихретокового дефектоскопа при различных дефектах, встречающихся в трубах, полученных с помощью дефектоскопа «ВЕКТОР-50».
На эпюрах, изображенный на фиг. 2, видны характерные сигналы от дефекта в виде коротких импульсов, отсутствие изменения толщины стенок контролируемой трубы характеризуется неизменным положением годографа в центре координат.
На эпюрах, изображенных на фиг. 3, отсутствуют сигналы от дефектов и появляется фазовый сдвиг на годографе при утонении толщины стенки контролируемой трубы.
На эпюрах, изображенных на фиг. 4, видны импульсы от дефекта при нормальной толщине стенки контролируемой трубы и появления фазового сдвига на годографе при достижении преобразователем участка с утонением ее стенки.
Положительными характеристиками измерительного тракта вихретокового дефектоскопа являются:
- наличие одного канала измерения характеристик трубы;
- непосредственная балансировка измерительного моста преобразователя за счет прямого подключения фазовращателя;
- унификация измерительного преобразователя за счет применения токопроводящего  кольца для принудительного изменения параметров близлежащей катушки и внесения элементов абсолютного датчика, по сути дела, в дифференциальный, что позволяет использовать более дешевый одноканальный вихретоковый дефектоскоп при проведении измерений;
- возможность контролирования труб из ферромагнитной стали;
- возможность выявления протяженных дефектов труб за счет дополнительной информации в выходном сигнале преобразователя от его абсолютной части;
- замечено, что выходной сигнал от абсолютной части преобразователя равен нулю при изменении внутреннего диаметра трубы без изменения толщины ее стенок.
Реализация поставленной цели позволяет сократить затраты на проведение измерений применением измерительного тракта дешевого вихретокового дефектоскопа, имеющего только один измерительный вход.