СПОСОБ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ
METHOD OF EDDY CURRENT CONTROL

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при вихретоковом контроле электропроводящих объектов для дефектометрической оценки выявляемых в них дефектов, образующих сетку трещин.
Из уровня техники [патент RU 2487344 С2, опубл. 10.07.2013] известен способ вихретокового контроля, заключающийся в том, что устанавливают накладной вихретоковый преобразователь на бездефектном участке, идентичном контролируемому, компенсируют вихретоковый сигнал накладного вихретокового преобразователя, подключенного к электронному блоку, устанавливают вихретоковый преобразователь над трещиной, регистрируют изменение вихретокового сигнала и используют его для определения глубины трещины на контролируемом участке с помощью предварительно полученных на контрольных образцах с известной глубиной трещин зависимостей.
Известный способ не обеспечивает достоверной дефектометрической оценки глубины выявленной трещины при наличии близко расположенной соседней трещины, ориентированной вдоль основной. Близко расположенные и ориентированные в одном направлении трещины характерны, например, для дефектных участков магистральных газопроводов под влиянием стресс-коррозии. Они развиваются в направлении, ориентированном вдоль оси трубопровода. По существующим данным более 30% разрушений магистральных трубопроводов происходит из-за развития трещин стресс-коррозионного происхождения. Измерение их глубины необходимо для определения целесообразности и технологии ремонта.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ вихретокового контроля, заключающийся в том, что контролируемый объект вводят во взаимодействие с вихретоковым преобразователем (ВТП), выделяют амплитудно-фазовым детектором квадратурные составляющие сигнала ВТП и по соотношению их величин судят о наличии полезного и мешающего сигнала. При этом предварительно снимают годографы от вариации зазора на бездефектном участке изделия и участке, содержащем калибровочный дефект. После этого изменяют фазу тока возбуждения так, чтобы сигнал от дефекта совпал по направлению с одной из осей координат комплексной плоскости. После этого устанавливают преобразователь на контролируемый объект и устанавливают наличие и относительную величину дефекта на контролируемом участке, по относительной величине приращения сигнала в направлении выбранной оси, от годографа, соответствующего бездефектному участку относительно сигнала калибровочного дефекта. Относительная величина зазора может быть установлена по приращению сигнала в ортогональном направлении, выбранной оси комплексной плоскости, от уровня, соответствующего минимальному зазору, относительно сигнала максимального зазора. При этом изменением фазы тока возбуждения совпадение направления влияния дефекта может быть установлено с осью абсцисс или с осью ординат [Методика вихретокового контроля лопаток паровых турбин тепловых электрических станций дефектоскопом "Зонд ВД-96" РД 34.17.449-97, Найдено из Интернет: http://www.norm-load.ru/SNiP/Datal/39/39581/index.htm].
Однако и этот способ не позволяет получить достоверную оценку глубины трещины при наличии близко расположенной соседней трещины, ориентированной вдоль измеряемой.
Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении достоверности дефектометрической оценки глубины трещины за счет подавления влияния соседней трещины, ориентированной вдоль измеряемой.
э
12
H
12
э
12
Указанный технический результат достигается способом вихретокового контроля, заключающимся в том, что устанавливают накладной вихретоковый преобразователь, подключенный к выполненному с возможностью амплитудно-фазовой обработки сигнала электронному блоку, компенсируют вихретоковый сигнал накладного вихретокового преобразователя на бездефектном участке контролируемого объекта, регулируют фазу опорного напряжения для амплитудно-фазового преобразования вихретокового сигнала, устанавливают вихретоковый преобразователь в зоне измерения симметрично над измеряемой трещиной, регистрируют изменение вихретокового сигнала относительно скомпенсированного вихретокового сигнала после амплитудно-фазового преобразования и используют зарегистрированное изменение для определения глубины измеряемой трещины на контролируемом участке по градуировочным характеристикам, полученным с помощью контрольных образцов с искусственными трещинами разной глубины, при этом предварительно выбирают вихретоковый преобразователь с эквивалентным радиусом R, не превышающим расстояние В от измеряемой трещины до ориентированной вдоль нее соседней трещины, перед регулировкой фазы опорного напряжения устанавливают его напротив зоны измерения с внешней не обращенной к измеряемой трещине стороны соседней трещины на расстоянии R=В-Я, где В - расстояние между измеряемой и соседней трещинами в зоне измерения, а фазу опорного напряжения регулируют из условия подавления вихретокового сигнала, вносимого соседней трещиной.
*
вн
1
2
12
На фиг. 1 показана структурная схема устройства для реализации заявляемого способа, на фиг. 2 показаны зоны установки вихретокового преобразователя относительно трещин в процессе измерений. На фиг. 3 показаны годографы вихретокового сигнала U, вносимого под влиянием изменения измеряемой глубины трещины с глубиной h и соседней трещины с глубиной h для различных расстояний В между трещинами.
Схема устройства с возможностью амплитудно-фазовой обработки сигнала для реализации заявляемого способа может быть выполнена, например, в виде показанных на фиг. 1 последовательно соединенных генератора 7 гармонического тока, накладного вихретокового преобразователя (ВТП) 2, компенсатора 3, амплитудно-фазового детектора 4, блока 5 представления информации и фазовращателя 6, включенного между выходом генератора 7 и опорным входом амплитудно-фазового детектора 4.
э
12
В процессе измерения глубины трещины 7 при наличии ориентированной вдоль нее соседней трещины 8 вихретоковый преобразователь 2 устанавливается в зонах 9, 10 и 11. Площади указанных на фиг.2 зон совпадают с площадью эффективного взаимодействия вихретокового преобразователя 2 с контролируемым объектом и имеют вид круговых площадок с радиусом R. Трещины 7 и 8 ориентированы в общем направлении, а расстояние между ними равно В.
Заявляемый способ реализуется следующим образом.
э
12
э
Выбирают ВТП 2 с эквивалентным радиусом R, не превышающим расстояние В от измеряемой трещины до ориентированной вдоль нее соседней трещины. ВТП 2, питаемый переменным током от генератора 7, устанавливают на бездефектном участке (зона 9) и компенсируют возникающий вихретоковый сигнал с помощью компенсатора 3. Центр зоны 9 выбирается так, чтобы его расстояние от ближайшей трещины было не менее 3R, что необходимо для исключения влияния трещин на величину вихретокового сигнала.
H
12
э
12
Затем ВТП 2 устанавливается напротив зоны 11 измерения, в зоне 10, находящейся с внешней не обращенной к измеряемой трещине 7 стороны соседней трещины 8, на расстоянии R=В-R, где В - среднее расстояние между трещинами 7 и 8 с учетом их возможной извилистости.
н
8
При размещении скомпенсированного на бездефектном участке 9 ВТП 2 в зоне 70 вихретоковый сигнал  определяется только влиянием трещины 8, т.е.  При установке преобразователя 2 в зоне 11 его вихретоковый сигнал  будет зависеть от параметров обеих трещин - 7 и 8, т.е.  Функцию  можно представить в виде суммы двух функций  каждая из которых зависит только от параметров соответствующей трещины и ее положения относительно ВТП 2. Вихретоковый сигнал  близок к сигналу  так как создается одной и той же трещиной 8 при одинаковых расстояниях R с одной и другой сторон от нее. Однако из-за извилистости реальных трещин и их возможного наклона (отклонения их плоскости от нормали к поверхности) сигналы и и(h) будут различаться. Это не позволяет исключить влияния трещины 8 на вихретоковый сигнал  путем одной лишь компенсации вихретокового сигнала в зоне 10 перед установкой в зону 11.
10,р
10,р
Для подавления влияния трещины 8 на результат измерения в зоне 11 после установки ВТП 2 в зоне 10 регулируют с помощью фазовращателя 6 фазу вектора  опорного напряжения, поступающего на вход амплитудно-фазового детектора 4, добиваясь минимума величины регистрируемого напряжения U. Это произойдет при ориентации вектора  ортогонально вектору напряжения, вносимого под влиянием трещины 8. Теперь при размещении ВТП 2 в зоне 11 измерения вихретоковый сигнал будет существенно меньше зависеть от соседней трещины 8. Изменения сигнала U будут происходить только за счет отклонения линий влияния В12 от прямых. Для дополнительного уменьшения остаточного влияния соседней трещины 8, после регулировки фазы опорного напряжения, проводят с помощью компенсатора 3 компенсацию ВТП 2, находящегося в зоне 10. Таким образом, влияние соседней трещины 8 происходит за счет амплитудно-фазового преобразования остаточного вектора, полученного после компенсации. Так как остаточный вектор имеет существенно меньшую величину, то и его проекция после амплитудно-фазового преобразования пропорционально уменьшится.
Затем устанавливают ВТП 2 в зоне 11 измерения и регистрируют изменение преобразованного амплитудно-фазовым детектором 4 вихретокового сигнала с помощью блока 5 представления информации.
Определение глубины трещины 7 по величине полученного изменения вихретокового сигнала проводят с помощью градуировочных характеристик, полученных на контрольных образцах с дефектами известной глубины. При получении градуировочных характеристик устанавливают фазу опорного напряжения равной ее значению, полученному при отстройке от влияния соседней трещины.
12
Э
12→∞
1
2
Возможность подавления влияния соседней трещины, ориентированной вдоль измеряемой, поясняется представленными на фиг. 3 экспериментально полученными годографами вихретокового сигнала при вариации глубины измеряемой трещины 7 и расстояния В между измеряемой трещиной 7 и соседней трещиной 8. Годографы получены для ВТП 2 с эффективным радиусом Я=3 мм, при рабочей частоте ƒ=60 КГц и рабочем зазоре 0,5 мм. Расстояние между трещинами изменялось от 3 мм до 6 мм с шагом 0,5 мм. Измерения проводились также при отсутствии соседней трещины (В). Глубина h измеряемой трещины изменялась от 1 мм до 5 мм с шагом 1 мм, а глубина h соседней трещины составляла 5 мм. Образцы с искусственными дефектами были выполнены электроэрозионным методом. Материал образцов - Ст3, толщина - 8 мм.
12
2
12
12
На фиг. 3 линии влияния глубины hi трещины 7 показаны сплошными линиями, а линии влияния расстояния В - пунктирными. Кроме того, мелким пунктиром с точками в виде треугольника показана линия изменения вихретокового сигнала при перемещении трещины 8 глубиной h=5 мм от центра ВТП 2 (В=0) до расстояния В=6 мм.
12
Э
12
1
1
12
1
12
Из приведенных годографов видно, что при изменении В от величины R и до ∞ линии влияния В близки к прямым и параллельны друг другу при разных значениях глубины h измеряемой трещины 7, а линия влияния глубины h близка к прямой. Кроме того, линии влияния В и h образуют угол, близкий к 90°. Это позволяет провести эффективную отстройку от влияния вариации величины В за счет извилистости трещин 7 и 8.
12
Э
12
1
Э
12
Указанные соотношения нарушаются при величине расстояния В<В. В этом случае линия влияния В близка по своему направлению к линии влияния трещины h и применение амплитудно-фазового способа становится невозможным. Это и определяет необходимость выбора ВТП 2 с Я<В.
12
Сигнал на выходе амплитудно-фазового детектора 4, получаемый от ВТП 2, установленного в зоне 10 измерения после регулировки фазы опорного напряжения и компенсации на участке 11, будет достаточно мал (за счет компенсации) и не будет изменяться при извилистости трещин 7 и 8, приводящей к вариации В (за счет амплитудно-фазового преобразования).
Технические преимущества предлагаемого способа вихретокового контроля заключаются в повышении достоверности дефектометрической оценки глубины трещины за счет подавления влияния соседней трещины, ориентированной вдоль измеряемой. Достигнутый результат весьма важен для оценки технического состояния объектов ответственного назначения, в частности магистральных газопроводов, для которых характерны дефектные участки с сеткой трещин, ориентированных вдоль оси. Подобные трещины развиваются по механизму стресс-коррозии и являются одной из основных причин аварийного разрушения газопроводов.