ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ К ДЕФЕКТОСКОПУ

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля и может быть использован для дефектоскопии электропроводящих изделий, контроля технического состояния сварных швов, металлических конструкций сложной формы, технических сооружений, машин и механизмов.
Известен широкий круг приборов для неразрушающего контроля изделий из электропроводящих материалов.
Клюев В.В. Неразрушающий контроль материалов и изделий (в 2-х книгах), М.: Машиностроение. 1976. Недостатками рассмотренных методов являются сложность проведения испытаний и длительное время измерений.
Недостатком описанных в данном источнике приборов с использованием магнитного феррозондового метода является необходимость намагничивания изделия, что усложняет процесс дефектоскопии.
Мойкин Д.А. Неразрушающий контроль в вагонном хозяйстве. МПС РФ. Петербургский государственный университет путей сообщений. ИР Транс, 2001.
В данном источнике вихретоковый метод контролирует только поверхностный слой изделия, что приводит к ограничению области их применения.
Известны устройства (RU 99106532, МПК G01N 27/90, опубл. 10.02.2001 г.), в котором электромагнитный преобразователь состоит из разомкнутого магнитопровода с возбуждающей обмоткой и симметрично установленного относительно его торцов измерительного элемента.
Недостатком данного устройства является то, что оно анализирует только поверхностные дефекты, не обеспечивает анализ внутренней структуры контролируемого объекта, что затрудняет анализ состояния толстостенных объектов.
Также известно устройство (RU 2161795, МПК G01N 27/90, опубл. 10.01.2001) в котором для обнаружения поверхностных дефектов возбуждается вихревое поле индукторной катушкой, расположенной с одной стороны стенки изделия, а измерения производят измерительной катушкой, расположенной с другой стороны стенки изделия.
Недостатком этого устройства является то, что катушка возбуждения и измерительная катушка расположены по разные стороны стенки изделия, что затрудняет его применение для дефектоскопии изделий, где отсутствует возможность двустороннего размещения указанных катушек, при этом оно применяется только для дефектоскопии тонкостенных объектов, кроме того, измерительная катушка имеет значительные размеры, на два и более порядка превосходящие размеры дефекта, что также усложняет его применение.
Наиболее близким является устройство для дефектоскопии электропроводящих объектов (RU 2085931 МПК G01N 27/90 опубл. 27.07.1997), содержащее возбуждающую систему в виде П- или С-образного магнитопровода с обмоткой, возбуждающей вихревые токи, и измерительный элемент, состоящий из двух дифференциально включенных катушек индуктивности, расположенных коаксиально и имеющих общий рабочий торец, и магнитодиэлектрический сердечник, размещенный соосно с катушками, симметрично относительно рабочих торцов магнитопровода.
Недостатками этого преобразователя является невозможность определения дефектов внутри изделия и на его противоположной стенке относительно расположения преобразователя, наличие сложного измерительного элемента, требующего балансировки, что снижает стабильность и надежность измерений, большая площадь рабочей зоны преобразователя, что снижает разрешающую способность при определении места локализации дефектов, их концентрации, а также делает невозможным контроль состояния дефектов и их развития.
Задача заключается в том, чтобы разработать электромагнитный преобразователь к дефектоскопу для неразрушающего контроля текущего технического состояния сварных швов, металлических конструкций сложной формы, составных частей машин и механизмов с целью обнаружения в них наличия дефектов в виде трещин, раковин и инородных включений на обеих стенках изделия или в его внутреннем объеме, а также увеличение глубины обнаружения дефектов внутри изделия для обеспечения возможности их обнаружения и контроля в толстостенных объектах.
Технический результат: предлагаемый электромагнитный преобразователь позволяет обнаруживать дефекты достаточно малых размеров (единицы миллиметров) как на обеих стенках контролируемого изделия, так и в его внутреннем объеме, при этом глубина обнаружения дефектов может быть значительной (десятки сантиметров), что позволяет контролировать толстостенные изделия, измерительный преобразователь позволяет улучшить качество контроля развития дефектов во времени.
Полученный технический результат достигается тем, что электромагнитный преобразователь к дефектоскопу, содержащий возбуждающую систему в виде С-образного магнитопровода с обмоткой и измерительный элемент, расположенный симметрично относительно торцов магнитопровода, состоящий из катушки индуктивности, расположенной на сердечнике, при этом обмотка С-образного магнитопровода состоит из двух частей, симметрично расположенных относительно сердечника, выполненного из магнитопроводящего материала, один конец которого имеет магнитный контакт в центре С-образного магнитопровода с его внутренней стороны, на другом его конце имеется патрон из немагнитящегося материала для предотвращения возникновения вихревых токов, торцы С-образного магнитопровода имеют скосы, расположенные в одной плоскости с торцом сердечника, площадь которых соизмерима с площадью сечения минимального дефекта.
1
2
1
2
Сущность полезной модели_заключается в том, что в электромагнитном преобразователе, содержащем обмотку из двух частей, намотанную на С-образном магнитопроводе, магнитная проницаемость µ которого превосходит магнитную проницаемость µ контролируемого изделия, при этом две части обмотки С-образного мапштопровода расположены симметрично относительно его торцов, и измерительную систему, содержащую катушку индуктивности на магнитопроводящем сердечнике, один конец которого имеет магнитный контакт в центре С-образного магнитопровода с его внутренней стороны, на другом его конце имеется патрон из немагнитящегося материала, торцы С-образного магнитопровода имеют скосы, формирующие внешнее относительно торцов симметричное магнитное поле при отсутствии дефектов в изделии, а при наличии любого из дефектов (трещин, раковин или инородных включений) в изделии симметрия поля нарушается и в сердечнике, на котором намотана катушка индуктивности, формируется переменный магнитный поток, приводящий к появлению в ней э.д.с. индукции, и, следовательно, измерительного сигнала, позволяющего обнаруживать дефекты и повысить качество контроля их состояния. Возбуждающая система и измерительная система преобразователя расположены в корпусе из немагнитящегося материала, глубина контролируемых дефектов в изделии определяется регулируемой частотной зависимостью отношения µ/µ и достигает значений единиц - десятков сантиметров.
Полезная модель поясняется чертежом.
возб
изм
На Фиг. схематически изображен электромагнитный преобразователь к дефектоскопу в корпусе 1 из немагнитящегося материала (штриховая линия), контролируемое изделие 2, имеющее дефект 3. Электромагнитный преобразователь состоит из С-образного магнитопровода 4, сделанного из магнитно-мягкого материала (например пермаллоя), на котором намотана обмотка из двух частей 5, расположенных симметрично относительно линии симметрии АВ. В окрестностях целевого зазора CD, на его внешней стороне, имеются скосы 6, лежащие в одной плоскости с торцом сердечника 7. На обмотку 5 подается напряжение u от генератора синусоидального напряжения, возбуждающее магнитное поле в окрестностях целевого зазора CD, проникающее в контролируемое изделие 2 со стороны скосов 6. На сердечнике 7 из магнитопроводящего материала, намотана катушка индуктивности 8, формирующая измерительный сигнал u. В основании сердечника 7 имеется патрон 9 из немагнитящегося материала, обладающего высокой электропроводностью (медь, латунь, серебро), являющийся экраном для предотвращения возникновения вихревых токов в сердечнике 7. Противоположный конец сердечника 7 имеет магнитный контакт со средней частью С-образного магнитопровода 4. Для предотвращения абразивного воздействия поверхности контролируемого изделия на торец измерительного элемента и скосы С-образного магнитопровода, между ними имеется воздушный зазор 10 или защитная пленка типа скотч.
Электромагнитный преобразователь работает следующим образом.
возб
изм
изм
изм
изм
возб
1
2
возб
При подаче синусоидального напряжения u от генератора на катушку возбуждения 5, через обе ее секции будет протекать синусоидальный ток, возбуждающий магнитное поле в окрестности зазора CD, проникающее в контролируемое изделие 2 со стороны скосов 6. Благодаря симметричному расположению секций катушки возбуждения, наводимое поле будет симметричным относительно линии симметрии АВ, если в области зазора CD материал изделия однородный, а дефекты (в том числе дефект 3) отсутствуют. При этом никаких изменений магнитного потока в центральном сердечнике 7 происходить не будет. Следовательно, в измерительной катушке 8 э.д.с. индукции наводиться не будет, поэтому измерительный сигнал u будет отсутствовать. Если при перемещении электромагнитного преобразователя вдоль поверхности изделия 2 в область зазора CD попадает дефект, локализованный на любой из поверхностей или внутри изделия и вносящий неоднородность материала, симметрия магнитного поля будет нарушена, при этом в центральном сердечнике 7 будет происходить изменение величины магнитного потока, что вызовет появление э.д.с. индукции в измерительной катушке 8 и, следовательно, сигнала u. При наличии дефекта асимметрия поля будет также зависеть от размеров и ориентации дефекта, поэтому их изменение во времени приведет к изменению амплитудных и фазовых параметров сигнала u, что позволяет отслеживать состояние дефектов во времени. Измерительный блок, на который подается измерительный сигнал u (на чертеже не показан) представляет собой измеритель его амплитуды и фазового сдвига относительно возбуждающего сигнала u. Глубина обнаружения дефектов определяется зависимостью отношения магнитных проницаемостей С-образного магнитопровода и контролируемого изделия µ/µ от частоты возбуждающего синусоидального напряжения u, которая регулируется соответствующим органом генератора.
1
2
Выводы: использование предложенного электромагнитного датчика в составе дефектоскопа позволяет обнаруживать и контролировать состояние дефектов типа трещин, раковин и инородных включений в электропроводящих материалах изделий, локализованных как внутри изделия, так и на его внешней и внутренней поверхностях, при одностороннем расположении датчика, при этом глубина обнаруживаемых дефектов может быть от единиц до десятков сантиметров от зазора С-образного магнитопровода, в зависимости от отношения µ/µ, дефектоскоп с предлагаемым датчиком позволяет повысить качество контроля состояния дефектов, имеет малые габариты и может быть выполнен в портативном варианте.