Области использования вихретокового контроля

Лекция 6. ВИХРЕТОКОВЫЙ КОНТРОЛЬ

План лекции:

1. Области использования вихретокового контроля (ВТК)

2. Классификация методов ВТК

3. Физические основы ВТК

4. Основные уравнения, описывающие процесс ВТК

Области использования вихретокового контроля

Метод вихревых токов (МВТ) основан на возбуждении вихревых токов, а потому применяется в основном для контроля качества электропроводящих объектов: металлов, сплавов, графита, полупроводниковых структур. Ему свойственна малая глубина зоны контроля, определяемая глубиной проникновения в контролируемую среду электромагнитного поля.

Несмотря на указанные ограничения, МВТ широко применяют для дефектоскопии, определения размеров и структуроскопии материалов и изделий.

В дефектоскопии с помощью МВТ обнаруживают дефекты типа нарушения сплошности, выходящие на поверхность или залегающие на небольшой глубине под поверхностью (в электропроводящих листах, прутках, трубах, проволоке, мелких деталях, железнодорожных рельсах и т. д.), выявляют разнообразные трещины, расслоения, закаты, плены, раковины, неметаллические включения и т. д. При благоприятных условиях контроля и малом влиянии мешающих факторов удается выявить трещины глубиной 0, 1 – 0, 2 мм, протяженностью 1 – 2 мм (при использовании накладного преобразователя) или протяженность: около 1 мм и глубиной 1—5% от диаметра контролируемой проволоки или прутка.

МВТ позволяет успешно решать задачи контроля размеров изделий. Этим методом измеряют диаметр проволоки, прутков и труб, толщину металлических листов и стенок труб при одностороннем доступе к изделию, толщину электропроводящих (например, гальванических) и диэлектрических (например, лакокрасочных) покрытий на электропроводящих основаниях, толщины слоев многослойных структур, содержащих электропроводящие слои. Измеряемые тол­щины могут изменяться в пределах от единиц микрометров до десятков миллиметров. Для большинства приборов точность измерения 5—10%. Минимальная площадь зоны контроля может быть доведена до 1 мм², что позволяет измерить толщину покрытия на малых деталях сложной конфигурации. С помощью МВТ контролируют зазоры и вибрации деталей изделий.

Структурное состояние металлов и сплавов влияет на их электрические и магнитные характеристики. Благодаря этому оказывается возможным контролировать не только вариации химического состава, но и структуру металлов и сплавов, а также определять механические напряжения в них. Широко при­меняют вихретоковые измерители удельной электрической проводимости и дру­гие приборы для сортировки металлических материалов и графитов по маркам (по химическому составу). С помощью электромагнитных приборов контролируют качество термической и химико-термической обработки деталей, состояние поверхностных слоев после механической обработки (шлифование, наклеп), обнаруживают остаточные механические напряжения, выявляют усталостные трещины в металлах на ранних стадиях их развития, обнаруживают наличие а-фазы и т. д. ВТП весьма эффективны для бесконтактного контроля пространственного расположения и осевых смещений электропроводящих объектов (рис. 1).

Для определения осевых смещений валов на них выполняют специальные промежуточные элементы 3а, смещение которых контролируют рамочными преобразователями. Для получения в этом случае линейной выходной характеристики используют рамки 1, 2 различной формы: треугольные (рис. 1, а) или трапецеидальные (рис. 1, б). Пространственное положение и смещение объектов контролируется, несколькими преобразователями (рис. 1, в). Контроль перекосов электропроводящих поверхностей осуществляют при помощи накладных преобразователей с ортогональными катушками. Возбуждающую катушку обычно располагают параллельно плоскости контролируемого объекта, аизмерительную – перпендикулярно. По амплитуде напряжения измерительной катушки определяют перекос, а по фазе его направление.

Рис. 1. ВТП для контроля пространственного положения изделий

Рис. 2. ВТП для измерения параметров вибрации

Широкое применение ВТП нашли в виброметрии. Контроль вибраций можно осуществлять как контактным способом (рис. 2, а, б), так и бесконтактным (рис. 2, в). При контактном способе измерения параметров вибрации используется сейсмическая масса 8 из электропроводящего материала (рис. 2, а). В некоторых конструкциях (рис. 2, б) измерительная обмотка преобразует колебательные движения промежуточных элементов 3а, к которым прикреплены пружины 10, в электрический сигнал, что позволяет значительно увеличить чувствительность преобразователя. На рис. 2, в схематически изображен преобразователь, который может быть использован как для контактного, так и для бесконтактного контроля. В первом случае измерительная обмотка контролирует колебания сейсмической массы, во втором сейсмическая масса застопорена винтом 9 и осуществляется бесконтактный контроль колебаний электропроводящего объекта 3.

Рис..3. ВТП для измерения скорости

Вихретоковые преобразователи скорости (рис.3) Основаны на том эффекте, что движущийся электропроводящий объект в результате возникновения дополнительных вихревых токов изменяет картину электромагнитного поля. Поэтому сигналы измерительных катушек зависят от скорости перемещения объекта. В этом случае ВТП Обычновыполняют так, чтобы сигналы измерительных катушек в статике были равны нулю. Это достигается их смещением относительно возбуждающей катушки (рис. 3, а) или дифференциальным включением катушек 2 (рис.3, б). Для контроля угловых и линейных смещений применяются как проходные (рис.4, а, г), так и накладные (рис.4, б, в) преобразователи.

Рис.4.ВТП для измерения угловых и линейных смещений