Магнитный дефектоскоп
Номер охранного документа........................
Вид охранного документа..........................
Страна публикации Российская Федерация Индекс МКИ G 01 N 27/84 Регистрационный номер заявки.....................
Дата подачи заявки...............................
Дата публикации..................................
Фамилия, имя, отчество авторов Груздев Александр Анатольевич,
Лозовский Владислав Николаевич, Шелихов Геннадий Степанович
Заявитель ЗАО Диагностический научно-технический центр
«Дефектоскопия»
Название полезной модели ...Магнитный дефектоскоп
Приоритетные данные
1. Полезная модель относится к области техники неразрушающего контроля деталей и узлов авиационной, автомобильной, железнодорожной и другой техники магнитопорошковым методом. 2. Полезная модель позволяет уменьшить массу и габаритные размеры, улучшить эксплуатационные характеристики дефектоскопа, позволяющего намагничивать и размагничивать проверяемые детали полем импульсного тока. 3. Поставленная цель достигается тем, что в основу дефектоскопа положена схема импульсного намагничивания с разрядными конденсаторами без импульсного трансформатора. Разряд импульсных конденсаторов через тиристорный мост осуществляется непосредственно на проверяемую деталь или на намагничивающее устройство (соленоид или кабель).
Полезная модель относится к магнитопорошковой дефектоскопии и может быть использована для выявления дефектов типа несплошности материала в ферромагнитных изделиях авиационной, автомобильной, железнодорожной и других видов техники при намагничивании их полем импульсного тока.
Известны устройства для намагничивания изделий, основанные на различных принципах.
В дефектоскопе 77ПМД-3М (см. приложение 1) импульс тока в гибком кабеле, свернутом в виде соленоида, получают путем кратковременного замыкания кабеля на клеммы источника питания большой мощности. Максимальная амплитуда импульса тока в кабеле сечением 10 мм кв. достигает 700 А. При этом источник питания (аккумулятор, генератор напряжением = 24 В) работает в режиме короткого замыкания. Это существенный недостаток таких устройств. Кроме того, масса такого устройства с источником питания составляет более 100 кг.
Известно намагничивающее устройство УНМ 300/2000, в котором использована схема с разрядными конденсаторами, которые разряжают на первичную обмотку импульсного трансформатора. Во вторичной обмотке этого трансформатора, соединенной с намагничивающим кабелем, возникает импульс тока с амплитудой до 2000 А. Недостатком устройства УНМ 300/2000 является большая масса от 45 до 70 кг (см. приложение 2). Для магнитопорошкового контроля узлов, расположенных на высоте, как-то узлов крепления крыльев, хвостового оперения самолетов, лопастей воздушного винта вертолета это устройство оказалось непригодным из-за большой массы.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является импульсный блок дефектоскопа ПМД-70 массой 20 кг, разработанный с использованием авторского свидетельства №227668 (см. приложение 3). В основу импульсного блока положена схема с разрядными конденсаторами и импульсным трансформатором. Использование блока массой 20 кг для контроля деталей распложенных на высоте нескольких метров (летательные аппараты, подъемные механизмы и др.) также затруднено. Увеличение массы происходит за счет импульсного
трансформатора. В дефектоскопе ПМД-70 измерение и регулирование амплитуды импульсного тока не предусмотрено.
Задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение массы и габаритов дефектоскопа не менее чем в 2...2,5 раза, что может быть достигнуто разработкой схемы, не содержащей импульсного трансформатора, который является основным фактором увеличения массы импульсного дефектоскопа. Дефектоскоп массой 7...8 кг, позволяющий получить импульсный ток до 2500 А, позволит проводить эффективный магнитопорошковый контроль деталей широкой номенклатуры деталей, в том числе, расположенных на высоте. Уменьшение массы дефектоскопа связано также с уменьшением его габаритных размеров, улучшение эксплуатационных характеристик и повышение производительности контроля.
На фиг.1 показана структурная электрическая схема предлагаемого магнитного дефектоскопа, на которой обозначено: 1 - блок питания; 2 - преобразователь напряжения; 3 - схема измерения тока; 4 - датчик тока (Холла); 5 - контакт токового ключа; 6 - токовый ключ; 7 - регулятор тока; 8 - схема управления; 9 - компаратор; 10 - переключатель режимов работы: 11 - кнопка «Пуск»; 12 - цепь сброса показаний схемы измерения; C 1...Сn - разрядные конденсаторы; Т1-Т4 - тиристоры тиристорного моста; R1, R2 - резисторы датчика напряжения (датчика отрицательной обратной связи); 13, 14 - контакты на входе компаратора; 15 - программное устройство в схеме управления; 16 - намагничивающие устройства (кабель, соленоид, электроконтакты).
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в следующем. Предлагаемая полезная модель основана на использовании схемы с разрядными конденсаторами, разряд которых осуществляется через тиристорный мост на намагничивающее устройство или на проверяемую деталь. Схема не содержит импульсного трансформатора. Стабильность регулировочных характеристик и стабильность импульсов тока обеспечивается наличием отрицательной обратной связи. Уменьшение массы дефектоскопа обеспечивается тем, что схема дефектоскопа не содержит импульсного трансформатора. При массе дефектоскопа 20 кг контроль проводят два дефектоскописта, а при массе дефектоскопа 7...8 кг контроль проводит один контролер, что увеличивает производительность труда. Кроме этого при меньшей массе дефектоскопа создаются лучшие условия работы, что также повышает производительность труда контролера. Предлагаемый дефектоскоп содержит (фиг.1):
- блок питания 1, соединенный через контакты 5 токового ключа 6 с преобразователем напряжения 2. Блок питания питается от сети переменного тока напряжением 220 В или от сети постоянного тока напряжением 24 В. Это напряжение принято во всех видах авиации.
- преобразователь напряжения 2, выход которого соединен с разрядными конденсаторами С1...Сn и тиристорным мостом Т1...Т4;
- датчик напряжения R1, R2 (датчик отрицательной обратной связи), соединенный с выходом преобразователя напряжения и первым (а) входом компаратора 9;
- регулятор тока 7, связанный со вторым (б) входом компаратора 9;
- схему управления 8, которая формирует режимы работы, управляет тиристорным мостом, формирует сигнал «Сброс» и подает его на схему измерения, формирует сигналы управления токовым ключом 6;
- компаратор 9, имеющий первый вход (а), второй вход (б) и выход (в);
- схему измерения тока 3 и датчик тока (Холла) 4;
- разрядные тиристоры Т1...Т4, через которые происходит разряд разрядных конденсаторов на намагничивающие устройства (кабель, соленоид или на проверяемый объект) 16;
- переключающее устройство 13, 14, подключающее на второй вход компаратора либо регулятор тока 7, либо программное устройство 15;
- программное устройство 15 схемы управления 8 обеспечивает сигналы на второй вход компаратора 9 в соответствии с установленными режимами работы: одиночные импульсы, непрерывно следующие импульсы тока, разнополярные импульсы тока, убывающие по амплитуде до нуля (при размагничивании);
- намагничивающие устройства 16;
- кнопка «Пуск» 11, которой включаются в работу режимы, установленные переключателем «Режимы работы».
- магнитный индикатор для выявления дефектов после намагниивания.
Работа схемы дефектоскопа состоит в следующем.
А. В режиме намагничивания полем одиночных импульсов тока,
В исходном начальном состоянии: напряжение на выходе преобразователя напряжения 2 равно нулю, конденсаторы C1...Cn разряжены, напряжение на датчике обратной связи R1 и R2 равно нулю.
При установке переключателя режимов в положение одиночных импульсов «ИМП» напряжение с регулятора тока 7 подается на второй вход (б) компаратора 9, напряжение с выхода (в) компаратора подается на токовый ключ, который срабатывает и замыкает контакт 5. Напряжение с блока питания подается на вход преобразователя напряжения 2. Напряжение на выходе преобразователя начнет увеличиваться, а конденсаторы C1...Cn будут заряжаться, соответственно будет увеличиваться напряжение на датчике R1, R2 и на первом (а) входе компаратора 9. При достижении равенства напряжений на первом и втором входах компаратора выходной сигнал на выходе компаратора становится равным нулю. Токовый ключ срабатывает, контакт 5 размыкается. Напряжение на выходе преобразователя увеличиваться не будет. Конденсаторы C 1...Cn остаются заряженными до этого напряжения. При нажатии кнопки «Пуск» со схемы управления на управляющие электроды тиристоров Т1 и Т4 подаются отпирающие импульсы, тиристоры Т1 и Т4 открываются. Происходит разряд конденсаторов C1...Cn на кабель (соленоид) намагничивающего устройства.
В дальнейшем заряд конденсаторов C1...Cn повторяется. При нажатии кнопки «Пуск» вновь произойдет разряд конденсаторов на намагничивающее устройство.
При изменении положения движка регулятора тока конденсаторы будут заряжаться до меньшего или большего напряжения, соответственно будет изменяться амплитуда тока в намагничивающем устройстве.
Б. В режиме непрерывно следующих импульсов тока приложенного поля.
В схеме управления 8 вырабатываются импульсы, которыми открываются тиристоры Т2 и Т4 с частотой 0,5...1 Гц. С этой же частотой заряжаются и разряжаются через тиристоры Т1 и Т4 разрядные конденсаторы C1...Cn на намагничивающие устройства. Во время действия импульсов поля в намагничивающем устройстве (кабель, соленоид или проверяемая деталь) наносят магнитный индикатор (магнитную суспензию или сухой магнитный порошок), т.е. проводят магнитопорошковый контроль в приложенном магнитном поле непрерывно следующих импульсов тока.
В. При размагничивании проверяемых деталей
При установке переключателя режимов в положение «Размагничивание» второй выход компаратора соединяется с клеммой 14, через которую от программного устройства 15 подается плавно убывающее напряжение от максимального значения до нуля. Максимальное значение этого напряжения соответствует максимальному значению напряжения на выходе преобразователя напряжения 2. Одновременно в схеме управления формируются управляющие импульсы, которыми в соответствии с заложенной программой поочередно открываются тиристоры Т2, Т4 и Т1, Т3 с частотой 0,5...1 Гц. При открытии тиристоров Т1 и Т4 в намагничивающем устройстве будет проходить импульс тока положительного направления, а при открытии тиристоров Т1 и Т3 - противоположного направления. В результате в намагничивающем устройстве будут проходить разнополярные импульсы тока, убывающие по амплитуде от максимального значения до нуля. Оптимальная длительность этого процесса размагничивания, установленная экспериментально, составляет 50...60 с.
Измерение тока осуществляется измерительной схемой. В качестве датчика тока использован датчик Холла. Дефектоскоп рассчитан на питание от сети напряжением 220 В, 50 Гц или от сети постоянного тока напряжением 24...27 В. Магнитный индикатор наносят после намагничивания.
Пример выполнения предлагаемого дефектоскопа. Изготовлен действующий макет предлагаемого дефектоскопа по предлагаемой схеме. В которой использовали элементы:
- разрядные конденсаторы емкостью 70000 мкФ;
- разрядные тиристоры;
- микроконтроллер P1C6F84;
- датчик Холла типа KSY 14.
Изготовленный макет предлагаемого дефектоскопа имеет следующие технические характеристики:
- масса 7,5 кг;
- максимальный ток 2500 А;
- длительность размагничивания 50 с;
- режимы работы: одиночные импульсы тока; непрерывно следующие импульсы тока; разнополярные убывающие по амплитуде импульсы тока (режим размагничивания);
- Схема смонтирована в чемодане типа «Кейс».
Таким образом, проведенная и обоснованная совокупность признаков является необходимой и достаточной для получения положительного эффектауменьшение массы и габаритных размеров дефектоскопа, повышение производительности труда и эксплуатационных характеристик дефектоскопа.
Магнитный дефектоскоп, содержащий блок питания, преобразователь напряжения, разрядные конденсаторы, намагничивающие устройства, отличающийся тем, что блок питания через токовый ключ соединен с преобразователем напряжения, выход которого подключен к разрядным конденсаторам, соединенным с намагничивающими устройствами через тиристорный мост, управляющие электроды которого подключены к схеме управления, а плюс его диагонали питания через датчик напряжения соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с регулятором тока, а его выход - с токовым ключом.
