Вихретоковый дефектоскоп

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может использоваться для выявления or-слоев на титановых сплавах. Повышение надежности контроля достигается за счет выбора рабочей точки на годографе комплексного сопротивления вихретохового преобразователя соответственно повышенной чувствительнос™ к изменению электропроводности, за счет выявления а -слоев, как толщин электропроводящих покрытий, за счет уменьшения числа витков вихретокового преобразователя до минимального возможного, а также за счет того, что в вихретоковый дефектоскоп, состоящий из последовательно соединенных автогенератооа с вихоетоковым поеобразоватеяем в параллельном колебательном контуре , детектора и индикатора, включена катушка индуктивности,jвихретоковый преобразователь включен последовательно с конденсатором, а катушка индуктивности включена параллельно вихретоковому преобразователю и конденсатору, индуктивность Li вихретокового преобразователя - индуктивности 1ч катушки индуктивности и емкость С конденсатора выбраны из усло-Јj-Ј- , wLi «0,1 й)1г,где вия 0,1 (О- резонансная частота колебательного контура при расположении вихретокового преобразователя над немагнитным проводящим пространством. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sr>s 6 01 и 27/90

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

- - " - F43!Зй т

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " .,"; .";","

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (:

C) (Я

1> (21) 4918571/28 (22) 11.03.91 (46) 07.07.93. Бюл. М 25 (71) Самарский филиал Научно-исследовательского института технолотии и организации производства двигателей (72) В.С.Митюрин и А,П.Алексеев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1061037, кл. G 01 N 27/90, 29.03.82 .

Авторское свидетельства СССР

М 1355921, кл. G 01 N 27/90, 31.01.86.

Справочник. Приборы для нераэрушающего контроля материалов и изделий. Под ред. В.В.Клюева. М.: Машиностроение, 1986. с.133-134, (54) ВИХРЕТОКОВЫЙ ДЕФЕКТОСКОП (57) Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может использоватьсяя для выявления а-слоев на титановых сплавах. Повышение надежности контроля достигается за счет выбора рабочей точки на годографе комплексного сопротивления вихретокового преобразователя соответственно повышенной чувствительИзобретение относится к области неразрушающего контроля и может применяться для выявления а-слоев на титановых сплавах.

Целью изобретения является повышеwe надежности контроля.

На чертеже йриведена структурная схема вихретокового дефектоскопа.

Дефектоскоп содержит автогенератор

1, колебательный контур которого состоит из последовательно соединенных вихретокового преобразователя 4 и конденсатора 5 и параллельно подключенной к ним катушки

„„ЯЛ„„1826052 А1 ности к изменению злектропроводности, за счет выявления а -слоев, как таг. щин электропроводящих покрытий, за счет уменьшения, числа витков вихретокового преобразователя до минимального возможного, а также за счет того, что в вихретоковый дефектоскоп, состоящий иэ последовательно соединенных автогенератооа с вихоетоковым поеобраэователем в параллельном колебательном контуре, детектора и индикатора, включена катушка индуктивностй, вихретоковый преобразователь включен йоследовательно с конденсатором, а катушка индуктивности включена параллельно вихретоковому преобразователю и конденсатору, индуктивность 1 вихретокового преобразователя— индуктивности L катушки индуктивности и емкость С конденсатора выбраны из усло- ф

1 вия cuLt =0,1, cuLt =0,1в(2,где си- резонансная частота колебательного контура при расположении вихретокового преобразователя над немагнитным проводящим пространством. 1 ил.

6 индуктивности, причем индуктивность вихретокового преобразователя 4 устанавливается по возможности минимальной с целью уменьшения зазора между витками преобразователя и контролируемым иэделием. Сопротивление конденсатора 5 берется примерно на порядок больше индуктивного сопротивления вихретокового преобразователя 4, сопротивление катушки 6 индуктивности также берется примерно на порядок больше индуктивного сопротивления вихретокового преобразователя 4. Кроме того, резонансная частота контура и диаметр

1826052 вихретокового преобразователя должны соответствовать тому, чтобы при выявлении а-слоев рабочая точка на годографе вносимых сопротивлений вихретокового преобразователя, расположенного над немагнитным полупространством, находилась в области значений обобщенного параметра контроля 2 < P < 5. Этому соответствует значение резонансной частоты около 10 МГц и значение диаметра вихретокового преобразователя около 1 мм. Примем, что значение удельной электрической проводимости .отитанового сплава равно 0,7 МСмlм.

ПриэтомР=R и)ар> >=0,5 10 х

-з х 626 107 07 10 4 014 10

=3,7,. Кроме того, количество витков катушки индуктивности должно быть минимальным, при которых автогенератор генерирует колебания, что соответствует максимальной чувствительности автогенератора к изменению комплексного сопротивления колебательного контура. Выход автогенератора 1 соединен с входом амплитудного детектора

2, на выходе которого включен индикатор 3.

Конструктивно автогенератор и амплитудный детектор выполнены на печатной плате, на заостренном конце которой намотан вихретоковый преобразователь.

Вихретоковый дефектоскоп работает следующим образом.

Автогенератор 1 вырабатывает синусоидальное напряжение частотой около 10

МГц. Преобразователь размещают рабочим торцем на поверхности бездефектного образца, Показания индикатора дефектоскопа при этом существенно уменьшаются, что свидетельствует о большой чувствительности дефектоскопа к влиянию зазора. Покачиванием преобразователя в разные стороны находится минимум показаний дефектоскопа, который соответствует перпендикулярности оси преобразователя поверхности контролируемого изделия, После этого преобразователь размещают рабочим торцом на контролируемом изделии и аналогично, покачиванием преобразователя находится минимум показаний дефектоскопа. При этом если а -слой под вихретоковым преобразователем отсутствует, то показания дефектоскопа соответствуют показаниям дефектоскопа при установке преобразователя на поверхности бездефектного образца.

Если под вихретоковым преобразователем имеется а -слой, то показания индикатора дефектоскопа будут. смещены в сторону больших значений, т.е, влияние а-слоя аналогично влиянию зазора на вихретоковый преобразователь. Например, если толщина а.-слоя составляет 50 мкм и в качестве индикатора применен стрелочный микроамперметр типа М24 (максимальное значение тока 100 мкА), то изменение показаний от влияния а-слоя составляет 20 мкА, что. позволяет умеренно выявлять а-слой на титановых сплавах.

Принцип действия дефектоскопа заклю10 чается в следующем. Обозначим: комплексное сопротивление вихретокового преобразователя 4 — Zi, равное R1+ )со1 1. емкость 5 — С, катушка индуктивности Lg, Комплексйое сопротивление колебательного контура будет определяться формулами:

t R1 + ) (» L1 ) j» Lg

Z— о) С

R1+j (» L1 — — +» L2) 1

»С

j 1 rr) -2

»С

R1 + j (rr) L1 + rr) Е-2 ) 1 а) С

При резонансе будет соблюдаться ра1

30 . cr)C венство: .в11 — — -+о)) =О При этом комплексное сопротивление контура является эквивалентным и будет иметь вид: Z, =

» -2 (»)-1 — )

)с

- )»LAN

К1 . Модуль эквивалентного сопротивления будет определяться равенством:

I Z8 I = 12 (" С ) + I (1)

Контур имеет следующие свойства, соответствующие условиям выявления а -слоев

45 на титановых сплавах.

Если параметры контура соответствуют значениям резонансной частоты > 20 МГц, то контур имеет хорошую чувствительность 6 к влиянию зазора на вихретоковый преобра50 зователь и практическое отсутствие чувствительности к влиянию электрîllроводности и, в частности, а-слоев на вихре токовый преобразователь. При этом была отмечена значительная чувствительность к

55 влиянию емкости между контролируемым изделием и корпусом (на схеме и в формулах не указана) на вихретоковый преобразователь. Это влияние выражается в том, что если к контролируемому изделию прикоснуться металлической деталью, или просто

1826052

10 д—

) к Еng, 1

0 . 4 3 14 10

= 190 мкм

55,08 10

= 9,2 мГц перемещать вихретоковый преобразователь по бездефектному участку контролируемого изделия, то показания индикатора меняются. На основании этого резонансная частота контура и диаметр вихретокового преобразователя устанавливаются таким образом, чтобы рабочая точка на годографе комплексного сопротивления вихретокового преобразователя находилась вне области влияния данной емкости и в то же время в области достаточной чувствительности к изменению электропроводности.

Если параметры контура соответству1от условиям выявления а-слоев дефектоскопом, то резонансная частота контура равна примерно 10 МГц, диаметр преобразователя равен примерно 1 мм, рабочая точка на годографе комплексного сопротивления вихретокового преобразователя находится вобласти2< Р<5, Индуктивное сопротивление вихретокового преобразователя примерно íà порядок меньше сопротивления емкости, т.е, а) } 1 0,1 — и также примерно на поря1 го С док меньше индуктивного сопротивления иi}дуктивности Lg, т.е. ю1 1 = 0,1 а) Lz

Уменьшение индуктивности L2 увеличивает чувствительность автогенератора к изменению комплексного сопротивления колебательного контура.

Если вихретоковый преобразователь установить на образец с некоторым значением удельной электрической проводимости tJ, то индуктивность L1 уменьшится, сопротивление Rq возрастет, вследствие чего модуль эквивалентного сопротивления 4 соответственно, формуле (1) уменьшится.

Если вихретоковый преобразователь устанавливать последовательно на образцы, значения удельной электрической проводимости о которых соответственно уменьшаются, то при этом значение индуктивность

}1 будет соответственно увеличиваться, значение сопротивления R< меняться почти не будет и модуль эквивалентного сопротивления 5 соответственно формуле (1) будет уменьшаться. T.е. уменьшение электропроводности влияет противоположно увеличению зазора. -слои имеют меньшее значение электропроводности по сравнению с основой, на которой они расположены. Однако влияют они на показания дефектоскопа, а следовательно и на модуль эквивалентного сопротивления, не противоположно увеличению зазора, а однотипно ему. Это объясняется тем, что информационным параметром при выявлении а-слоев в данном дефектоскопе является не элект15 л0

40 ропроводность, а толщина а-слоя или толщина электропроводящего покрытия.

Вследствие этого при влиянии а-слоя индуктивность L! увеличится, сопротивление R} уменьшится и модуль эквивалентндгп сопротивления Ев возрастет, что однотипно влиянию увеличения зазора.

Определим глуби у проникновения вихревых токов в контролируемое изделие, При испытаниях дефектоскоп выявил все а.-слои толщиной до 200 мкм.

Конкретный дефектоскоп имеет следующие параметры. Автогенератор собран на полевых транзисторах КП302В и К".103М, Вихретоковый преобразователь 4 имеет 8:, витков, намотанных проводом, диаметром

0,07 мм, индуктивность вихретокового преобразователя равна 0,08 мкГ, Диаметр вихретокового преобразователя равен одному мм. Определим индуктивное сопротивление вихретоко oro преобразователя на частоте

10 МГц.

М 9 9

Хвтп = о) L> .- 6,28 10 0,08 — — 5 ом

Емкость конденсатора 5 равна 280 пф.

Определим емкостное сопротивление конденсатора 5 на частоте 10 МГц.

1 1

Хс = — — = — 57рм г ) С 6 28 . 10 . 28, 10

Катушка 6 имеет 50 витков, намотанных проводом диаметром 0,2 мм, значение ее индуктивности равно 1 мкГ, Определяем сопротивление индуктивности б;

Х2=6,28 . 10 1= 62,8ом вычисляем резонансную частоту контура

F— }

2т "С(И+И)

Ф

2л 2 1 1

1826052

coL> =0,1 —;

NC а 1 1 = 0,1 со 12, где м- резонансная частота колебательного контура автогенератора при расположении вихретокового преобразователя над немагнитным проводящим полупространством.

Составитель И.Кесоян

Редактор С.Кулакова Техред М.Моргентал Корректор М.Андрушенко

Заказ 2318 Тираж ° Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Были проведены испытания дефектоскопа на чувствительность к изменению электро. проводности и на выявление а-слоев.

Чувствительность к изменению электропроводности проверялась на трех стан- 5 дартных аттестованных образцах со значениями удельной электрической проводимости, равными 0,54, 0,71 и 0,925 М См/м. также чувствительность к изменению электропровадности и к а-слоям проверялась на 10 трех образцах с а-слоями, имеющими значения удельной электрической проводимости 9,59, 0,7 и 0,9 МСм!м. Образцы представляют собой цилиндры высотой 10 м, диаметром 25 мм, в середине одного из 15 торцов которых имеется круг а-слоя, диаметром 4 мм. Ориентировочная глубина аслоя 20-50 мкм. Испытания проводились при отсутствии зазора и при наличии зазора

75 мкм. В качестве индикатора использо- 20 вался милливольтметр В7-16А. Выходное напряжение дефектоскопа при нахождении вихретокового преобразователя в воздухе составляло 612 мВ.

Установлено, что увеличение электро- 25 проводности основ металла влияет однотипно увеличению зазора, а-слой также влияет однотипно увеличению зазора. Приращения напряжения от влияния а-слоя, f равные 17-33 мВ подтверждают, что чувствительность дефектоскопа является достаточной для выявления а-слоев.

Формула изобретения

Вихретоковый дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные автогенератор, в параллельный колебательный контур которого включен вихретоковый преобразователь, детектор и индикатор, о тл ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности контроля. он снабжен, катушкой индуктивности, вихретоковый преобразователь .включен последовательно с конденсатором, катушка индуктивности соединена с ними параллельно, емкость С конденсатора, индуктивность L< вихретокового преобразователя и индуктивность L2 катушки индуктивности выбраны из условия