Профессия «дефектоскопист» как она есть | Дефектоскопист.ру

Вихретоковый преобразователь: принцип работы, классификация, критерии подбора
Дефектоскопист > Вихретоковый контроль > Вихретоковый преобразователь

Вихретоковый преобразователь: принцип работы, разновидности, критерии подбора

Как указано в ГОСТ Р 55611-2013, вихретоковый преобразователь (ВТП) представляет собой устройство из одной или нескольких индуктивных отметок (катушек), которые возбуждают вихревые токи и преобразуют электромагнитное поле, зависящее от свойств исследуемого объекта, в сигнал для передачи на электронный блок дефектоскопа. Знаем, звучит немного затянуто, но таков вихретоковый метод – далеко не самый простой в неразрушающем контроле. Если коротко, то именно ВТП отвечает за наведение электромагнитного поля, под действием которого в объекте возникают вихревые токи. Это приводит к изменению сопротивления и напряжения на катушках, которые регистрируются и измеряются дефектоскопом. Расшифровка полученных значений позволяет судить о наличии дефектов, остаточных напряжениях и иных свойствах.

Преобразователь – важный атрибут, без которого невозможно проведение вихретокового контроля. Настолько, что, если поменять датчик, дефектоскоп подвергают дополнительной проверке. Того требует РД 13-03-2006. В том же документе содержится пункт об обязательном ежедневном осмотре рабочей поверхности при помощи лупы с диапазоном увеличения от 2 до 6 крат. При малейших механических повреждениях датчик отбраковывается.

Вихретоковый преобразователь ПВДТ-500-7Р производства НПЦ «Кропус»

Работа с ВТП начинается с проверки и настройки прибора – сначала на контрольном образце (КО-1 или КО-2), затем – на бездефектном участке (его размеры должны в 5–10 раз превышать размеры датчика). Сканирование предполагает постепенное перемещение датчика по поверхности объекта. Перед контролем её размечают на зоны площадью в пределах 1–2 кв. дм. Современные цифровые приборы позволяют проводить сканирование со скоростью 10–20 мм/с. В тех местах, где имеются несплошности, при наведении вихретокового преобразователя амплитуда сигнала увеличивается, автоматически раздаётся звуковая и/или световая сигнализация (так называемая АСД), плюс – это чётко видно на экране дефектоскопа. По скачкам амплитуды выходного сигнала можно судить о глубине дефектов. Если повторное сканирование подтвердило наличие неоднородностей, бракованный участок обводят маркером, а результаты заносят в заключение и журнал. В заключении, к слову сказать, в обязательном порядке указывается тип и заводской номер датчика.

Вообще, объяснить в двух словах физические основы функционирования ВТП – задача очень непростая. По крайней мере, исчерпать вопрос в одной статье точно нереально. Если вы откроете учебники Власова К.В., Боброва А.Л., Троицкого В.А., Герасимова В.Г., Покровского А.Д., Останина Ю.Я., то обязательно увидите множество формул, схем, а также нагромождение терминов, таких как «потокосцепление», «магнитный поверхностный эффект», «реактивное сопротивление» и пр. Не претендуем на исчерпывающее описание принципа работы датчиков – а просто советуем ознакомиться с трудами вышеуказанных авторов и двигаемся дальше.

Вихретоковый преобразователь фирмы Olympus для контроля сварных швов

Как устроены вихретоковые преобразователи

Конструкция вихретоковых преобразователей зависит от их типа (о разновидностях – чуть позже). К основным элементам, которые встречаются в различных ВТП, относятся:
  • измерительная и возбуждающая обмотки. Именно в катушках по мере прохождения синусоидального переменного электрического тока возникает магнитное поле. Они также фиксируют воздействие вихревых токов, генерируя выходной сигнал ВТП, который передаётся на электронный блок и оповещает оператора о дефекте;
  • ферромагнитный наконечник. Позволяет создавать электромагнитное поле строго заданной топологии и локализовать его, тем самым уменьшая зону контроля и увеличивая его чувствительность. Благодаря этому вихретоковый преобразователь способен реагировать даже на очень маленькие несплошности;
  • концентратор. Представляет собой медную пластинку для концентрирования вихревых токов, под действием которых вихревые токи вытесняются в зону контроля;
  • магнитопровод. Обеспечивает корректное прохождение магнитного потока, который возбуждается под действием электрического тока в катушках;
  • корпус. У некоторых ВТП предусматривается пружинный механизм, установочное кольцо, разъём для подсоединения кабеля и пр.
Говоря об устройстве датчиков, нельзя не сказать и про кабели для подключения к блоку дефектоскопа. К их качеству и помехозащищённости предъявляются особые требования, поскольку от этого зависит точность передачи выходных сигналов.

Какие типы вихретоковых преобразователей существуют

Классификации ВТП посвящён ГОСТ 23048-83. Очень хорошо об этом написано в томе №2 (книга №2) легендарного справочника «Неразрушающий контроль». Есть даже очень наглядная схема, на которой отражена типология датчиков.

Классификация вихретоковых преобразователей из знаменитого справочника «Неразрушающий контроль»

Как видим, разновидностей очень много, по разным классификационным признакам. Давайте по порядку. Для начала – в зависимости от того, как параметры исследуемого объекта преобразуются в выходные сигналы, вихретоковые преобразователи принято делить на две большие категории:
  • трансформаторные. Имеют лишь одну обмотку – возбуждающую. Такие датчики хороши своей простотой, однако на характеристики их сигналов слишком сильно влияет температура объекта и окружающей среды;
  • параметрические. Оснащаются двумя обмотками – возбуждающей и измерительной. В плане устойчивости сигнала к температурным воздействиям такие ВТП предпочтительнее трансформаторных.
По способу соединения катушек вихретоковые преобразователи подразделяются на абсолютные (выходной сигнал определяется абсолютными значениями параметров объекта контроля) и дифференциальные. Во втором случае речь идёт о сочетании двух абсолютных вихретоковых преобразователях, обмотки возбуждения у которых соединены последовательно согласно, а измерительные – встречно. У дифференциальных датчиков выходной сигнал зависит от разности значений параметров объекта в исследуемой зоне.

Ещё один важный критерий классификации – пространственное расположение ВТП относительно объекта. По данному признаку выделяют следующие типы датчиков:
  • проходные. Магнитопровод выполнен таким образом, чтобы катушка могла обхватывать объект. Либо адаптирован для ввода внутрь труб или в какую-либо рабочую среду. Соответственно, проходные вихретоковые преобразователи бывают наружные, внутренние, погружные и экранные. Первые три типа могут быть как параметрическими, так и трансформаторными. Другое дело – экранные. Все они относятся к параметрическим, их общая особенность в том, что возбуждающая и измерительная катушки находятся по разные стороны объекта. Отдельно выделяют щелевые датчики, которые используются, например, для проволоки;
  • накладные. Располагаются в непосредственной близости от исследуемой поверхности. Обмотки у таких ВТП бывают прямоугольные, круглые, прямоугольные крестообразные, могут иметь взаимно-перпендикулярные оси. Считается, что накладные датчики удобнее проходных с точки зрения контроля геометрических и электромагнитных параметров объектов, имеющих сложную форму. Среди них тоже встречаются экранные, главное достоинство которых в том, чтобы позволяют исключать влияние смещений объекта относительно катушек;
  • комбинированные. Имеют проходные возбуждающие и накладные измерительные катушки. Это, с одной стороны, позволяет применять датчики для широкой номенклатуры объектов, но с другой – оси катушек могут сместиться, повлияв тем самым на результаты контроля.
В ГОСТ 23048-83 также упоминаются одночастотные, многочастотные и импульсные вихретоковые преобразователи – в зависимости от того, каким электромагнитным полем возбуждаются вихревые токи.

Помимо традиционных типов, многие производители выпускают специализированные ВТП – точечные, карандашные (оптимальный вариант для контроля галтелей), кольцевые, скользящие, вращающиеся (ротационные), под конкретные задачи. Например, для контроля сварных соединений, болтовых отверстий, металла вокруг отверстий под крепёж, измерения электропроводности, характеристик вибрации и т.д.

Карандашные вихретоковые преобразователи производства НПГ «Алтек»

Что может помешать нормальной работе вихретоковых преобразователей

Хоть вихретоковый метод и не предполагает контакта датчика с поверхностью, при проведении контроля могут возникать помехи, если:
  • нарушается рекомендуемый угол наклона ВТП (либо если его резко отрывают от объекта);
  • имеют место прижоги, наклепы и локальная намагниченность;
  • толщина непроводящего покрытия превышает допустимые значения (у разных ВТП она может отличаться – лучше лишний раз свериться с паспортом датчика);
  • у поверхности слишком большая шероховатость (Ra более 2,5 мкм);
  • объект очень грязный либо покрыт коррозией;
  • датчик находится очень близко к краю изделия (возникает нежелательный эффект, который так и называют – краевым).
Ещё одна возможна причина – неоднородные магнитные свойства материала, из которого выполнен объект. Как известно, вихретоковый метод контроля работает с чёрными и цветными металлами и сплавами, электрическая проводимость которых составляет 0,5–60 МСм/м. У некоторых объектов эти свойства проявляются в разных местах по-разному. Особенно у объектов сложной конфигурации, с неравномерно нанесёнными покрытиями. Дабы не перепутать ложные срабатывания с фактическими результатами контроля, в инструкциях часто встречается пункт о повторном сканировании сомнительного участка. Более того: если сканирование выполнялось датчиком большого диаметра, то согласно РД 13-03-2006 для дополнительной проверки границ выявленных трещин следует перейти на другой датчик, меньшего диаметра.

Вихретоковый преобразователь фирмы Eddyfi для труднодоступных мест

Как не ошибиться с выбором вихретокового преобразователя

Среди российских специалистов НК востребованы вихретоковые преобразователи российских и зарубежных производителей: НПЦ «Кропус», НПК «ЛУЧ», «Константа», «Алтек», Olympus, Eddyfi, GE и др. Как не ошибиться с выбором? Рекомендация по подбору датчиков, например, содержится в ГОСТ Р ИСО 15549-2009, где она была изложена весьма лаконично: выбор зависит от цели контроля. Одно дело – поиск трещин, поверхностных и приповерхностных несплошностей, другое – измерение толщины покрытия, электропроводности и т.п. Решающие факторы в дефектоскопии – тип предполагаемых неоднородностей, их пространственное положение, глубина залегания и, протяжённость и ориентация.

Если вы уже читали нашу памятку о выборе оборудования НК, то знаете: «плясать» нужно от документов. Вихретоковый преобразователь – не исключение. Определённо стоит заглянуть в технологические карты на контроль. Во многих из них прописаны указания по скорости, траектории перемещения ВТП, расстояния до края детали. Так, если приблизиться к кромке меньше, чем на 1–1,5 мм от края, то могут возникнуть помехи и сбиться настройки. Одним словом, нюансов много – у каждого объекта свои.

Если отвлечься от этой специфики, то при рассмотрении тех или иных вихретоковых преобразователей стоит оценивать следующие технические характеристики.
  • Обобщённый параметр вихретокового контроля. Как указано в ГОСТ Р 55611-2013, это безразмерная величина, выражаемая в виде формулы, где в качестве переменных значений приводятся круговая частота тока возбуждения, магнитная проницаемость среды, магнитная постоянная и радиус эквивалентного витка обмотки ВТП (радиус цилиндрического объекта контроля).
  • ЭДС – электродвижущая сила. Различают начальную ЭДС (на выводах разомкнутой обмотки без объекта) и вносимую (приращение на выводах при внесении объекта в электромагнитное поле датчика). Говоря об ЭДС, стоит упомянуть также комплексную плоскость датчика и годограф. Первым термином обозначают плоскость с двумя ортогональными координатными осями. По одной откладывают действительные составляющие ЭДС, напряжения и сопротивления, а по другой – мнимые значения. Под годографом понимается место на графике, где находятся концы вектора ЭДС (напряжения на комплексной плоскости), которое получается по мере изменения важных факторов. К таковым, например, относится частота, удельная электрическая проводимость, магнитная проницаемость, размеры объекта и другие. Так, для контроля лопаток турбин, имеющих сложную форму, нужно подбирать датчики, наименее восприимчивые к изменению магнитных свойств металла в разных точках пера. Чем выше помехоустойчивость вихретокового преобразователя, тем меньше ложных срабатываний.
  • Сопротивление и индуктивность на обмотках.
  • Значение и частота тока возбуждения, напряжение на обмотках.
  • Отношение сигнал-шум – отношение пикового значения сигнала к среднеквадратичной амплитуде шумов, которые возникают под действием мешающих факторов. Отстройка указывает на помехозащищённость датчика, его возможность демонстрировать воспроизводимость результатов контроля, несмотря на температуру объекта, магнитные свойства материала, влияние покрытий и пр.
  • Рабочий зазор – расстояние между торцевой частью вихретокового преобразователя и исследуемой поверхностью. Может достигать 7,0 мм – в зависимости от типа датчика.
  • Диаметр зоны эффективного контроля. Чем она больше, тем выше производительность, но ниже чувствительность. Тут важен баланс.
  • Форма, размеры, магнитные свойства объекта контроля. Как мы знаем, вихретоковый метод контроля применим к самым разных изделиям – электропроводящим пруткам, трубам, листам, проволоке, пластинам, железнодорожным рельсам, роликам подшипников, корпусам ёмкостного и технологического оборудования и т.д. Датчик, который подходит для одного объекта, может оказаться очень неудобным для другого. На изогнутых поверхностях, например, зачастую не обойтись без специальных фиксирующих насадок.
Наконец, ещё один важный критерий – отзывы дефектоскопистов, которые имеют реальный опыт работы с датчиками разных типов и изготовителей. На форуме «Дефектоскопист.ру» зарегистрированы сотни специалистов вихретокового контроля. Вы можете задать любой вопрос по выбору и эксплуатации ВТП, а заодно получить массу других полезных рекомендаций. Чтобы узнать больше о вихретоковых преобразователях, создайте новое обсуждение или ознакомьтесь с архивом форума.

Где покупать вихретоковые преобразователи

Из партнёров форума «Дефектоскопист.ру» разработкой и продажей ВТП занимаются следующие производители и официальные дистрибьюторы.

Научно-производственный центр «Кропус». Один из самых авторитетных и инновационных разработчиков в России. Менеджмент качества сертифицирован по международным стандартам ISO 9001:2015. На технической базе в Ногинске выпускают резонансные, накладные, ротационные и многообмоточные датчики, в том числе – для измерения ферритной фазы и электропроводности. Можно подобрать ВТП для поиска мелких несплошностей в отверстиях, контроля цветных металлов, труб, прутков, обнаружения несплошностей под покрытиями. Для ручных дефектоскопов и автоматизированных систем. Купить вихретоковый преобразователь в НПЦ «Кропус» под свои задачи: +7 (800) 500-62-98, +7 (495) 500-21-15, sales@kropus.com.
Научно-промышленная компания «ЛУЧ». Основанное в 1997 году предприятие на своей базе в Балашихе выпускает ВТП для собственного же дефектоскопа ВД-70 и дефектоскопов типа ТВД-А. Помимо датчиков общего назначения, предусмотрены наружные проходные и накладные преобразователи для контроля прутков, проволоки, концевых частей труб, профилей и др. Контакты отдела продаж: +7 (498) 520-77-99, luch@luch.ru.
«ИНДУМОС». Официальный дистрибьютор сразу двух крупных разработчиков – GE Sensing & Inspection Technologies (Германия, США) и Eddyfi (Канада). Здесь можно купить самые разные вихретоковые преобразователи – экранированные и неэкранированные, дифференциальные и отражательные. Для контроля сварных соединений и околошовной зоны, точечной сварки, отверстий, самолётных колёс, поиска поверхностных и подповерхностных дефектов, измерения электропроводности цветных металлов и т.д. Отдел продаж и демонстрационный зал «ИНДУМОС» находится в Москве: +7 (495) 675-85-13, indumos@df.ru.

Чтобы быть уверенным в результатах вихретокового контроля, покупайте качественные преобразователи, отвечающие всем требованиям ГОСТ 23048-83.
VK Defektoskopist OK Defektoskopist Facebook Defektoskopist Instagram Defektoskopist YouTube Defektoskopist


Текущее время: 14:52. Часовой пояс GMT +3. Copyright ©2000 - 2020. Перевод: zCarot.
Внимание, коллеги! В целях нормальной работы форума администрация оставляет за собой право на обработку персональных данных зарегистрированных пользователей. В случае вашего несогласия просьба написать жалобу на defektoskopist.ru@gmail.com