Сканирование при вихретоковом контроле

  • Автор темы В мире НК
  • Дата начала
Ответить
В

В мире НК

Guest
Об авторе

Необходимо войти для просмотра
Сясько
Владимир Александрович

Генеральный директор
ЗАО «Константа», Санкт-Петербург


Вихретоковый вид НК применим для контроля изделий из электропроводящих ферро- и неферромагнитных материалов. Он основан на анализе взаимодействия собственного электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте и зависящих от электрофизических и геометрических параметров объекта контроля.

Выбор метода, характеристик преобразователей и методик контроля определяется параметрами выявляемых дефектов и объектов контроля (относительной магнитной проницаемостью µ, удельной электропроводностью δ, температурой t, шероховатостью R2 и их градиентами).

Также следует учитывать, является ли изделие однослойным или многослойным (в предположении, что слои имеют отличающиеся µ и δ).
При разработке аппаратуры важным является учет геометрических параметров контролируемых изделий:

• геометрические размеры изделия или зоны контроля - длина и ширина для плоских изделий;
• радиус и длина в зоне контроля для цилиндрических изделий;
• радиус и диаметр зоны контроля для цилиндрических изделий;
• внутренняя (вогнутость) или наружная (выпуклость) поверхность (- r или + r);
• сложнопрофильность - наличие плоских, цилиндрических и сферических вогнутых и выпуклых участков (зон) на изделии или конструкции;
• габариты - абсолютные размеры объемного изделия или конструкции:

а) миниатюрные, размер которых меньше зоны контроля преобразователя;
б) малогабаритные, размер которых сопоставим с зоной контроля преобразователя;
в) среднеразмерные, для контроля которых необходимо провести заданное число измерений на поверхности, но не требуется создание карты контроля;
г) крупногабаритные, характеризующиеся необходимостью проведения большого числа измерений, когда требуется создание карты контроля.

Соответственно должна предполагаться возможность проведения ручного, механизированного, автоматизированного и автоматического контроля изделий. Ручной контроль предполагает настройку прибора, выполнение процедур контроля и принятие решения оператором. Механизированный контроль предполагает обеспечение параметров установки преобразователя (преобразователей) в заданных точках изделия и их перемещение оператором различными механическими приспособлениями с использованием мускульной силы. Главное отличие автоматизированного контроля в том, что он характеризуется обеспечением параметров проведения контроля (режимы работы оборудования, перемещение и установка преобразователей в заданных точках изделия) без участия оператора. Оператор осуществляет общее наблюдение за работой оборудования и принимает решение о дефектности изделия на основании получаемых дефектограмм. Автоматический контроль предполагает выполнение всего цикла контроля объекта без участия человека, вплоть до принятия решения о соответствии изделия заданным техническим характеристикам.

Большинство приборов вихретокового контроля предполагает проведение ручного контроля одноэлементными преобразователями или возможность их встраивания в системы контроля различного уровня автоматизации.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 1. Одноэлементные преобразователи к вихретоковым дефектоскопам​

Выпускается большая гамма ручных дефектоскопов. В комплект приборов могут входить большое число одноэлементных преобразователей общего назначения и специализированных с диаметром зоны контроля от 1 до 15 ÷ 30 мм. Соответственно, при сканировании поверхности изделия шаг контроля коррелирует с диаметром зоны контроля и длиной выявляемых дефектов. Сканирование при контроле производится вручную перемещением преобразователей по заданным траекториям (линейным, прямым возвратно-поступательным с требуемым шагом или круговым). В качестве примеров на рис. 1а изображен специализированный преобразователь, требующий линейного перемещения, на рис. 1б, в представлены преобразователи для контроля области около заклепок авиконструкций. Контроль производится перемещением преобразователей вокруг зоны заклепки, последовательно одной за другой. Данный контроль весьма трудоемок, требует внимательности и аккуратности. На рис. 1г представлен миниатюрный вихретоковый преобразователь, а на рис. 1д - преобразователь для контроля сварных швов.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 2. Контроль обшивки планера самолета с целью выявления мест коррозии​

В общем случае траектории сканирования должны обеспечивать прохождение преобразователя над дефектом, что достигается в случае, если диаметр зоны контроля меньше протяженности дефекта. Например, при длине поверхностного дефекта 5 мм для его выявления и определения размеров в случае использования преобразователя с эквивалентным диаметром около 3 мм необходимо сканировать поверхность с шагом не более 2,5 мм. Однако в ряде случаев это представляет значительные трудности (рис. 2). При сканировании следует различать скорость сканирования и скорость контроля, Скорость сканирования обычно составляет от 2 ÷ 3 до 50 мм/с. Так, в случае использования простейшего вихретокового дефектоскопа (например, «Константа ВД1») с одноэлементным преобразователем при линейной скорости сканирования около 20 мм/с по строке при ручном контроле и шаге между строками 6 мм зона контроля 500 х 500 мм будет просканирована за 34 мин, что недопустимо долго. При этом скорость контроля может быть существенно ниже, т. к. при получении информации о дефекте оператор чаще всего внимательно обследует зону дефекта для принятия решения. Кроме того, весьма высоко влияние человеческого фактора. Достоверность ручного контроля во многом определяется квалификацией и ответственностью оператора.

Таким образом, при контроле обшивки планера самолета с целью выявления мест коррозии производительность контроля и его реальная достоверность с учетом сказанного будут недостаточными для столь ответственных изделий (рис. 2).

Необходимо войти для просмотра
Рис. 3. Один из вариантов коммутации обмоток первичных преобразователей многоэлементных преобразователей в процессе контроля (а) и устройство многоэлементного преобразователя (б)​
 

Вложения

  • 0.jpg
    0.jpg
    4 KB · Просмотры: 104
  • 1.jpg
    1.jpg
    18.4 KB · Просмотры: 105
  • 2.jpg
    2.jpg
    15.6 KB · Просмотры: 104
  • 3.jpg
    3.jpg
    40.2 KB · Просмотры: 104
В

В мире НК

Guest
Для увеличения производительности при ручном контроле были разработаны многоэлементные преобразователи (ECA - Eddy current arrays). Первичные преобразователи многоэлементных преобразователей могут быть однообмоточными параметрическими, трансформаторными, дифференциальными и абсолютными. В процессе контроля предполагается их коммутация к возбуждающим и измерительным цепям (рис. 3) для реализации заданных методов и методик контроля, в том числе с изменением частоты возбуждающего тока.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 4. Вихретоковый преобразователь из 32 элементов для плоских и квазиплоских поверхностей (а) и многоэлементный для сложнопрофильных (6)​

Дискретность контроля с использованием этих преобразователей определяется расстоянием между осями обмоток, ширина зоны контроля - количеством элементов в рядах. На рис. 4 представлены варианты многоэлементных преобразователей: общего назначения (а) и специализированного (б).

Необходимо войти для просмотра
Рис. 5. Многоэлементный преобразователь с датчиком пути​

Многоэлементные преобразователи позволяют существенно поднять производительность контроля. Аналогично рассмотренному выше случаю время контроля зоны 500 х 500 мм составит около 3 мин. для тридцатидвухэлементного преобразователя. Для представления результатов контроля (получения дефектограммы) они оснащаются датчиками пути (рис. 5).

Необходимо войти для просмотра
Рис. 6. Контроль обшивки планера самолета многоэлементным преобразователем​

Многоэлементные преобразователи нашли широкое применение при контроле плоских и квазиплоских изделий, в основном в авиации (рис. 6), при поиске мест коррозии планера и обшивки крыла. В процессе сканирования оператор осуществляет позонное перемещение преобразователя по поверхности, следя за тем, чтобы не было пропусков зон. Прибор координирует переключение возбуждающих и измерительных обмоток со скоростью перемещения преобразователя с учетом задачи контроля. Это обеспечивает получение дефектограммы с точной координатной привязкой дефектов к поверхности изделия (рис. 7).

Необходимо войти для просмотра
Рис. 7. Дефектограмма (С-скан) участка контроля с использованием многоэлементных преобразователей с указанием дефектов​

Использование многоэлементных преобразователей позволяет существенно снизить требования при сканировании поверхности, упростить траектории сканирования и обеспечить высокие производительность и достоверность при ручном контроле.

В случае многослойных конструкций одной из задач является послойное сканирование, обеспечиваемое двумя способами:

• изменением (переключением) частоты возбуждающего напряжения (чаще всего дискретным);
• импульсным возбуждением и последующим анализом сигналов с измерительных обмоток на заданных частотах, соответствующих необходимым глубинам проникновения вихревых токов (данный вариант, являясь более сложным программно-аппаратно, обеспечивает большую скорость контроля). Для контроля многослойных конструкций также используются многоэлементные преобразователи. При контроле трехслойных конструкций с заклепками при сканировании поверхности с использованием многоэлементного преобразователя осуществляется переключение частоты возбуждающего тока в процессе сканирования.
 

Вложения

  • 7.jpg
    7.jpg
    22.4 KB · Просмотры: 97
  • 6.jpg
    6.jpg
    17.1 KB · Просмотры: 98
  • 5.jpg
    5.jpg
    5.3 KB · Просмотры: 97
  • 4.jpg
    4.jpg
    6.3 KB · Просмотры: 98
В

В мире НК

Guest
Необходимо войти для просмотра
Рис. 8. Один из вариантов исполнения внутритрубных преобразователей​

Механизированные установки вихретокового контроля нашли широкое применение при дефектоскопии труб проходными внутритрубными преобразователями (рис. 8). Оператор при этом осуществляет перемещение преобразователя с использованием жесткой или изгибаемой штанги. На рис. 9 представлен комплект прибора М17-28 для контроля труб теплообменников.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 9. Комплект прибора MIZ-28 для контроля труб теплообменников​

В процессе сканирования внутренней поверхности трубы система получает информацию о линейном расстоянии преобразователя от точки ввода и осуществляет автоматическую привязку результатов к координате точки контроля.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 10. Двухкоординатный ручной сканер​

Механизированные установки в виде двухкоординатных ручных сканеров нашли широкое применение в авиации для контроля различных элементов конструкции, в частности, на этапах отработки технологии и при их мелкосерийном производстве (рис. 10). Следует отметить, что у данных установок сбор, обработка и представление результатов контроля осуществляются автоматически по соответствующей программе, хранящейся в памяти специализированного прибора.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 11. Вихретоковый дефектоскоп ЕОЭУОИЕК 5 (а) и встроенные в поточные линии преобразователи для контроля труб (б), раскаленных прутков (в) и проволоки (г)​

Сканер позволяет использовать одноэлементные и многоэлементные преобразователи. Траектории сканирования могут быть самые разнообразные. При этом в память вихретокового прибора передается информация с выхода преобразователя и его координаты. Сканеры нашли применение при контроле углепластиковых конструкций, которые требуют разработки самой технологии контроля как на этапе изготовления, так и эксплуатации. Сканер обеспечивает точность фиксации координат на уровне 0,1 мм.

Для контроля прутков, труб и проволоки в поточном производстве применяют системы на основе внешних проходных преобразователей. Примеры таких встраиваемых автоматизированных систем вихретокового контроля на базе прибора ЕОЭУОИЕК 5 с различными специализированными преобразователями представлены на рис. 11. Системы позволяют производить поиск различных дефектов с автоматическим сохранением результатов в памяти и при необходимости маркировать дефектные места, а также сортировать продукцию на три группы. Прибор может оснащаться проходными и накладными многочастотными преобразователями. Сканирование поверхности цилиндрических изделий осуществляется их перемещением штатным оборудованием поточной линии производства относительно встроенных в нее преобразователей (проходных охватывающих преобразователей, в том числе с системой намагничивания, вращающихся систем и т. д.)
 

Вложения

  • 11.jpg
    11.jpg
    25.1 KB · Просмотры: 100
  • 10.jpg
    10.jpg
    14.9 KB · Просмотры: 98
  • 9.jpg
    9.jpg
    12.9 KB · Просмотры: 101
  • 8.jpg
    8.jpg
    13.6 KB · Просмотры: 99
В

В мире НК

Guest
Необходимо войти для просмотра
Рис. 12. Система контроля цилиндрических поверхностей автоматизированным двухкоординатным сканером​

В авиации развитием механизированных систем стали автоматизированные системы контроля цилиндрических элементов конструкции фюзеляжа (рис. 12). Двухкоординатная система сканирования содержит изгибаемую направляющую с присосками и каретку с приводом. На каретке закреплена штанга с приводом и многоэлементным преобразователем. Время контроля зоны 500 х 500 мм этим преобразователем при линейной скорости сканирования около 50 мм/с составит 1 - 1,5 мин при существенно более высокой достоверности. Данная система позволяет сканировать небольшие цилиндрические участки, собирать и представлять результаты на дисплее с возможностью более детального анализа и последующей распечаткой на принтере.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 13. Система контроля дисков на базе трех¬координатной системы позиционирования

Необходимо войти для просмотра
Рис. 14. Комплекс вихретокового контроля на базе промышленного манипулятора​

В связи с прогрессом в развитии систем компьютерного моделирования и проектирования, а также робототехники появились комплексы на базе специализированных трехкоординатных систем позиционирования (рис. 13) и промышленных манипуляторов для ответственных изделий, выпускаемых серийно (рис. 14). На рис. 13 изделие в процессе контроля вращается относительно своей оси, а преобразователь перемещается снизу вверх по его поверхности, таким образом совершая перемещение по спирали с шагом, равным диаметру его зоны контроля (около 2 - 3 мм). На рис. 14 манипулятор с использованием вихретоковых преобразователей обследует поверхности зубьев шестерни, обеспечивая заданные параметры контроля (перпендикулярность к поверхности точки контроля, расстояние до поверхности и др.).

Необходимо войти для просмотра
Рис. 15. Пример представления дефектограммы сварного шва​

Главное достоинство автоматизированных систем контроля - разделение во времени процессов быстрого сканирования поверхности изделия с гарантированным соблюдением параметров контроля и последующего тщательного анализа результатов (при необходимости).

Средства обработки и представления результатов контроля в зависимости от их назначения проектируются и производятся на базе микроконтроллеров, встроенных микроЭВМ или специализированных компьютеров, объединенных в сеть с автоматизированными системами управления производством. На рис. 15 приведен пример дефектограммы контроля сварного шва. После сканирования поверхности по заданной траектории оператор может в каждой точке контроля посмотреть годографы и остальную интересующую его информацию с координатной привязкой для оценки результатов контроля.

Все чаще на программное обеспечение систем возлагаются задачи принятия решения о соответствии изделия заданным параметрам и разбраковки.

Материал является составным и подготовлен с использованием материалов, опубликованных на интернет-ресурсах компаний-производителей средств вихретоковой дефектоскопии без прав на авторство этих работ.
 

Вложения

  • 12.jpg
    12.jpg
    21 KB · Просмотры: 96
  • 13.jpg
    13.jpg
    17.6 KB · Просмотры: 96
  • 14.jpg
    14.jpg
    33.3 KB · Просмотры: 95
  • 15.jpg
    15.jpg
    20.2 KB · Просмотры: 95

admin

Admin
Регистрация
16.04.2012
Сообщения
6,684
Реакции
1,806
Адрес
Омск
Сясько В.А. Сканирование при вихретоковом контроле. − В мире НК. – Сентябрь 2010 г. − № 3 (49). − С. 23−28. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.
 

Вложения

  • 49_24_28.pdf
    49_24_28.pdf
    1.6 MB · Просмотры: 32
Сверху