Вихретоковый контроль с использованием матрицы датчиков

Вихретоковый контроль с использованием матрицы датчиков

Об авторах

Необходимо войти для просмотра
Эдди Чак (Eddie Chuck)
Сотрудник Staveley/Nortec в Kennewick, WA (США) в течение 21 года.
Имеет большой опыт разработки и изготовления ВТ-преобразователей
и приборов для различных применений, особенно для аэрокосмической отрасли.

Необходимо войти для просмотра
Биттнер Джеймс (Bittner James)
В течение 15 лет связан с NDT Engineering Corp, RD-Tech и Olympus NDT,
где занимал должности координатора проекта, менеджера по качеству, руководителя проекта.
Сейчас - эксперт по ВТ-контролю в Kent, WA (США).
Разработал ряд ВТ-преобразователей и методик контроля для Boeing, Learjet, ВВС и ВМФ США.

Необходимо войти для просмотра
Лепаж Бенуа (Lepage Benoit)
Инженер-физик, 6 лет занимается разработкой матричных ВТ-датчиков
в R/D Tech и Olympus NDT в г. Квебек (Канада),
внедрением новых решений в аэрокосмическую отрасль.

Необходимо войти для просмотра
Ламар Андре (Lamarre Andre)
Инженер-физик и магистр материаловедения, 14 последних лет работает в области НК.
В натоящее время отвечает за коммерческое развитие ВТ-контроля в Olympus NDT в г. Квебек (Канада)
применительно к аэрокосмической отрасли и по линии МО.

Введение

Вихретоковый метод является электромагнитным методом, который широко используется в аэрокосмической, нефтехимической отраслях промышленности, а также в электроэнергетике, для контроля металлоконструкций. Основу этого метода составляет выносной датчик, который при протекании через него переменного тока, создает вихревые токи в контролируемой области. Любые не-сплошности или изменения свойств материалов, которые изменяют вихревые токи в контролируемой области, регистрируются выносным датчиком и рассматриваются как возможные дефекты. Недавно этот метод был существенно усовершенствован с использованием матрицы вихретоковых датчиков (eddy current array).

Вихретоковые матрицы

Метод контроля с использованием матрицы вихретоковых датчиков или ВТ-матрицы основан на электронном управлении и считывании информации с нескольких вихретоковых датчиков, расположенных в виде матрицы на объекте контроля. Сбор данных стал возможен благодаря использованию мультиплексора, который позволяет устранить взаимное влияние между отдельными датчиками.

Преимущества ВТ-матриц

По сравнению с одноканальным вихретоковым контролем использование ВТ-матрицы имеет следующие преимущества, позволяющие:

• существенно уменьшить время проведения контроля;
• охватить большую площадь за один проход;
• упростить конструкции механических и автоматизированных систем сканирования;
• представлять результаты контроля заданной области в режиме реального времени и упростить интерпретацию данных;
• контролировать объекты сложной геометрии;
• повысить надежность и достоверность контроля.

Матрицы ВТ датчиков


Матрица ВТ датчиков может быть оптимизирована для каждого конкретного случая путем изменения взаимного расположения отдельных датчиков и формы всей матрицы. Могут быть реализованы различные типы зондов: с абсолютным и дифференциальным включением, в том числе, с использованием мостовых схем; приемопередающие зонды (transmit-receive probe); зонды экранного типа; зонды, использующие датчики с взаимно пересекающимися осями.

Olympus NDT производит матричные датчики широкой области применения. Они могут быть сконструированы для выявления заданного типа дефектов или для обследования контролируемой детали заданной формы. Стандартные матрицы выполняются для регистрации поверхностных дефектов (таких как трещины и вмятины) и подповерхностных дефектов (таких как трещины в многослойных структурах и коррозия).

Изображение


Представление данных играет главную роль при использовании матричных вихретоковых датчиков. В приборе Omniscan эти датчики позволяют получить изображение в виде экрана С-скана, который представляет собой кодированное цветом двумерное отображение контролируемой поверхности, причем выбранная цветовая палитра отражает интенсивность сигнала. Данные от каждого отдельного датчика регистрируются таким образом, что всегда доступно изображение в импедансном представлении. На рис. 3 показан принцип визуализации. Матрица датчиков движется над дефектом и каждый датчик выдает вихретоковый сигнал. Ось X соответствует направлению движения матрицы, а ось Y — оси зонда. Таким образом, С-скан дает информацию как о положении дефекта, так и о его размерах, что повышает надежность контроля, поскольку оно гарантирует полный охват поверхности контроля.

Средство контроля


Omniscan MX - это модульный портативный прибор с батарейным питанием. Разработанные в настоящее время модули могут работать и с ультразвуковыми фазированными решетками, и с вихретоковыми матричными датчиками. Конфигурация Omniscan® ECA поддерживает работу матрицы из 32 датчиков (с внешним мультиплексором - до 64 каналов), работающих в режиме моста или приема-передачи. Диапазон рабочих частот от 20 Гц до 6 МГц с возможностью одновременной работы на нескольких частотах. Прибор позволяет подключить датчик пути. Объем одного записываемого файла может достигать 200 Мб.

Применения

Матрица вихретоковых датчиков применяется в разных областях, в частности в авиационной промышленности и при обслуживании и производстве двигателей, в электроэнергетике, нефтегазовой промышленности, при производстве труб. Ниже представлены примеры, относящиеся к аэрокосмическим приложениям.

Коррозия

Airbus разработал метод выявления коррозии применительно к самолетам А330 - 340 на основе прибора Omniscan ECA с матричным зондом. Коррозия выявляется между первым слоем и звукопоглощающей панелью. Используемый зонд (SAA-112-050-032) покрывает 112 мм при 32 датчиках и рабочей частоте 50 кГц. Прибор может выявлять 5 %-ную коррозию на глубине 2 мм диаметром 6 мм. Другими датчиками можно выявлять как коррозию, так и разноориентированные трещины. Использование совместно с датчиком пути позволяет картографировать контролируемую поверхность. Контроль площади 12 м2 с помощью обычного вихретокового зонда занял бы 9 ч, тогда как с матричным зондом — всего 1 ч. Метод обеспечивает высокую воспроизводимость и надежность. Благодаря С-скану можно легко выявлять небольшие коррозионные повреждения на большой площади.

Контроль сварки FSW (friction stir welding)


Этот новый вид твердотельной сварки произвел революцию в сварке алюминия при производстве аэрокосмических компонентов. Такая высокопроизводительная необычная сварка может приводить к дефектам типа недостаточного проникновения, появления окисленных слоев, расслоений. Вихретоковая матрица вполне пригодна для контроля этой современной сварки.

Матричный зонд располагается со стороны, противоположной шву. Поскольку датчик охватывает всю ширину сварного шва, необходим только один проход по сварке. Дефекты недостаточного проникновения и расслоения при этом выявляются легко, в то время как окисленные слои не выявляются. Но матрица позволяет определять проводимость основного металла и металла шва. Поскольку на С-скане видно положение сварного шва (рис. 5в), оператор может сравнить проводимости (рис. 5г) и с высокой вероятностью выявить наличие окисленных слоев.

Заключение

Вихретоковая матрица является новым средством, которое успешно используется во многих областях. Портативный и простой в работе Omniscan ECA облегчает работу с этим средством. Основным преимуществом этого метода является увеличение производительности контроля, более высокая надежность благодаря получению изображения в формате С-скан, лучшая воспроизводимость и высокая вероятность выявления благодаря полному охвату поверхности, обеспечиваемому матрицей.

Эдди Ч., Биттнер Дж., Лепаж Б., Ламар А. Вихретоковый контроль с использованием матрицы датчиков. − В мире НК. – Июнь 2007 г. − № 2 (36). − С. 12–14. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.