Трансформаторные абсолютный и дифференциальный ВТП. В чем их отличие?

Лабораторная работа № 5

Основы технической диагностики

Тема: «Вихретоковая (электромагнитная) дефектоскопия»

 

Выполнил:

студент гр. ЗНД-182

Горшенин Н.Ф.

 

Проверил:

ст. преподаватель

Макарочкин В.В.

 

Омск 2022

Цель работы: изучить назначения, принцип работы и характеристики вихретокового дефектоскопа. Провести электромагнитную дефектоскопию токопроводящих объектов.

Материалы и оборудование: вихретоковый дефектоскоп «Вектор», стандартные образцы ВСО-1 (сталь), образец контролируемой детали.

Краткая теория

 

Вихретоковый неразрушающий контроль – в основе метода лежит взаимодействие внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля этим полем.

Вихретоковый преобразователь – устройство, состоящее из одной или нескольких обмоток, предназначенных для возбуждения в объекте контроля вихревых токов и преобразования зависящего от параметров объекта электромагнитного поля в сигнал преобразователя. Начальная э.д.с вихретокового преобразователя – э.д.с на выводах разомкнутой измерительной обмотки вихретокового преобразователя при отсутствии объекта контроля. Вносимая э.д.с вихретокового преобразователя – приращение э.д.с на выводах разомкнутой измерительной обмотки вихретокового преобразователя, обусловленное внесением в электромагнитное поле объекта контроля.

С помощью катушки индуктивности 1 в объекте контроля 3 возбуждаются вихревые токи 2, регистрируемые приемным измерителем, в роли которого выступает та же самая катушка. По интенсивности распределения токов в контролируемом объекте можно судить о размерах изделия, свойствах материала, наличии несплошностей. (рис. 1).

Рисунок 1 – Схема контроля ВТП

 1 – катушка индуктивности; 2 – вихревые токи; 3 – объект контроля; 4 – приемный измеритель

 

Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электромагнитном объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на катушках или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно его. Особенность вихретокового контроля в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит на расстояниях, достаточных для свободного движения преобразователя относительно объекта (от долей миллиметров до нескольких миллиметров). Поэтому этими методами можно получать хорошие результаты контроля даже при высоких скоростях движения объектов.

По принципу действия вихретоковые преобразователи (ВТП) подразделяются  на параметрические и трансформаторные.

Параметрический ВТП содержит одну катушку индуктивности, обтекаемую переменным током. Информативным параметром такого преобразователя является изменение модуля и фазы комплексного сопротивления катушки, по которому судят о качестве ОК.

Трансформаторный ВТП содержит не менее двух индуктивно связанных обмоток, одна из которых возбуждающая, другая измерительная.

Информативный параметр – ЭДС измерительной обмотки. Обмотка возбуждения служит для создания электромагнитного поля и вихревых токов в контролируемом объекте. Другая обмотка – для измерения ЭДС, наводимой в ней результирующим магнитным потоком, пронизывающим ВТП. По способу соединения обмоток трансформаторные ВТП делят на абсолютные и дифференциальные.

Вихретоковый дефектоскоп ВЕКТОР-60Д (рис. 2) предназначен для контроля металлопродукции на наличие дефектов типа поверхностных и подповерхностных трещин, нарушений сплошности и однородности материалов, полуфабрикатов и готовых изделий из ферромагнитных и неферромагнитных сталей, цветных металлов и их сплавов. Дефектоскоп может использоваться для измерения толщины защитных покрытий, глубины поверхностных трещин, электропроводности цветных металлов и содержания ферритной фазы в нержавеющих хромоникелевых сталях аустенитного и перлитного классов.

Рисунок 2 – Дефектоскоп ВЕКТОР-60Д

Для настройки, проверки чувствительности и поверки вихретоковых дефектоскопов используют вихретоковый стандартный образец ВСО (рис. 3, 4)

Рисунок 3 – Стандартный образец для настройки чувствительности вихретокового дефектоскопа:

 1 – значение глубины пазов, мм; 2 – модели дефектов;

3 – ширина паза, (0,2±0,05) мм

 

 

Рисунок 4 – Стандартный образец для настройки чувствительности вихретокового дефектоскопа

Ход работы

1. Подключить дефектоскоп к сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц, включить дефектоскоп, подключить к нему вихретоковый преобразователь ПВД-1, открыть на компьютере программу «UCD-60PA Display».

2. Начальные значения основных параметров дефектоскопа (рис. 5).

Рисунок 5 – Начальные параметры настройки дефектоскопа

 

Для настройки дефектоскопа необходимо установить значения параметров меню «Основные» в соответствии с параметрами применяемого ВТП.

Параметр:

Частота – 1000 кГц;

Амплитуда – 25 %.

Значение параметра «Фаза» на данный момент не определено, так как неизвестно каким преобразователем пользовался предыдущий специалист по контролю.

3. Необходимо установить рабочую точку дефектоскопа, то есть осуществить отстройку от мешающего фактора. Перед этим необходимо установить нулевое значение в параметре «Фаза» (рис. 6). В дефектоскопе осуществляется автоматическая настройка рабочей точки, устанавливаем ВТП на бездефектный участок образца (рис. 7).

Рисунок 6 – Установка рабочей точки

Рисунок 7 – Настройка на материал (балансировка)

 

4. После установки нулевого значения параметра «Фаза» необходимо установить преобразователь на модель дефекта. Выбор модели определяется чувствительностью, которая будет обеспечиваться параметрами контроля. Предположим, что недопустимыми дефектами в контролируемом объекте будут дефекты равные 1 мм. Тогда в качестве недопустимого дефекта используется модель в виде паза глубиной 1 мм. Сигнал, полученный от модели, изображен на рис. 8, дефектограмма представлена на рис. 9.

Рисунок 8 – Определение фазы сигнала от модели дефекта глубиной 1 мм

 

Рисунок 9 – Определение фазы сигнала от модели глубиной 1 мм             (фаза 120 градусов)

 

5.  Устанавливаем полученное значение фазы в соответствующий параметр (рис. 10).

Рисунок 10 – Ввод полученного значения в параметр «Фаза»

 

6. Перемещаем преобразователь на бездефектный участок образца и выполняем настройку на материал, результат представлен на рис. 11.

Рисунок 11 – Балансировка на бездефектном участке образца

 

7. Устанавливаем преобразователь на модель дефекта (рис. 12).

Рисунок 12 – Установка ВТП на модель дефекта

 

8. Делаем подстройку фазы, поскольку на дефектограмме сигнал от модели глубиной 1 мм занимает не вертикальное положение (рис. 13).

Рисунок 13 – Корректировка параметра «Фаза»

 

 

9. Проводим балансировку.

10. Проверяем уровень браковочной чувствительности. Вектор занимает вертикальное положение, уровень браковочной чувствительности легко изменяется параметром «Усиление Y», позволяющим подстроить только мнимую составляющую вектора сигнала от дефекта.

11.  Необходимо устранить влияние «краевого эффекта» путем регулировки параметра «Усиление Х». Краевой эффект заключается в том, что накладной преобразователь реагирует как на сигнал от дефекта, так и на сигнал, когда ВТП приближается к краю объекта, сигнал от которого также попадает в зону срабатывания автоматического сигнализатора дефекта (АСД). При расположении ВТП на краю объекта получена дефектограмма, представленная на рис. 14.

Рисунок 14 – Положение преобразователя на краю образца

 

По дефектограмме видно, что изменилась амплитуда и незначительно фаза вектора, ее значение стало равно 92,9°, что соответствует зоне АСД. При изменении значения параметра «Усиление Х» до 10 дБ, сигнал от ВТП, расположенного на краю образца не попадает в зону АСД и не фиксируется дефектоскопом (рис. 15).

Рисунок 15 – Положение преобразователя на краю образца после настройки дефектоскопа

 

12. Проводим контроль детали. Накладываем на поверхность образца ВСО-1 лист бумаги и корректируем значение параметра «Усиление Y» до устойчивого срабатывания устройства АСД. На объект переносим лист бумаги для фиксации отметок, в которых будет срабатывать сигнализатор дефекта. На участке, на котором не могут образовываться дефекаты проводим балансировку дефектоскопа на материал контролируемого объекта

13. Перемещаем вихретоковый преобразователь с шагом сканирования 10 – 15 мм по траектории, которая характерна для возможных дефектов.

14. При срабатывании индикатора АСД наносим маркером отметку на бумажном носителе; производим данные действия до прекращения срабатывания АСД. После прекращения срабатывания устройства АСД выполняем уточнение положения дефекта между полученными отметками (перемещаем ВТП вдоль предполагаемой линии, соединяющей две соседних отметки так, чтобы срабатывал индикатор дефекта). Продолжаем контроль объекта до полного его завершения. Для подтверждения результатов вихретокового контроля возможно применить магнитопорошковый метод, который дает хорошие результаты для выявления поверхностных и подповерхностных дефектов. Результат магнитопорошкового контропя с сравнением результатов ВТК представлены на рис. 16.

 

124 мм

Рисунок 16 – Результат вихретокового и магнитопорошкового контроля детали

 

При сравнении двух результатов можно сказать об их практическом совпадении. Отличие дефектограмм можно отнести за счет неточности установки отметок на листе бумаги при срабатывании устройства АСД.

 

 

Вывод

В процессе выполнения лабораторной работы был проведен вихретоковый контроль деталей с помощью преобразователя ПВД-1. Сначала были проведены настройки по стандартному образцу ВСО-1, изменяли параметры частоты, усиления, фазы, чувствительности и регулярно проводили при этом балансировку параметров.

Можно сделать вывод, что вихретоковый вид контроля более удобен в применении, чем магнитопорошковый, так как используя соответствующий преобразователь, можно определить местоположение дефекта в любом месте детали, не прибегая к её намагничиванию и использованию магнитного порошка или суспензии.

 

 

Ответы на контрольные вопросы

 

Параметрический ВТП.

Параметрический ВТП содержит одну катушку индуктивности, обте-каемую переменным током. Информативным параметром такого преобра-зователя является изменение модуля и фазы комплексного сопротивления катушки, по которому судят о качестве ОК.

 

Лабораторная работа № 5

Основы технической диагностики

Тема: «Вихретоковая (электромагнитная) дефектоскопия»

 

Выполнил:

студент гр. ЗНД-182

Горшенин Н.Ф.

 

Проверил:

ст. преподаватель

Макарочкин В.В.

 

Омск 2022

Цель работы: изучить назначения, принцип работы и характеристики вихретокового дефектоскопа. Провести электромагнитную дефектоскопию токопроводящих объектов.

Материалы и оборудование: вихретоковый дефектоскоп «Вектор», стандартные образцы ВСО-1 (сталь), образец контролируемой детали.

Краткая теория

 

Вихретоковый неразрушающий контроль – в основе метода лежит взаимодействие внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля этим полем.

Вихретоковый преобразователь – устройство, состоящее из одной или нескольких обмоток, предназначенных для возбуждения в объекте контроля вихревых токов и преобразования зависящего от параметров объекта электромагнитного поля в сигнал преобразователя. Начальная э.д.с вихретокового преобразователя – э.д.с на выводах разомкнутой измерительной обмотки вихретокового преобразователя при отсутствии объекта контроля. Вносимая э.д.с вихретокового преобразователя – приращение э.д.с на выводах разомкнутой измерительной обмотки вихретокового преобразователя, обусловленное внесением в электромагнитное поле объекта контроля.

С помощью катушки индуктивности 1 в объекте контроля 3 возбуждаются вихревые токи 2, регистрируемые приемным измерителем, в роли которого выступает та же самая катушка. По интенсивности распределения токов в контролируемом объекте можно судить о размерах изделия, свойствах материала, наличии несплошностей. (рис. 1).

Рисунок 1 – Схема контроля ВТП

 1 – катушка индуктивности; 2 – вихревые токи; 3 – объект контроля; 4 – приемный измеритель

 

Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электромагнитном объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на катушках или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно его. Особенность вихретокового контроля в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит на расстояниях, достаточных для свободного движения преобразователя относительно объекта (от долей миллиметров до нескольких миллиметров). Поэтому этими методами можно получать хорошие результаты контроля даже при высоких скоростях движения объектов.

По принципу действия вихретоковые преобразователи (ВТП) подразделяются  на параметрические и трансформаторные.

Параметрический ВТП содержит одну катушку индуктивности, обтекаемую переменным током. Информативным параметром такого преобразователя является изменение модуля и фазы комплексного сопротивления катушки, по которому судят о качестве ОК.

Трансформаторный ВТП содержит не менее двух индуктивно связанных обмоток, одна из которых возбуждающая, другая измерительная.

Информативный параметр – ЭДС измерительной обмотки. Обмотка возбуждения служит для создания электромагнитного поля и вихревых токов в контролируемом объекте. Другая обмотка – для измерения ЭДС, наводимой в ней результирующим магнитным потоком, пронизывающим ВТП. По способу соединения обмоток трансформаторные ВТП делят на абсолютные и дифференциальные.

Вихретоковый дефектоскоп ВЕКТОР-60Д (рис. 2) предназначен для контроля металлопродукции на наличие дефектов типа поверхностных и подповерхностных трещин, нарушений сплошности и однородности материалов, полуфабрикатов и готовых изделий из ферромагнитных и неферромагнитных сталей, цветных металлов и их сплавов. Дефектоскоп может использоваться для измерения толщины защитных покрытий, глубины поверхностных трещин, электропроводности цветных металлов и содержания ферритной фазы в нержавеющих хромоникелевых сталях аустенитного и перлитного классов.

Рисунок 2 – Дефектоскоп ВЕКТОР-60Д

Для настройки, проверки чувствительности и поверки вихретоковых дефектоскопов используют вихретоковый стандартный образец ВСО (рис. 3, 4)

Рисунок 3 – Стандартный образец для настройки чувствительности вихретокового дефектоскопа:

 1 – значение глубины пазов, мм; 2 – модели дефектов;

3 – ширина паза, (0,2±0,05) мм

 

 

Рисунок 4 – Стандартный образец для настройки чувствительности вихретокового дефектоскопа

Ход работы

1. Подключить дефектоскоп к сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц, включить дефектоскоп, подключить к нему вихретоковый преобразователь ПВД-1, открыть на компьютере программу «UCD-60PA Display».

2. Начальные значения основных параметров дефектоскопа (рис. 5).

Рисунок 5 – Начальные параметры настройки дефектоскопа

 

Для настройки дефектоскопа необходимо установить значения параметров меню «Основные» в соответствии с параметрами применяемого ВТП.

Параметр:

Частота – 1000 кГц;

Амплитуда – 25 %.

Значение параметра «Фаза» на данный момент не определено, так как неизвестно каким преобразователем пользовался предыдущий специалист по контролю.

3. Необходимо установить рабочую точку дефектоскопа, то есть осуществить отстройку от мешающего фактора. Перед этим необходимо установить нулевое значение в параметре «Фаза» (рис. 6). В дефектоскопе осуществляется автоматическая настройка рабочей точки, устанавливаем ВТП на бездефектный участок образца (рис. 7).

Рисунок 6 – Установка рабочей точки

Рисунок 7 – Настройка на материал (балансировка)

 

4. После установки нулевого значения параметра «Фаза» необходимо установить преобразователь на модель дефекта. Выбор модели определяется чувствительностью, которая будет обеспечиваться параметрами контроля. Предположим, что недопустимыми дефектами в контролируемом объекте будут дефекты равные 1 мм. Тогда в качестве недопустимого дефекта используется модель в виде паза глубиной 1 мм. Сигнал, полученный от модели, изображен на рис. 8, дефектограмма представлена на рис. 9.

Рисунок 8 – Определение фазы сигнала от модели дефекта глубиной 1 мм

 

Рисунок 9 – Определение фазы сигнала от модели глубиной 1 мм             (фаза 120 градусов)

 

5.  Устанавливаем полученное значение фазы в соответствующий параметр (рис. 10).

Рисунок 10 – Ввод полученного значения в параметр «Фаза»

 

6. Перемещаем преобразователь на бездефектный участок образца и выполняем настройку на материал, результат представлен на рис. 11.

Рисунок 11 – Балансировка на бездефектном участке образца

 

7. Устанавливаем преобразователь на модель дефекта (рис. 12).

Рисунок 12 – Установка ВТП на модель дефекта

 

8. Делаем подстройку фазы, поскольку на дефектограмме сигнал от модели глубиной 1 мм занимает не вертикальное положение (рис. 13).

Рисунок 13 – Корректировка параметра «Фаза»

 

 

9. Проводим балансировку.

10. Проверяем уровень браковочной чувствительности. Вектор занимает вертикальное положение, уровень браковочной чувствительности легко изменяется параметром «Усиление Y», позволяющим подстроить только мнимую составляющую вектора сигнала от дефекта.

11.  Необходимо устранить влияние «краевого эффекта» путем регулировки параметра «Усиление Х». Краевой эффект заключается в том, что накладной преобразователь реагирует как на сигнал от дефекта, так и на сигнал, когда ВТП приближается к краю объекта, сигнал от которого также попадает в зону срабатывания автоматического сигнализатора дефекта (АСД). При расположении ВТП на краю объекта получена дефектограмма, представленная на рис. 14.

Рисунок 14 – Положение преобразователя на краю образца

 

По дефектограмме видно, что изменилась амплитуда и незначительно фаза вектора, ее значение стало равно 92,9°, что соответствует зоне АСД. При изменении значения параметра «Усиление Х» до 10 дБ, сигнал от ВТП, расположенного на краю образца не попадает в зону АСД и не фиксируется дефектоскопом (рис. 15).

Рисунок 15 – Положение преобразователя на краю образца после настройки дефектоскопа

 

12. Проводим контроль детали. Накладываем на поверхность образца ВСО-1 лист бумаги и корректируем значение параметра «Усиление Y» до устойчивого срабатывания устройства АСД. На объект переносим лист бумаги для фиксации отметок, в которых будет срабатывать сигнализатор дефекта. На участке, на котором не могут образовываться дефекаты проводим балансировку дефектоскопа на материал контролируемого объекта

13. Перемещаем вихретоковый преобразователь с шагом сканирования 10 – 15 мм по траектории, которая характерна для возможных дефектов.

14. При срабатывании индикатора АСД наносим маркером отметку на бумажном носителе; производим данные действия до прекращения срабатывания АСД. После прекращения срабатывания устройства АСД выполняем уточнение положения дефекта между полученными отметками (перемещаем ВТП вдоль предполагаемой линии, соединяющей две соседних отметки так, чтобы срабатывал индикатор дефекта). Продолжаем контроль объекта до полного его завершения. Для подтверждения результатов вихретокового контроля возможно применить магнитопорошковый метод, который дает хорошие результаты для выявления поверхностных и подповерхностных дефектов. Результат магнитопорошкового контропя с сравнением результатов ВТК представлены на рис. 16.

 

124 мм

Рисунок 16 – Результат вихретокового и магнитопорошкового контроля детали

 

При сравнении двух результатов можно сказать об их практическом совпадении. Отличие дефектограмм можно отнести за счет неточности установки отметок на листе бумаги при срабатывании устройства АСД.

 

 

Вывод

В процессе выполнения лабораторной работы был проведен вихретоковый контроль деталей с помощью преобразователя ПВД-1. Сначала были проведены настройки по стандартному образцу ВСО-1, изменяли параметры частоты, усиления, фазы, чувствительности и регулярно проводили при этом балансировку параметров.

Можно сделать вывод, что вихретоковый вид контроля более удобен в применении, чем магнитопорошковый, так как используя соответствующий преобразователь, можно определить местоположение дефекта в любом месте детали, не прибегая к её намагничиванию и использованию магнитного порошка или суспензии.

 

 

Ответы на контрольные вопросы

 

Параметрический ВТП.

Параметрический ВТП содержит одну катушку индуктивности, обте-каемую переменным током. Информативным параметром такого преобра-зователя является изменение модуля и фазы комплексного сопротивления катушки, по которому судят о качестве ОК.

 

Трансформаторные абсолютный и дифференциальный ВТП. В чем их отличие?

Абсолютные ВТП имеют одну возбуждающую обмотку и одну измерительную обмотку. Сигнал на выходе последней определяется абсолютным значением параметра ОК в контролируемой зоне.

Дифференциальные ВТП состоят из двух одинаковых возбуждающих обмоток, которые соединены последовательно-согласно, и двух одинаковых измерительных, включенных последовательно-встречно. Результирующее напряжение на измерительной обмотке равно разности напряжений на ее составных частях.