Виды и способы намагничивания

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ (ВИХРЕТОКОВЫЙ) КОНТРОЛЬ

Вихретоковый контроль (ВК) основан на анализе взаимодействия переменного электромагнитного поля внешнего источника – обмотки возбуждения вихретокового преобразователя (ВТП) с электромагнитным полем вихревых токов, возбуждаемых в ОК переменным магнитным полем ВТП. В результате действия вихревых токов в ОК изменяется результирующее магнитное поле.

Возбуждающая катушка ВТП обычно располагается вблизи ОК – это накладной ВТП:

 

Схема принципа действия прибора с накладным ВТП

 

Создаваемое катушкой поле вихревых токов Фуко однородно, если под катушкой нет дефектов. Это поле ответно возбуждает в катушке вторичную электродвижущую силу, в определенной степени изменяющую амплитуду тока. При калибровке прибора на бездефектном образце итоговый уровень амплитуды принимают за базовый, балансируя индикатор в нулевое значение.

Если далее при контроле объекта в процессе сканирования его поверхности под датчиком оказывается дефект, то он искажает поле вихревых токов, изменяя степень его влияния на амплитуду тока в катушке. Это вызывает разбаланс индикатора, что и служит признаком дефекта.

Катушка накладного датчика обычно намотана на ферритовый стержень. Если выпуск рабочего конца этого стержня подогнать под профиль контролируемой поверхности, то этим методом очень удобно контролировать галтельные переходы в точеных изделиях, резьбовые канавки и т.п. При контроле треугольной резьбы с целью выявления канавочных трещин этот метод не имеет себе равных по достоверности и надежности.

С помощью вихретоковой дефектоскопии можно выявлять наружные и подповерхностные (не глубже 2 мм) дефекты раскрытием от 1 мкм и более.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

Электрический контроль включает в себя три метода: электропотенциальный, электроискровой и электроемкостный.

 

Электропотенциальный метод предназначен для измерения глубины наружных трещин в металле, выявленных ранее иными методами. Он основан на измерении электрического сопротивления локального исследуемого участка электропроводящего объекта и сравнении результата с сопротивлением аналогичного эталонного (заведомо бездефектного) элемента такой же длины. Речь идет об измерении очень малых значений сопротивления (микроомы), поэтому используется ток высокой частоты, характеризующийся проявлением так называемого скин-эффекта, а в качестве измеряющего устройства применяется измеритель очень малых значений электросопротивления – микроомметр.

Скин-эффект (от англ. skin – шкура) состоит в том, что электрическое поле тока высокой частоты (ВЧ) охватывает не всю высоту сечения проводника, а лишь сегментообразную приповерхностную зону между электродами.

При этом максимальная глубина проникновения тока в материал δ, зависит от частоты тока:

где ω – круговая частота тока, с^–1;

μ _а – абсолютная магнитная проницаемость материала, Гн/м;

σ = 1/ρ – удельная электрическая проводимость материала, Ом^–1·м^–1;

f – линейная частота тока, Гц.

 

 

 

Рис. 28. Принцип действия электропотенциального метода измерения глубины трещины

Как видно из рисунка, при неизменной дистанции L между электродами (обеспечивается конструкцией датчика) электросопротивление R₀ бездефектного участка (вариант а) меньше сопротивления R участка с трещиной (вариант б), так как во втором случае основная часть тока, идущего вблизи поверхности, вынуждена обтекать трещину. Установлено, что существует достаточно выраженная пропорция между глубиной трещины h и разностью этих сопротивлений, что и позволяет применять этот метод.

 

Электроискровой метод предназначен для измерения толщины изолирующих покрытий проводников. Кроме того, электроискровой метод позволяет обнаруживать места сквозного пробоя изоляции. При этом основным элементом аппаратуры является измеритель очень больших значений электросопротивления – мегаомметр, один полюс которого подключается к исследуемому проводнику, а второй – к электроду, которым сканируют поверхность изоляции. В местах, где ее толщина уменьшается, наблюдается пропорциональное этому понижение сопротивления, а там, где есть сквозной пробой, возникает вольтова дуга (искра), поскольку прибор генерирует высокое напряжение до 40 кВ. В этом случае показания индикатора пульсируют.

 

 

 

При электроемкостном методе основным элементом аппаратуры является измеритель емкости – микрофарадометр, один полюс которого подключается к исследуемому проводнику, а второй – к специальной металлической пластине, которой сканируют поверхность изоляции. Проводник и пластина, разделенные изоляцией, в совокупности создают конденсатор. В местах, где есть уменьшение толщины изоляции, наблюдается пропорциональное этому изменение емкости.

 

РАДИАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ

Все методы радиационного контроля основаны на пропускании ионизирующего излучения через твердый материал объекта Радиационные методы чаще всего применяют при контроле качества сварных соединений. В эту группу методов входят рентгенографический, гаммаграфический и рентгеноскопический.

Схема рентгенографического метода показана на рис. 33. Источником излучения является специальный генерирующий аппарат, располагаемый по одну сторону от объекта, а на другой стороне крепится рентгеновская фотопленка, упакованная в гибкую светонепроницаемую кассету. Аппарат управляется дистанционно (ДУ) с помощью реле времени, которым задается время просвечивания (экспозиции). Требования к методу изложены в ГОСТ 7512-82 «Контроль неразрушающий. Радиографический метод»

 

Рис. 33. Схема рентгенографического метода

Гаммаграфический метод (рис. 34) отличается от рентгено-графического тем, что здесь применяются негенерирующие (т.е. непрерывно самоизлучающие) мощные естественные источники гамма-излучения – элементы из радиоактивных металлов (уран, стронций, иридий, кобальт), помещенные в специальные переносные свинцовые колбы с дистанционно управляемым затвором. Этот метод характеризуется большей мощностью излучения, чем рентгенографический, и поэтому позволяет осуществлять контроль более толстых стальных объектов – до 40 мм (рентгенографический – до 25 мм). Он не требует электропитания, но лаборатории, применяющие его, должны быть обязательно обеспечены специальным хранилищем для источников излучения и специальным автомобилем для их перевозки

 

Рис. 34. Схема гаммаграфического метода

В отличие от рентгенографического и гаммаграфического рентгеноскопический метод (рис. 35) – стационарный, так как в этом случае мощный рентгеновский аппарат, преобразователь изображения и контролируемый объект должны быть помещены в специальной камере (бункере). Толстые стены камеры выполнены из бетона со свинцовым наполнителем (дробь), помещение снабжено датчиками присутствия, а входная дверь – датчиком закрытия: система не будет работать, если дверь камеры открыта или в камере находятся люди. Из трех рассматриваемых здесь методов рентгеноскопический – самый мощный, он позволяет просвечивать стальные изделия толщиной до 80 мм. Получаемое изображение преобразуется в телевизионное и по кабелю передается на монитор, расположенный в удаленном от рентгенкамеры помещении оператора.

 

 

Рис. 35. Схема рентгеноскопического метода

Все радиационные методы связаны с высокой опасностью. Поэтому специальными нормативными документами предусмотрены следующие особые меры безопасности при их осуществлении:

1. При проведении рентгенографического и гаммаграфического контроля в зоне работ не должно быть посторонних лиц. Эта зона ограничивается радиусом 25 м от места съемки для рентгенографического и 50 м для гаммаграфического метода. При этом источник излучения следует ориентировать в таком направлении, в котором наименее вероятно присутствие людей.

2. Участок проведения рентгенографического и гаммаграфического контроля должен быть обнесен съемным ограждением. В перекрытых проходах и проездах должен быть вывешен знак радиационной опасности:

3. При проведении контроля любыми радиационными методами оператор должен иметь при себе два индивидуальных дозиметра: для контроля окружающего радиационного фона, и для фиксирования накопленной дозы облучения. В процессе экспозиции оператор должен следить за окружающим фоном и в случае превышения допустимого уровня удалиться от источника на безопасное расстояние. Лица, у которых индивидуальным дозиметром зафиксировано превышение допустимой дозы облучения, отстраняются от участия в проведении радиационного контроля на срок, устанавливаемый органами Роспотребнадзора.

4. На наружной стороне дверей помещений для хранения источников излучения, дверей рентген-камер для рентгеноскопического контроля и на бортах спецавтомобилей для перевозки средств гаммаграфического контроля должен быть нанесен знак радиационной опасности. На двери рентгенкамеры рекомендуется смонтировать подсветку знака с загоранием синхронно с включением аппарата. Спецавтомобиль должен быть также снабжен желтым проблесковым маячком и специальным поддоном в днище салона для доставки неисправных источников к месту их захоронения (заклинивание открытого затвора источника гамма-излучения является радиационной аварией, и такой источник ремонту не подлежит).

5. Все лаборатории, осуществляющие радиационный контроль, должны иметь соответствующую лицензию и санитарно-гигиенический паспорт, выдаваемые органами Роспотребнадзора. Отдельными паспортами должны быть обеспечены рентген-камеры и спецавтомобили.

Достоинства радиационных методов – наглядность результатов контроля и возможность выявления мелких округлых дефектов (пор), которые ультразвуковой дефектоскопией определяется ненадежно.

 

Кроме высокой радиационной опасности, радиационные методы обладают следующими недостатками:

· Невозможно обнаружить наиболее опасные плоскостные дефекты, так как они практически не влияют на торможение лучистой энергии: совокупная плотность остается одинаковой в области дефекта и вне ее.

 

· Рентгенографический и гаммаграфический методы характеризуются отсутствием оперативности в получении результатов контроля вследствие необходимости фотохимической обработки и последующей сушки пленки.

· Аппараты для рентгеновского контроля, особенно аппараты непрерывного излучения, достаточно громоздки и тяжелы.

 

В настоящее время, в связи с появлением на рынке средств НК новых ультразвуковых дефектоскопов с развитыми возможностями визуализации обнаруженных дефектов, интерес к радиационным методам постепенно снижается: большинство лабораторий предпочитает применять ультразвуковой контроль, более достоверный и полностью безопасный.

 

АКУСТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

В акустических видах контроля используются упругие механические колебания и волны в твердой среде.

Колебательный процесс характеризуется двумя основными величинами: частотой и амплитудой колебаний.

Частота – количество колебаний в секунду. Ее обозначают буквой f. Одно колебание в секунду – 1 герц (Гц). При УЗ-контроле обычно частоту колебаний измеряют в мегагерцах (МГц) – миллионах колебаний в секунду

Длительность одного колебания называют периодом Т. Его измеряют в секундах (с) или микросекундах (мкс):

f = 1/T. (1)

Колебания от точки к точке среды передаются с определенной скоростью – скоростью распространения звука с. Расстояние, пробегаемое волной за один период колебаний, называют длиной волны λ:

λ = cT = c/f. (2)