Способ неразрушающего контроля качества изделий из электропроводящих материалов

Способ неразрушающего контроля качества изделий из электропроводящих материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СЙЭСОБ НЕРАЯРУМйШЕГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗЛВЛИЯ ИЗ ЭЛЕКТР ПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ заключающий ся в том, воздействуют на конт ролируемый участок импульсом элект ромагнитного поля индуктора н регис рируют амплитуднб-врёмённью характеристики температурного отклика контролируемого участка по которы определяют качество изделий/ о т ли ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения, точности и достове ности контроля и расширения диапазона контролйруекых толщин, опера //// ) дню воздействия веду импульсом переменного поля неязменной ампли ТУЛЫ в течение времени, не меньшего длительности теплового переходного прсщесса в контролиру 1юм слое а регистрацию амплитудно-временных . характеристик температурного отклика водят во время и после воздейств 1ия полем индуктора 2. Способ по п. I О т л и ч .а ющ и и с я тем, что электромагнитное поле изменяют с периодом, соответствующим одновременно области максимума вносимого изделием в индуктор активного Сюпротивления и минимуму влияния мешающих факторов на результаты контроля. 3.Способ по пп k1;и 1, О Т Л ич а ю щ и и с я тем, что дополнительную коррекцию влияния электромагнитных и геометрических параметров изделия и его положения на результаты регистргщии амплитудно-временных характеристик температурного отклика ЩЮИЗВОД51Т по параметрам электромагнитиого паля индуктора. 4.Способ по пп.1-3, о т л и ч аю щ и и с я тем, что ток в индукторе изменяют по пилообразному закону. 7/7//

СОК)3 СОВЕТСКИХ .0» ЬЮ

РЕСПУБЛИК.!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К -АВТОРСНОЫУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР л мй (21) 3402229 /25-28 I (22) 02.03.82 (46) 07.07.83. Бюн. Ф 25 (72) И.В. Серегеева (71) Всесоюзный заочный машинострои-, тельный институт (53) 620. 179.14(088.8) (56) 1. Патент СНА .,3672204, кл. 7 3/1 5R, 1 97 2.

2. трудй I Республиканской научно-технической конференции "Repasруиающне методы и средства контроля". Минск, 1973, с. 305-311(прототип). (54) (57) 1. СПОСОБ НЕРАЯРУИАЮЩЕГО контРоля кАчестВА изделий. из элкктРОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ; заключающийся в том, что воздействуют на. контролируе ий участок импульсом элект1 ромагнитного. поля индуктора и регистрируют амплитудно-временные характеристики температурного отклика контролируемого участка, по которым определяют качество изделий о т— лнчающийся тем, что, с целью повышения, точности и достоверности контроля и расширения диапа.зона контролируемых толщин, опера,SU„„1027591 A

3(5В G 01 N 27/90, G 01 В 7/06 цию.воздействия ведут импульсом переменного поня неизменной:, ампли» туды в течение времени, не меньшего длительности теплового переходного процесса в .контролируемом слое а регистрацию амплитудно-временных, характеристик температурнрго отклика производят во время и после воздействия полем индуктора

2. Способ цо п. 1 о т л и ч а юшийся- тем, что электромагнитное поле изменяют с периодом, соответствующим одновремейно области максимума вносимого изделием в индуктор активного сопротивления и минимуму влияния мешающих Факторов на результаты контроля. - . Я

3. Способ по пп.1,и 2, о т л ич а ю шийся тем, что дополнительную коррекцию влияния электромагнитных н геометрических параметров иэделия н его положения на результаты регистрации амплитудно-вре- Я менных характеристик температурного отклика производят по параметрам электромагнитного поля индуктора.

4. Способ о пп. 1-3, о т л и ч аю щ и и с- я тем, что ток в индукторе изменяют по пилообразному закону.

1027591

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий с использованием вихретоковых преобразователей и .предназначено для бесконтактного контроля Физико-механических свойств иэделий из электропроводящих материалов или композиционных материалов, содержащих проводящие слои для выявления дефектов типа расслоений и отслоений тон ких покрытий, контроля толщины.

Известен импульсный бесконтактный способ контроля качества изделий, при котором контролируемый участок поверхности облучают импульсом электромагнитной энергии и по амплитудно-частотным характеристикам огибающей вторичного электро-. магнитного излучения, пропорционального температурному отклику изделия, судят о его качестве (1 .

Недостатки данного способа заключаются в нестабильности результатов контроля и сложности реализации.

Нестабильность обусловлена применением приемника электромагнитного излучения в инфракрасной области длин волн, в которой велико влияние загрязненности поверхности. Сложность реализации связана с предусмотренными в данном способе операциями Фурье — преобразований импульсного температурного отклика.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ неразрушающегося контроля ,качества изделий иэ электропроводя щих материалов, заключающийся в том, что на контролируемый участок воздействуют кратковременным по сравнению .с длительностью теплового переходного процесса в,контролируемом слое импульсом электромагнитного поля индуктора с малой глубиной проникновения по сравнению с толщиной контролируемого слоя с помощью вихретокового преобразователя регистрируют амплитудно-временные характеристки темпеоатурного отклика контролируемого участка и непосредственно по амплитудно-временным характеристикам определяют качество изделий 2 j.

Однако этот способ не обеспечивает требуемой точности из-за необходимости сочетания кратковременности возбуждающего импульса электромагнитного поля с его высокочастотностью. Эти условия являются энергетически невыгодными, что приводит к низкому соотношению сигнал/шум.

Увеличение амплитуды возбуждающего импульса приводит к появлению мертвой зоны и невозможности контроля малых толщин.

Цель изобретения - повышение точности и достоверности контроля качества изделий и расширение диапазона контролируемых толщин.

Поставленная цель доатнгается тем, что в способе неразрушающего контроля качества изделий из электропроводящих материалов, заключающемся в том, что воздействуют на контролируемый участок импульсом электромагнитного поля индуктора и регистрируют амплитудно-временные харак1Î теристики температурного отклика контролируемого участка; по которым определяют качество изделий, операцию воздействия ведут импульсом переменного поля неизменной амплитуды

15 s течение времени, не меньшего дли-" тельности теплового переходного процесса в контролируемом слое, а регистрацию амплитудно-временных характеристик температурного отклика производят во время и после воздействия полем индуктора.

Электромагнитное поле изменяют с периодом, соответствующим одно" временно области максимума вносимого изделием в индуктор актиBного сопротивлечия и минимуму влияния мешающих Факторов на результаты контроля.

Дополнительную коррекцию влияния электромагнитных и геометрических параметров изделия и его положения йа результаты регистрации амплитудно-временных характеристик температурного отклика производят по параметрам электромагнитного поля

З5 индуктора.

Ток к индукторе изменяют по пилообразному закону.

На Фи-г. 1 изображен первичный преобразователь, расположенный над

40 контролируемым изделием - листом, простейший вариант; на Фиг. 2первичный преобразователь с изделием в виде трубы, общий вариант; на Фиг. 3 - кривые зависимости от времени тока 1 в индукторе, напряженности его магнитного поля Н, мощности Р и температурного отклика

ht:; на Фиг. 4 — годограф полного сопротивления нндуктора с учетом

5О Реакции тонкостенного изделия; на

Фиг. 5 - схема питания индуктора, обеспечивающей неизменйость вводимой в изделие средней мощности, вариант.

Способ неразрушающего контроля изделий из электропроводящих материалов включает операцию воздействия электромагнитным полем индуктора 1. на изделие 2 (лист ), причем в .

60 . простейшем случае индуктор может служить одновременно датчиком для регистрации температурного отклика, а также для получения сигналов коррекции, сигналов откликов о электромагнитных параметрах матер@а1027591 ла изделия. В более общем случае индуктор 3 одновременно .выполняет роль лишь возбуждающей катушки измерительного вихретокового преобразователя. Температурный и электромагнитный отклики, получают с катушки 4, которую целесообразно разместить в зоне равномерного поля индуктора, с целью уменьшения влияний различного -рода помех, например, перемещений изделия 5 (трубы ), пере- 10 косов и т.п. Вместо катушки 4 илн наряду с ней в зоне контроля могут быть размещены другие первичные преобразователи для регистрации температурного и электромагнитного откликов. Например, с целью одновременного контроля толщины стенки контролируемого изделия (трубы )по четырем образующим, следует вместо катушки 4 разместить четыре вихретоковых преобразователя накладного типа, либо четыре приповерхностных датчика температуры другого физического принципа действия (пироэлектрическне, полупроводниковые ).

Способ осуществляется следующим образом.

Через катушку .индуктора 1 (3 )пропускают ток 1 с периодом Т, графически изображенной синусоидой б.

По такому же закону изменяются йапряженность магнитного поля Н у поверх» ,ности контролируемого изделия 2 (5 ) и плотность вихревых токов в нем.

Кривая 7 отображает изменения вводимой в изделие мощности Р, период изменения которой равен. T/2. Время нагрева в тысячи раз превышает период

Т, и потому можно считать нагрев непрерывным процессом. В результате 40 ,появляется температурный отклик

8 (9 )„. Функциональная- зависимость которого от времени t определяется параметрами изделия 2 (5 } Приведен— . ный пример соответствует контролю толщины листа 2. (изделие }или стенки тонкостенной трубы 5 (изделие ). Влияние переходного теплового процесса на Форму кривых температурного отклика 8 и 9 не показано, так как оно имеет место лишь на начальном участке кривых и не имеет существенного значения. Скорость роста температуры контролируемого участка изделия 2(5 } .прямо пропорциональна вводимой в изделие мощности и обратно пропорциональна искомой толщине й, т.е. на графике кривые 8 и 9 температурного отклика соответствуют прюеерно .--в два раза отличающимся толщинам.

В качестве информативного призна- 60 ка могут быть использованы: амплитуда температурного отклика в конце нагрева, время достижения упомянутым откликом заданного уровня, величина производной и т.п. 65

Для повышения точности контроля и обеспечения возможности контроля больших толщин следует выбирать период колебаний тока в индукторе в приведенном примере по годографу -10 из услов ия

Р=,, аЬ4 =6, где ш= ° V-о= 4Л 10 )

2Л, -7. и — контролируемая толщина)

)) - средний диаметр индуктора 1, либо средний диаметр контролируемого изделия 5 (тру0> )) 6 — удельная электрическая прово-димость материала контролируемого изделия.

При р 6 вносимое изделием в индуктор активное сопротивление к (оно обусловлено переходом электрической энергии индуктора в тепловую энергию контролируемого участка }принимает наибольшее из возможных в данном случае значение. Поэтому выполняются одновременно два условия максимум вводимой в изделие 2(В } мощности и слабое влияние электромагнитных параметров материала изделвр (в данном. случае ) на величину указанной мощности и, следовательно, на температурный отклик S (9 }.

В тех случаях, когда в спектре огибающей вводимой мощности приемлемо появление компонент с периодом примерно на порядок большим периода колебаний тока в индукторе, Рационально воздействовать на контролируемое изделие 2 (5 ) полем электромагнитного индуктора 11, периодически подключаемого к предварительно заряженному к одному и тому же напряжению конденсатора 12, Если начальная добротность нндуктора велика, а с изделием мала, то вводимая s изделие энергия, а следовательно, и температурный отклик, не зависят,от электромагнитных параметров материала изделия и зазора между ним и индуктором. Закон изменения во времени напряженности„магнйтного поля индуктора в этом случае имеет вид кривой 13.

Воздействие полем электромагнитного индуктора, по меньшей мере до момента начала измерений температурного отклика, резко увеличивает общее количество введенной в изделие энергии, что улучшает соотношение сигнал/шум, а следовательно, повышает точность контроля- и расширяет диапазон контролируемых толщнн.

При этом способ обеспечивает отсутствие влияния на результаты контроля загрязнений поверхности изделия, общую информативность и простотУ обработки информации.

Наличие электромагнитного поля индуктора в процессе контроля позволяет

1027591 использовать его амплитуду и/или фазу для дополнительной коррекции основно го сигнала.Так в примере, приведенном на фнг.4,мешающее влияние изменений зазора h может быть существенно уменьшено автоматической регулировкой коэф-5 фициента передачи тракта основного сигнала в соответствии .с величиной вносимого в индуктор активного сопротивления или величиной проекции напряжения на отдельной катушке на ось, 10 совпадающую с фаэовым вектором тока индуктора..

Возможности способа дополнительно расширяются, если о качестве изделий судят одновременно по совокупности 15 параметров температурного и электромагнитного откликов контролируемого иэделия. Такая воэможность обусловлена совместимостью электромагнитного и теплового видов контроля 20 качества изделия из электропроводящих материалов, благодаря использованию электромагнитного индуктора.

При этом совокупная информация обладает большей достоверностью и полно- 2д той. Так, применительно к фиг. 1, вихретоковый метод дает лишь информацию о проекции плоскости дефекта на вертикальную плоскость, а горизонтальные расслоения не обнаруживает.. Тепловой метод дает информадмо о проекции дефекта на горизонтальную плоскость и не реагирует на вертикальные трещины. В таком варианте исключаются пропуски дефектов, так как дается информация о полном размере дефекта. В общем случае периоды токов в индукторе для .нагрева и для вихретового контроля могут не совпадать и выбираться каждый по своим критериям опти- 40 мальности.

Кроме этого электромагнитную и тепловую информацию можно извлекать путем однотипных воздействий. В таком случае способы обработки и 45 представления информации могут быть одинаковыми, совместимыми, что упрощает устройства для реализации способа и его математическое обеспечение. Учитывая, что функция теплового воздействия в нашем случае имеет вид ступени, а электромагнитный сигнал пропорционален производной магнитного потока (последний пропорционален току, его создавшему 1, ток в индукторе целесообразно создавать в пилообразной периодической форме. В этом случае электромагнитную информацию можно извлекать в течение каждого периода колебаний тока и, при необходимости, накапливать в течение всего времени существования тока в индукторе °

Целесообразно проведение многократных разновременных измерений, соответствующих одному и тому же тепловому воздействию. Во-первых, они могут нести линейно-независимую информацию о качестве иэделия. Вовторых, таким путем можно накапливать сигналы-замеры и, соответственно, улучшать соотношение сигнал/шум. И наконец, производя замеры синхронно с изменениями во времени помехи, например, синхройно с сетевой наводкой, можно практически полностью подавить ее влияние на результаты контроля.

Использование способа неразрушающего контроля качества изделий из электропроводящих материалов или материалов, содержащих проводящие слои, позволит поднять точность и достоверность контроля в ряде случаев до уровня в несколько раз выше точности обычных вариантов метода вихревых токов. Особенно значительным ожидается выигряа при контроле толщины листов, труб и т.п. из ферромагнитных материалов и с особо тонкими стенками (в последнем случае влияния изменений удельной проводимости и толщины в методе вихревых токов принципиально неразделимы ).

1027591

4uz 4

Фиг I

Составитель И. Кесоян

Техред М. Коштура Корректор В. Бутяга;

Редактор Е. Лушникова

Заказ 4729/47 Тираж 873 . Подп.исное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП,Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4