Вихретоковый дефектоскоп

(54) ВИХР (57) Изобр разрушаю ваться титановых контроля чей точки н тивления соответст где И 1 =0,1 Ш та колебате нии вихрето емагнитным ил, вия ш ього ового ровоповыше ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Самарский филиал Научно-исследовательского института технолотии и организации производства двигателей(56) Авторское свидетельство СССРМ 1061037, кл. 6 01 й 27/90, 29.03,82;Авторское свидетельства СССРМ 1355921, кл. 6 01 й 27/90, 31.01,86,Справочник, Приборы для нераэрушающего контроля материалов и изделий. Подред. В,В.Клюева. М.: Машиностроение,1986. с.133-134,ЕТОКОВЫЙ ДЕФЕКТОСКОП етение относится к области не- щего контроля и может испольэодля выявления а-слоев на сплавах. Повышение надежности достигается за счет выбора рабов годографе комплексного сопровихретокового преобразователя венно повышенной чувствительИзобретение относится к области не- разрушающего контроля и может применяться для выявления а-слоев на титановых сплавах.Целью изобретения является ние надежности контроля,На чертеже приведена структурная схема вихретокового дефектоскопа.Дефектоскоп содержит автогенератор 1, колебательный контур которого состоит из последовательно соединенных вихретокового преобразователя 4 и конденсатора 5 и параллельно подключенной к ним катушки ности к изменению злектропроводности, за счет выявления а -слоев, как таг, щин электра- проводящих покрытий, за счет уменьшения, числа витков вихретокового преобразователя до минимального возможного, а также за счет того, что в вихретоковый дефектоскоп, состоящий из последовательно соединенных автогенератооа с вихоетоковцм преобразователем в параллельном колебательном контуре, детектора и индикатора, включена катушка индуктивностн, вихретоковый преобразователь включен йоследовательно с конденсатором, а катушка индуктивности включена параллельно вихретоковому преобразователю и конденсатору, индуктивность Ь 1 вихретокового преобразователя - индуктивности 1 л катушки индуктивности и емкость С конденсатора выбраны из услоЬ =0,11а- резонансная частконтура при расположпреобразователя над ндящим пространством. 6 индуктивности, причем индуктивность вихретокового преобразователя 4 устанавливается по возможности минимальной с целью уменьшения зазора между витками преобразователя и контролируемым иэделием. Сопротивление конденсатора 5 берется примерно на порядок больше индуктивного сопротивления вихретокового преобразователя 4, сопротивление катушки 6 индуктивности также берется примерно на порядок больше индуктивного сопротивления вихре- токового преобразователя 4. Кроме того, резонансная частота контура и диаметрвихретокового преобразователя должны соответствовать тому, чтобы при выявлении а-слоев рабочая точка на годографе вноси мых сопротивлений вихретокового преобразователя, расположенного над немагнитным полупространством, находилась в области значений обобщенного параметра контроля 2Р5, Этому соответствует значение резонансной частоты около 10 МГц и значение диаметра вихретокового преобразователя около 1 мм, Примем, что значение удельной электрической проводимости .цтитанового сплава равно 0,7 МСм/м.При этомр = й и)аро =0,5 10 х-з х 6,18 107 О;/ 10 4 3,14 10 щ =3,7,.Кроме того, количество витков катушки индуктивности должно быть минимальным, при которых автогенератор генерирует колебания, что соответствует максимальной чувствительности автогенератора к изменению комплексного сопротивления колебательного контура. 8 ыход автогенератора 1 соединен с входом амплитудного детектора 2, на выходе которого включен индикатор 3. Конструктивно автогенератор и амплитудный детектор выполнены на печатной плате, на заостренном конце которой намотан вихретоковый преобразователь,Вихретоковый дефектоскоп работает следующим образом.Автогенератор 1 вырабатывает синусоидальное напряжение частотой около 10 МГц. Преобразователь размещают рабочим торцем на поверхности бездефектного образца, Показания индикатора дефектоскопа при этом существенно уменьшаются, что свидетельствует о большой чувствительности дефектоскопа к влиянию зазора, Покачиванием преобразователя в разные стороны находится минимум показаний дефектоскопа, который соответствует перпендикулярности оси преобразователя поверхности контролируемого изделия, После этого преобразователь размещают рабочим торцом на контролируемом изделии и аналогично, покачиванием преобразователя находится минимум показаний дефектоскопа, При этом если а -слой под вихретоковым преобразователем отсутствует, то показания дефектоскопа соответствуют показаниям дефектоскопа при установке преобразователя на поверхности бездефектного образца. Если под вихретоковым преобразователем имеется а -слой, то показания индикатора дефектоскопа будут. смещены в сторону больших значений, т,е, влияние а-слоя аналогично влиянию зазора на вихретоковый преобразователь. Например, если толщина а.-слоя составляет 50 мкм и в качестве индикатора применен стрелочный микроамперметр типа М 24 (максимальное значение тока 100 мкА), то изменение показаний от влияния а-слоя составляет 20 мкА, что позволяет умеренно выявлять а-слой на титановых сплавах.Принцип действия дефектоскопа заклю чается в следующем, Обозначим: комплексноесопротивление вихретокового преобразователя 4 - 21, равное н 1+)соЬ. емкость 5 - С, катушка индуктивности 1.2Комплексйое сопротивление колебательного контура будет определяться формулами:1К 1+) (и) .1 - +И 2) 1 а) С При резонансе будет соблюдаться ра 130 .мСвенство: .и 1.1 -- -+а 2 =ОПри этомкомплексное сопротивление контура является эквивалентным и будет иметь вид: Уэ =И 1-2 (е) 1-1 . )1п) С 35 К 1, Модуль эквивалентного сопротивления будет определяться равенством:Контур имеет следующие свойства, соответствующие условиям выявления а -слоев 45 на титановых сплавах.Если параметры контура соответствуютзначениям резонансной частоты20 МГц, то контур имеет хорошую чувствительность в к влиянию зазора на вихретоковый преобра зователь и практическое отсутствие чувствительности к влиянию электропроводности и, в частности, а-слоев на вихре- токовый преобразователь. При этом была отмечена значительная чувствительность к 55 влиянию емкости между контролируемымизделием и корпусом (на схеме и в формулах не указана) на вихретоковый преобразователь. Это влияние выражается в том, что если к контролируемому изделию прикоснуться металлической деталью, или простоперемещать вихретоковый преобразователь по бездефектному участку контролируемого изделия, то показания индикатора меняются. На основании этого резонансная частота контура и диаметр вихретокового 5 преобразователя устанавливаются таким образом, чтобы рабочая точка на годографе комплексного сопротивления вихретокового преобразователя находилась вне области влияния данной емкости и в то же время в 10 области достаточной чувствительности кизменению электропроводности.Если параметры контура соответствуют условиям выявления а-слоев дефектоскопом, то резонансная частота контура равна 15 примерно 10 МГц, диаметр преобразователя равен примерно 1 мм, рабочая точка на годографе комплексного сопротивления вихретокового преобразователя находится вобласти 2 Р 5, 20Индуктивное сопротивление вихретокового преобразователя примерно на порядок меньше сопротивления емкости, т,е, в10,1 - и также примерно на поря 1го С 25 док меньше индуктивного сопротивления и 11 дуктивности .г. т.е. ю=0,1 а).Уменьшение индуктивности2 увеличивает чувствительность автогенератора к изменению комплексного сопротивления 30 колебательного контура.Если вихретоковый преобразователь установить на образец с некоторым значением удельной электрической проводимости д, то индуктивность 1 уменьшится; 35 сопротивление В 1 возрастет, вследствие чего модуль эквивалентного сопротивления 4 соответственно, формуле (1) уменьшится. Если вихретоковый преобразователь устанавливать последовательно на образцы, 40 значения удельной электрической проводимости о которых соответственно уменьшаются, то при этом значение индуктивность 11 будет соответственно увеличиваться, значение сопротивления й 1 меняться почти 45 не будет и модуль эквивалентного сопротивленияЬсоответственно формуле (1) будет уменьшаться. Т.е. уменьшение электропроводности влияет противоположно увеличению зазора, -слои имеют мень шее значение электропроводности по сравнению с основой, на которой они расположены. Однако влияют они на показания дефектоскопа, а следовательно и на модуль эквивалентного сопротивления, не противо положно увеличению зазора, а однотипно ему. Это обьясняется тем, что информационным параметром при выявлении а-слоев в данном дефектоскопе является не элект ропроводность, а толщина а-слоя или толщина злектропроводящего покрытия.Вследствие этого при влиянии а-слоя индуктивность1 увеличится, сопротивление 81 уменьшится и модуль эквивалентного сопротивленияЕэвозрастет, что однотипно влиянию увеличения зазора.Определим глубиу проникновения вихревых токов в контролируемое изделие,д -й Р ОФКр 4 314 10= 190 мкм При испытаниях дефектоскоп выявил все а.-слои толщиной до 200 мкм.Конкретный дефектоскоп имеет следующие параметры, Автогенератор собран на полевых транзисторах КП 302 В и К,".103 М, Вихретоковый преобразователь 4 имеет 8;. витков, намотанных проводом, диаметром 0,07 мм, индуктивность вихретокового преобразователя равна 0,08 мкГ, Диаметр вихретокового преобразователя равен одному мм. Определим индуктивное сопротивление вихретокозого преобразователя на частот 10 МГц,- 6 28 10 0 08 - - 5 ом Хвтп Емкость конденсатора 5 равна 280 пф. Определим емкостное сопротивлениеконденсатора 5 на частоте 10 МГц,1 с = -= то С- 57 ом 6,28 1028 10 Катушка 6 имеет проводом диаметро индуктивности рави Определяем со ности 6;50 витков, намотанныхм 0,2 мм. значение еео 1 мкГ,противление индуктивХ 2 = 6,28 1 = 62 8 вычисляем резонансную частоту контура 1 + -2 ) 2 1 г 2 л- 2 мГц1826052 мО =0,1 - ;1вСв 1.1 =0,1 иЬ,Составитель И.КесояТехред М. Моргентал актор С.Кулакова Корректор М.Андрушенко аказ 2318 ТиражПодписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 ри ГКНТ СС роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Были проведены испытания дефектоскопа на чувствительность к изменению электро. проводности и на выявление а-слоев.Чувствительность к изменению электропроводности проверялась на трех стан дартных аттестованных образцах со значениями удельной электрической проводимости, равными 0,54,0,71 и 0,925 МСмм, также чувствительность к изменению электропровадности и к а-слоям проверялась на 10 трех образцах с а-слоями, имеющими значения удельной электрической проводимости 9,59, 0,7 и 0,9 МСмм. Образцы представляют собой цилиндры высотой 10 м, диаметром 25 мм, в середине одного из 15 торцов которых имеется круг а-слоя, диаметром 4 мм. Ориентировочная глубина а- слоя 20-50 мкм. Испытания проводились при отсутствии зазора и при наличии зазора 75 мкм. В качестве индикатора использо вался милливольтметр В 7-16 А. Выходное напряжение дефектоскопа при нахождении вихретокового преобразователя в воздухе составляло 612 мВ.Установлено, что увеличение электро проводности основ металла влияет однотипно увеличению зазора, а-слой также влияет однотипно увеличению зазора, Приращения напряжения от влияния а-слоя,равные 17-33 мВ подтверждают, что чувствительность дефектоскопа является достаточной для выявления а-слоев,Формула изобретения Вихретоковый дефектоскоп, содержащий последовательно соединенные автогенератор, в параллельный колебательный контур которого включен вихретоковый преобразователь, детектор и индикатор, о тл ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности контроля. он снабжен, катушкой индуктивности, вихретоковый преобразователь включен последовательно с конденсатором, катушка индуктивности соединена с ними параллельно, емкость С конденсатора, индуктивность 0 вихретокового преобразователя и индуктивность 1,2 катушки индуктивности выбраны из условия где в- резонансная частота колебательного контура автогенератора при расположении вихретокового преобразователя над немагнитным проводящим полупространством.