Способ неразрушающего контроля качества изделий из электропроводящих материалов

. ОЮаВЮВНЕВУК РЕСПУБЛИК О, О 01 В 7/ 359 6 01 Я ПО ЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ К.АВТОРСКОЫУ ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР делАЫ и ВювъФ и бпелн(54)(57) 1. СПОСОБ НЕРАЯРЯЯКЩЕГОКОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ. ИЗ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ; заключающийся в том, что воздействуют на. контролируемой участок импульсом электромагнитного поля индуктора и регистрируют амплитудно-временные характеристики температурного откликаконтролируемого участка, по которымопределяют качество изделий о т -л и ч а.ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения, точности и достоверности контроля и расширения диапазона контролируемых толщин, опера,.801027591 А цию воздействия ведут импульсом переменного гюля неизменной:,ампли туды в течение времени, не меньшего длительности теплового переходного процесса в .контролируемом 1 слое, а . регистрацию амплитудно-временных, характеристик температурнрго отклика производят во время и после воздействия полем индуктора. 2. Способ по п. 1 о т л и ч а ющ и й с я 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..3. Способ по пп.1,и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что дополнительную коррекцию влияния электромагнитных и геометрических параметров иэделия и его положения на результаты регистрации амплитудно-вре- Я менных характеристик температурного отклика производят по параметрам электромагнитного поля нндуктора.4. Способ но пп.1-3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что ток в индукторе изменяют по пилообразному закону.1027591 55 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 длявыявления дейектов типа расслоений и отслоений тонких покрытий, контроля толщины.Известен импульсный бесконтактный способ контроля качества изделий, при котором контролируемай 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 3,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 электропроводящих материалов, заключающийся в том, что на контролируемый участок воздействуют кратковременным по сравнению .с длительностью теплового переходного процесса в,контролируемом слое импульсом электромагнитногополя индуктора с малой глубинойпроникновения по сравнению с толщиной контролируемого слоя с помощьювихретокового преобразователя регистрируют амплитудно-временные характеристки темпеоатурного откликаконтролируемого участка и непосредственно по амплитудно-временным характеристикам определяют качествоизделий 2 3.1 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 7 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 доатнгаетсятем, что в способе неразрушающегоконтроля качества изделий из электро.5 проводящих материалов, заключающемся в том, что воздействуют на контролируемый участок импульсом электромагнитного поля индуктора и регистрируют амплитудно-временные харак 1 О теристики температурного откликаконтролируемого участка; по которымопределяют качество изделий, операцию воздействия ведут импульсом переменного поля неизменной амплитуды15 в течение времени, не меньшего дли-"тельности теплового переходногопроцесса в контролируемом слое, арегистрацию амплитудно-временныххарактеристик температурного отклика производят во время и после воздействия полем индуктора,Электромагнитное поле изменяютс периодом, соответствующим одно"временно области максимума вносимого изделием в индуктор активногосопротивления и минимуму влияниямешающих Факторов на результатыконтроля,Дополнительную коррекцию влиянияэлектромагнитных и геометрическихпараметров изделия и его положенияйа результаты регистрации амплитудно-временных характеристик температурного отклика производят попараметрам электромагнитного поляЗ 5 индуктора.Ток к индукторе изменяют по пилообразному закону.На Фиг. 1 изображен первичныйпреобразователь, расположенный над40 контролируемым изделием - листом,простейший вариант; на Фиг, 2 -первичный преобразователь с изделием в виде трубы, общий вариант;на Фиг. 3 - кривые зависимости отвремени тока 1 в индукторе, напряженности его магнитного поля Н, мощности Р и температурного откликаЬй; на Фиг. 4 - годограф полногосопротивления нндуктора с учетомО реакции тонкостенного изделия; наФиг. 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 длярегистрации температурного отклика,а также для получения сигналовкоррекции, сигналов откликов о электромагнитных параметрах матерцала изделия. В более общем случаеиндуктор 3 одновременно .выполняетроль лишь возбуждающей катушки измерительного вихретокового преобразователя. Температурный и электромагнитный отклики, получают с катушки 4, которую целесообразно разместить в зоне равномерного поляиндуктора, с целью уменьшения влияний различного .рода помех, например,перемещений изделия 5 ( трубы ), перекосов и т,п. Вместо катушки 4 илннаряду с ней в зоне контроля могутбыть размещены другие первичныепреобразователи для регистрациитемпературного и электромагнитногооткликов, Например, с целью одновременного контроля толщины стенкиконтролируемого изделия трубы )почетырем образующим, следует вместокатушки 4 разместить четыре вихретоковых преобразователя накладноготипа, либо четыре приповерхностныхдатчика температуры другого физического принципа действия (пироэлектрическне, полупроводниковые ),25Способ осуществляется следующим образом.Через катушку .ивдуктора 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 вводи- З 5 мой в изделие мощности Р, период изменения которой равен. Т/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 1 определяется параметрами изделия 2(51 Приведен, ныйпример 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 ве 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 првюерно -в два раза отличающимся толщинам.В качестве информативного призна 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= фР 0)"-6,где ы=,р,= 4 Л 10 )2 Лй - контролируемая толщина)Э - средний диаметр индуктора 1,либо средний диаметр контролируемого изделия 5 (трубы6 - удельная электрическая проводимость материала контролируемого изделия.При ри б вносимое изделием в ивдуктор активное сопротивление В (онообусловлено переходом электрическойэнергии индуктора в тепловую энергиюконтролируемого участка )принимаетнаибольшее из возможных в данномслучае значение. Поэтому выполняютсяодновременно два условия максимумвводимой в изделие 2(В ) мощности ислабое влияние электромагнитных параметров материала изделвр (в данном.случае б) на величину указанной мощности и, следовательно, на температурный отклик 8 (9).В тех случаях, когда в спектреогибающей вводимой мощности приемлемо появление компонент с периодомпримерно на порядок большим периодаколебаний тока в ивдукторе, Рационально воздействовать на контролируемое изделие 2 5 ) полем электромагнитного индуктора 11, периодическиподключаемого к предварительно заряженному к одному и тому же напряжению конденсатора 12, Если начальнаядобротность нндуктора велика, а сизделием мала, то вводимая в изделиеэнергия, а следовательно, и температурный отклик, не зависят,от электромагнитных параметров материала изделия и зазора между ним и индуктором. Закон изменения во времени напряженностимагнйтного поля индукторав 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 толщнв.При этом способ обеспечивает отсутствие влияния на результаты контроля загрязнений поверхности изделия, общую информативность и простотфу обработки информации.Наличие электромагнитного поля индуктора в процессе контроля позволяетиспользовать его амплитуду и/или фазудля дополнительной коррекции основного сигнала.Так в примере, приведенномна фнг.4,мешающее влияние измененийзазора Ь может быть существенно уменьшено автоматической регулировкой коэф фициента передачи тракта основногосигнала в соответствии,с величинойвносимого в индуктор активного сопротивления или величиной проекции напряжения на отдельной катушке на ось, 10совпадающую с фаэовым вектором токаиндуктора.Возможности способа дополнительнорасширяются, если о качестве изделийсудят одновременно по совокупности 15параметров температурного и электромагнитного откликов контролируемогоиэделия. Такая воэможность обусловлена совместимостью электромагнитного и теплового видов контроля 20качества изделия из электропроводящих материалов, благодаря использованию электромагнитного индуктора.При этом совокупная информация обладает болвшей достоверностью и полнотой. Так, применительно к фиг. 1,вихретоковый метод дает лишь информацию о проекции плоскости дефектана вертикальную плоскость, а горизонтальные расслоения не обнаруживает, Тепловой метод дает информадмо о проекции дефекта на горизонтальную плоскость и не реагируетна вертикальные трещины. В такомварианте исключаются пропуски дефектов, так как дается информацияо полном размере дефекта. В общемслучае периоды токов в индукторедля .нагрева и для вихретового контроля могут не совпадать и выбираться каждый по своим критериям оптимальности,Кроме этого электромагнитную итепловую информацию можно извлекатьпутем однотипных воздействий. Втаком случае способы обработки и 45представления информации могут бытьодинаковыми, совместимыми, что упрощает устройства для реализацииспособа и его математическое обеспечение. Учитывая, что функциятеплового воздействия в нашем случае имеет вид ступени, а электромагнитный сигнал пропорционаленпроизводной магнитного потока (последний пропорционален току, егосоздавшему 1, ток в индукторе целесообразно создавать в пилообразнойпериодической форме, В этом случаеэлектромагнитную информацию можноизвлекать в течение каждого периодаколебаний тока и, при необходимости, накапливать в течение всеговремени существования тока в индукторе аЦелесообразно проведение многократных разновременных измерений,соответствующих одному и тому жетепловому воздействию. Во-первых,они могут нести линейно-независимуюинформацию о качестве иэделия. Вовторых, таким путем можно накапливатьсигналы-замеры и, соответственно,улучшать соотношение сигнал/шум. Инаконец, производя замеры синхроннос изменениями во времени помехи, например, синхройно с сетевой наводкой, можно практически полностьюподавить ее влияние на результатыконтроля,Использование способа неразрушающего контроля качества изделий из электропроводящих материалов или материалов, содержащих проводящие слои, позволит поднять точность и достоверность контроляв ряде случаев до уровня в несколько раз выше точности обычных вариантов метода вихревых токов. Особенно значительным ожидается выигрьза 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 ь И. Кесоя Коштура К остехре пакт тор В Бутяга н икова Заказ 4729/ 4/ ПП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 нли ВНИИПИ Го по дела113035, Мос ираж 873дарственногоизобретений иа, Ж, Рауш Подп.исмитета ССткрытийая наб.,