Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Вихретоковый контроль (также обычно называемый вихретоковым контролем и ECT ) - один из многих методов электромагнитного контроля, используемых в неразрушающем контроле (NDT), использующий электромагнитную индукцию для обнаружения и определения характеристик поверхностных и подповерхностных дефектов в проводящих материалах.

История [ править ]

Вихретоковый контроль (ВЭТ) как метод тестирования уходит корнями в электромагнетизм . Впервые вихревые токи были обнаружены Франсуа Араго в 1824 году, но французскому физику Леону Фуко приписывают их открытие в 1855 году. Электромагнитная индукция началась в основном в результате открытия электромагнитной индукции английским ученым Майклом Фарадеем в 1831 году. представляет собой замкнутый путь, по которому может циркулировать ток, и изменяющееся во времени магнитное поле проходит через проводник (или наоборот), электрический ток течет через этот проводник.

В 1879 году другой ученый, родившийся в Англии , Дэвид Эдвард Хьюз , продемонстрировал, как свойства катушки меняются при контакте с металлами с разной проводимостью и проницаемостью, что было применено в испытаниях металлургической сортировки. [1]

Большая часть развития ЭСТ как метода неразрушающего контроля для промышленных приложений была проведена во время Второй мировой войны в Германии . Профессор Фридрих Ферстер , работая в Институте кайзера-Вильгельма (ныне Общество кайзера Вильгельма ), адаптировал вихретоковую технологию для промышленного использования, разработав приборы для измерения проводимости и сортировки смешанных черных металлов. После войны, в 1948 году, Фёрстер основал компанию, которая сейчас называется Foerster Group, где он добился больших успехов в разработке практических инструментов ЭСТ и их маркетинге. [2]

Вихретоковый контроль в настоящее время является широко используемым и хорошо изученным методом контроля для обнаружения дефектов, а также измерения толщины и проводимости.

Анализ Frost & Sullivan на мировом рынке оборудования для неразрушающего контроля в 2012 году оценил рынок оборудования для магнитного и электромагнитного неразрушающего контроля в 220 миллионов долларов, который включает в себя традиционные вихретоковые проверки , контроль магнитных частиц , вихретоковую матрицу и испытания в удаленном поле . Прогнозируется, что к 2016 году этот рынок будет расти со среднегодовыми темпами роста 7,5% примерно до $ 315 млн. [2]

Принцип ЕСТ [ править ]

Визуализация индукции вихревых токов [3]

В своей основной форме - одноэлементном датчике ECT - катушка проводящего провода возбуждается переменным электрическим током. Эта проволочная катушка создает вокруг себя переменное магнитное поле . Магнитное поле колеблется с той же частотой, что и ток, проходящий через катушку. Когда катушка приближается к проводящему материалу, в материале индуцируются токи, противоположные токам в катушке - вихревые токи.

Колебания электропроводности и магнитной проницаемости тестируемого объекта, а также наличие дефектов вызывают изменение вихревого тока и соответствующее изменение фазы и амплитуды, которые можно обнаружить путем измерения изменений импеданса в катушке, что является контрольным признаком. наличия дефектов. [4] Это основа стандартной (блинной катушки) ЭСТ. Комплекты неразрушающего контроля можно использовать в процессе вихретокового контроля. [5]

ECT имеет очень широкий спектр применения. Поскольку электрошоковая электротехника имеет электрическую природу, она ограничивается проводящим материалом. Существуют также физические ограничения на создание вихревых токов и глубину проникновения ( глубину скин-слоя ). [6]

Приложения [ править ]

Двумя основными приложениями вихретокового контроля являются контроль поверхности и контроль труб. Контроль поверхности широко используется в аэрокосмической промышленности, но также и в нефтехимической промышленности . Техника очень чувствительна и позволяет обнаруживать плотные трещины. Контроль поверхности может выполняться как на ферромагнитных, так и на неферромагнитных материалах. [7] [8]

Проверка трубок обычно ограничивается неферромагнитными трубками и известна как традиционные вихретоковые испытания. Обычный электрокардиостимулятор используется для проверки трубок парогенераторов на атомных станциях и труб теплообменников в энергетической и нефтехимической промышленности. Этот метод очень чувствителен к обнаружению и измерению ямок. Потеря стенок или коррозия могут быть обнаружены, но размер не является точным.

Разновидностью обычного ЭШП для частично магнитных материалов является ЭШП полного насыщения. В этом методе изменения проницаемости подавляются приложением магнитного поля. Датчики насыщения содержат обычные вихретоковые катушки и магниты. Этот контроль используется для частично ферромагнитных материалов, таких как никелевые сплавы, дуплексные сплавы и тонкие ферромагнитные материалы, такие как ферритно-хромомолибденовая нержавеющая сталь. Применение метода вихревых токов насыщения зависит от проницаемости материала, толщины и диаметра трубки. [9]

Метод, используемый для труб из углеродистой стали, - это дистанционные вихретоковые испытания. Этот метод чувствителен к общей потере стен и не чувствителен к мелким ямкам и трещинам.

ECT на поверхностях [ править ]

Когда дело доходит до нанесения на поверхность, эффективность любого конкретного метода контроля в значительной степени зависит от конкретных условий - в основном от типов материалов и дефектов, но также и от состояния поверхности и т. Д. Однако в большинстве ситуаций верно следующее:

  • Эффективно для покрытий / краски: да
  • Компьютеризированный учет: частичный
  • 3D / расширенное изображение: нет
  • Зависимость от пользователя: высокая
  • Скорость: низкая
  • Постинспекционный анализ: нет
  • Требуются химикаты / расходные материалы: нет

Другие приложения [ править ]

ECT также полезен, в частности, для измерения электропроводности и толщины покрытия.

Другие методы вихретокового контроля [ править ]

Чтобы обойти некоторые недостатки обычного электротехнического оборудования, были разработаны другие методы вихретокового контроля с различными успехами.

Вихретоковый массив [ править ]

Вихретоковая матрица (ECA) и обычная ECT используют одни и те же основные принципы работы. Технология ECA обеспечивает возможность электронного управления массивом катушек (несколькими катушками), расположенными по определенной схеме, называемой топологией, которая создает профиль чувствительности, подходящий для целевых дефектов. Сбор данных достигается путем мультиплексирования катушек по особой схеме, чтобы избежать взаимной индуктивности между отдельными катушками. Преимущества ECA: [10]

  • Более быстрые проверки
  • Более широкий охват
  • Меньшая зависимость от оператора - массивные зонды дают более согласованные результаты по сравнению с ручным растровым сканированием
  • Лучшие возможности обнаружения
  • Более простой анализ благодаря более простым шаблонам сканирования
  • Улучшенное позиционирование и размер из-за закодированных данных
  • Матричные зонды можно легко сконструировать так, чтобы они были гибкими или имели форму в соответствии со спецификациями, что упрощает проверку труднодоступных участков

Технология ECA представляет собой чрезвычайно мощный инструмент и значительно экономит время во время проверок. [11] ECA-контроль сварных швов углеродистой стали регулируется стандартом ASTM E3052 .

Силовые вихретоковые испытания Лоренца [ править ]

Другой, хотя и тесно связанной с физикой проблемой, является обнаружение глубоко залегающих дефектов и неоднородностей в электропроводящих твердых материалах.

Рис. 1: Принцип работы LET. Адаптировано из [12]

В традиционной версии вихретокового контроля используется переменное (AC) магнитное поле для индукции вихревых токов внутри исследуемого материала. Если материал содержит трещину или дефект, которые делают пространственное распределение электропроводности неоднородным, путь вихревых токов нарушается, и изменяется импеданс катушки, которая генерирует переменное магнитное поле. Таким образом, путем измерения импеданса этой катушки можно обнаружить трещину. Поскольку вихревые токи генерируются переменным магнитным полем, их проникновение в подповерхностную область материала ограничивается скин-эффектом. Таким образом, применимость традиционной версии вихретокового контроля ограничивается анализом в непосредственной близости от поверхности материала, обычно порядка одного миллиметра.Попытки преодолеть это фундаментальное ограничение с помощью низкочастотных катушек и сверхпроводящих датчиков магнитного поля не привели к широкому применению.

Недавний метод, получивший название вихретокового контроля силы Лоренца (LET), [12] [13]использует преимущества применения магнитных полей постоянного тока и относительного движения, обеспечивая глубокие и относительно быстрые испытания электропроводящих материалов. В принципе, LET представляет собой модификацию традиционного вихретокового контроля, от которого он отличается двумя аспектами, а именно (i) как индуцируются вихревые токи и (ii) как обнаруживается их возмущение. В ЛПЭ вихревые токи генерируются путем обеспечения относительного движения между тестируемым проводником и постоянным магнитом (см. Рисунок). Если магнит проходит мимо дефекта, сила Лоренца, действующая на него, показывает искажение, обнаружение которого является ключом к принципу работы ЛПЭ. Если объект не имеет дефектов, результирующая сила Лоренца остается постоянной.

См. Также [ править ]

  • Вихревой ток
  • Неразрушающий контроль
  • Измерение поля переменного тока
  • Крышка метр
  • Металлоискатель
  • Эффект кожи

Ссылки [ править ]

  1. ^ Айвор Хьюз. « Обзор AWA : профессор Дэвид Эдвард Хьюз», 2009 г., получено 1 июля 2015 г.
  2. ^ a b Нихил Джахайн. «Возрождение вихретокового тестирования» , 2014 г., получено 1 июля 2015 г.
  3. ^ https://www.suragus.com/en/technology/eddy-current/
  4. ^ Джозеф М. Бакли. "Введение в теорию и технологию вихретокового тестирования" , получено 1 июля 2015 г.
  5. ^ [1]
  6. ^ Терри Хеннигар и Майк Райт. «Технология вихретокового контроля», 1-е издание, 2012 г.
  7. ^ Birring, Anmol (март 2001). «Выбор методов неразрушающего контроля трубок теплообменников». Оценка материалов .
  8. ^ Birring, Anmol (ноябрь 2003). «Вихретоковый контроль в нефтехимической промышленности». Оценка материалов .
  9. ^ HM Sadek. «Технологии неразрушающего контроля для исследования теплообменников и котельных труб - принципы, преимущества и ограничения» , Insight vol. 48 нет. 3, марта 2006 г., получено 1 июля 2015 г.
  10. ↑ Eddy Current Array , получено 2 июля 2015 г.
  11. ^ Теория, практика и применение вихретокового массива (ECA) , получено 2 июля 2015 г.
  12. ^ a b М. Зец и др., Быстрая техника расчета силы Лоренца в приложениях неразрушающего контроля, COMPUMAG 2013, Будапешт, Венгрия
  13. ^ Улиг, Р.П., Зек, М., Брауэр, Х. и Тесс, А. 2012 "Вихретоковые испытания силы Лоренца: модель прототипа". Журнал неразрушающей оценки, 31, 357–372

Внешние ссылки [ править ]

  • Учебное пособие по вихретоковым массивам
  • Введение в вихретоковый контроль от ресурсного центра NDE / NDT
  • Введение в вихретоковый контроль , Джозеф М. Бакли (pdf, 429 kB)
  • Вихретоковые испытания на уровне 2 , Международное агентство по атомной энергии, Вена, 2011 г. (pdf 5,6 МБ).
  • ASTM E3052 Стандартная практика исследования сварных швов углеродистой стали с использованием вихретоковой решетки
  • Официальная веб-страница группы Lorentz Force Velocimetry и Lorentz Force Eddy Current Testing Group
  • Видео о вихретоковом контроле , Университет прикладных наук Карлсруэ