Вихретоковое тестирование
Вихретоковый контроль (также известный как вихретоковый контроль и ЭСТ ) — это один из многих методов электромагнитного контроля, используемых в неразрушающем контроле (НК), в котором используется электромагнитная индукция для обнаружения и определения характеристик поверхностных и подповерхностных дефектов в проводящих материалах.
История
[ редактировать ]Вихретоковое тестирование (ВТ) как метод испытаний берет свое начало в электромагнетизме . Вихревые токи были впервые обнаружены Франсуа Араго в 1824 году, но приписывают их открытие французскому физику Леону Фуко в 1855 году. ЭСТ возникла в основном в результате английским ученым Майклом Фарадеем открытия электромагнитной индукции в 1831 году. Фарадей обнаружил, что когда представляет собой замкнутый путь, по которому может циркулировать ток и через проводник проходит изменяющееся во времени магнитное поле (или наоборот), электрический ток через этот проводник течет .
В 1879 году другой учёный английского происхождения, Дэвид Эдвард Хьюз , продемонстрировал, как изменяются свойства катушки при контакте с металлами различной проводимости и проницаемости, что было применено в металлургических сортировочных испытаниях. [1]
Большая часть разработки ЭСТ как метода неразрушающего контроля для промышленного применения была осуществлена во время Второй мировой войны в Германии . Профессор Фридрих Фёрстер во время работы в Институте Кайзера-Вильгельма (ныне Общество Кайзера Вильгельма ) адаптировал вихретоковую технологию для промышленного использования, разрабатывая инструменты для измерения проводимости и сортировки смешанных железосодержащих компонентов. После войны, в 1948 году, Фёрстер основал компанию, которая теперь 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 традиционный вихретоковый контроль, магнитно-порошковый контроль , вихретоковую батарею и испытания в удаленных полях . По прогнозам, этот рынок будет расти на 7,5% в год и составит примерно 315 миллионов долларов к 2016 году. [2]
принцип ДЭХ
[ редактировать ]
В своей самой базовой форме — одноэлементном ЭСТ-зонде — 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, текущий через катушку. При приближении катушки к проводящему материалу в материале индуцируются токи, противоположные тем, что в катушке, — вихревые токи.
Изменения электропроводности и магнитной проницаемости объекта контроля, а также наличие дефектов вызывают изменение вихревого тока и соответствующее изменение фазы и амплитуды, что можно обнаружить путем измерения изменения импеданса в катушке, что является контрольным признаком. о наличии дефектов. [4] Это основа стандартного (блинчатого) ECT. Комплекты неразрушающего контроля можно использовать в процессе вихретокового контроля. [5]
ЭСТ имеет очень широкий спектр применения. Поскольку ЭСТ является электрическим по своей природе, оно ограничено проводящим материалом. Существуют также физические ограничения на создание вихревых токов и глубину проникновения ( глубина скин-слоя ). [6]
Приложения
[ редактировать ]Два основных применения вихретокового контроля — это контроль поверхности и контроль труб. Поверхностный контроль широко используется в аэрокосмической, а также в нефтехимической промышленности . Этот метод очень чувствителен и может обнаружить плотные трещины. Контроль поверхности можно проводить как на ферромагнитных, так и на неферромагнитных материалах. [7] [8]
Проверка труб обычно ограничивается неферромагнитными трубками и известна как обычное вихретоковое испытание. Традиционный ЭСТ используется для проверки трубок парогенераторов на атомных станциях и трубок теплообменников в энергетике и нефтехимической промышленности. Этот метод очень чувствителен к обнаружению и размеру ямок. Можно обнаружить потерю стенки или коррозию, но размер будет неточным.
Разновидностью обычного ЭСТ для частично магнитных материалов является ЭСТ с полным насыщением. В этом методе изменения проницаемости подавляются за счет применения 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 ферритная 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 вихревые токовые испытания в полевых условиях. Этот метод чувствителен к общей потере стенок и нечувствителен к небольшим ямкам и трещинам.
ЭСТ на поверхностях
[ редактировать ]Когда дело доходит до поверхностного применения, эффективность любого метода контроля во многом зависит от конкретных условий — в основном от типов материалов и дефектов, а также от состояния поверхности и т. д. Однако в большинстве ситуаций верно следующее:
- Эффективен для покрытий/красок: да
- Компьютеризированный учет: частичный
- 3D/расширенная визуализация: нет
- Зависимость от пользователя: высокая
- Скорость: низкая
- Постинспекционный анализ: нет
- Требуются химикаты/расходные материалы: нет
Другие приложения
[ редактировать ]ЭСТ также полезен, среди прочего, для измерения электропроводности и толщины покрытия.
Другие методы вихретокового контроля
[ редактировать ]Чтобы обойти некоторые недостатки обычного ЭСТ, с различным успехом были разработаны другие методы вихретокового контроля.
Вихретоковая матрица
[ редактировать ]Вихретоковая матрица (ECA) и обычная ECT имеют одни и те же основные принципы работы. Технология ECA обеспечивает возможность электронного управления массивом катушек (несколько катушек), расположенных по определенной схеме, называемой топологией, которая генерирует профиль чувствительности, подходящий для целевых дефектов. Сбор данных достигается путем мультиплексирования катушек по специальной схеме, чтобы избежать взаимной индуктивности между отдельными катушками. Преимущества ЭКА: [10]
- Более быстрые проверки
- Более широкий охват
- Меньшая зависимость от оператора — массивные датчики дают более стабильные результаты по сравнению с растровым сканированием вручную.
- Улучшенные возможности обнаружения
- Упрощенный анализ благодаря более простым шаблонам сканирования
- Улучшенное позиционирование и размер благодаря закодированным данным.
- Матричные датчики 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 существенно экономит время при проверках. [11] ECA-контроль сварных швов из углеродистой стали регулируется стандартом ASTM E3052 .
Вихретоковые испытания силой Лоренца
[ редактировать ]Другой, хотя и физически тесно связанной, задачей является обнаружение глубоко залегающих дефектов и неоднородностей в электропроводящих твердых материалах.
В традиционной версии вихретокового контроля переменное (переменное) магнитное поле используется для индуцирования вихревых токов внутри исследуемого материала. Если в материале имеются трещины или дефекты, которые делают пространственное распределение электропроводности неоднородным, путь вихревых токов нарушается и импеданс катушки, генерирующей переменное магнитное поле, изменяется. Таким образом, измеряя импеданс этой катушки, можно обнаружить трещину. Поскольку вихревые токи генерируются переменным магнитным полем, их проникновение в приповерхностную область материала ограничивается скин-эффектом. Поэтому применимость традиционной версии вихретокового контроля ограничивается анализом 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, называемый вихретоковым испытанием силой 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 в двух аспектах, а именно (i) как индуцируются вихревые токи и (ii) как обнаруживается их возмущение. В ЛЭТ вихревые токи генерируются путем обеспечения относительного движения между испытуемым проводником и постоянным магнитом (см. рисунок). Если магнит проходит мимо дефекта, действующая на него сила Лоренца вызывает искажение, обнаружение которого является ключом к принципу работы ЛЭТ. Если объект не имеет дефектов, результирующая сила Лоренца остается постоянной.
См. также
[ редактировать ]- вихревой ток
- Неразрушающий контроль
- Измерение поля переменного тока
- Крышка метра
- Металлоискатель
- Скин-эффект
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Айвор Хьюз. «Обзор AWA: профессор Дэвид Эдвард Хьюз» , 2009 г., получено 1 июля 2015 г.
- ^ Jump up to: а б Нихил Джахайн. «Возрождение вихретокового тестирования» , 2014 г., получено 1 июля 2015 г.
- ^ «Технология вихретокового контроля SURAGUS» .
- ^ Джозеф М. Бакли. «Введение в теорию и технологию вихретокового тестирования» , получено 1 июля 2015 г.
- ^ «Неразрушающий контроль, эталонные стандарты неразрушающего контроля, испытательные образцы | Инструмент PH» .
- ^ Терри Хеннигар и Майк Райт. «Технология вихретокового контроля», 1-е издание, 2012 г.
- ^ Бирринг, Анмол (март 2001 г.). «Выбор методов неразрушающего контроля труб теплообменников». Оценка материалов .
- ^ Бирринг, Анмол (ноябрь 2003 г.). «Вихретоковые испытания в нефтехимической промышленности». Оценка материалов .
- ^ HM Садек. «Технологии неразрушающего контроля для контроля теплообменников и котельных труб – принципы, преимущества и ограничения» , Insight vol. 48 нет. 3 марта 2006 г., получено 1 июля 2015 г.
- ^ Eddy Current Array , получено 2 июля 2015 г.
- ^ Теория, практика и применение вихретоковой матрицы (ECA) , получено 2 июля 2015 г.
- ^ Jump up to: а б М. Зец и др., Быстрая методика расчета силы Лоренца в приложениях неразрушающего контроля, COMPUMAG 2013, Будапешт, Венгрия
- ^ Улиг, Р.П., Зек, М., Брауэр, Х. и Тесс, А. 2012 «Испытание вихревых токов силой Лоренца: модель прототипа». Журнал неразрушающего контроля, 31, 357–372.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Учебное пособие по вихретоковой матрице
- Введение в вихретоковые испытания из ресурсного центра NDE/NDT. Архивировано 7 мая 2006 г. в Wayback Machine.
- Введение в вихретоковое тестирование Джозефа М. Бакли (pdf, 429 КБ)
- Вихретоковые испытания на уровне 2 , Международное агентство по атомной энергии, Вена, 2011 г. (pdf, 5,6 МБ).
- ASTM E3052 Стандартная практика контроля сварных швов из углеродистой стали с использованием вихретоковой матрицы
- Официальная веб-страница группы Лоренц-силовой скорости и группы испытаний вихревых токов Лоренца. Архивировано 17 ноября 2013 г. на Wayback Machine.
- Видео о вихретоковых испытаниях , Университет прикладных наук Карлсруэ
| Международный | |
|---|---|
| Национальный | |
