Вихретоковый контроль - Eddy-current testing

Вихретоковый контроль (также обычно обозначается вихретоковый контроль и ECT) является одним из многих электромагнитное испытание методы, используемые в неразрушающий контроль (NDT) с использованием электромагнитная индукция для обнаружения и характеристики поверхностных и подповерхностных дефектов в проводящий материалы.

История

Вихретоковый контроль (ВЭТ) как метод тестирования уходит корнями в электромагнетизм. вихревые токи впервые были замечены Франсуа Араго в 1824 г., но французский физик Леон Фуко приписывают открытие их в 1855 году. ЭСТ возникла во многом благодаря английскому ученому. Майкл Фарадей открытие электромагнитная индукция в 1831 году. Фарадей обнаружил, что когда есть замкнутый путь, по которому может циркулировать ток, и изменяющееся во времени магнитное поле проходит через проводник (или наоборот), электрический ток протекает через этот проводник.

В 1879 году другой ученый английского происхождения, Дэвид Эдвард Хьюз, продемонстрировали, как свойства катушка изменение при контакте с металлами с различной проводимостью и проницаемостью, что применялось в металлургических сортировочных испытаниях.[1]

Большая часть развития ЭСТ как неразрушающий контроль техника для промышленного применения была осуществлена ​​в течение Вторая Мировая Война в Германия. Профессор Фридрих Ферстер работая в Институте кайзера-Вильгельма (ныне Общество кайзера Вильгельма ) адаптировали 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 ECT 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.

Согласно анализу Frost & Sullivan на мировом рынке оборудования для неразрушающего контроля в 2012 году рынок магнитного и электромагнитного оборудования для неразрушающего контроля оценивается в 220 миллионов долларов, включая традиционные вихретоковые, магнитопорошковая инспекция, вихретоковый массив, и дистанционные испытания. Прогнозируется, что к 2016 году этот рынок будет расти со среднегодовыми темпами роста 7,5% до примерно 315 миллионов долларов.[2]

Принцип ЕСТ

Визуализация вихревой индукции
Визуализация индукции вихревых токов[3]

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

Вариации в электрическая проводимость и магнитная проницаемость тестируемого объекта, и наличие дефектов вызывает изменение вихревого тока и соответствующее изменение фазы и амплитуды, которые могут быть обнаружены 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. Так как ЭСТ имеет электрическую природу, она ограничивается проводящим материалом. Также существуют физические ограничения на создание вихревых токов и глубину проникновения (глубина кожи ).[6]

Приложения

Двумя основными приложениями вихретокового контроля являются контроль поверхности и контроль труб. Контроль поверхности широко используется в аэрокосмической промышленности, но также и в нефтехимическая промышленность. 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 труб 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 точен.

Разновидностью обычного ЭШП для частично магнитных материалов является ЭСТ 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 стенок и не чувствителен к небольшим ямкам и трещинам.

ЭСТ на поверхностях

Когда дело доходит до применения на поверхности, 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

ECT также полезен, среди прочего, при измерениях электропроводности и толщины покрытия.

Другие методы вихретокового контроля

Чтобы обойти некоторые недостатки обычных ЭШТ, были разработаны другие методы вихретокового контроля, которые имели различные успехи.

Вихретоковый массив

Вихретоковая матрица (ECA) и обычная ECT используют одни и те же основные принципы работы. Технология ECA обеспечивает возможность электронного управления массивом катушек (множеством катушек), расположенных по определенной схеме, называемой топологией, которая создает профиль чувствительности, подходящий для целевых дефектов. Сбор данных достигается мультиплексирование катушки по особому шаблону, чтобы избежать взаимного индуктивность 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 благодаря закодированным данным
  • Матричные зонды можно легко сконструировать так, чтобы они были гибкими или сформированными 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 регламентируется Стандарт ASTM E3052.

Силовые вихретоковые испытания Лоренца

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

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

В традиционной версии вихретокового контроля используется переменное (AC) магнитное поле для индукции вихревых токов внутри исследуемого материала. Если в материале есть трещина 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, называемый силовым вихретоковым испытанием 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 создаются 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.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Айвор Хьюз. "Обзор AWA: Professor David Edward Hughes ", 2009 г., получено 1 июля 2015 г.
  2. ^ а б Nikhil Jahain. «Возрождение вихретокового тестирования», 2014, получено 1 июля 2015 г.
  3. ^ https://www.suragus.com/en/technology/eddy-current/
  4. ^ Джозеф М. Бакли. «Введение в теорию и технологию вихретокового контроля», получено 1 июля 2015 г.
  5. ^ [1]
  6. ^ Терри Хеннигар и Майк Райт. «Технология вихретокового контроля», 1-е издание, 2012 г.
  7. ^ Бирринг, Анмол (март 2001 г.). «Выбор методов неразрушающего контроля трубок теплообменников». Оценка материалов.
  8. ^ Бирринг, Анмол (ноябрь 2003 г.). «Вихретоковый контроль в нефтехимической промышленности». Оценка материалов.
  9. ^ H M 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. ^ Вихретоковый массив, получено 2 июля 2015 г.
  11. ^ Теория, практика и применение вихретоковых решеток (ECA), получено 2 июля 2015 г.
  12. ^ а б М. Зек 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