Вихретоковый метод контроля металлов и сплавов

Вихретоковый метод является разновидностью неразрушающего контроля, базирующейся на проверке взаимосвязи электромагнитного поля преобразователя с полем вихретоков, излучаемых в объекте, который контролируется. Участок, где производится контроль, можно определить с помощью интенсивности вхождения электромагнитного поля в объект. Вихретоковый метод дает возможность обнаруживать трещины с глубиной от 0,1 до 0,2 миллиметра, длиной 1–2 миллиметра и глубиной 1–5 процентов от диаметра проволоки.

С применением данной методики можно контролировать диаметр проволоки, толщину листов из металла и стенок труб, толщину гальванических и диэлектрических покрытий на основаниях, обладающих свойством электропроводности. Лимиты замеров от мкм до десятков мм при погрешности измерения 2–5 процентов и min площадью контроля до 1 квадратного миллиметра. Вихретоковый метод позволяет измерить зазоры, передвижения и вибрации в механизмах.

Состояние структуры материалов, которое определяет их физико-механические параметры, влияет на электромагнитные свойства материала. По этой причине исходя из состояния структуры можно найти химсостав сплавов, определить качество химической и термической обработки, механические характеристики, текущее состояние верхних слоев, концентрацию альфа-фазы.

Метод применяется исключительно для контролирования изделий, изготовленных из материалов, обладающих электропроводностью, в частности, меди, латуни, алюминия, графита, полупроводников

Из истории метода

Разработчик вихретокового метода - это ученый Фридрих Фёрстер родом из Германии. Этот же ученый впервые дал понятие "дефектоскопа". Деятельность по созданию электромагнитных методов контроля Фридрих Фёрстер начал в 1937 г., а в 1948 г. им была основана компания, которая существует и в современное время.

Процесс развития дефектоскопии на вихретоках находится в взаимосвязи с появлением новых технологий в электронике. Это так, потому что эффективность вихретоковых аппаратов находится в прямой зависимости от продуктивности установленной в этих приборах электроники. В своем развитии технология двигалась от примитивных дефектоскопов со звуковыми индикаторами до аппаратов, использующих микропроцессоры. Таким образом, технология вышла на новый, более высокий уровень.

Принцип действия

Вихретоковый метод базируется на анализе электромагнитного поля токов Фуко, которые созданы в объекте с применением преобразователя.
Токи формируются в объекте благодаря наличию катушки индуктивности (в дальнейшем именуемой "генератор"), которая включается в состав преобразователя. Через катушку пропускается переменный электроток, за счет чего формируется переменное электромагнитное поле в преобразователе. В процессе перемещения переменного электромагнитного поля через материал с токопроводностью в последнем формируется электродвижущая сила (ЭДС).

Под воздействием ЭДС в контролируемом объекте создаются замкнутые токи индукции, имеющие переменное мгновенное значение. В процессе процедуры производится анализ именно этих переменных электротоков.

Мощность и распределение вихретоков в объекте зависят:

• от его размеров;
• от электромагнитных характеристик материала;
• от того, есть ли в материале несплошности;
• от того, как именно расположены преобразователь и объект относительно друг друга.

Преимущества:

1. Высокий темп работы. Распространение электромагнитных полей производится со скоростями, близкими к скорости света. Это значительно ускоряет процедуру вихретокового контроля. Реально имеется возможность достижения скорости до 10 м/с, но в зависимости от быстродействия аппарата она способна отклоняться от этого показателя.
2. Не требуется контактирование. Невзирая на затухание электромагнитного поля в воздухе, есть возможность осуществлять контролирование с зазором с использованием изоляции. Кроме того, не нужно использовать контактную жидкость и подготавливать поверхность специальным образом.
3. Не зависит от погоды. Процедуру можно осуществлять при любых погодных условиях, даже в случае атмосферных осадков.
4. Показ результатов. Вихретоковые аппараты нового поколения, работа которых базируется на матрицах, дают возможность сохранять данные в виде C-скана по координатам. За счет привязки к координатам можно выполнить оценку размеров дефекта. При этом, если данные сохранены, то к ним можно будет впоследствии вернуться, чтобы проанализировать динамику развития дефекта.

Недостатки:

1. Ограничения по глубине. Подобный метод можно использовать для индикации и оценивания поверхностных дефектов. Глубина контроля зависит от материала, назначенных параметров, и рассчитывается для всех случаев по отдельности.
2. Есть вероятность искажения одного измеряемого показателя другим. Если были проведены недостаточно тщательные предварительные исследования, то можно неверно интерпретировать полученные результаты. Сейчас в вихретоковых аппаратах применяют некоторые математические подходы, которые позволяют не допустить искажения показателей.
3. Используются исключительно материалы с токопроводностью. Вихретоковый метод базируется на распространении электротоков в объекте, следовательно, непроводящие материалы применять нельзя.

Выводы

Дефектоскопия, основанная на вихревых токах, сейчас динамично развивается. Со временем она полностью заменит другие методики нахождения поверхностных дефектов. Вихретоковый метод требует проведения серьезных предварительных расчетов и научных изысканий, для него нужна испытательная лаборатория. Но в случае корректного применения технологии она выгоднее с точки зрения затрат времени и средств, чем другие методики.