Upload
others
View
5
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
VÍŘIVÉ PROUDY DZM 2013
2
3
Vířivé proudy tvoří druhou skupinu v metodách, které využívají ke zjišťování vad materiálu a
výrobků působení elektromagnetického pole.
Na rozdíl od metody magnetických rozptylových toků je metoda vířivých proudů založena na
zjišťování změn fyzikálních vlastností vzorku pomocí magnetického střídavého pole.
Princip metody:
Ve vzorku, který má elektrickou vodivost g
permeabilitu m (fyzikální veličina, udává míru magnetizace v důsledku působícího magnetického pole.
Permeabilita vyjadřuje reakci určitého prostředí na silové účinky magnetického pole)
a určité rozměry
se po jeho vložení do střídavého magnetického pole indukují vířivé proudy, které svými magnetickými
účinky působí zpětně na pole původní - budicí.
Vzniklá magnetická pole (od magnetizační cívky a od vířivých proudů indukovaných ve vzorku)
se vektorově skládají.
Výsledné pole závisí:
o na kmitočtu magnetizačního proudu (f)
o na elektrických a magnetických vlastnostech vzorku (g, m)
o rozměrech vzorku
ÚVOD
VÍŘIVÉ PROUDY
4
Použití
u všech druhů elektricky vodivých materiálů (neferomagnetických i
feromagnetických)
možnost současného odděleného hodnocení dvou parametrů zkoušeného
tělesa (zpravidla výskyt necelistvostí a změna rozměrů) při jediném
kontrolním pochodu, (příznivá vlastnost)
Výhody
umožňuje sledovat vlastnosti zkoušeného tělesa, jejichž změny ovlivňují
elektrickou vodivost nebo průřez, resp. permeabilitu
je bezdotykovou metodou a dovoluje proto vysokou rychlost plynulého
zkoušení
výstupní informací je elektrický signál, který splňuje předpoklady pro
automatizaci kontroly
ÚVOD
VÍŘIVÉ PROUDY
5
Vířivé proudy mohou být použity pro:
• zjišťování trhlin
• měření tloušťky materiálu
• měření tloušťky nátěrů
• měření vodivosti pro :
i. materiálové identifikace
ii. detekce tepelného poškození
iii. stanovení hloubky pláště
iv. kontroly tepelného zpracování
Výhody vířivého proudu:
• Citlivý na malé trhliny a další defekty
• Odhalí povrchové a podpovrchové vady
• Zkoumání dává okamžité výsledky
• Vybavení je přenosné
• Minimální potřebná příprava vzorků
• Testovací sonda nepotřebuje vždy přímý kontakt se součástkou
• Umožňuje vyšetření složitých tvarů a velikosti vodivých materiálů
Omezení metody vířivého proudu:
• Mohou být vyšetřovány pouze elektricky vodivé materiály
• Sonda musí mít dostatečný přístup k povrchu
• Je nutná určitá zručnost a zaškolení, rozsáhlejší než ostatních technik
• Konečná úprava povrchu a „hrbolatost“ může překážet
• Potřeba nastavení pomocí etalonu
• Hloubka penetrace je omezená
• Nelze zjistit vady, které jsou orientovány v určitém směru
VÍŘIVÉ PROUDY
Princip metody vířivých proudů
lze jej vysvětlit na případu válcového tělesa z elektricky vodivého materiálu
vloženého do cívky napájené střídavým elektrickým proudem.
Její střídavé magnetické pole indukuje v tělese elektrické napětí a protože tento
obvod představuje uzavřený proudovodič, vznikají ve válci cirkulární proudy nazývané
vířivé. Tyto proudy vytvářejí vlastní pole, které má opačnou fázi než pole budící.
Vlivem pole vířivých proudů je budící pole zeslabováno a vzniká výsledné
pole, dané vektorovým složením obou dílčích polí.
VÍŘIVÉ PROUDY
7
Nositeli informace o vlastnostech tělesa resp. jeho části jsou amplituda a fáze
výsledného pole H.
Vyhodnocení informace o vlastnostech tělesa se uskutečňuje:
1. buď přímo v cívce, která budí střídavé magnetické pole. Cívkový systém má jedno
vinutí a vyhodnocuje se změna impedance cívky Z (tj. její odpor, který klade
střídavému proudu) co do velikosti a fáze,
2. nebo pomocí cívky snímací, kdy cívkový systém má dvě vinutí (budící a snímací) a
měří se amplituda a fáze napětí na snímacím vinutí.
Trhlina snižuje elektrickou vodivost g materiálu zkoušeného tělesa, vířivé
proudy H2 trhlinu obtékají, jejich dráha se prodlužuje a snižuje se rovněž i hustota
vířivých proudů.
Tím se snižuje i intenzita zeslabení budícího H1, takže intenzita výsledného
pole H a s ní i indukované napětí na snímací cívce stoupne. Zvýšená amplituda
napětí svědčí o výskytu trhliny.
8
METODA S PRŮCHOZÍ CÍVKOU
Square, rectangular, hexagonal and specific
encircling coils
Hot inspection coil
Inspection temperature
up to 1200°C
9
Hlavní oblastí aplikace metody s průchozí cívkou je zkoušení tyčového materiálu (tyče různého průřezu,
trubky, dráty).
Hlavní znaky zkušebního zařízení:
• Diferenciální cívky uspořádané za sebou • Vysoký koeficient plnění cívek (při zkoušení tyčí z nekruhovým průřezem se užívají i nekruhové cívky, např. čtvercové, obdélníkové)
• Vysoká zkušební rychlost, protože se snímač nedotýká zkoušeného předmětu
• Možnost zkoušení i za vysokých teplot pomocí speciálních chlazených snímačů
Nejlépe se zjišťují vady krátké, které během zkoušení nezasáhnou do obou cívek. Při zkoušení trubek
jsou velmi dobře indikovány drobné díry přes celou tloušťku stěny, takže je možno u trubek tímto zkoušením nahradit
zkoušku vnitřním přetlakem.
Indikace dlouhých vad je méně spolehlivá. Pokud vada zasáhne do obou diferenciálních cívek, signál
vady se alespoň částečně vyruší. Dlouhé vady bývají indikovány převážně na koncích, pokud nemají příliš pomalý
náběh.
10
METODA S PŘÍLOŽNOU CÍVKOU
Cívka napájená střídavým proudem se radiálně
přikládá k povrchu zkoušeného tělesa.
Magnetické pole od vířivých proudů zpětně
ovlivňuje vlastnosti příložné cívky a způsobuje změnu její
impedance.
Zpětné působení vířivých proudů bude opět
souviset s elektrickými a magnetickými vlastnostmi zkoušeného
vzorku jako u metody průchozí cívky, dále bude značně záviset
na oddálení cívky od povrchu vzorku a na tloušťce měřeného
vzorku.
"Oddalovací efekt" Ize v některých případech využít, např. při
měření tloušťky nevodivé vrstvy na vodivém podkladu, jindy se
musí potlačovat, např. při kontrole trhlin nebo vodivosti.
11
METODA S PŘÍLOŽNOU CÍVKOU
12
U principu s průchozí cívkou obepínal cívkový systém kontrolované
těleso a údaj metody odpovídal průměrné hodnotě z povrchové vrstvy celého
obvodu tělesa.
Naproti tomu u snímače typu příložné cívky je oblast jeho působení podstatně
omezenější, srovnatelná svými rozměry s rozměry cívkového snímače.
METODA S PŘÍLOŽNOU CÍVKOU
13
14
Zobrazení měřeného signálu
V případě metody s průchozími cívkami je sledovanou informací indukované napětí.
U metody s příložnou cívkou se zpravidla hodnotí změny impedance cívky ZL
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Přístroje pro kontrolu struktury a záměn materiálu
Kromě zjišťování povrchových vad lze elektromagnetických vlastností materiálu využít
i pro kontrolu některých dílčích, pro zpracovatelské účely důležitých charakteristik. Do tohoto
oboru spadá především kontrola:
- chemického složení feromagnetických i neferomagnetických kovů,
- výsledků jejich tepelného zpracování.
Metody používané pro uvedené účely jsou založeny na závislostech mezi strukturním
stavem kovových materiálů a jejich magnetickými resp. elektrickými vlastnostmi. Protože
nejčastěji zpracovávaným kovovým materiálem jsou feromagnetické oceli, zaměřuje se strukturní
kontrola zejména na tento druh materiálu. Oceli poskytují díky svým feromagnetickým
vlastnostem podstatně širší možnosti kontroly strukturního stavu než materiály neferomagnetické,
u nich lze pro tento účel využít pouze změn elektrická vodivosti.
26
27
28
29
Metoda použití vířivých proudů je čistě metodou komparační. Pro
vyhodnocení vady je zapotřebí: určení základního materiálu, určení materiálu
svaru, příprava povrchu, specifikace vrstvy nátěru, tloušťka vrstvy nátěru, volba
etalonu pro kalibraci.
Při detekci vad, orientovaných kolmo ke směru posunu sondy, je možné
rozpoznání vad pouze větších než 1mm. Určení hloubky vady pouze do
4,5mm.
30
Kontrola hrdla tlakové lahve na trhliny z vnějšího i vnitřní povrchu metodou
vířivých proudů
31
32
33
Rozdílná zkoušená dráha vně a uvnitř lahve, nastavení posunem sond
34
35
36
37