Вихретоковые матрицы

Что такое вихретоковая матрица?

Вихретоковый метод неразрушающего контроля используется в электроэнергетике, аэрокосмической и нефтехимической промышленности для контроля металлоконструкций.

Несмотря на то, что оборудование на основе вихретоковых матриц существует уже более 5 лет, в России о нем практически никому не известно. А жаль, ведь потенциал технологии огромен. Фактически, это тот же самый вихретоковый контроль, со всеми его преимуществами, которые дополняются теперь новыми возможностями.

Физический принцип НК вихретоковыми матрицами не отличается от традиционного вихретокового НК. В качестве источника электромагнитного поля используется катушка индуктивности (далее катушка). Синусоидальный (или импульсный) ток, протекающий в катушке, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в объекте контроля (ОК). Вихревые токи в материале также создают электромагнитное поле, противодействующее полю катушек и наводя в них электродвижущую силу (ЭДС) или изменяя их полное электрическое сопротивление.

Если на пути вихревых токов встречается препятствие в виде зоны с несплошностью или отличными от основного материала электрическими свойствами, то электромагнитное поле вихревых токов меняется, меняется и воздействие этого поля на катушку преобразователя. Эти изменения регистрируются в приборе. Происходит индикация дефекта.

Преимущество вихретокового контроля – возможность проведения без контакта преобразователя с поверхностью ОК. Их взаимодействие происходит на расстояниях (до нескольких мм), достаточных для свободного движения преобразователя относительно ОК. Использование данного метода позволяет проводить контроль без необходимости удалять покрытие. Увеличение скорости сканирования не влияет на качество результатов. Это практически идеальный метод контроля трещин в производстве и в эксплуатации. Использование матриц существенно расширяет преимущества вихретокового контроля.

Основная отличительная черта вихретоковых матриц заключается в количестве задействованных катушек. Одна матрица может содержать до 256 катушек. Каждая из катушек это отдельный вихретоковый преобразователь (Рисунок 1). Проводя контроль с помощью матрицы захват площади существенно больше. Это немаловажные аспекты при производстве, где постоянно идет борьба за уменьшение времени общего цикла производства.

Рисунок 1. Вид преобразователя с вихретоковой матрицей

Чувствительность отдельной катушки к дефектам неравномерна и снижается от центра к краю. Максимальная амплитуда сигнала от дефекта в том случае, если он расположен ближе к центру катушки (Рисунок 2). 

Рисунок 2. Амплитуда сигнала от дефекта

Чтобы при использовании матрица обеспечивала равномерную и максимальную чувствительность, катушки в матрице имеют определенный порядок (Рисунок 3). Каждая катушка компенсирует соседнюю. Групповая работа катушек увеличивает чувствительность и глубину проникновения вихревых токов (до 5-6 мм), по сравнению с традиционным вихретоковым методом.

Рисунок 3 Амплитуда сигналов в матрице

Дефекты бывают плоскостные, объемные, различных видов и ориентаций в пространстве. В вихретоковом контроле нет универсальных преобразователей. Для поиска трещин различной пространственной ориентации, очагов коррозии, пор (и д.р.), как правило, применяют различные типы преобразователей с конкретным типом катушки. Катушки могут иметь различное исполнение обмотки, формы обмотки, иметь или не иметь сердечник, могут применяться две катушки – возбудитель и приемник, большое количество вариантов. Нужно иметь целый набор различных преобразователей, чтобы полностью проконтролировать ту или иную деталь.

Матрицы изготавливаются с различными комбинациями катушек (Рисунок 4). Это придает универсальность. Нет необходимости в возвратно-поступательном перемещении преобразователя по ОК. Проводя сканирование, преобразователь достаточно перемещать по одной оси. За один проход выявляются дефекты разных типов и пространственной ориентации.

Рисунок 4 Вихретоковая матрица

Используемый массив катушек в матрицах технически позволяет производить запись С-сканов с отображением дефектных зон относительно координатной привязки. С-скан это электронная карта дефектов проконтролированной зоны - «вид сверху» на деталь. Что-то похожее имеется в технологии контроля ультразвуковым методом фазированными решетками.

Рисунок 5 Анализ собранных данных

С-скан представляет собой комплекс из записанных цифровых данных, полученных на каждом участке проконтролированной зоны. (Рисунок 5). Выбрав любую зону С-скана на экране, в отдельных окнах появляется кривые, по которым можно детально изучить характер сигнала (амплитуду, фазовый сдвиг). Можно хранить данные контроля на любом электронном носителе, а при необходимости вызвать и проанализировать. Что это дает?

Во время контроля не обязательно одновременно следить за передвижением преобразователя и смотреть на экран оборудования, это очень утомительно. Утомляемость – это главная причина допущения ошибок при контроле. Запустив на приборе функцию сбора информации, можно полностью переключиться на сканирование поверхности, все данные полностью запишутся с координатной привязкой. После сканирования, анализ данных можно производить в комфортных условиях, где ничего не отвлекает.

Если пофантазировать, то можно представить себе такую схему – бригада дефектоскопистов (не обязательно с высоким уровнем квалификации) работают в поле или в цеху, собирают данные и отправляют их в инженерный отдел с помощью любого современного доступного способа связи. В инженерном отделе высококвалифицированный специалист (это может быть всего один человек) производит анализ данных и формирует отчеты контроля, в то время, как дефектоскописты продолжают контроль и сбор данных на других объектах.

Процесс контроля и выдачи результатов происходит почти одновременно. Не нужно держать бригаду высококвалифицированных специалистов. Преимущества по анализу данных значительно снижает так называемый «человеческий фактор».

Преимущество вихретокового контроля

Технические преимущества использования технологии вихретоковых матриц:

• возможность проведения НК без непосредственного контакта с поверхностью;
• перед проведение НК не требуется удалять покрытие;
• качество результатов НК не зависит от скорости перемещения преобразователя;
• комплексная работа катушек увеличивает предельную чувствительность и глубину проникновения вихревых токов;
• возможность выявления различных видов дефектов за один проход преобразователем.

Организационно-экономические преимущества:

• время контроля уменьшается;
• количество ОК, которые могут быть проконтролированы, увеличивается;
• бригада дефектоскопистов может состоять из низко квалифицированных работников, а их численность может быть уменьшена;
• нет необходимости в содержании большого отдела высококвалифицированных специалистов по НК, достаточно минимум одного;
• значительное снижение процента допущения ошибок при анализе данных НК.

Пионером и постоянным новатором в области оборудования НК с вихретоковыми матрицами является компания Eddyfi.