1 Аналіз існуючих методів контролю товщини

ПОКРИТТЯ

1.1 Вихрострумові методи контролю

Вихрострумові методи засновані на аналізі взаємодії зовнішнього електромагнітного поля із електромагнітним полем вихрових струмів, що наводяться збуджуючою котушкою в електропровідному об'єкті контролю. Щільність вихрових струмів в об'єкті залежить від геометричних і електромагнітних параметрів об'єкта, а також від взаємного розміщення вимірювального вихрострумового перетворювача (ВСП) та об'єкта. В якості перетворювача використовують зазвичай індуктивні котушки (одну чи декілька). Синусоїдальний (чи імпульсний) струм, що діє в котушках ВСП, створює електромагнітне поле, яке збуджує вихрові струми в електропровідному об'єкті. Електромагнітне поле вихрових струмів впливає на котушки перетворювача, наводячи в них ЕРС чи змінюючи їх повний електричний опір. Реєструючи напругу на затискачах котушки чи їх опір, отримують інформацію про властивості об'єкта і про положення перетворювача відносно нього.

ЕРС (чи опір) перетворювача залежить від багатьох параметрів об'єкта контролю, т.б. інформація, що дається перетворювачем, багатопараметрична. Це визначається як перевага, так і труднощі реалізації вихрострумових методів (ВСМ). З одного боку, ВСМ дозволяють здійснити багато параметричний контроль; з іншого боку, необхідні спеціальні прийоми для розділення інформації про окремі параметри об'єкта.

Особливість вихрострумового контролю в тому, що його можна проводити без контакту перетворювача і об'єкта. їх взаємодія проходить зазвичай на відстанях, достатніх для вільного руху перетворювача відносно об'єкта[1].

Отримання первинної інформації у вигляді електричних сигналів, без контактність і висока продуктивність визначають широкі можливості автоматизації вихрострумового контролю.

Одна із особливостей ВСМ полягає в тому, що на сигнали перетворювача практично не впливають вологість, тиск і забруднення газового оточення, радіоактивні випромінювання, забруднення поверхні об'єктаконтролю непровідними речовинами.

Простота конструкції перетворювача - іще одна перевага ВСМ. В більшості випадків котушки поміщають в запобіжний корпус і заливають компаундами. Завдяки цьому вони стійкі до механічних та атмосферних впливів, можуть працювати в агресивних середовищах в широкому інтервалі температур і тисків.

ВСМ засновані на збудженні вихрових струмів, а тому застосовуються в основному для контролю якості електропровідних об'єктів: металів, сплавів, графіту, напівпровідників. їм властива мала глибина зони контролю, що визначається глибиною проникнення електромагнітного поля в контролююче середовище.

Не дивлячись на вказані обмеження, ВСМ широко застосовують для дефектоскопії, визначення розмірів і структуроскопії матеріалів і виробів.

ВСМ дозволяють успішно вирішувати задачі контролю розмірів виробів. Цими методами вимірюють діаметр дроту, труб, товщину металічних листів і стінок труб при односторонньому доступі до об'єкту, товщину електропровідних і діелектричних поверхонь на електропровідних основах, товщину слоїв багатослойних структур, що містять електропровідні слої. Вимірювльні товщини можуть змінюватися в межах від мікрометрів до десятків міліметрів. Для більшості приладів похибка вимірювання 2 - 5%. Мінімальна площа зони контролю може бути доведена до 1 мм², що дозволяє виміряти товщину покриття на малих об'єктах складної конфігурації.

В основі вихрострумових методів лежить залежність інтенсивності і розподілу вихрових струмів в об'єкті контролю від його основних параметрів і від взаємного розташування ВСП і об'єкта. Змінний струм, який діє в котушках ВСП, створює електромагнітне поле, яке збуджує вихрові струми в електропровідному об'єкті контролю. Густина вихрових струмів максимальна на поверхні об'єкта в контурі, діаметр якого близький до діаметра збуджуючої обмотки, і зменшується до нуля на вісі симетрії ВСП і при зростанні радіуса r до нескінченості. Густина вихрових струмів зменшується також і по товщині об'єкта контролю. Для наближеної оцінки глибини проникнення електромагнітного поля накладного ВСП в об'єкт контролю можна використати формулу глибини δ проникнення плоскої хвилі [2]:

де - кругова частота струму збудження ВСП;

μ_а -абсолютна магнітна проникливість, Гн/м;

σ -питома електрична провідність матеріала об'єкта контролю, См/м.

Вихрові струми протікають безпосередньо під ВСП, в невеликому об'ємі виробу. їх амплітуда і фази відмінні в кожній точці на поверхні виробу і в його глибині.

Аналіз просторової картини вихрових струмів необхідний для розуміння основ методу і його ефективного практичного використання. Так, тріщина краще всього виявляється в тому випадку, коли її стінки перпендикулярні до вектора густини ВС. При контролі властивостей металів або товщини виробів знання просторової картини струмів дає можливість судити про об'єм матеріалу, в якому приладом здійснюється осереднення контрольованого параметра

У кожній точці простору розглядають густину вихрових струмів δ і їх фазу ψ. Площини, в яках розміщені траєкторії вихрових струмів, перпендикулярні до ліній напруженості збуджуючого поля. Вихрові струми, що збуджуються циліндричними обмотками ВСП, протікають по колах, співвісних з віссю ВСП. У випадку контролю однорідного ізотропного матеріалу значення δ і ψ від координати φ не залежать.

Під час контролю використовуються значення узагальнених параметрів:

(1.2)