Електричний неруйнівний контроль
Фізичні основи електричного контролю
Електричні методи НК базуються на реєстрації параметрів електричного поля, яке взаємодіє з об’єктом контролю або виникає в об’єкті в результаті зовнішнього впливу.
Електричне поле – це поле, яке створює навколо себе будь-яка заряджена частинка.
Напруженість електричного поля Е чисельно дорівнює відношенню сили F, що в даній точці на точковий заряд, до величини цього заряду q: Е=F/q
Електричні методи застосовуються для контролю матеріалів, для яких в тій чи іншій мірі характерна електропровідність.
Електропровідність – властивість речовини під дією незмінного електричного поля проводити незмінний електричний струм.
Всі тіла за характером їх провідності поділяють на:
Провідники (вільне переміщення електричних зарядів по тілу провідника)
Діелектрики (електричні заряди залишаються в тому місці, де вони були розподілені)
При проведенні електричного НК об’єкт контролю або його частина розміщують в зоні дії постійного або змінного електричного поля.
Фіксуючи відповідним способом параметри електричних полів в ОК або поля, в якому перебуває ОК можна зробити висновки про властивості матеріалів або їх зміни.
В якості первинних інформативних параметрів при цьому використовують електричні характеристики ОК:
Електричний опір R,
Електрична провідність G,
Електрична ємність С
Електрорушійна сила Е,
Електричний струм I та інші.
Класифікація методів ЕНК наведені у таблиці 1 (в зошиті).
Електроємнісний НК
Електроємнісний метод ЕНК передбачає введення ОК або його досліджувальної ділянки в електричне поле та визначення характеристик матеріалу за викликаною ним реакцією на джерело цього поля.
В якості джерела поля застосовують електричний конденсатор, який є одночасно і первинним електроємнісним перетворювачем, оскільки здійснює перетворення фізичних і геометричних характеристик ОК в електричний параметр.
Прилади для вимірювання складу матеріалів
Принцип дії цих приладів базується на визначенні досліджувальних характеристик складу і структури матеріалів за його електричними параметрами (діелектричній проникності, коефіцієнту діелектричних втрат).
Електропотенційні прилади
Робота електропотенційних приладів базується на прямому пропусканні струму через досліджувальну ділянку об’єкта та вимірювання різниці потенціалів на певній ділянці (або реєстрації викривлення електромагнітного поля через обтікання струмом дефекту).
При протіканні через електропровідний об’єкт струму в ньому створюється електричне поле. Геометричне місце точок з однаковим потенціалом складає еквіпотенціальні лінії.
В приладах наявні 4 електроди. За допомогою двох (струмопровідних) до ділянки об’єкта підводиться струм, а два інші вимірювальні (з їх допомогою вимірюють різницю потенціалів на певній відстані, за якою судять про глибину виявленої тріщини).
Електропотенційні прилади застосовують також для вимірювання товщини стінок деталей, для вивчення електричних та магнітних властивостей матеріалів в залежності від прикладеної до ОК механічної напруги, але основне призначення цих приладів – вимірювання глибини тріщин, виявлених іншими методами НК.
Термоелектричні прилади
Джерелом інформації про фізичний стан матеріалу при термоелектричному методі НК є термо-ЕРС, яка виникає у ланцюгу, що складається з пари електродів (гарячого та холодного) та досліджувального металу. Застосовується при сортуванні деталей за марками сталі, для експрес аналізу сталі та чавуну в ході плавлення, вимірювання глибини закаленого шару, дослідження процесів втоми металів та інше.
Електроіскрові, трибо електричні та електростатичні прилади
Їх робота базується на електроіскровому пробої дефектних місць у діелектричному покритті високою напругою. Метод реалізується за допомогою дефектоскопа, який містить як складову розрядо-оптичний перетворювач, що перетворює оптичну інформацію іскрового розряду у електричний сигнал.
У текстильній, паперовій промисловості використовують метод електростатичних зарядів, які виникають при діелектризації статичних зарядів.
Магнітний неруйнівний контроль
Фізичні основи МНК
МНК базується на аналізі взаємодії магнітного поля з об’єктом контролю.
Магнітне поле – поле, яке створює навколо себе будь-яка заряджена частинка, що рухається.
МНК застосовується:
Контроль виробів феромагнітних матеріалів (матеріали, які здатні суттєво змінювати свої магнітні характеристики під дією магнітного поля)
Операція намагнічування (розміщення виробу у магнітне поле) при МНК є обов’язковою.
Схема намагнічення феромагнітного зразка
До основних інформативних параметрів при МНК належить:
коерцитивна сила
намагніченість
індукція (залишкова індукція)
магнітна індуктивність
напруженість
Намагніченість – векторна величина, яка характеризує стан речовини при його намагнічуванні.
Магнітна індукція – силова характеристика магнітного поля (векторна величина).
Магнітна сприйнятливість – безрозмірна величина, що характеризує здатність речовини намагнічуватись у магнітному полі.
За величиною магнітна сприйнятливість поділяється на:
діамагнетики
парамагнетики
феромагнетики
Магнітна проникність – безрозмірна величина, що характеризує магнітні властивості магнетиків.
Кривими намагнічування називається графічні зображення функції B=f(x).
Для вимірювання та індикації магнітних полів при МНК застосовують магнітні перетворювачі, а у магніто порошкових та магніто графічних методах використовують магнітні порошки та стрічки.
До магнітних перетворювачів належать:
пасивний індукційний перетворювач (котушка з числом витків
Ферозондові перетворювачі (активний тип перетворювачів). Найпростіший ферозонд складається із сердечника з двома обмотками.
Перетворювач Холла (працює по принципу виникнення ЕРС в провіднику, викривлення шляху носіїв струмів в металах та напівпровідниках, який базується на силі Лоренца)
Магніто порошкові перетворювачі – використання ефекту Гаусса.
Магнітні порошки застосовують для візуального визначення магнітного поля розсіяння над дефектами. Також застосовують суспензії.
Магнітні дефектоскопи
При намагнічуванні короткої деталі на її торцях утворюються полюси, поле яких утворює магнітне поле розсіювання в зоні розсіяння.
Магнітне поле розсіювання дефекту тим більше, чим більший дефект та чим ближче він розташований до поверхні, над якою проводиться вимірювання.
Магнітопорошковий дефектоскоп – пристрій для виявлення порушень суцільності у виробах із застосуванням в якості індикатора магнітних порошків.
Магнітографічний дефектоскоп – дефектоскоп, за допомогою якого відбувається запис полів дефектів на магнітній стрічці.
Індуктивні магнітні дефектоскопи – дефектоскопи, які застосовуються для контролю труб та протоків. При цьому використовується циркулярне намагнічування труби.
Магнітні товщиноміри – призначені для контролю товщини захисних покриттів.
До них відносять:
Індукційні
Магнітостатичні
Пондимоторної дії
Вихрострумовий НК
Фізичні основи
ВХНК базується на взаємодії електромагнітного поля з електромагнітним полем вихрових струмів, які наводяться їм у матеріалі ОК.
Вихрові струми – електричні струми в провідному тілі, викликані електромагнітною індукцією, що замикаються по контурах, і утворюють однофазну область.
Індуктивність і розподіл вихрових струмів залежить від електричних і магнітних властивостей ОК, наявності дефектів типу порушення суцільності.
Схема утворення магнітного поля вихрових струмів в ОК.
В якості перетворювача використовують котушку.
Синусоїдальний або імпульсний стум, що діє в котушках створює електромагнітне поле, що збуджує вихрові струми в електропровідному об’єкті.
ВСНК застосовується лише для контролю електропровідних матеріалів.
Електромагнітне поле вихрових струмів діє на котушки перетворювача, наводячи в них ЕРС, або змінюючи їх опір.
Реєстрація напруги на зажимах котушки або опір отримує інформацію щодо властивостей об’єкта контролю та наявності дефектів.
ВСНК дозволяє визначити хімічний склад та структуру, товщину покриття матеріалу.
Вихрострумові перетворювачі за розташуванням відносно ОК поділяються на:
Накладні
Прохідні
Комбіновані
За особливістю перетворення параметрів ОК:
Трансформаторні
Параметричні
В залежності від принципу з’єднання обмоток котушки, її ділять на:
Абсолютні
Диференційні
Вихрострумові прилади
При автоматизованому, швидкісному та безконтактному контролі використовують дефектоскопи з прохідним ВСП.
Товщиноміри діелектричних провідників (лакофарбові, керамічні,
пластмасові покриття).
Товщиноміри електромагнітного шару
Структуроскопи – дозволяють оцінювати ступені хімічної чистоти матеріалу, сортувати напівфабрикати та вироби за марками, твердістю, міцністю.
Універсальні прилади – прилади, які дають можливість вирішувати широке коло задач.