Metoda prądów wirowych

Idea Umieszczeniu obiektów, wykonanych z materiałów przewodzących prąd elektryczny, w obszarze oddziaływania zmiennego w czasie pola magnetycznego, wytwarzane przez przetworniki pojemnościowe. Przetwarzanie sygnałów, których amplituda i faza zawierają informacje o wystąpieniu nieciągłości obiektów oraz zmian składu materiałów i i struktury obiektów

Elementy wykrywane Nieciągłości wychodzące na powierzchnię Powierzchniowe i pod powierzchniowe nieciągłości materiałów Wykrywanie nieciągłości zaciśniętych Badanie jakości materiałów Kontrola wymiarów obiektów (grubości taśm folii, warstw i powłok) Topienie i zgrzewanie metali Wykrywanie obiektów z metali nieferromagnetycznych

Za i przeciw Za Możliwość badania różnorakich materiałów niemagnetycznych, kompozytowych wzmocnionych włóknami węglowymi Przeciw Badania tylko cienkiej warstwy powierzchniowej (ułamek milimetra)

Podstawy badania obiektów metodą prądów wirowych Zjawisko indukcji elektromagnetycvznej d dt - siła elektromagnetyczna (napięcie) - strumień magnetyczne (BS) Cyrkulacja wektora pola elektrycznego d B Edl S dt db dt s Bds

Częstotliwość graniczna Wprowadza się wielkość nazwaną częstotliwością graniczną (parametr) Zależy ona od: 1. Przewodności elektrycznej materiału 2. Przenikalności magnetycznej 3. Wymiaru i kształtu obiektu 4. Częstotliwości pobudzania prądów wirowych f g C D r 2 p f g C D C f g 2 r wg r Dz Druty rury cienkościenne grubościenne

Zmienne pole magnetyczne w obiektach B d f sin ft d f B exp 2 0 B indukcja magnetyczna w dowolnej odległości d B 0 indukcja na powierzchni obiektu d odległość od powierzchni obiektu f częstotliwość pracy t czas - przewodność właściwa materiału obiektu - przenikalność magnetyczna obiektu

Głębokość wnikania

Głębokość wnikania Głębokość wnikania prądów wirowych odzwierciedla ich naskórkowość 5 5*10 f r

Głębokość wnikania

Przetworniki

Przetworniki Konfiguracja przetworników: - przetwornik przelotowy - przetwornik stykowy. Badane są : (dla zadanej geometrii ciała badanego): - przewodnictwo elektryczne, - przenikalność magnetyczna μ, - nieciągłości (wady) struktury (dla stałych własności i )

Przetworniki cecha typ konfiguracja prądu przelotowe stykowe wirowego w obiekcie czułość bezwzględne różnicowe rozkład pola po osi jednorodny niejednorodny wielkość wyjściowa parametryczne generacyjne mierzona sprzężenie z obiektem w polu bliskim w polu dalekim badanym metoda pracy o uzwojeniach skupionych o uzwojeniach rozdzielonych droga prądu w rurze w strefie obwodowej w strefie ograniczonej użycie rdzenia z rdzeniem bez rdzenia ferromagnetycznego układ pracy strojone niestrojone użycie ekranu nieekranowane ekranowana użycie podmagnesowania materiału tak bez

Przetworniki P. Przelotowe - solenoidalne cewki; - pole H wytwarzane wzdłuż osi obiektu, - wykrywają głównie wady wzdłużne P. stykowe - rdzeniowe lub bezrdzeniowe cewki o małych rozmiarach, - prowadzone prostopadle powierzchni S badanego ciała, H prostopadłe do S - wykrywają wady o dowolnej konfiguracji (względem osi rury) P. bezwzględne i różnicowe - bezwzględne sygnał zależy od stanu materiału - różnicowe (samo-porównujące) sygnał zależy od różnicy własności w dwu sąsiednich miejscach P. parametryczne i generacyjne - parametryczne bez uzwojenia 'wejściowego', mierzona jest impedancja; - generacyjne sygnał w uzwojeniu 'wtórnym' jest indukowany

Przetworniki P. w polu bliskim i w polu dalekim 1- uzwojenie wejściowe; 2- uzwojenia wyjściowe w polu dalekim; 3- uzwojenia wyjściowe w polu bliskim; 4- strefa pola bliskiego; 5- strefa przejściowa; 6- strefa pola dalekiego; 7- sprzężenie bezpośrednie; 8- sprzężenie pośrednie.

Przetworniki

Podstawy fizyczne metody prądów wirowych

Podstawy fizyczne metody prądów wirowych F. Forster podał w latach 30-tych rozwiązanie ścisłe dla Ro i Rz dla układów: walec w cewce przelotowej, rura w cewce przelotowej,kula w cewce przelotowej, elipsoid obrotowy, cewka stylowa dla cienkich warstw.

Podstawy fizyczne metody prądów wirowych Unormowana impedancja przetwornika przelotowego z rurą cienkościenną: ω Lr / ωlo = Im (E/Eo) R/ ω Lo = Re (E/ Eo) Eo, Lo napięcie indukowane i indukcyjność w przetworniku pustym E, L napięcie i indukcyjność dla przetwornika z próbką

Podstawy fizyczne metody prądów wirowych linie przerywane kierunki przesunięć od zmiany średnicy próbki linie ciągłe - kierunki przesunięć od zmian wielkości wady podłużnej (głębokość)

Podstawy fizyczne metody prądów wirowych Cewka przelotowa z rurą grubościenną

Podstawy fizyczne metody prądów wirowych Rura miedziana o = 7,2 mm i h = 0,5 mm. wada rowek wzdłużny wykonany od środka ścianki wewnętrznej o szerokości 0,3 mm i głębokości 0,3 mm zmiana D - na odcinku zmniejszono średnicę zewnętrzną o 0,15 mm można odróżnić oba typy 'wad' z kąta zmian sygnału przy właściwym doborze f/fg. w praktyce f/fg = 1,5 ~ 12

Określenie głębokości nieciągłości Metoda porównawcza Korzysta się z krzywych kalibracyjnych kata fazowego sygnału przetworników Sporządzane są dla sygnałów poszczególnych częstotliwości pracy przetworników oraz sygnałów wynikowych, otrzymanych po zmieszaniu sygnałów przetworników różnicowych, pracujących z różnymi częstotliwościami.

Efekty Krzywa kalibracyjna wewnętrznego przetwornika przelotowego dla rurki o średnicy 28 mm i grubości ścianki 1 mm. Częstotliwość pracy 44 khz.

Analiza M e t o d y a n a l i z y s y g n a ł ó w p r z e t w o r n i k ó w w i r o p r ą d o w y c h 1. a n a l i z a f a z o c z u ł a j e d n o - w y m i a r o w a 2. a n a l i z a f a z o c z u ł a d w u w y m i a r o w a A n a l i z a f a z o c z u ł a j e d n o - w y m i a r o w a A n a l i z u j e s i ę a m p l i t u d ę a m p l i t u d y n a p i ę c i a d l a o k r e ś l o n e j f a z y. D l a p r z e t w o r n i k ó w 'g e n e r a c y j n y c h ' o w i e l k o ś c i w a d y ś w i a d c z y Δ X r p = Δ X r s i n g d z i e : Δ X r - z m i a n a w a r t o ś c i b e z w z g l ę d n e j n a p i ę c i a w y j ś c i o w e g o p r z e t w o r n i k a w y w o ł a n a p r z e z w a d ę, - k ą t f a z o w y p o m i ę d z y Δ X r a Δ X s, Δ X s - z m i a n a w a r t o ś c i b e z w z g l ę d n e j n a p i ę c i a w y j ś c i o w e g o p r z e t w o r n i k a w y w o ł a n a p r z e z n i e c i ą g ł o ś c i g e o m e t r y c z n e ( z m i a n a g e o m e t r i i ).

Analiza c.d.

Analiza fazoczuła dwu-wymiarowa Natychmiastowy wykres na płaszczyźnie YX, gdzie Y - składowa zespolona, X składowa rzeczywista.

Analiza fazoczuła dwu-wymiarowa a) pęknięcie powierzchniowe rury na stronie zewnętrznej b) pęknięcie powierzchniowe rury na stronie wewnętrznej c) ubytek grubości rury po stronie zewnętrznej, Ta sama częstotliwość pracy.

Analiza fazoczuła dwu-wymiarowa

Analiza fazoczuła dwu-wymiarowa Rura miedziana Φ = 16 mm, h = 0,5 mm, wady rur: a) pierścień zewnętrzny h = 1 mm i s = 0.3 mm; b)pierścień wewnątrz 1mm/0,3 mm; c) zmniejszenie średnicy zewewn. o 0,5 mm; d) rozcięcie poprzeczne od zewnątrz o długości l = 7 mm i s = 0,3 mm; e) rowek wzdłużny przelotowy o szerokości 0,5 mm, f) otwór o Φ = 3 mm przelotowy w jednej ściance

Analiza fazoczuła dwu-wymiarowa Przetwornik bezwzględny, zawiera rurę miedzianą Φ = 16,3 mm, h = 0,8 mm; wady: a) - otwór przelotowy Φ = 2 mm; b) otwór Φ = 3 mm, c) pierścień s = 2 mm od zewnątrz, d) zmniejszona średnica zewnętrzna o 0,5 mm. Detekcja dobra tylko dużych 'defektów' jak zmiana średnicy, nie dla otworów

Analiza fazoczuła dwu-wymiarowa a) różnicowy, b) podwójnie różnicowy, c) potrójnie różnicowy;

Budowa defektoskopu wiroprądowego