Вихретоковый контроль: 5 ключевых аспектов для надежного контроля металлов

Что нужно знать и какие факторы учитывать

Как компания, активно работающая со специальными металлами, Metal Cutting Corporation часто использует вихретоковое тестирование (ECT) для проверки материалов на наличие дефектов, таких как трещины или пустоты. Этот метод использует электромагнитную индукцию для обнаружения и характеристики дефектов на поверхности или в подповерхностном слое проводящих материалов, включая металлы. Помимо обнаружения дефектов, процедура ECT может применяться для измерения толщины и проводимости.

Ниже приведены 5 важных фактов о вихретоковом тестировании.

Вихретоковое тестирование — это неразрушающий контроль

Вихретоковое тестирование — важный метод неразрушающего контроля (НДТ) — одной из техник, применяемых в науке и промышленности для проведения инспекций и измерений с целью обеспечения:

• надежной, безопасной и экономически эффективной работы структурных компонентов и систем;
• проведения тестирования без повреждения деталей или материалов и без влияния на их дальнейшее использование и функционирование.

Существует множество методов НДТ, и новые разрабатываются постоянно. Самый базовый — визуальный осмотр, который может означать простой поиск видимых поверхностных дефектов или использование компьютеризированных оптических систем для обнаружения и измерения признаков компонента.

Некоторые технологии НДТ известны, так как используются и в медицине, например, радиография (RT), использующая гамма-или рентгеновское излучение для поиска дефектов или просмотра внутренней структуры. Другой пример — ультразвуковой контроль (UT), применяющий высокочастотные звуковые волны для выявления неоднородностей или изменений свойств материала.

Магнитопорошковый контроль (MT) использует магнитное поле в ферромагнитном материале и посыпку железной пыли для визуального индицирования поверхностных дефектов. Контроль герметичности (LT) находит утечки в под давлением деталях методами от электронных слуховых приборов до манометров и простых мыльных пузырей.

Другой метод — акустикоэмиссионный контроль (AE), выявляющий дефекты по всплескам акустической энергии. Мы часто сталкиваемся с гелиевым детектированием утечек, использующим второй по легкости элемент для поиска пути утечки, с применением или без проникающего контроля (PT), использующего видимый или флуоресцентный краситель.

В вихретоковом тестировании — методе НДТ, на котором мы фокусируемся в Metal Cutting — электрические токи (вихревые токи) генерируются в проводящем материале путем его воздействия расширяющимся и схватывающимся магнитным полем. Силу этих вихревых токов можно измерить; дефекты или изменения в материале прерывают течение токов, сигнализируя о проблемах в испытуемом материале или детали.

Это критически важно в повседневной жизни

Хотя не каждый слышал о вихретоковом тестировании и НДТ, эти методы касаются жизни каждого, возможно, ежедневно. Это связано с их применением в широком спектре отраслей — не последних из которых те, где отказ компонента может привести к катастрофическим последствиям.

Например, ECT используется для осмотра труб и других конструкций в нефтегазопроводах, ядерных реакторах, химическом производстве и городских водопроводах. Переносное оборудование ECT применяется для полевых инспекций: поиск трещин в мостах и компонентах самолетов — от крыльев до шасси. Это делает ECT, как и другие методы НДТ, жизненно важным для общественной безопасности — помогая предотвратить катастрофы вроде разрывов трубопроводов, обрушений мостов и авиакатастроф.

Даже в мире малых деталей, таких как металлические компоненты, которые мы производим в Metal Cutting, вихретоковый контроль влияет на безопасность менее заметными, но не менее критическими способами. Например, мы используем этот метод для проверки стекло-металлических герметиков в деталях для приборов ночного видения, которые в конечном итоге используются военными, которым они могут понадобиться задолго после выпуска и далеко от дома.

Разные датчики для разных режимов

Оборудование для вихретокового тестирования включает измерительные датчики, доступные в различных формах, размерах и конфигурациях. Эти датчики также имеют разные режимы работы в зависимости от того, как обмотки катушек соединены и как они взаимодействуют с испытуемым образцом.

Например, датчик абсолютного измерения использует одну катушку для генерации вихревых токов, обнаружения изменений в токовом поле и выдачи показания с одной точки образца. Дифференциальный датчик использует две катушки для создания базы сравнения при обнаружении дефектов даже в материалах с неоднородностями; когда одна катушка находится над дефектом, а другая — над хорошим материалом, возникает дифференциальный сигнал. Существуют также режимы рефлекторных и гибридных датчиков.

Переменный ток (AC) пропускается через катушку или катушки для создания расширяющегося и схватывающегося магнитного поля вокруг катушки(к). Когда датчик позиционируется рядом с проводящим материалом — испытуемым образцом — это меняющееся магнитное поле генерирует вихревые токи внутри образца. Взаимодействием магнитного поля катушки и вихревых токов мы можем наблюдать и измерять изменения частоты, амплитуды, чувствительности, импеданса и других характеристик, указывающих на наличие трещины, пустоты или других дефектов в образце.

Многие факторы влияют на вихретоковое тестирование

Помимо настроек — частоты, амплитуды, чувствительности и др., составляющих «рецепт» вихретокового тестирования, есть другие факторы, влияющие на течение вихревых токов, включая свойства тестируемого материала или детали. Некоторые полезны, другие требуют корректировки настроек или применения других техник для компенсации.

Очевидно, что электрическая проводимость тестируемого материала — или легкость потока электронов — влияет на вихревые токи, как и магнитная проницаемость. Хотя измерение проницаемости полезно для сортировки материалов, это свойство может создавать проблемы. Например, так называемый «шум», возникающий из-за изменений проницаемости при тестировании феррительных материалов, затрудняет использование ECT на угарных швах. Однако проблемы можно преодолеть с помощью магнитного насыщения, многочастотного контроля или дифференциальных катушечных схем.

Говоря о шуме — реальный фоновый шум в помещении является физическим фактором, влияющим на ECT. Однако его часто можно отфильтровать для получения более чистого сигнала. Когда испытуемый образец — деталь с ребрами или резкими изменениями геометрии, может возникнуть «краевой эффект» на вихревых токах; установка и балансировка датчика у края и сканирование на этом расстоянии позволяют избежать этого эффекта. Аналогично, образец со сложной геометрией может давать ложные сигналы, вызванные изменением геометрии, а не дефектом материала.

Еще одно важное соображение — коэффициент заполнения катушки, используемый для определения, какую часть объема контрольной катушки должен занимать осматриваемая труба или стержень. Определение правильного зазора между катушкой и образцом гарантирует, что образец сможет свободно двигаться при сканировании, а катушка будет достаточно близко для генерации вихревых токов и правильного проведения инспекции.

Частота переменного тока, проходящего через катушку ECT, влияет на глубину проникновения поля вихревых токов в материал; с увеличением глубины интенсивность течения вихревых токов уменьшается. Глубину трещины нельзя точно измерить с помощью ECT, и метод также не обнаруживает дефекты вроде ламинаций, идущих параллельно потоку вихревых токов. Однако трещины, несращения швов и другие плоские разрывы, перпендикулярные потоку вихревых токов, будут обнаружены.

Metal Cutting мастерски владеет ECT

В Metal Cutting мы часто используем процедуру вихретокового тестирования для осмотра вольфрамовых и молибденовых стержней и других металлических деталей на предмет возможных проблем: трещин, точек коррозии и разломов. Мы также применяем ECT для поиска поверхностных дефектов в круглых стержнях, плоских лентах и капиллярных трубках, используемых в стекло-металлических герметиках. (Подробнее читайте в нашем блоге Проблемы со стекло-металлическим герметиком в электронике.)

Безразлично, закупили ли мы материал от имени заказчика или заказчик предоставил его для обработки, мы связываемся с поставщиком или заказчиком, чтобы узнать, какие настройки они используют на своем оборудовании ECT. Это позволяет нам создать общий, взаимный «рецепт» для успешного ECT, при необходимости корректируя настройки, используя абсолютные или дифференциальные измерения и выбирая из ряда размеров катушек и оснастки. Для пропускания стержней через катушку ECT мы также тщательно следим за коэффициентом заполнения и используем втулку для центрирования стержня внутри катушки без касания.

Кроме того, мы часто ищем эталонный образец как основу для сравнения — особенно при контроле внутренних дефектов, которые невидимы. Эталонный образец позволяет проверить, сможем ли мы обнаружить искомые дефекты, используя наши установленные настройки ECT. Используя образец с известным дефектом, мы можем отрегулировать настройки оборудования для обнаружения именно этого конкретного, верифицированного дефекта.

Найти хороший эталонный образец может быть трудно. В конце концов, не хочется вскрывать образец для верификации внутреннего дефекта и тем самым уничтожать его для будущего использования в ECT. Однако мы можем использовать образец, который поставщик или заказчик считают имеющим подповерхностный дефект на основе их тестов и подтвержденный предыдущим неудачным ECT-контролем. Для внешних дефектов мы можем сотрудничать с поставщиком или заказчиком для создания конкретного поверхностного дефекта на детали, а затем оба используем его как эталонный образец.