Магнитопорошковый метод
основан на выявлении магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектами в детали при ее намагничивании, с использованием в качестве индикатора ферромагнитного порошка или магнитной суспензии. Этот метод среди других методов магнитного кон- троля нашел наибольшее применение. Примерно 80 % всех подлежащих контролю деталей из ферромагнитных материалов проверяется именно этим методом. Высокая чувствительность, универсальность, относительно низкая трудоемкость контроля и простота — все это обеспечило ему широ- кое применение в промышленности вообще и на транспорте в частности.
Основным недостатком данного метода является сложность его автомати- зации.
Индукционный метод
предполагает использование приемной катушки индуктивности, перемещаемой относительно намагниченной детали или другого намагниченного контролируемого объекта. В катушке наводится
(индуцируется) ЭДС, величина которой зависит от скорости относительно- го перемещения катушки и характеристик магнитных полей дефектов.
Метод магнитной дефектоскопии, при котором измерение искажений магнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из ферромаг- нитных материалов, осуществляется феррозондами. Прибор для измерения и индикации магнитных полей (в основном постоянных или медленно ме- няющихся) и их градиентов.
Метод эффекта Холла
основан на выявлении магнитных полей преоб- разователями Холла. Сущность эффекта Холла заключается в возникнове- нии поперечной разности потенциалов (ЭДС Холла) в прямоугольной по- лупроводниковой пластинке в результате искривления пути протекающего через эту пластинку электрического тока под воздействием магнитного по- тока, перпендикулярного этому току. Метод эффекта Холла используют для обнаружения дефектов, измерения толщины покрытий, контроля структу- ры и механических свойств ферромагнетиков, регистрации магнитных по- лей.
Пондеромоторный метод
основан на измерении силы отрыва постоян- ного магнита или сердечника электромагнита от контролируемого объекта.
Иными словами, этот метод основан на пондеромоторном взаимодействии измеряемого магнитного поля и магнитного поля рамки с током, электро- магнита или постоянного магнита.
Магниторезисторный метод
основан на выявлении магнитных полей магниторезистивными преобразователями, представляющими собой галь- ваномагнитный элемент, принцип работы которого основан на магниторе- зистивном эффекте Гаусса. Этот эффект связан с изменением продольного сопротивления проводника с током под действием магнитного поля. Элек- трическое сопротивление при этом увеличивается вследствие искривления траектории носителей заряда под воздействием магнитного поля. Количе-
43
8. Магнитная структуроскопияственно этот эффект проявляется по-разному и зависит от материала галь- ваномагнитного элемента и его формы. Для проводниковых материалов этот эффект не характерен. В основном он проявляется в некоторых полу- проводниках с высокой подвижностью носителей тока.
Магнитопорошковая дефектоскопия основана на выявлении локаль- ных магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектом, с
помощью ферромагнитных частиц, играющих роль индикатора. Магнитное поле рас- сеяния возникает над дефектом вследствие того, что в намагниченной де- тали магнитные силовые линии, встречая на своем пути дефект, огибают его как препятствие с малой магнитной проницаемостью, в результате чего магнитное поле искажается, отдельные магнитные силовые линии вытес- няются дефектом на поверхность, выходят из детали и входят в нее обратно.
Магнитное поле рассеяния в зоне дефекта тем больше, чем больше дефект и чем ближе он к поверхности детали.
Таким образом, магнитные методы неразрушающего контроля можно применять ко всему электрооборудованию, состоящему из ферромагнит- ных материалов.
44
9. Акустические методы контроляАкустические методы контроля применяются для контроля изделий, радиоволны в материале которых затухают не сильно: диэлектрики (стекло- волокно, пластмассы, керамика), полупроводники, магнитодиэлектрики
(ферриты), тонкостенные металлические материалы.
Недостаток неразрушающего контроля радиоволновым методом — низкая разрешающая способность устройств, в основе работы которых ле- жит данный метод, из-за малой глубины проникновения радиоволн.
Акустические методы НК подразделяют на две большие группы: ак- тивные и пассивные методы. Активные методы основаны на излучении и приеме упругих волн, пассивные — только на приеме волн, источником которых служит сам объект контроля, например образование трещин со- провождается возникновением акустических колебаний, выявляемых аку- стико-эмиссионным методом.
Активные методы делят на методы отражения, прохождения, комби- нированные (использующие как отражение, так и прохождение), собствен- ных колебаний.
Методы отражения основаны на анализе отражения импульсов упру- гих волн от
неоднородностей или границ объекта контроля, методы про- хождения — на влиянии параметров объекта контроля на характеристики прошедших через него волн. Комбинированные методы используют вли- яние параметров объекта контроля как на отражение, так и на прохожде- ние упругих волн. В методах собственных колебаний о свойствах объекта контроля судят по параметрам его свободных или вынужденных колебаний
(их частотам и величине потерь).
Таким образом, по характеру взаимодействия упругих колебаний с контролируемым материалом акустические методы подразделяют на сле- дующие основные методы:
1) прошедшего излучения (теневой, зеркально-теневой);
2) отраженного излучения (эхо-импульсный);
3) резонансный;
4) импедансный;
5) свободных колебаний;
6) акустико-эмиссионный.
По характеру регистрации первичного информативного параметра акусти- ческие методы подразделяются на амплитудный, частотный, спектральный.
45
9. Акустические методы контроляАкустические методы неразрушающего контроля решают следующие контрольно-измерительные задачи:
1. Метод прошедшего излучения выявляет глубинные дефекты типа нарушения сплошности, расслоения, непроклепа, непропаев;
2. Метод отраженного излучения обнаруживает дефекты типа наруше- ния сплошности, определяет их координаты, размеры, ориентацию путем прозвучивания изделия и приема отраженного от дефекта эхо-сигнала;
3. Резонансный метод применяется в основном для измерения толщи- ны изделия (иногда применяют для обнаружения зоны коррозионного по- ражения, непропаев, расслоений в тонких местах из металлов);
4. Акустико-эмиссионный метод обнаруживает и регистрирует только развивающиеся или способные к развитию под действием механической на- грузки трещины (квалифицирует дефекты не по размерам, а по степени их опасности во время эксплуатации). Метод имеет высокую чувствительность к росту дефектов — обнаруживает увеличение трещины на (1…10) мкм, при- чем измерения, как правило, проходят в рабочих условиях при наличии ме- ханических и электрических шумов;
5. Импедансный метод предназначен для контроля клеевых, сварных и паяных соединений, имеющих тонкую обшивку, приклеенную или при- паянную к элементам жесткости. Дефекты клеевых и паяных соединений выявляются только со стороны ввода упругих колебаний;
6. Метод свободных колебаний применяется для обнаружения глубин- ных дефектов.
Акустические сигналы в оборудовании,
вызванные электрическими разрядами, можно обнаружить даже на фоне помех: вибростука, шума мас- лонасосов и вентиляторов и т. п.
Сущность акустического метода состоит в создании в месте поврежде- ния разряда и прослушивании звуковых колебаний, возникающих над ме- стом повреждения.
Аккустические методы применяются не только к крупногабаритному оборудованию (к примеру, трансформаторам), но также и к такому обору- дованию, как кабельная продукция.
Сущность акустического метода для кабельных линий состоит в соз- дании в месте повреждения искрового разряда и прослушивании на трассе вызванных этим разрядом звуковых колебаний, возникающих над местом повреждения. Этот метод применяют для обнаружения на трассе всех ви- дов повреждения с условием, что в месте повреждения может быть создан электрический разряд. Для возникновения устойчивого искрового разряда необходимо, чтобы величина переходного сопротивления в месте повреж- дения превышала 40 Ом.
Слышимость звука с поверхности земли зависит от глубины залегания кабеля, плотности грунта, вида повреждения кабеля и мощности разряд-
46
Диагностика электрооборудования электрических станций и подстанций ного импульса. Глубина прослушивания колеблется в пределах от 1 до 5 м.
Применение этого метода на открыто проложенных кабелях, кабелях в ка- налах, туннелях не рекомендуется, так как из-за хорошего распространения звука по металлической оболочке кабеля можно допустить большую ошиб- ку в определении места повреждения.
В качестве акустического датчика используют датчики пьеза- или элек- тромагнитной системы, преобразующие механические колебания грунта в электрические сигналы, поступающие на вход усилителя звуковой часто- ты. Над местом повреждения сигнал наибольший.
Сущность ультразвукoвoй дефектoскoпии зaключaется в явлении рaспрoстрaнения в металле ультрaзвукoвых кoлебaний с чaстoтaми, превы- шающими 20000 Гц, и oтрaжения их oт дефектов, нaрушaющих сплoшнoсть метaллa (трещин, рaкoвин и пр.).
Акустические сигналы в оборудовании, вызванные электрическими разрядами, можно обнаружить даже на фоне помех: вибростука, шума мас- лонасосов и вентиляторов и т. п.
Сущность акустического метода состоит в создании в месте повреждения разряда и прослушивании звуковых колебаний, возникающих над местом по- вреждения. Этот метод применяют для обнаружения всех видов повреждения с условием, что вместе повреждения может быть создан электрический разряд.
Методы отраженияВ этой группе методов информацию получают по отражению акусти- ческих волн в ОК.
Эхометод основан на регистрации эхосигналов от дефектов — не- сплошностей. Он похож на радио- и гидролокацию. Другие методы отраже- ния применяют для поиска дефектов, плохо выявляемых эхометодом, и для исследования параметров дефектов.
Эхозеркальный метод основан на анализе акустических импульсов, зер- кально отраженных от донной поверхности ОК и дефекта. Вариант этого метода, рассчитанный на выявление вертикальных дефектов, называют
ме-тодом тандемДельта-метод основан на использовании дифракции волн на дефекте.
Часть падающей на дефект поперечной волны от излучателя рассеивается во все стороны на краях дефекта, причем частично превращается в продоль- ную волну. Часть этих волн принимается приемником продольных волн, расположенным над дефектом, а часть отражается от донной поверхности и также поступает на приемник. Варианты этого метода предполагают воз- можность перемещения приемника по поверхности, изменения типов из- лучаемых и принимаемых волн.
Дифракционно-временной метод (ДВМ) основан на приеме волн, рас- сеянных на концах дефекта, причем могут излучаться и приниматься как продольные, так и поперечные волны.
47
9. Акустические методы контроляАкустическая микроскопия отличается от эхометода повышением на один-два порядка частоты УЗ, применением острой фокусировки и авто- матическим или механизированным сканированием объектов небольшого размера. В результате удается зафиксировать небольшие изменения акусти- ческих свойств в ОК. Метод позволяет достичь разрешающей способности в сотые доли миллиметра.
Когерентные методы отличаются от других методов отражения тем, что в качестве информационного параметра помимо амплитуды и времени при- хода импульсов используется также фаза сигнала. Благодаря этому повыша- ется на порядок разрешающая способность методов отражения и появляется возможность наблюдать изображения дефектов, близкие к реальным.
Методы прохожденияЭти методы, в России чаще называемые
теневыми, основаны на наблю- дении изменения параметров прошедшего через ОК акустического сигнала
(сквозного сигнала). На начальном этапе развития использовали непрерыв- ное излучение, а признаком дефекта было уменьшение амплитуды сквозно- го сигнала, вызванное образуемой дефектом звуковой тенью. Поэтому тер- мин «теневой» адекватно отражал содержание метода. Однако в дальней- шем области применения рассматриваемых методов расширились.
Методы начали применять для определения физико-механических свойств материалов, когда контролируемые параметры не связаны с обра- зующими звуковую тень нарушениями сплошности.
Таким образом, теневой метод можно рассматривать как частный слу- чай более общего понятия «метод прохождения».
При контроле методами прохождения излучающий и приемный пре- образователи располагают по разные стороны от ОК или контролируемого участка. В некоторых методах прохождения преобразователи размещают с одной стороны от ОК на определенном расстоянии друг от друга. Инфор- мацию получают, измеряя параметры прошедшего от излучателя к прием- нику сквозного сигнала.
Амплитудный метод прохождения (или амплитудный теневой метод) основан на регистрации уменьшения амплитуды сквозного сигнала под влиянием дефекта, затрудняющего прохождение сигнала и создающего зву- ковую тень.
Временной метод прохождения (временной теневой метод) основан на измерении запаздывания импульса, вызванного огибанием дефекта. При этом, в отличие от велосиметрического метода, тип упругой волны (обыч- но продольной) не меняется. В этом методе информационным параметром служит время прихода сквозного сигнала. Метод эффективен при контроле материалов с большим рассеянием УЗ, например бетона и т. п.
Метод многократной тени аналогичен амплитудному методу про- хождения (теневому), но о наличии дефекта судят при этом по амплитуде
48
Диагностика электрооборудования электрических станций и подстанций сквозного сигнала (теневого импульса), многократно (обычно двукратно) прошедшего между параллельными поверхностями изделия. Метод более чувствителен, чем теневой или зеркально-теневой, так как волны проходят через дефектную зону несколько раз, но менее помехоустойчив.
Рассмотренные выше разновидности метода прохождения используют для обнаружения дефектов типа нарушения сплошности.
Фотоакустическая микроскопия. В фотоакустической микроскопии акустические колебания генерируются вследствие термоупрутого эффекта при освещении ОК модулированным световым потоком (например, им- пульсным лазером), сфокусированным на поверхности ОК. Энергия све- тового потока, поглощаясь материалом, порождает тепловую волну, пара- метры которой зависят от теплофизических характеристик ОК. Тепловая волна приводит к появлению термоупругих колебаний, которые регистри- руются, например, пьезоэлектрическим детектором.
Велосиметрический метод основан на регистрации изменения скорости упругих волн в зоне дефекта. Например, если в тонком изделии распростра- няется изгибная волна, то появление расслоения вызывает уменьшение ее фазовой и групповой скоростей. Это явление фиксируют по сдвигу фазы прошедшей волны или запаздыванию прихода импульса.
Ультразвуковая томография. Этот термин часто применяют в отноше- нии различных систем визуализации дефектов. Между тем первоначально он применялся для УЗ-систем, в которых пытались реализовать подход, по- вторяющий рентгеновскую томографию, т. е. сквозное прозвучивание ОК по разным направлениям с выделением особенностей ОК, полученных при разных направлениях лучей.
Метод лазерного детектирования. Известны методы визуального пред- ставления акустических полей в прозрачных жидкостях и твердых средах, основанные на дифракции света на упругих волнах.
Термоакустический метод контроля называют также УЗ-локальной термографией. Метод состоит в том, что в ОК вводятся мощные низкоча- стотные (20 кГц) УЗ-колебания. На дефекте они превращаются в теплоту.
Чем больше влияние дефекта на упругие свойства материала, тем больше величина упругого гистерезиса и тем больше выделение теплоты. Повыше- ние температуры фиксируется термовизором.
Комбинированные методыЭти методы содержат признаки как методов отражения, так и методов прохождения.
Зеркально-теневой (ЗТ) метод основан на измерении амплитуды дон- ного сигнала. По технике выполнения (фиксируется эхосигнал) — это ме- тод отражения, а по физической сущности (измеряют ослабление дефектом сигнала, дважды прошедшего ОК) он близок к теневому методу, поэтому его относят не к методам прохождения, а к комбинированным методам.
49
9. Акустические методы контроляЭхотеневой метод основан на анализе как прошедших, так и отражен- ных волн.
Реверберационно-сквозной (акустико-ультразвуковой) метод сочета- ет признаки метода многократной тени и УЗ-реверберационного метода.
На ОК небольшой толщины на некотором расстоянии друг от друга уста- навливают прямые излучающий и приемный преобразователи. Излучен- ные импульсы продольных волн после многократных отражений от стенок
ОК достигают приемника. Наличие в ОК неоднородностей меняет условия прохождения импульсов. Дефекты регистрируют по изменению амплиту- ды и спектра принятых сигналов. Метод применяют для контроля изделий из ПКМ и соединений в многослойных конструкциях.
Методы собственных колебанийЭти методы основаны на возбуждении в ОК вынужденных или свободных колебаний и измерении их параметров: собственных частот и величины потерь.
Свободные колебания возбуждают путем кратковременного воздей- ствия на ОК (например, механическим ударом), после чего он колеблется в отсутствие внешних воздействий.
Вынужденные колебания создают воздействием внешней силы с плав- но изменяемой частотой (иногда применяют длинные импульсы с перемен- ной несущей частотой). Регистрируют резонансные частоты по увеличению амплитуды колебаний при совпадениях собственных частот ОК с частотами возмущающей силы. Под влиянием возбуждающей системы в некоторых случаях собственные частоты ОК немного изменяются, поэтому резонанс- ные частоты несколько отличаются от собственных. Параметры колебаний измеряют, не прекращая действия возбуждающей силы.
Различают интегральные и локальные методы. В интегральных методах анализируют собственные частоты ОК как единого целого, в локальных — отдельных его участков. Информативными параметрами служат значения частот, спектры собственных и вынужденных колебаний, а также характе- ризующие потери добротность и логарифмический декремент затухания.
Интегральные методы свободных и вынужденных колебаний предусма- тривают возбуждение колебаний во всем изделии или на значительном его участке. Методы применяют для контроля физико-механических свойств из- делий из бетона, керамики, металлического литья и других материалов. Эти методы не требуют сканирования и
отличаются высокой производительно- стью, но не дают информации о месте расположения и характере дефектов.
Локальный метод свободных колебаний основан на возбуждении сво- бодных колебаний на небольшом участке ОК. Метод применяют для кон- троля слоистых конструкций по изменению спектра частот в части изделия, возбуждаемой путем удара; для измерения толщин (особенно малых) труб и других ОК посредством воздействия кратковременным акустическим им- пульсом.
50
Диагностика электрооборудования электрических станций и подстанций
Локальный метод вынужденных колебаний (УЗ-резонансный метод) основан на возбуждении колебаний, частоту которых плавно изменяют.
Для возбуждения и приема УЗ-колебаний используют совмещенный или раздельные преобразователи. При совпадении частот возбуждения с соб- ственными частотами ОК (нагруженного приемопередающим преобразо- вателем) в системе возникают резонансы. Изменение толщины вызовет смещение резонансных частот, появление дефектов — исчезновение резо- нансов.
Акустико-топографический метод имеет признаки как интегрального, так и локального методов. Он основан на возбуждении в ОК интенсивных изгибных колебаний непрерывно меняющейся частоты и регистрации рас- пределения амплитуд упругих колебаний на поверхности контролируемого объекта с помощью наносимого на поверхность мелкодисперсионного по- рошка. На дефектном участке оседает меньшее количество порошка, что объясняется увеличением амплитуды его колебаний в результате резонанс- ных явлений. Метод применяют для контроля соединений в многослойных конструкциях: биметаллических листах, сотовых панелях и т. п.
Скачать 1 Mb.