Вихретоковый контроль толщины стенки легкосплавных бурильных труб анализ влияющих факторов
 Скачать 389.82 Kb.
|
|
44 ВИХРЕТОКОВЫЙ КОНТРОЛЬ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ЛЕГКОСПЛАВНЫХ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ: АНАЛИЗ ВЛИЯЮЩИХ ФАКТОРОВ В.Ю. Белянков, А.Е. Гольдштейн Томский политехнический университет, г. Томск Научный руководитель: Гольдштейн А.Е., д.т.н., профессор кафедры физических методов и приборов контроля качества ТПУ Одной из важных задач контроля, эффективно решаемой с исполь- зованием накладных ВТП, является измерение толщины стенки труб из электропроводящих немагнитных материалов, а также толщины ди- электрических покрытий этих труб либо воздушного зазора между ВТП и поверхностью трубы [1, 2]. Достоинствами накладных преобразователей являются их универ- сальность, возможность контроля объектов плоской, цилиндрической, и сложной форм с односторонним доступом к объекту контроля, ло- кальность, позволяющая обеспечить высокую разрешающую способ- ность и точно определить зону дефекта при сканировании поверхности объекта контроля [3]. Применительно к рассматриваемой задаче взаимодействия магнит- ного поля накладного ВТП с электропроводящей трубой использование метода конечных элементов (МКЭ) позволяет осуществить анализ влияния на выходной сигнал преобразователя не только удельной элек- трической проводимости материала , толщины стенки T и наружного диаметра трубы D, зазора между ВТП и поверхностью трубы y, но, в от- личие от упомянутых аналитических моделей, и анализ влияния линей- ной x и угловой несоосностей ВТП и трубы, неодинаковости толщины и наличия локальных утонений стенки трубы. В качестве объекта кон- троля рассматривалась широко распространенная бурильная труба из немагнитного материала с номинальным наружным диаметром D = 147 мм. Частота тока возбуждения принималась равной 100 Гц. На рис. 1, а схематично показана конструкция накладного транс- форматорного ВТП, обычно используемого для контроля толщины стенки немагнитных электропроводящих изделий [1, 3, 4]. На рис. 1, б приведены полученные численным моделированием годографы относи- тельного вносимого напряжения ВТП от изменения толщины стенки трубы (сплошная линия) и зазора (пунктирная линия). Ромбовидными точками показаны результаты эксперимента. Анализ зависимостей рис. 1, б показывает, что результаты компьютерного и физического мо- делирований в данном диапазоне изменений влияющих параметров от- 45 личаются не более чем на 3 %, что говорит об их достаточно высокой адекватности. а б Рис. 1. Накладной ВТП, находящийся во взаимодействии с электропроводящей трубой (а) и расчетные (○) и экспериментальные (◊) зависимости относительного вносимого напряжения ВТП от изменения толщины стенки трубы T и зазора y (б) На рис. 2, а приведены полученные численным моделированием при других значениях влияющих параметров годографы относительного вносимого напряжения ВТП от изменения толщины стенки трубы T, за- зора y и удельной электропроводности материала . Качественно эти результаты совпадают с результатами, получаемыми при использовании аналитической модели [3]. Количественное расхождение в исследуемом диапазоне изменений влияющих параметров не превышает 7 %. На рис. 2, б приведены результаты численного моделирования влияния на сигнал накладного ВТП кривизны поверхности объекта кон- троля. Пунктирной линией показан годограф от изменения зазора y для случая плоской поверхности. Сплошными линиями показаны годогра- фы от изменения радиуса кривизны R в диапазонах (50 ) мм и ( 73) мм. При этом положительные значения радиуса соответ- ствуют выпуклой поверхности (наружная поверхность трубы), а отри- цательные значения радиуса – вогнутой поверхности (внутренняя по- верхность трубы). 46 а б Рис. 2. Годографы относительного вносимого напряжения ВТП от изменения толщины стенки трубы T, зазора y и удельной электропроводности материала (а) и от изменения зазора и радиуса кривизны поверхности объекта контроля (б) а б Рис. 3. Годографы относительного вносимого напряжения ВТП от смещения его продольной оси относительно поперечной оси трубы (а) и от изменения толщины плоского объекта (сплошная линия) и объекта клиновидной формы в нормальном сечении (пунктирная линия) (б) На рис. 3, а приведены результаты численного моделирования влияния на сигнал накладного ВТП смещения x продольной оси ВТП относительно поперечной оси трубы. Пунктирными линиями показаны годографы от изменения x для трех значений толщины Т трубы, а 47 сплошными – годографы от изменения зазора y для этих же значений толщины. Анализ результатов моделирования показывает, что годогра- фы от смещения x представляют собой близкие к прямым линии, прак- тически совпадающие с годографами от изменения зазора y. На рис. 3, б приведен годограф относительного вносимого напряжения ВТП от из- менения толщины объекта клиновидной формы в нормальном сечении (пунктирная линия), практически полностью совпадающий с годогра- фом от изменения толщины плоского объекта (сплошная линия). Отсю- да следует, что сигнал ВТП при его расположении над объектом с дан- ным характером изменения толщины и значением толщины стенки T 0 на продольной оси преобразователя, соответствует сигналу ВТП, распо- ложенному над плоским объектом с толщиной стенки T 0 Для моделирования взаимодействия магнитного поля накладного ВТП с электропроводящим объектом контроля в случаях сложных форм объекта и обмоток преобразователя либо несимметричном расположе- нии преобразователя относительно объекта эффективными являются методы численного моделирования и, в частности, метод конечных эле- ментов. Проанализировано влияние на сигнал ВТП основных влияющих факторов: толщины стенки трубы, зазора между преобразователем и по- верхностью трубы, электропроводности материала, кривизны стенки трубы, наличия участков с плавным изменением толщины клиновидно- го характера, поперечного смещения оси преобразователя. Полученные результаты играют большую роль для интерпретации изменений сигна- ла вихретокового преобразователя толщины и отстройки от влияния указанных мешающих факторов при создании систем неразрушающего контроля толщины электропроводящих немагнитных изделий. Список информационных источников 1. Songling H, Shen W. New Technologies in Electromagnetic Nondestruc- tive Testing. ‒ Springer Singapore, 2016. ‒ 221 p. 2. Шубочкин А.Е. Развитие и современное состояние вихретокового метода неразрушающего контроля: монография. ‒ М.: Издательский дом «Спектр», 2014. ‒ 288 с. 3. Неразрушающий контроль. Справочник под ред. В.В. Клюева. – М.: Машиностроение, 2003. ‒ 688 с. 4. Sandovskii V. Measurements of the thickness and electrical conductivity of nonmagnetic plates by an eddy-current method // Measurement Tech- niques, 2013. ‒ Vol. 55. ‒ No. 10. ‒ pp.1201–1208. |