CC BY
11
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
Том 213 1972
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВУХЧАСТОТНОГО НАКЛАДНОГО ДАТЧИКА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТРЕЩИН
В. И. УРУСОВ, И. Г. ЛЕЩЕНКО, Б. Б. ВИНОКУРОВ (Представлена научным семинаром кафедры информационно-измерительной техники)
При воздействии на ферромагнитные изделия в виде стержней и труб двух переменных параллельных магнитных полей разных частот и амплитуд на измерительной обмотке датчика появляется э. д. е., содержащая широкий спектр четных и нечетных гармоник высокочастотного и низкочастотного полей. Выделенная из этого спектра вторая гармоника э. д. с. высокочастотной составляющей является высокочувствительной к поверхностным поперечным дефектам и малочувствительной к продольным дефектам [1]. Для контроля коротких дефектов у изделий большого диаметра проходные датчики становятся, практически непригодными.
Авторам представлялось целесообразным провести исследования указанного двухчастотного способа обнаружения дефектов накладными датчиками, у которых в отличие от проходных датчиков и высокочастотные, и низкочастотные поля являются резко неоднородными. Кроме того, накладные датчики цилиндрического типа должны быть одинаково чувствительны к дефектам произвольного направления, если последние соизмеримы с размерами датчика. Экспериментальные исследования проведены с цилиндрическими датчиками двух типов, конструкции и обмоточные данные которых приведены на рис. 1 а, б. Накладной датчик второго типа имеет меньший зазор между низкочастотной катушкой и поверхностью контролируемого изделия, а также ферритовый стержень для усиления магнитного поля. Размеры датчика второго типа меньше первого. Блок-схема экспериментальной установки показана на рис. 2. Низкочастотная обмотка питается через большое сопротивление для создания режима заданного тока (от сети частот 50 гц). Первичная высокочастотная обмотка питается от генератора 1 типа ГЗ-7А в режиме синусоидального тока частотой 100 кгц. Для компенсации второй гармоники, практически всегда имеющейся у генератора, включен компенсатор 2, аналогичный приведенному в [1]. В процессе эксперимента амплитуда высокочастотного тока оставалась неизменной за счет большого сопротивления
в цепи нагрузки. Измерительная обмотка датчика, намотанная совместно с подключена на вход селективного вольтметра 3 типа В6-1, настроенного на удвоенную частоту (200 кгц) генератора. Сигнал с выхода усилителя вольтметра одновременно подается на осциллограф 4 типа С1-19. При полной компенсации второй гармоники намаг-
ничивающего высокочастотного тока при отключенном источнике питания низкочастотного поля на экране осциллографа наблюдается только горизонтальная прямая линия. В проводимых экспериментах, как и в работе 1, амплитуда высокочастотного поля (ампервитки) на
20
Рис.
1 4
II II
2 3
Образец с десрактои
Рис. 2
несколько порядков меньше низкочастотного подмагпичивающего поля промышленной частоты. На экспериментальной установке >с накладными датчиками, как и ранее с проходными датчиками, было установлено, что вторая гармоника высокочастотной э. д. с. появляется только при подмагничивании переменным током ферромагнитного изделия, амплитуда э.д.с. изменяется по периодическому закону с двойной частотой низкочастотного поля и весьма чувствительна к поверхностным дефектам в виде трещин, наклепа, механических напряжений, окалин и т. п.
2*,
19
Результаты экспериментальных исследований относительного изменения среднего за период значения высокочастотной составляющей з. д. с. второй гармоники в зависимости от глубины дефекта, величины низкочастотного подмагничивающего синусоидального тока и положения датчиков относительно дефекта приведены на рис. 3 и 4. Дефекты в виде трещин длиной 30 мм, шириной 0,5 мм и глубиной от 0,1 до 0,5 мм нанесены в центре пластин из низкоуглеродной стали с размерами 140X140 мм и толщиной 4 мм.
Как следует из графиков рис. 3, полученных для датчика первого типа (рис. 1, а), относительные изменения второй гармоники датчика над дефектом глубиной 0,1 мм—12%, глубиной 0,5 мм — 47%. Из графиков
<з
100 ма.
Кривые 4, 5, 6 для глубины дефекта 0,5 мм и тех же значений подмагничивающего тока
рис. 4, полученных для датчиков второй конструкции, относительные изменения э.д. с. соответственно равны 24% и 57»%, что указывает на более высокую чувствительность к малым дефектам. Во втором датчике без ферритового стержня чувствительность к дефектам заметно падает и для глубины дефекта 0,1 мм максимум достигает 15%. Для обеих катушек наблюдается максимальная чувствительность к дефектам при определенной величине низкочастотного подмагничивающего тока. Не-
которое уменьшение чувствительности при положении датчика непосредственно над дефектом обусловлено тем, что в таком положении дефект расположен, практически, вдоль магнитных силовых линий; для
Рис. 4. Кривые 1, 2, 3 для глубины дефекта 0,1 мм и действующего значения тока соответственно 20, 50 и 100 ма.
Кривые 4, 5, 6 для глубины дефекта 0,5 мм и тех же значении подмагничивающего тока
бесконечно узкой щели без внутренних механических напряжений эта чувствительность, по-видимому, будет стремиться к нулю.
Вывод
Метод наложения двух намагничивающих полей разных амплитуд и частот, весьма чувствительный к дефектам в виде трещин и т. п., может быть с успехом применен и с накладными датчиками, что значительно расширяет возможности метода высших гармоник токо-вихревой дефектоскопии [2, 3].
ЛИТЕРАТУРА
1. А. М. Г р у з н о в. Разработка и исследование новых схем контроля ферромагнитных изделий методом вихревых токов. Канд. диссертация, Томск, 1968.
2. И. Г. Л е щ е н к о. К вопросу об исследовании и применении в электромагнитной дефектоскопии намагничивания ферромагнитных изделий одновременно двумя параллельными полями разных частот и амплитуд. Сб. докладов «Метод высших гармоник в вихревой дефектоскопии». Красноярск, 1969.
3. Тезисы докладов Всесоюзного семинара по вопросам теории и применения высших гармоник вторичной э. д. с. при контроле качества изделий из ферромагнитных материалов методом вихревых токов. Красноярск, 1968.
