Введение к работе
-
Актуальность.
Технический прогресс требует всё большего увеличения удельных нагрузок на узлы и детали механических конструкций, что неизбежно вызывает появление в них усталостных повреждений. Высокие давления в магистральных газопроводах увеличивают опасность возникновения экологических катастроф из-за коррозионных повреждений стенок. В таких условиях применение нераз- рушающих методов для контроля нагруженных узлов и конструкций становится особенно актуальным. Вихретоковый метод неразрушающего контроля, в силу ряда своих особенностей, является одним из наиболее широко используемых. Тем не менее, остаются задачи, существующие методы решения которых, не достаточно эффективны. Так одним из мешающих факторов при проведении неразрушающего контроля методом вихревых токов является нестабильность зазора между катушкой или сердечником вихретокового преобразователя и поверхностью объекта контроля. Известные методы решения этой проблемы не позволяют избавиться от влияния зазора в широком диапазоне. Новые способы отстройки от влияния зазора имеют большую актуальность для вихретокового контроля.
-
Состояние проблемы.
Метод вихревых токов изучен достаточно полно. Основной вклад в исследование сигналов накладных преобразователей внесён в работах В.Г. Герасимова, В.Е. Дидса и Ц.В. Додда, А. Л. Дорофеева, А.Г. Ефимова, Н.Н. Зацепина, В.В. Клюева, И.Г. Лещенко, Н.М. Родигина, АБ. Сапожникова, В.В. Сухору- кова, Ф. Ферстера, В.Е. Шатерникова, Ю.М. Шкарлета и других.
Но в этих исследованиях недостаточно изучено влияние больших изменений зазора на сигналы вихретоковых преобразователей, что в значительной мере ограничивало применение вихретоковых методов неразрушающего контроля.
Поиск новых, более эффективных методов отстройки от зазора, требует проведения дополнительных исследований сигналов вихретокового преобразователя ориентированных именно на решение этой проблемы.
-
Цель работы и задачи исследования
Цель данной работы - разработка эффективного метода отстройки от влияния изменений зазора на основе исследования выходных сигналов накладных вих- ретоковых преобразователей (ВТП) при их взаимодействии с поверхностными трещинами.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать образцы для проведения экспериментальных исследований и определить их электрические, магнитные и геометрические параметры.
-
Разработать математическую модель для описания процесса электромагнитного взаимодействия накладных ВТП и контролируемых объектов с поверхностными трещинами;
-
Исследовать влияние на вносимые параметры ВТП вариации рабочего зазора, электрические и магнитные свойства материалов объектов контроля и разработать
способ подавления влияния изменений зазора в широком диапазоне.
-
Разработать широкополосную экспериментальную установку, оснащённую гибким программным обеспечением для исследования сигналов вихретокового преобразователя и способов их обработки.
-
Провести экспериментальные и теоретические исследования взаимодействия вихретокового преобразователя с объектом контроля и оценить работоспособность предложенного способа отстройки от влияния зазора. Разработать способ перехода от настроечного образца к объекту контроля, для случая, когда их свойства могут не совпадать
-
Разработать структурную схему адаптивной системы вихретокового неразрушаю- щего контроля. Оценить эффективность разработанных способов на примере прототипа адаптивной системы.
1.4 Методы исследования.
Использованные в настоящей работе методы включают электрические и магнитные методы, использованные для определения удельной электрической проводимости и магнитной проницаемости образцов на специально созданных установках. Спектральный анализ для оп - ределения их химического состава. Математическое моделирование методом конечных элементов (МКЭ) электромагнитного взаимодействия ВТП с ферромагнитным объектом, содержащим дефекты. В качестве программных средств для моделирования электромагнитного поля использовалась программная среда COMSOL 4.3.
Экспериментальное исследование проводилось на специально разработанной и созданной широкополосной экспериментальной установке. Решение всех задач выполнено с применением средств современной вычислительной техники..
1.5 Научная новизна.
-
На основе МКЭ разработана математическая модель, описывающая распределение электромагнитного поля ВТП, размещенного над ферромагнитным полупространством с дефектом, и получены новые результаты расчёта сигналов для значений рабочего зазора, превышающих диаметр преобразователя.
-
Разработан способ подавления влияния зазора в широком диапазоне его изменения, заключающийся в учёте формы реальных годографов сигнала ВТП от зазора в полном диапазоне его изменения для конкретного материала.
-
Предложены принципы построения широкополосной экспериментальной установки для исследования взаимодействия вихретоковых преобразователей с объектами при больших зазорах, которые позволяют создать широкополосный измерительный тракт с использованием преобразования частоты и измерителем импеданса.
-
Предложен способ настройки разработанного дефектоскопа при различии свойств контрольного образца и контролируемого объекта, заключающийся в поворотной гомотетии с учётом разницы углов и модулей векторов комплексного значения нормированного напряжения ВТП на поверхности образца и объекта.
-
Получены новые данные об электрических и магнитных свойствах ряда конструкционных и инструментальных марок сталей, а именно удельной электрической проводимости при нормальных условиях и относительной магнитной проницаемости при разных напряженностях магнитного поля. 1.6 Практическая ценность.
Разработан новый способ отстройки от зазора, заключающийся в учёте формы реальных годографов сигнала ВТП от зазора для конкретного материала, эффективный в широком диапазоне его изменений, в частности превышающем диаметр датчика в несколько раз.
Разработана широкополосная экспериментальная установка с гибким программным обеспечением для исследования сигналов ВТП и алгоритмов их обработки, которая позволяет получать экспериментальные данные сигналов ВТП в диапазоне частот от 200Гц до 5МГц, проводить их первичную обработку, пересылать в компьютер для последующей обработки и наглядного представления.
Разработана структурная схема адаптивной системы вихретокового контроля, которые позволяют создавать автономные адаптивные системы, работающие в широком диапазоне частот и рабочих зазоров, а так же позволяют создавать приборы с ограниченным набором функций, для специалистов низкого уровня. Создан и проверен на эффективность прототип адаптивной системы, который позволяет определить наличие дефектов и оценить их размер даже при рабочем зазоре, превышающем диаметр стержня датчика более чем в 2 раза. 1.7. Реализация и использование результатов работы.
-
-
Результаты работы использованы в ОАО НПО «ЦНИИТМАШ» при вихрето- ковом контроле трубных заготовок на ОАО «НПО «Гидромаш».
-
Результаты работы использованы в ЗАО "НИИИН МНПО «СПЕКТР» при разработке новых вихретоковых дефектоскопов широкого назначения, а также для создания специализированного вихретокового дефектоскопа для контроля магистральных трубопроводов.
-
В лекционный курс «Вихретоковый контроль» ФГБОУ ВПО НИУ МЭИ для специальности 200102 включен раздел по повышению достоверности вихрето- кового контроля путём адаптации к свойствам объекта.
-
В курсе «Вихретоковый контроль» создана лабораторная работа по исследованию сигналов ВТП и алгоритмов их обработки в широком диапазоне изменений рабочих зазоров.
Апробация работы.
Результаты работы апробировались в виде докладов на:
международной научно-технической конференции студентов и аспирантов МЭИ «Радиотехника, электротехника и энергетика»;
научных семинарах кафедры Электротехники и интроскопии МЭИ;
заседании экспертного совета молодёжного научно-инновационного конкурса.
Разработанная широкополосная установка демонстрировалась на выставке НТТМ-2012, где была отмечена медалью «За успехи в научно-техническом творчестве».
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 3 в ведущих рецензируемых научных журналах, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук
Получено два патента на полезную модель и решение о выдаче патента на изобретение.
Структура и объем работы.
Похожие диссертации на Повышение достоверности вихретокового контроля путём адаптации к свойствам объекта
-
