VÍŘIVÉ PROUDY DZM 2013 1
2
VÍŘIVÉ PROUDY ÚVOD Vířivé proudy tvoří druhou skupinu v metodách, které využívají ke zjišťování vad materiálu a výrobků působení elektromagnetického pole. Na rozdíl od metody magnetických rozptylových toků je metoda vířivých proudů založena na zjišťování změn fyzikálních vlastností vzorku pomocí magnetického střídavého pole. Princip metody: Ve vzorku, který má elektrickou vodivost g permeabilitu m (fyzikální veličina, udává míru magnetizace v důsledku působícího magnetického pole. a určité rozměry Permeabilita vyjadřuje reakci určitého prostředí na silové účinky magnetického pole) se po jeho vložení do střídavého magnetického pole indukují vířivé proudy, které svými magnetickými účinky působí zpětně na pole původní - budicí. Vzniklá magnetická pole (od magnetizační cívky a od vířivých proudů indukovaných ve vzorku) se vektorově skládají. Výsledné pole závisí: o na kmitočtu magnetizačního proudu (f) o na elektrických a magnetických vlastnostech vzorku (g, m) o rozměrech vzorku 3
VÍŘIVÉ PROUDY ÚVOD Použití u všech druhů elektricky vodivých materiálů (neferomagnetických i feromagnetických) možnost současného odděleného hodnocení dvou parametrů zkoušeného tělesa (zpravidla výskyt necelistvostí a změna rozměrů) při jediném kontrolním pochodu, (příznivá vlastnost) Výhody umožňuje sledovat vlastnosti zkoušeného tělesa, jejichž změny ovlivňují elektrickou vodivost nebo průřez, resp. permeabilitu je bezdotykovou metodou a dovoluje proto vysokou rychlost plynulého zkoušení výstupní informací je elektrický signál, který splňuje předpoklady pro automatizaci kontroly 4
VÍŘIVÉ PROUDY Vířivé proudy mohou být použity pro: zjišťování trhlin měření tloušťky materiálu měření tloušťky nátěrů měření vodivosti pro : i. materiálové identifikace ii. detekce tepelného poškození iii. stanovení hloubky pláště iv. kontroly tepelného zpracování Výhody vířivého proudu: Citlivý na malé trhliny a další defekty Odhalí povrchové a podpovrchové vady Zkoumání dává okamžité výsledky Vybavení je přenosné Minimální potřebná příprava vzorků Testovací sonda nepotřebuje vždy přímý kontakt se součástkou Umožňuje vyšetření složitých tvarů a velikosti vodivých materiálů Omezení metody vířivého proudu: Mohou být vyšetřovány pouze elektricky vodivé materiály Sonda musí mít dostatečný přístup k povrchu Je nutná určitá zručnost a zaškolení, rozsáhlejší než ostatních technik Konečná úprava povrchu a hrbolatost může překážet Potřeba nastavení pomocí etalonu Hloubka penetrace je omezená Nelze zjistit vady, které jsou orientovány v určitém směru 5
VÍŘIVÉ PROUDY Princip metody vířivých proudů lze jej vysvětlit na případu válcového tělesa z elektricky vodivého materiálu vloženého do cívky napájené střídavým elektrickým proudem. Její střídavé magnetické pole indukuje v tělese elektrické napětí a protože tento obvod představuje uzavřený proudovodič, vznikají ve válci cirkulární proudy nazývané vířivé. Tyto proudy vytvářejí vlastní pole, které má opačnou fázi než pole budící. Vlivem pole vířivých proudů je budící pole zeslabováno a vzniká výsledné pole, dané vektorovým složením obou dílčích polí.
Nositeli informace o vlastnostech tělesa resp. jeho části jsou amplituda a fáze výsledného pole H. Vyhodnocení informace o vlastnostech tělesa se uskutečňuje: 1. buď přímo v cívce, která budí střídavé magnetické pole. Cívkový systém má jedno vinutí a vyhodnocuje se změna impedance cívky Z (tj. její odpor, který klade střídavému proudu) co do velikosti a fáze, 2. nebo pomocí cívky snímací, kdy cívkový systém má dvě vinutí (budící a snímací) a měří se amplituda a fáze napětí na snímacím vinutí. Trhlina snižuje elektrickou vodivost g materiálu zkoušeného tělesa, vířivé proudy H 2 trhlinu obtékají, jejich dráha se prodlužuje a snižuje se rovněž i hustota vířivých proudů. Tím se snižuje i intenzita zeslabení budícího H 1, takže intenzita výsledného pole H a s ní i indukované napětí na snímací cívce stoupne. Zvýšená amplituda napětí svědčí o výskytu trhliny. 7
METODA S PRŮCHOZÍ CÍVKOU Hot inspection coil Inspection temperature up to 1200 C Square, rectangular, hexagonal and specific encircling coils 8
Hlavní oblastí aplikace metody s průchozí cívkou je zkoušení tyčového materiálu (tyče různého průřezu, trubky, dráty). Hlavní znaky zkušebního zařízení: Diferenciální cívky uspořádané za sebou Vysoký koeficient plnění cívek (při zkoušení tyčí z nekruhovým průřezem se užívají i nekruhové cívky, např. čtvercové, obdélníkové) Vysoká zkušební rychlost, protože se snímač nedotýká zkoušeného předmětu Možnost zkoušení i za vysokých teplot pomocí speciálních chlazených snímačů Nejlépe se zjišťují vady krátké, které během zkoušení nezasáhnou do obou cívek. Při zkoušení trubek jsou velmi dobře indikovány drobné díry přes celou tloušťku stěny, takže je možno u trubek tímto zkoušením nahradit zkoušku vnitřním přetlakem. Indikace dlouhých vad je méně spolehlivá. Pokud vada zasáhne do obou diferenciálních cívek, signál vady se alespoň částečně vyruší. Dlouhé vady bývají indikovány převážně na koncích, pokud nemají příliš pomalý náběh. 9
METODA S PŘÍLOŽNOU CÍVKOU Cívka napájená střídavým proudem se radiálně přikládá k povrchu zkoušeného tělesa. Magnetické pole od vířivých proudů zpětně ovlivňuje vlastnosti příložné cívky a způsobuje změnu její impedance. Zpětné působení vířivých proudů bude opět souviset s elektrickými a magnetickými vlastnostmi zkoušeného vzorku jako u metody průchozí cívky, dále bude značně záviset na oddálení cívky od povrchu vzorku a na tloušťce měřeného vzorku. "Oddalovací efekt" Ize v některých případech využít, např. při měření tloušťky nevodivé vrstvy na vodivém podkladu, jindy se musí potlačovat, např. při kontrole trhlin nebo vodivosti. 10
METODA S PŘÍLOŽNOU CÍVKOU 11
METODA S PŘÍLOŽNOU CÍVKOU U principu s průchozí cívkou obepínal cívkový systém kontrolované těleso a údaj metody odpovídal průměrné hodnotě z povrchové vrstvy celého obvodu tělesa. Naproti tomu u snímače typu příložné cívky je oblast jeho působení podstatně omezenější, srovnatelná svými rozměry s rozměry cívkového snímače. 12
13
Zobrazení měřeného signálu V případě metody s průchozími cívkami je sledovanou informací indukované napětí. U metody s příložnou cívkou se zpravidla hodnotí změny impedance cívky Z L 14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Přístroje pro kontrolu struktury a záměn materiálu Kromě zjišťování povrchových vad lze elektromagnetických vlastností materiálu využít i pro kontrolu některých dílčích, pro zpracovatelské účely důležitých charakteristik. Do tohoto oboru spadá především kontrola: - chemického složení feromagnetických i neferomagnetických kovů, - výsledků jejich tepelného zpracování. Metody používané pro uvedené účely jsou založeny na závislostech mezi strukturním stavem kovových materiálů a jejich magnetickými resp. elektrickými vlastnostmi. Protože nejčastěji zpracovávaným kovovým materiálem jsou feromagnetické oceli, zaměřuje se strukturní kontrola zejména na tento druh materiálu. Oceli poskytují díky svým feromagnetickým vlastnostem podstatně širší možnosti kontroly strukturního stavu než materiály neferomagnetické, u nich lze pro tento účel využít pouze změn elektrická vodivosti. 25
26
27
28
Metoda použití vířivých proudů je čistě metodou komparační. Pro vyhodnocení vady je zapotřebí: určení základního materiálu, určení materiálu svaru, příprava povrchu, specifikace vrstvy nátěru, tloušťka vrstvy nátěru, volba etalonu pro kalibraci. Při detekci vad, orientovaných kolmo ke směru posunu sondy, je možné rozpoznání vad pouze větších než 1mm. Určení hloubky vady pouze do 4,5mm. 29
Kontrola hrdla tlakové lahve na trhliny z vnějšího i vnitřní povrchu metodou vířivých proudů 30
31
32
Rozdílná zkoušená dráha vně a uvnitř lahve, nastavení posunem sond 33
34
35
36
37