Вихретоковый контроль.

Вихретоковый вид неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимым в объекте контроля этими токами. Параметры наведенного поля определяются геометрическими и электромагнитными характеристиками контролируемого объекта. Результаты этого взаимодействия зависят от величины и характера как внешнего, так и наведенного полей. Для создания внешнего электромагнитного поля чаще всего используют индуктивные катушки, через которые пропускают переменный ток соответствующей частоты. Устройство, состоящее из одной или нескольких индуктивных катушек, предназначенное для возбуждения в объекте контроля вихревых токов и преобразования зависящего от параметров объекта электромагнитного поля в электрический сигнал, называется вихретоковым преобразователем.

Вихревые токи возникают в электропроводящих телах под воздействием изменения внешнего магнитного поля, которое может происходить как за счет изменения магнитного потока во времени, так и в результате относительного перемещения электропроводящего тела и магнитного потока. Впервые наиболее подробно вихревые токи исследованы французским физиком Ж. Фуко и часто называются его именем (токи Фуко). Замыкаясь в электропроводящем теле, вихревые токи образуют электрические контуры, индуцирующие встречный магнитный поток, сцепляющийся с внешним магнитным полем. В результате взаимодействия этих встречных магнитных потоков происходит изменение ЭДС измерительной или полного электрического сопротивления возбуждающей индуктивных катушек преобразователя. Величины этих изменений, являющихся первичным информативным параметром, зависят от параметров объекта контроля, величины напряженности внешнего электромагнитного поля Н_и и расстояния а до объекта контроля.

В настоящее время разработано большое количество различных конструкций преобразователей, которые принято классифицировать по следующим признакам:

- по типу преобразования параметров объекта контроля в выходной сигнал вихретокового преобразователя;

- по способу соединения катушек преобразователя;

- по расположению преобразователя относительно объекта контроля.

По первому признаку преобразователи разделяют на параметрические и трансформаторные.

Параметрический преобразователь имеет лишь одну индуктивную возбуждающую катушку, активное и реактивное сопротивление которой зависит от параметров объекта и условий его контроля.

Трансформаторный вихретоковый преобразователь содержит не менее двух индуктивно связанных катушек (возбуждающих и измерительных) и преобразует контролируемый параметр в ЭДС измерительной катушки.

По второму признаку вихретоковые преобразователи делят на абсолютные и дифференциальные.

Абсолютным называют вихретоковый преобразователь, сигнал которого определяется абсолютным значением параметра объекта контроля.

Дифференциальным - сигнал, которого определяется приращением параметра объекта контроля.

В зависимости от расположения относительно объекта контроля преобразователи разделяют на проходные, накладные и комбинированные. В свою очередь проходные разделяют на наружные, внутренние, погружные и экранные.

При диагностировании нефтегазового оборудования с применением вихретокового вида контроля обычно применяют накладные трансформаторные преобразователи карандашного типа. Схема контроля с испол

Распределение плотности вихревых токов:

1 - вихревые токи;

2 - объект контроля.

Плотность вихревых токов имеет неравномерное распределение в объекте контроля. Плотность максимальна на поверхности объекта в контуре, диаметр которого близок к диаметру контура возбуждающей катушки, и убывает до нуля на оси катушки при увеличении расстояния r. С увеличением глубины объекта контроля плотность вихревых токов также убывает. На рис. приведены разрез объекта контроля по оси возбуждающей катушки и соответствующая эпюра распределения плотности вихревых токов в зависимости от удаления r от оси катушки.

Глубина проникновения вихревых токов в объект контроля зависит от конструкции вихретокового преобразователя, формы объекта контроля и интенсивности затухания на глубине. Для накладного вихретокового преобразователя глубина проникновения  вихревых токов в объект контроля, в глубине которого плотность вихревых токов в 2,7183 раза (в е раз) меньше, чем на поверхности, может быть ориентировочно определена по формуле

,

где r - радиус эквивалентного витка обмотки преобразователя;  - обобщенный параметр вихретокового контроля, характеризующий свойства преобразователя и условия контроля

,

где w - круговая частота тока возбуждения;  - магнитная постоянная;  - магнитная проницаемость среды;  - удельная электрическая проницаемость среды.

Глубина проникновения вихревых токов обусловливает соответственно и максимальную глубину залегания выявленных дефектов. Наиболее уверенно при вихретоковом контроле электропроводящих материалов выявляются поверхностные трещины, где плотность вихревых токов максимальна, а также подповерхностные трещины и пустоты, глубина залегания которых обычно не превышает 3...4 мм.

Помимо обнаружения дефектов вихретоковый вид неразрушающего контроля широко применяют в целях структуроскопии для контроля физико-механических свойств объектов, связанных со структурой, химическим составом и внутренними напряжениями их материалов. Кроме того, вихретоковые приборы и установки используют для контроля размеров объекта, параметров его вибрации, обнаружения электропроводящих объектов (металлоискатели) и других целей.

Достоинствами вихретокового контроля являются сравнительная простота, высокая производительность и чувствительность. Важным достоинством вихретокового контроля является также то, что его можно проводить при отсутствии непосредственного контакта между преобразователем и объектом контроля. Наличие изоляционных и лакокрасочных покрытий, толщина которых не превышает предельную величину, а также загрязнение поверхности проведению контроля не препятствуют.

Вихретоковый метод эффективно используют для контроля металлоконструкций технологического оборудования в зонах концентрации напряжений, в первую очередь в околошовных зонах сварных швов, а также для контроля валов, штоков, гильз и других подобных деталей, имеющих концентраторы напряжений в виде шпоночных пазов, галтелей, проточек, резьб и др. Вместе с тем этот метод не применяют для контроля самих сварных швов с неудаленным усилением, поэтому при диагностировании сосудов и аппаратов нефтегазовой промышленности вихретоковый контроль целесообразно использовать в сочетании с ультразвуковым, радиационным или акустико-эмиссионным методами.