Герасимов В.Г. Неразрушающий контроль качества изделий электромагнитными методами

Подождите немного. Документ загружается.

жения этой погрешности часто устанавливают нуль од-

но'пар а метрового толщиномера по непокрытому участку

контролируемого изделия, а при отсутствии такого уча-

стка производят зачистку части изделия от слоя покры-

тия. В этом случае контроль становится повреждающим,,

что нежелательно.

Погрешность от изменений удельной электрической:

проводимости основания может быть существенно сни-

жена в двухпараметровых толщиномерах. Примером:

двухпараметрового толщиномера может служить прибор

«Дельта», предназначенный для измерения толщины ди-

электрических покрытий на электропроводящем нефер-

ромагнитном основании. В этом толщиномере для подав-

ления влияния о основания в каждом -из двух каналов:

выделяются сигналы, пропорциональные действитель-

ной «ли 'мнимой части 'вносимого напряжения, затем:

они суммируются с коэффициентами, обеспечиваю-

щими отстройку. Каждый из каналов выполнен по схеме

рис. 8-2.

Двухпараметровые и трехлараметровые толщиноме-

ры покрытий позволяют решать более сложные задачи,

но только для конкретных изделий. В настоящее время

приборы этого класса успешно применяютя для -измере-

ния толщины покрытий двухслойных изделий [2] к нахо-

дят применение при разработке приборов для измерения

толщины поверхностных слоев ферромагнитных изде-

лий, лолученных в результате специальной обработки

(наклеп, цементация, азотирование и т. д.).

Толщиномер ТАП-72 [2] дает возможность измерять

толщину (0,03—0,3 мм) алюминиевого покрытия на лю-

бом алюминиевом сплаве независимо от его марки и

термообработки (а основы), что позволяет осуществлять

контроль стандартных листов с односторонней и двусто-

ронней плакировкой.

При контроле покрытий следует обращать внимание

на линейность шкалы прибора и на степень влияния

свойств основы. Шкала толщиномеров линейна обычно

только в области малых толщин (исключение составля-

ют фазовые толщиномеры). Поэтому для повышения на-

дежности контроля следует проверять показание толщи-

номеров в трех точках шкалы: нуль, среднее и макси-

мальное значение. Расхождение между показанием тол-

щиномера и истинным значением толщины покрытия у

образца с половинной толщиной не должно превышать,

198

погрешности толщиномера. В противном случае надо

пользоваться градуировочными графиками с поправкой

ка линейность влияния толщины. ~

10-4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ДЕФЕКТОСКОПЫ

С НАКЛАДНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Дефектоскопы с накладными преобразователями от-

личаются от дефектоскопов с проходными преобразова-

телями повышенной локальностью контроля и за счет

этого могут иметь гораздо большую чувствительность к

дефектам.

В настоящее время дефектоскопы с накладными пре-

образователями чаще всего применяются для ручного

•контроля, что особенно важно при испытании изделий

со сложной внешней поверхностью. Основным парамет-

ром, характеризующим дефектоскопы, является мини-

мальный дефект, определяемый в первую очередь глуби-

ной и длиной.

Основными факторами, мешающими надежному вы-

явлению дефектов и ограничивающими чувствительность

дефектоскопа при использовании накладных преобразо-

вателей, являются изменения зазора и неоднородность

свойств объекта, причем если резкие неоднородности

свойств по изделию могут квалифицироваться как де-

фекты (с учетом их влияния на качество готового изде-

лия), то вариации зазора должны быть по -возможности

устранены или должна быть предусмотрена эффектив-

ная система подавления их влияния. Если изменения за-

зора носят случайный характер, то, .повысить достовер-

ность дефектоскопии можно путем проведения повторно-

го контроля и сопоставления результатов испытаний.

Мешающее влияние зазора при дефектоскопии чаще

всего ослабляется амплитудно-фазовым методом, приме-

нением комбинированных преобразователей и модуляци-

онным методом.

Дефектоскопы, построенные на базе амплитудно-фа-

зового метода <(ДНМ-15У, ДНМ-2000 и др.), принципи-

ально не имеют существенных отличий от других прибо-

ров, реализующих амплитудно-фазовый метод. Однако

следует иметь в виду, что плавные изменения свойств

объекта контроля даже на несколько процентов могут

перекрывать сигналы от дефектов, что существенно сни-

жает достоверность контроля. Двухчастотные дефектоско-

пы, имеющие дополнительную отстройку от влияния не-

199

однородности свойств изделия, сложны в настройке и не

могут быть рекомендованы для широкого применения.

Гораздо большие возможности имеют дефектоскопы

с комбинированными преобразователями. Особенно пер-

спективны преобразователи «нулевого» типа, у которых

выходное напряжение для преобразователя, расположен-

ного над бездефектным изделием, равно нулю, а при по-

явлении дефекта монотонно возрастает. Аппаратура

с комбинированными преобразователями работает как

в статическом, так и динамическом режиме, причем плав-

ные изменения свойств вдоль изделия или от изделия

к изделию слабо сказываются на результатах контроля.

Хорошие результаты дает применение модуляцион-

ного анализа, если нет резких изменений" формы или

свойств изделия. Ранее (гл. 5, 8) отмечалась удачная

реализация этого метода в дефектоскопах ДКВ-2 и

ВД-20П с проходными преобразователями. Обнаруже-

ние дефектов с помощью модуляционного метода произ-

водит серийный дефектоскоп типа ДВТ-1.

Рассмотрим работу типичного дефектоскопа ДТ-ВЫД

для контроля труб, построенного на базе дифференци-

ального накладного преобразователя с использованием

модуляционного метода. Накладной преобразователь,

вращаясь вокруг движущейся поступательно трубы,

сканирует ее поверхность по спирали. Информация с из-

мерительных обмоток преобразователя снимается с по-

мощью воздушного трансформатора, у которого первич-

ная обмотка вращается, а вторичная неподвижна. Та-

кой же трансформатор применяется и для возбуждения

преобразователя. Накладной преобразователь содержит

одну возбуждающую и две измерительные обмотки, сое-

диненные встречно и реагирующие поэтому на неодно-

родности трубы. При работе дефектоскопа зазор пери-

одически изменяется из-за несовпадения оси трубы с

осью вращения преобразователя. Изменение зазора при-

водит лишь к изменению сигналов от дефектов, что дает

небольшую перебраковку при минимальном зазоре.

Структурная схема прибора ДТ-ВНД характерна для

модуляционного метода. Сигналы от дефектов выделя-

ются с помощью фильтров.

В дефектоскопе ВД-40Н, предназначенном для' конт-

роля протяженных металлических объектов (трубы,

прутки) с внешним диаметром 30—130 мм, используют-

ся амплитудно-фазовый и модуляционной методы выде-

200

ления информации <и применяется автоматическая регу-

лировка усиления сигнала, что позволяет сохранять,при-

близительно постоянную чувствительность к дефектам

при изменении зазора до 2 мм. Обмотки преобразователя

включены по абсолютной и дифференциальной схемам

для получения информации о зазоре и о дефектах. При

контроле ферромагнитных объектов может использовать-

ся лодмагничиваиие. Прибор снабжен осциллографиче-

ским индикатором, счетчиками брака и общего количе-

ства проконтролированной продукции.

Для контроля объектов с плоскими поверхностями

применяется дефектоскоп ВД-20НД (рис. 10-3). На-

кладной преобразователь прибора размещен в специаль-

ной головке и вращается в плоскости-, параллельной по-

верхности объекта контроля. В приборе используются

те же методы выделения информации и та же структур-

ная схема, что и в приборе ВД-40Н.

14—316 201

Портативный дефектоскоп ППД с параметрическим

преобразователем выполнен по структурной схеме

рис. 8-9 и работает в режиме, близком к срыву колеба-

ний автогенератора. Срыв колебаний происходит при по-

явлении в зоне контроля дефектного участка, что и фик-

сируется звуковым сигналом и стрелочным индикатором.

Из зарубежных аналогов наиболее распространены

дефектоскопы фирмы «Ферстер»: «Циркограф 6.221» —

«Циркограф 6.223» с вращающимися накладными пре-

образователями; «Дефектаметр 2.154» и «Дефектометр

2.164».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Электромагнитный неразрушающий контроль нахо-

дит все более широкое применение в разных отраслях

народного хозяйства. В нашей стране разработкой тео-

ретических, методических основ этого вида контроля и

созданием соответствующей аппаратуры заняты десятки

организаций, 'например, Институт физики металлов

УНЦ АН СССР. НИИИН, ВИАМ, Отдел физики

НК АН БССР, ВНИИНК, МЭИ, Куйбышевский авиа-

ционный институт, Рижский политехнический институт,

Томский политехнический институт, Ростовский инсти-

тут сельхозмашиностроения и др.

Усилиями этих коллективов в настоящее время

создано много типов приборов электромагнитного НК,

из 'которых к 1975 г. серийно выпускалось около 25.

Большое количество электромагнитных приборов выпу-

скается зарубежными фирмами, среди которых веду-

щее место занимает Институт Ферстера (ФРГ), выпу-

скающий 30 наименований приборов и установок раз-

личного назначения.

Перспективы развития электромагнитного НК свя-

заны со следующими основными направлениями.

Дальнейшая разработка теоретических основ МВТ

связана с необходимостью решения двумерных и трех-

мерных задач теории электромагнитного поля. Решение

таких задач позволит определить связь сигналов преоб-

разователей с параметрами объектов сложной формы.

Большое значение имеет разработка основ дефектомет-

рии, т. е. методов определения параметров дефектов по

сигналам ВТП. Задача эта сложна из-за разнообразия

видов, форм и положений дефектов в объектах контроля.

Она представляет собой задачу распознавания образов,

которая может быть решена методами статистической

теории распознавания. Дело в том, что ставить вопрос о

количественных характеристиках дефектов целесообраз-

но лишь в плане определения принадлежности дефекта

И* 2иЗ

к тому или иному классу (по размерам, например глу-

бине, -протяженности, объему; по глубине залегания; по

ориентации и т. д.), 'поскольку получение полной инфор-

мации о всех параметрах дефекта представляет собой

практически неразрешимую на сегодняшний день за-

дачу.

Теория распознавания оперирует с многомерными

статистическими образами, которые в электромагнит-

ном контроле имеют вид электрических сигналов. Из

этого следует тесная связь задачи распознавания с мно-

гонараметровым контролем. Дальнейшее развитие тео-

рии 'многопарэметрового контроля — другое важное на-

правление в области теоретических бонов электромагнит-

ного контроля. Большое значение здесь имеет оптими-

зация систем /контроля по их точности.и достоверности.

Дальнейшей теоретической разработки требуют мето-

ды решения нелинейных задач электромагнитного конт-

роля, возникающие при контроле ферромагнитных объ-

ектов. Здесь (как и в других областях теории электро-

магнитного НК) представляется перспективным исполь-

зование численных методов. Пр'И этом для обобщения

получаемых результатов целесообразно объединение

ферромагнитных материалов по их электромагнитным

характеристикам в группы, для которых можно реко-

мендовать определенные режимы контроля. Безусловно,

для этого требуется большой объем экспериментальных

работ по изучению электромагнитных характеристик ма-

териалов.

К теоретическим задачам электромагнитного НК тес-

но «примыкают методические проблемы. Одна из важней-

ших— разработка достаточно простых методик расчета

электромагнитных приборов. Для этого необходимо су-

щественно пополнить имеющиеся сегодня численные дан-

ные по чувствительности ВТ:П к параметрам объектов

контроля, по определению оптимальных режимов конт-

роля три реализации тех или иных конкретных спосо-

бов выделения полезной информации, по конструктивно-

му расчету преобразователей. Не менее важной являет-

ся проблема разработки новых эффективных способов

выделения полезной информации о параметрах объек-

тов контроля. Большое значение имеет задача разра-

ботки инструктивных материалов и, в первую очередь,

ГОСТ по -правильному использованию средств электро-

магнитного контроля, по определению областей приме-

204

нения этих средств, по унификации и стандартизации

требований к ним. ~

Перспективы развития электромагнитного НК в части

приборной реализации определяются в значительной

степени общими направлениями развития приборострое-

ния, хотя имеют и специфические особенности. Рас-

ширение возможностей и улучшение технико-экономи-

ческих показателей приборов находится в тесной связи

с современной элементной базой (интегральные микро-

схемы, ЭЛТ повышенной яркости, ЭЛТ с памятью

и т. д.) с применением быстродействующих цифровых и

аналоговых индикаторов и регистраторов, с применением

унифицированных конструктивов, нормализованных бло-

ков и субблоков. Большие возможности .появляются три

централизованной обработке информации электромаг-

нитных приборов с помощью цифровых ЭВМ. В этом

случае приборы используются как периферийные уст-

ройства АСУ. Весьма эффективным представляется ис-

пользование электромагнитных приборов в установках и

системах комплексного НК, включающих в себя прибо-

ры и устройства различных видов НК.

Особенности развития электромагнитных средств

НК связаны с повышением их точности, чувствительно-

сти -и разрешающей способности за счет повышения от-

ношения сигнал/помеха. В настоящее время все реже

встречаются приборы, не имеющие отстройки от влияния

мешающих факторов. Наиболее распространены прибо-

ры с отстройкой от одного, реже — от двух факторов.

Количество подавляемых факторов и степень их подав-

ления в дальнейшем будут возрастать. Следует ожидать

появления приборов, позволяющих контролировать объ-

екты с грубой поверхностью при значительных зазорах

между преобразователем и объектом; приборов, контро-

лирующих быстро движущиеся или вибрирующие объ-

екты. Более широкое применение найдут автоматизиро-

ванные приборы и установки, сортирующие автоматы и

установки с автоматической паспортизацией объектов

контроля. Большое будущее имеет применение приборов

электромагнитного НК в системах управления техноло-

гическими процессами.

'Приборы электромагнитного НК весьма перспектив-

ны также в разработке систем встроенного контроля в

авиации, космической технике, в морском флоте и т. д.

Это определяется высокой механической и климатиче-

205

ской устойчивостью ВТП, .простотой и малыми габари-

тами приборов. Встроенный контроль позволяет следить

за динамикой развития усталостных явлений, «оррозии,

износа и т. д. и таким образом определять предаварий-

ное состояние объекта контроля.

Совершенствование электромагнитных средств НК

должно идти по пути разработки новых и отработки су-

ществующих 'конструкций ВТП, Необходимо совершенст-

вование конструкции и технологии «производства мало-

габаритных и миниатюрных (размерами 1 мм и менее)

ВТП; преобразователей, устойчивых к климатическим и

механическим воздействиям; преобразователей, 'Предназ-

наченных для работы в труднодоступных местах, а так-

же специализированных (по форме объекта) преобра-

зователей. Необходимо также разработать комплекты

взаимозаменяемых преобразователей, используемых с

одним и тем же прибором для решения различных задач.

Взаимозаменяемость ВТП тесно связана с разбросам

их параметров, обусловленным технологией изготовле-

ния. Добиться взаимозаменяемости ВТП, улучшения

технологичности и уменьшения затрат труда и а их из-

готовление позволяет применение -печатных обмоток

ВТП. Печатные обмотки могут быть изготовлены фото-

химическими «методами, .применяемыми при изготовле-

нии печатных плат. Получение необходимого числа вит-

ков достигается в многослойных структурах, технология

которых хорошо разработана. Поскольку печатные об-

мотки изготавливаются с помощью одного фотошаблона

групповым методам, параметры их весьма стабильны,

а процесс изготовления может быть автоматизирован.

Кроме того, сравнительно просто можно получить ми-

ниатюрные обмотки. Ширина проводника печатной об-

мотки «и расстояние между ними не превышают 50 мкм.

На основе печатных обмоток уже сегодня удается полу-

чить ВТП диаметром 0,8—1 мм с малым разбросом па-

раметров.

Тенденция развития электромагнитных приборов Н'К

проявляется ш последнее время в создании универсаль-

ных приборов и систем, предназначенных для решения

широкого круга задач. Появляются серийные приборы,

работающие в широком диапазоне фиксированных ча-

стот, в различных режимах индикации, с большим на-

бором сменных ВТП. Так, например, прибор «Дефекто-

мат Ф2.825» института Ф. Ферстера имеет семь рабочих

206

частот (от 1 кГц до 1 МГц), может работать в режимах

комплексной плоскости и линейной развертки огибаю-

щей сигнала, получаемого при движении объекта кон-

троля относительно ВТП, использует накладные и

проходные ВТП, а также ВТП, вращающиеся внутри от-

верстий. Прибор может работать в статическом и дина-

мическом режимах, позволяет производить запись сиг-

налов на магнитную ленту с .последующим их воспро-

изведением и обработкой.

В последнее время появились серийные двухчастот-

ные приборы, с помощью которых можно одновременно

подавить влияние до трех мешающих факторов. Напри-

мер, «Дефектомат С2.801» позволяет выбрать пару фи-

ксированных частот определенного диапазона и после-

довательной настройкой шести фазорегуляторов добить-

ся подавления влияния трех мешающих факторов. Для

контроля ферромагнитных материалов прибора преду-

смотрен режим работы с одновременным использова-

нием .первой и третьей гармоник сигнала в каналах об-

работки информации. Это достигается тем, что каналы

низкой и высокой частоты прибора настроены на пары

частот, различающиеся в 3 раза.

Другая тенденция тесно связана -с одним из общих

направлений развития современного приборостроения —

автоматизацией процесса измерения путем применения

микропроцессоров и мини-ЭВМ. Встроенные в приборы

микропроцессоры в сочетании с аналого-цифровыми

(АЦП) и цифроаналоговыми (ЦАП) преобразователя-

ми позволяют вести обработку информации в цифровой

форме и представлять ее либо в цифровой, либо в ана-

логовой форме. Благодаря этому можно легко реализо-

вать сравнительно сложные функциональные и логиче-

ские операции с сигналами ВТП. Например, появляется

возможность выполнить статистическую обработку се-

рии измерений, определив среднее, максимальное и ми-

нимальное абсолютное и нормированное по среднему

значения измеряемой величины. Можно ввести в память

микропроцессора градуировочные кривые для разных

объектов контроля и автоматизировать процесс калиб-

ровки. Большие перспективы открываются для приме-

нения микропроцессоров и мини-ЭВМ в дефектоскопах,

где они могут быть использованы для корреляционного

анализа сигналов с целью распознавания дефектов раз-

ных классов и автоматической сортировки объектов

207

контроля. Быстрый прогресс в разработке микропроцес-

соров, как универсальных, так и специализированных,

позволяет разработчику приборов НК успешно решать

довольно сложные задачи обработки информации и ав-

томатизации измерений. Появляются твердотельные

микропроцессоры в виде больших и средних интеграль-

ных схем, реализующие такие, например, операции, как

быстрое преобразование Фурье, позволяющие получать

в реальном масштабе времени спектральные характери-

стики сигналов ВТП. Выпускаются в виде микросхем

АЦП и ЦАП, запоминающих устройств и т. д. Своевре-

менное освоение техники использования этих устройств

позволит 'в ближайшие годы разработать и освоить

в .производстве высокоэффективные автоматизирован-

ные .приборы и системы электромагнитного НК.

Комплексное решение перечисленных выше проблем

будет способствовать значительному расширению обла-

стей и масштабов применения электромагнитного не-

разрушающего контроля и в конечном счете послужит

делу повышения качества -промышленной продукции и

эффективности ее использования в народном хозяйстве

страны. •

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СОДЕРЖАНИЕ