Бесконтактные методы неразрущающего контроля‎

Министерство науки и образования Российской Федерации

Тверской государственный технический университет

Кафедра прикладной физики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему: «Бесконтактные методы неразрущающего контроля»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент группы № СТ-1204,

Дадонов Е.Л.

Проверил:

Новиков В.В.

 

 

Тверь 2014

Нынешний уровень развития производства в важнейших и ответственных отраслях техники требует проведения постоянно усложняющихся измерительных экспериментов. Особое место среди них занимают неразрушающие методы контроля и технической диагностики, характеризующиеся высокой сложностью физического эксперимента, требованием детального математического описания физических процессов в контролируемых объектах измерения, необходимостью проведения корректного метрологического анализа результатов измерений. 
 

Виды методов неразрушающего контроля.

Неразрушающий контроль — контроль надежности и основных рабочих свойств и параметров объекта или отдельных его элементов и узлов, не требующий выведения объекта из работы либо его демонтажа.

Кажущееся неполным и расплывчатым понятие обретает чёткие формы, стоит только разложить его «по полочкам». Так, под словом «контроль» подразумевается «измерение значений рабочих параметров и свойств объекта и их проверка на соответствие допустимым величинам». «Неразрушающий» означает «не требующий демонтажа или остановки работы объекта», «не подразумевающий непосредственного вмешательства в исследуемую среду».

Методы, с помощью которых реализуется НК, называются методами неразрушающего контроля (далее МНК).

МНК, в основе которых лежат схожие физические принципы, условно группируются в виды и внутри них классифицируются по трём признакам:

• по  характеру взаимодействия контролируемого объекта с физическим полем или веществом;
• по первичному информативному параметру (характеристика проникающего вещества или физического поля, которая регистрируется после её взаимодействия с объектом контроля);
• по способу, которым получают первичную информацию  (первичная информация – это регистрируемая после взаимодействия с контролируемым объектом совокупность характеристик проникающего вещества или физического поля).

МНК будут рассмотрены группами (в основу их объединения положена  принадлежность какому-либо виду или, как уже отмечалось ранее – общность реализуемых в ходе применения физических принципов). 

Магнитные методы неразрушающего контроля

Магнитные МНК основаны на анализе взаимодействия контролируемого объекта с магнитным полем  и применяются, как правило, для обнаружения внутренних и поверхностных дефектов объектов, изготовленных из ферромагнитных материалов.

К основным магнитным методам НК относят магнитопорошковый, феррозондовый, индукционный и магнитографический метод.

Самым распространённым и надёжным среди МНК своего вида является магнитопорошковый – основанный на возникновении неоднородности магнитного поля над местом дефекта.

 
Магнитопорошковый МНК

Для реализации метода необходимо подготовить поверхность контролируемого объекта, намагнитить её и обработать магнитной суспензией. Металлические частицы, попавшие в неоднородное магнитное поле, возникшее над повреждением, притягиваются друг к другу и образуют цепочные структуры, выявляемые при осмотре деталей.

Оставшиеся не рассмотренными методы магнитного контроля похожи. Главное отличие – вместо магнитного порошка и последующего визуального контроля используются катушка индуктивности (индукционный метод), магнитная лента и датчик с магнитной головкой (магнитографический метод), феррозондовый датчик, регистрирующий поля рассеивания (феррозондовый метод).

Магнитно-порошковый метод нашел широкое применение на заводах промышленности, ремонтных предприятиях и эксплуатирующих подразделениях. С его помощью надежно выявляют поверхностные трещины, микротрещины, волосовины, флокены и другие дефекты.

Магнитно-графический метод наибольшее применение получил для контроля сварных соединений. Он позволяет выявлять трещины, непровары, шлаковые и газовые включения и другие дефекты в стыковых сварных швах.

Феррозондовый метод применяют для обнаружения тех же дефектов, что и магнитно-порошковым методом, а также дефектов, расположенных на глубине до 20 мм. С его помощью измеряют толщину листов и стенок сосудов при двухстороннем доступе.

 

Электрические методы неразрушающего контроля

Электрические МНК основаны на регистрации и анализе параметров электрического поля, которое взаимодействует с объектом контроля или возникает в нём в результате воздействия извне. Первичными информативными параметрами служат потенциал и ёмкость.

Рассмотрим суть электрических методов на примере электропотенциального метода, основанного на регистрации и анализе падения потенциала.

Если к телу из металла приложить электрическое напряжение, то в нём возникнет электрическое поле, причём точки с одинаковым потенциалом образуют эквипотенциальные линии. В местах дефектов возникнет падение напряжения, которое можно измерить с помощью электродов и сделать выводы о характере и масштабе повреждений.

 
Рис.2 – Электропотенциальный МНК

Кроме электропотенциального метода, применяемого для контроля качества проводниковых материалов, используют следующие  электрические методы:

• емкостной (контроль полупроводников и диэлектриков);
• термоэлектрический (контроль химического состава материала);
• электронной эмиссии;
• электроискровой;
• электростатического порошка (метод схож с магнитопорошковым).

Вихретоковые методы неразрушающего контроля

Вихретоковый метод контроля для обнаружения дефектов использует электромагнитную индукцию в проводящих

материалах (возможность обнаружения небольших трещин, как вблизи, так и на поверхности материала). Поверхность не

требует тщательной подготовки, но должно выполняться несколько условий:

• проконтролировать можно только проводники
• доступ к поверхности материала
• при изолированном объекте, возможна погрешность
• ограничения по глубине контролируемого материала
• расположенные параллельно датчику дефекты, могут быть не обнаружены

Метод вихретокового контроля основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихревых токов, наводимых этим полем в объекте контроля с внешним электромагнитным полем. Плотность и распределение вихревых токов определяются электромагнитными и геометрическими параметрами контролируемого объекта, источником электромагнитного поля, а также расположением источника поля и объектом контроля.

Достоинства метода вихретокового метода

Основным достоинством данного метода является возможность осуществления бесконтактного и многопараметрового контроля объекта контроля. Поэтому его возможно проводить при движении контролируемого объекта относительно вихретокового преобразователя, при этом скорость движения объекта при производственном контроле может находиться в движении на высокой скорости, что обеспечивает высокоточные результаты.

Особенным преимуществом данного метода является то, что на сигналы вихретокового датчика почти не влияют давление, влажность и загрязненность газовой среды, радиационные излучения, загрязнения поверхности объекта контроля непроводящими веществами и простота конструкции вихретокового преобразователя.

Назначение вихретокового метода

Вихретоковый контроль предназначен для определения толщины покрытий, выявления трещин, коррозии, эрозии, износа и иных видов повреждений. Исследуемыми объектами являются электропроводящие объекты: листы, проволока, трубы, пластины, вт.ч. многослойные, подшипники, корпуса атомных реакторов, железнодорожные рельсы и многие другие промышленные изделия.

Рис.3 – Вихретоковый МНК (прохождения)

Принцип контроля заключается в следующем. С помощью катушки индуктивности 1 в объекте контроля 3 возбуждаются вихревые токи 2,  регистрируемые приёмным измерителем, в роли которого выступает та же самая или другая катушка. По интенсивности распределения токов в контролируемом объекте можно судить о размерах изделия, свойствах материала, наличии несплошностей.

Радиоволновые методы неразрушающего контроля

Радиоволновые МНК основаны на регистрации  и анализе изменения параметров, которыми обладают взаимодействующие с объектом контроля электромагнитные волны радиодиапазона (их длина составляет от 0,01 до 1 м).

Основаны на регистрации изменения параметров электромагнитных колебаний, взаимодействующих с контролируемым объектом. Их применяют для контроля качества и геометрических размеров изделий из диэлектрических материалов (стеклопластики и пластмассы, резина, термозащитные и теплоизоляционные материалы, фибра), вибраций, толщины металлического листа и т. п. В качестве источников энергии служат магнетроны, клистроны, лампы обратной волны, преобразователи частоты, твердотельные генераторы, диоды Ганна и т. п.

Эти методы еще не нашли должного применения в промышленности, хотя и являются весьма перспективными. Так, с их помощью можно обнаруживать непроклеи, расслоения (площадью от 10 мм2 и более), воздушные включения, трещины (от 10 мкм и более), неоднородности по плотности, напряжения, измерять геометрические размеры и т. п.

Рис.4 – Радиоволновой метод НМК (прохождения)

Не будет ошибкой поставить в соответствие радиоволновым методам методы вихретоковые. Как и в случае вихретоковых МНК, аппаратура для реализации радиоволнового метода состоит из генератора 1 и приёмника волны 3.

Тепловые методы неразрушающего контроля

Тепловые МНК в качестве пробной (несущей информацию) энергии используют распространяющуюся в объекте контроля тепловую энергию. Температурное поле напрямую зависит от происходящих в объекте процессах теплопередачи, особенности которых зависят от наличия дефектов (как внутренних, так и наружных).

Основной информативный параметр тепловых МНК – разность температур между бездефектными и дефектными областями объекта. Температура может измеряться контактным и бесконтактным методом.

В зависимости от характера взаимодействия контролируемого объекта и тепловой энергии различают активный (рис.5) и пассивный методы тепловых МНК.

Активный метод заключается в следующем: контролируемый объект 6 с помощью внешнего источника 1 охлаждают или нагревают, а затем с помощью устройства контроля 5 измеряют тепловой поток температуру на его поверхности. Участкам повышенного или пониженного нагрева соответствуют дефекты 4.

 

При использовании пассивного метода (его называют методом собственного излучения) тепловые источники не используют. Вместо этого регистрируют тепловые потоки работающих объектов, ставя в соответствие местам повышенного нагрева неисправности и дефекты.

Тепловые методы широко используются не только при контроле технологических процессов и качества изделий; также их применяют в медицине, астрономии, при мониторинге (лесных пожаров, например).

Оптические методы неразрушающего контроля

Оптические МНК основаны на регистрации и анализе параметров, присущих взаимодействующему с объектом оптическому излучению (к нему относятся электромагнитные волны длиной от 10-5 до 10-3 мкм).

С помощью оптических МНК обнаруживают пустоты, поры, расслоения, трещины, инородные включения, геометрические отклонения и внутренние напряжения в объектах контроля. Информационными параметрами методов являются интегральные и спектральные фотометрические характеристики излучения.

Наружный оптический контроль может применяться относительно объектов из любых материалов. Обнаружение внутренних дефектов (неоднородностей, напряжений) возможно только применительно к прозрачным объектам. Для контроля диаметров и толщины используют оптические  методы, основанные на явлении дифракции, для контроля шероховатости и сферичности – на явлении интерференции.

Оптический контроль может выполняться методами собственного (а), отраженного (б) и  прошедшего (в) излучения.

 
Схемы испытаний оптическими МНК

Приёмное устройство может регистрировать следующие информативные параметры – амплитуду, степень поляризации и фазу волны, время её прохождения через объект, частоту или частотный спектр излучения.

Радиационные методы неразрушающего контроля

Радиационные МНК основаны на регистрации взаимодействующего с объектом проникающего ионизирующего излучения и его последующем анализе. В зависимости от вида ионизирующего излучения, слово «радиационные» в наименовании методов может заменяться на «рентгеновские», «нейтронные» и другие.

Чаще всего для контроля используется гамма- и рентгеновское излучение, позволяющее выявить едва ли не любой дефект (как внутренний, так и поверхностный).

Источник 1 излучает поток, проходящий сквозь контролируемый объект 2. Излучение улавливается приёмником 3 и с помощью преобразователя 4 преобразуется в конечный результат.

 
Схема применения радиационного контроля (метод прохождения)

В зависимости от того, какой приёмник излучения 3 используется (сцинтилляционный счетчик фотонов и частиц, рентгеновская плёнка или флюоресцирующий экран), различают  радиометрический, радиографический и радиоскопический методы.