Патент на изобретение №2383895

(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ОБЪЕКТОВ

(57) Реферат:

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля ферромагнитных объектов (листов, труб, трубопроводов, резервуаров для хранения нефти и газа). Используется электромагнитный преобразователь с П-образным ферромагнитным сердечником, на котором размещаются возбуждающие включенные последовательно катушки индуктивности и две пары дифференциально включенных измерительных обмоток. Цель изобретения – расширение информативности контроля за счет выявления протяженных коррозионных повреждений стенок ферромагнитных объектов как на наружной, так и внутренней стороне стенки. Эта цель достигнута за счет того, что размер стороны полюса сердечника выполняется равным двум значениям максимальной толщины из диапазона толщин контролируемых объектов, расстояние между полюсами – равным шести сторонам полюса; измерительные катушки индуктивности располагаются в середине межполюсного расстояния одна над другой на заданном расстоянии вдоль вертикальной оси П-образного сердечника, при этом на одном из его полюсов по обе стороны возбуждающей катушки размещаются дополнительные две включенные встречно измерительные катушки индуктивности, а вся конструкция помещается в прямоугольный ферромагнитный экран. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля (НК) деталей и узлов из ферромагнитных марок сталей.

Известен вихретоковый преобразователь, содержащий возбуждающую катушку индуктивности, охватывающую две встречно включенные измерительные катушки индуктивности [1]. Недостатком такого преобразователя является слабая чувствительность к подповерхностным дефектам, так как в этом случае на глубину проникновения в проводящую среду электромагнитного поля преобразователя сильно влияет помимо скин-эффекта также геометрический фактор (ослабление поля преобразователя с ростом расстояния от его торца).

Известен также электромагнитный преобразователь, содержащий две возбуждающие обмотки и две обмотки измерительные, размещенные на двух П-образных ферромагнитных сердечниках [2]. Недостатком этого преобразователя является его весьма ограниченная информативность, так как он оценивает свойства только анизотропных объектов (должно быть различие в свойствах по двум взаимно перпендикулярным направлениям).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является вихретоковый преобразователь, содержащий две последовательно-встречно включенные возбуждающие катушки индуктивности и две размещенные между ними последовательно-встречно включенные измерительные катушки индуктивности, оси возбуждающих и измерительных катушек лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях, а оси всех катушек параллельны друг другу [3].

Недостатком такого перобразователя является весьма низкая чувствительность к дефектам больших площадей с плавными переходными зонами.

Целью предлагаемого изобретения является расширение информативности контроля за счет выявления протяженных коррозионных повреждений стенок ферромагнитных объектов (листов, труб, резервуаров, трубопроводов и др.) как на наружной, так и внутренней части стенки.

Эта цель достигается за счет того, что размер стороны полюса сердечника выполняется равным двум значениям максимальной толщины из диапазона толщин контролируемых объектов, расстояние между полюсами – равным шести сторонам полюса; измерительные катушки индуктивности располагаются в средине межполюсного расстояния одна над другой на заданном расстоянии вдоль вертикальной оси П-образного сердечника, при этом на одном из его полюсов размещаются по обе стороны возбуждающей катушки дополнительные две включенные встречно измерительные катушки индуктивности, а вся конструкция помещается в прямоугольный ферромагнитный экран.

На фиг.1 представлена конструкция электромагнитного преобразователя.

На фиг.2 – схема включения обмоток катушек индуктивностей преобразователя.

Электромагнитный преобразователь состоит из прямоугольного ферромагнитного экрана 1, П-образного ферромагнитного сердечника 2 с размером стороны полюса а, размером межполюсного расстояния b, двух помещенных на полюсах возбуждающих катушек индуктивности 4 и 8; двух размещенных на одном из полюсов измерительных катушек индуктивности 3 и 5 с расстоянием между ними d, двух располагаемых между полюсами измерительных катушек индуктивности 6 и 7 с расстоянием между ними с; контролируемого ферромагнитного объекта 9 (в данном случае листовой формы) с размером толщины Т.

Возбуждающие обмотки 10 и 11 включены последовательно согласно, а измерительные 12 и 13; 14 и 15 – встречно (фиг.2).

Конструктивные размеры преобразователя выполнены с учетом следующих соотношений a=2Т; b=6a. Благодаря этому электромагнитное поле преобразователя в зоне расположения измерительных катушек 6 и 7 содержит только продольную составляющую напряженности поля Н_х, величина которой снижается по толщине листа Т в основном только за счет скин-эффекта (влияние геометрического фактора в значительной мере подавлено). Влияние скин-эффекта ослабляют за счет выбора электромагнитного поля низкой частоты (f=10÷200 Гц).

Электромагнитное поле в зоне расположения измерительных обмоток 3 и 5 (зона полюсов) содержит все три составляющие напряженности H_z, Н_х, Н_у, причем основнйм вклад вносит вертикальная составляющая H_z. Ее величина по направлению z в значительной мере зависит от размера полюса а и расстояния h, и поэтому в этой зоне поле в контролируемый объект проникает на небольшую глубину.

Электромагнитный преобразователь работает следующим образом.

С помощью возбуждающих катушек индуктивности 4 и 8 в контролируемом объекте 9 возбуждается низкочастотное электромагнитное поле, которое распределяется по глубине Т контролируемого объекта 9 в разных его зонах по-разному. В середине межполюсного расстояния в зоне расположения измерительных катушек 6 и 7 поле проникает на всю толщину, ослабляясь только за счет скин-эффекта; в зоне полюсов П-образного сердечника, где размещаются измерительные обмотки 3 и 5, электромагнитное поле проникает в основном в поверхностные и подповерхностные слои объекта контроля. С помощью верхних обмоток 12 и 14 измерительных катушек 3, 6 добиваются компенсации величины первичного поля, осуществляя пространственную балансировку измерительных обмоток 12, 13 и 14, 15 за счет выбора числа витков и расстояний c и d между обмотками. Сигналы измерительных обмоток 15 будут нести информацию о свойстве объекта по всей его толщине Т, а обмоток 13 только с поверхностных и подповерхностных слоев. Это позволяет разделять обнаруженные коррозионные повреждения на поверхностные и внутренние, а также использовать сигналы обмоток 13 для выравнивания чувствительности обмоток 15 к внутренним и поверхностным дефектам за счет автоматической регулировки усиления.

Источники информации

[1] Авторское свидетельство СССР 249019, кл. G01 N 27/86, 1968.

[2] Неразрушающий контроль. Справочник в 7 томах под редакцией чл.-кор. РАН В.В.Клюева; Том 6, книга 1, с.340.

[3] Патент США 3211112, кл. G01R 33/12, 1964 (прототип).

Формула изобретения

Электромагнитный преобразователь для контроля ферромагнитных объектов, содержащих две последовательно включенные возбуждающие катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником П-образной формы, две размещенные между полюсами сердечника включенные встречно измерительные катушки индуктивности, ось которых перпендикулярна оси катушки возбуждения, отличающийся тем, что размер стороны полюса сердечника выполняется равным двум значениям максимальной толщины из диапазона толщин контролируемых объектов, расстояние между полюсами – равным шести сторонам полюса; измерительные катушки индуктивности располагаются в середине межполюсного расстояния одна над другой на заданном расстоянии вдоль вертикальной оси П-образного сердечника, при этом на одном из его полюсов по обе стороны возбуждающей катушки размещаются дополнительные две включенные встречно измерительные катушки индуктивности, а вся конструкция помещается в прямоугольный ферромагнитный экран.

РИСУНКИ