Разработка адаптивных вихретоковых средств дефектометрии

• Автор: Ефимов, Алексей Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК В
ОБЛАСТИ ВИХРЕТОКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
1.1 РАЗВИТИЕ И СОВРЕМЕННЫЙ УРОВЕНЬ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ВИХРЕТОКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
1.2 Современное состояние и тенденции развития средств вихретоковой дефектоскопии
1.3 Выводы и постановка задачи
2. ВЫБОР И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВИХРЕТОКОВЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ АДАПТИВНЫХ СРЕДСТВ ВИХРЕТОКОВОЙ
ДЕФЕКТОСКОПИИ
2.1 Выбор конструкции вихретокового преобразователя и усовершенствование его конструкции для решения поставленной задачи
2.2 Математическое моделирование взаимодействия вихретокового преобразователя с дефектами типа несплошности методом конечных
ЭЛЕМЕНТОВ
2.2.1 Выбор метода расчета и построение расчетной модели
2.3 Разработка контрольных образцов для проведения экспериментальных исследований
2.4 Экспериментальные исследования выходных характеристик накладных ВТП СО СТЕРЖНЕВЫМ ферромагнитным сердечником и измерительной обмоткой, включенной в параллельный колебательный контур
2.4.1 Экспериментальное исследование влияния корректирующей емкости на вносимое напряжение ВТП
2.4.2 Экспериментальное исследование влияния разбаланса сигнальных обмоток на вносимое напряжение ВТП
2.4.3 Экспериментальное исследование влияния зазора на фазу и амплитуду сигнала вихретокового преобразователя для различных частот возбуждения
2.4.4 Экспериментальное исследование влияние частоты тока возбуждения преобразователя на чувствительность дефектоскопа
2.4.5 Экспериментальное исследование влияния непроводящего зазора на показания дефектоскопа для различных частот возбуждения
2.4.6 Амплитуда и фаза вносимого напряжения СВТП для различных зазоров
2.4.7 Оценка влияния угла наклона преобразователя на вносимое напряжение СВТП
2.5 Выводы
3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ ВТП ДЛЯ
АДАПТИВНЫХ СРЕДСТВ ВИХРЕТОКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
3.1 Использование методов цифровой обработки сигнала для отстройки от влияющих факторов
3.1.1 Отстройка от смещения фазы сигнала ВТП под влиянием зазора
3.1.2 Адаптивный фильтр для подавления шума в смеси сигнала и шума
3.1.3 Проектирование цифровых фильтров методом взвешивания
3.2 Повышение точности оценки глубины дефектов
3.3 Разработка алгоритма адаптации вихретоковых средств неразрушающего контроля к электромагнитным свойствам объекта контроля
3.4 Выводы

4. РАЗРАБОТКА АДАПТИВНЫХ СРЕДСТВ ВИХРЕТОКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
4.1 Дефектоскоп вихретоковый ВД-12НФП
4.2 Дефектоскоп вихретоковый ВД-12НФК
4.3 Дефектоскоп вихретоковый ВД-90НП
4.4 Модернизированный вихретоковый дефектоскоп ВД-87НСТ/1
4.5 Сравнительные характеристики разработанных вихретоковых средств
дефектоскопии
4.6 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Процесс производства различного класса изделий и их безопасной эксплуатации невозможен без контроля их качества неразрушающими методами. Важное место среди них занимает вихретоковый метод, который обеспечивает высокую надежность обнаружения поверхностных дефектов и высокую скорость контроля, возможность бесконтактного съема информации и является экологически безопасным. Также к достоинствам вихретокового метода следует отнести возможность работы по грубым поверхностям и выявление дефектов через значительный непроводящий зазор.
Основной задачей неразрушающих методов контроля металлоизделий является обнаружение дефектов сплошности и оценка их геометрических параметров, однако для вихретокового метода точность оценки геометрических параметров дефектов ограничена рядом влияющих факторов, таких как величина зазора, состояние поверхности, форма дефекта и его расположение.
При проведении ручного контроля наибольшее влияние на погрешность результатов измерения глубины дефектов также оказывают следующие факторы: краевой эффект, изменение угла наклона преобразователя, наличие непроводящего зазора между вихретоковым преобразователем и контролируемой поверхностью, отрыв преобразователя от поверхности, локальное изменение шероховатости и кривизны поверхности, магнитные пятна.
В современной дефектоскопии требования к точности определения параметров дефектов непрерывно растут. Использование различных численных методов увеличивает объем обрабатываемых данных, поэтому приходится искать компромисс между значительным временем обработки информации и точностью определения параметров дефекта, что делает процесс контроля в реальном времени практически невозможным, и требует использования высокопроизводительной и дорогостоящей вычислительной аппаратуры.

2.2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ВИХРЕТОКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ДЕФЕКТАМИ ТИПА НЕСПЛОШНОСТИ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
2.2.1 Выбор метода расчета и построение расчетной модели
На основе аналитического исследования удается получить важные для решаемой задачи зависимости, при структуре возбуждающего электромагнитного поля близкой к реальной действительности. Вместе с тем, ограничения, необходимые для получения аналитического решения, не позволяют учесть ряд влияющих факторов.
Исследование процесса взаимодействия разрабатываемого ВТП с учетом влияющих факторов возможно только на основе численных методов. Для этой цели был выбран метод конечных элементов (МКЭ).
Согласно МКЭ вся область решения делится на большое число участков (конечных элементов). Обычно используют простейшие элементы, такие как треугольники или четырехугольники для двумерных задач и элементы типа тетраэдров или гексаэдров для трехмерных задач. На получившейся таким образом сетке определяется множество базисных функций. Решение задачи будет линейной комбинацией этих функций. Нахождение коэффициентов этой линейной комбинации осуществляют минимизацией энергетического функционала. МКЭ по праву считается самым универсальным методом для решения полевых задач. Точность решения зависит от параметров дискретизации области решения [57].
МКЭ успешно применяется и для решения задач электромагнитного контроля [94-98]. К недостаткам МКЭ, ограничивающим его применение в электромагнитной дефектоскопии, относится сложность построения расчетной области и высокая размерность получаемой системы уравнений. Это приводит к весьма существенным трудозатратам высококвалифицированных специалистов и значительной длительности вычислительного процесса.