Поєднання електромагнітного і магнітного методів при ферозондовій дефектоскопії великогабаритних деталей

Abstract

Запропоновано і науково обгрунтовано комбінований метод контролю дефектів великогабаритних феромагнітних виробів в прикладених магнітному і електромагнітному полях з фіксацією дефектів ферозондами і магнітомодуляційними вимірювальними перетворювачами. Генератором полів локального намагнічування є П-подібні електромагніти, між полюсами яких розміщені магніточутливі елементи: ферозонди, магнітомодуляційні головки. Виконано аналіз магнітних і електромагнітних полів в області контролю за допомогою адаптованих математичних моделей поля, які основані на поверхневих і просторових інтегральних рівняннях Фредгольма першого і другого роду. Запропоновано алгоритм чисельного розв’язку рівнянь, розроблено комплекс програм аналізу полів. Досліджені функції перетворення ферозондів із стрижньовими осердями, що вимірюють електромагнітне синусоїдальне поле, визначені частотні характеристики ферозондів. На основі проведених досліджень розроблена система безперервного неруйнівного контролю зварного шва. Створена мікропроцесорна система керування і обробки вихідних сигналів вимірювальних перетворювачів.

Предложен метод контроля дефектов крупногабаритных ферромагнитных изделий, в частности сварных швов, основанный на одновременном применении электромагнитного синусоидального и постоянного поля с фиксацией дефектов ферромодуляционными измерительными преобразователями: феррозондами и магнитомодуляционными головками. Применение метода позволяет повысить достоверность контроля и одновременно обнаруживать подповерхностные дефекты. Регистрация электромагнитных полей не катушками, а феррозондами значительно увеличивает чувствительность контроля и уменьшает размеры выявляемых дефектов. Для возможности анализа магнитных полей в области контроля, как над поверхностью контролируемой детали, так и под нею, разработаны математические модели поля. Основой построения моделей электромагнитного поля является метод граничных интегральных уравнений для простого слоя магнитных зарядов и для слоя поверхностных токов. Разработаны алгоритмы численного решения интегральных уравнений при их редуцировании к системе линейных алгебраических уравнений. Результатом теоретических исследований является программный комплекс расчета электромагнитного поля дефектов конечных геометрических размеров. Произведена проверка адекватности математической модели электромагнитного поля путем сравнения результатов расчета поля дефектов с результатами, полученными другими известными методами. Локальное намагничивание детали производится приставными П-образными электромагнитами, которые при питании обмоток постоянным током доводят намагничиваемый участок до состояния близкого к насыщению. Для возможности анализа магнитного поля в нелинейной среде разработана математическая модель поля на основе уравнения Фредгольма первого и второго рода, которая при кусочно-постоянной аппроксимации функции намагниченности по объему намагничиваемого тела аппроксимируется системой алгебраических уравнений. Разработано несколько алгоритмов итерационного способа решения этой системы, обсуждены их достоинства и недостатки. Для регистрации электромагнитных полей дефектов используются феррозонды со стержневым сердечником и ферромодуляционные головки. Расчетным путем найден частотный диапазон феррозондов, измеряющих синусоидальное электромагнитное поле дефектов. Расчет частотного диапазона основан на численном решении системы нелинейных дифференциальных уравнений электрического состояния входной и выходной цепи феррозонда. При моделировании процесса образования выходного сигнала феррозонда применена арктангенсная аппроксимация петли гистерезиса его сердечника. На основе расчета получены частотные дискретные спектры выходных сигналов феррозонда. Теоретические исследования проведены для определения функции преобразования магниточувствительной головки. Результаты численных расчетов функции преобразования магнитомодуляционных головок позволили определить достоинства и недостатки этого вида магнитомодуляционного преобразователя. На основе проведенных исследований разработана система непрерывного контроля сварного шва труб большого диаметра. Система базируется на универсальном магнитоизмерительном канале, который позволяет с одного феррозонда одновременно получать информацию о постоянной и переменной составляющей измеряемого электромагнитного поля. Феррозонды работают в градиентометрическом режиме. Благодаря одновременному измерению феррозондом постоянной и переменной составляющей электромагнитного поля, удается скомпенсировать влияние шероховатости поверхности шва на результат контроля, который ведется по постоянному магнитному полю. Результаты работы внедрены и используются ООО «Крестил-Украина» (г. Киев) в виде электромагнитного дефектоскопа для непрерывного контроля сварных труб.

The combined method for controlling the defects of bulky ferromagnetic articles in the attached magnetic and electromagnetic fields with fixing the defects by ferroprobes and magnetic-modulation measuring transducer has been offered and scientifically grounded, П-figurative electromagnets have been represented in the form of the generator of the fields of local magnetizing. Magnetic-sensitive elements such as ferroprobes, magnetic-modulation heads are placed between the poles of generator. The analysis of magnetic and electromagnetic fields in the area of control by means of the adapted mathematical models of the field based on superficial and spatial integral equations by Fredgolm of the first and second type has been carried out. The algorithm of numerical decision of equations has been offered, the complex of the programs for the analysis of fields has been developed. The transfer functions of ferroprobes with pivotal cores measuring the electromagnetic sinusoidal field has been investigated. As a result frequency characteristics of ferroprobes has been determined. On the basis of the conducted researches a continuous non-destructive control system of a shop welded has been developed. The microprocessor system for controlling and outputs signal processing of measuring transducers has been created.