References

zldm

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Industrial laboratory. Diagnostics of materials

1028-68612588-0187

ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»

10.26896/1028-6861-2024-90-11-46-52

zldm-2340

Research Article

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ

TESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROL

Применение трехфазного вихретокового дефектоскопа для контроля сплошности материала

The use of a three-phase eddy current flaw detector to control the continuity of the material

Макарочкин

В. В.

Makarochkin

Valeriy V.

Валерий Володарович Макарочкин,

644050, г. Омск, пр. Мира, д. 11.

Valeriy V. Makarochkin,

11, pr. Mira, Omsk, 644050.

Никонова

Г. В.

Nikonova

Galina V.

Галина Владимировна Никонова,

644050, г. Омск, пр. Мира, д. 11.

Galina V. Nikonova,

11, pr. Mira, Omsk, 644050.

nikonova@omgtu.ru

Омский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical University (OmSTU)Russian Federation

2024

22112024

90114652

2024

Макарочкин В.В., Никонова Г.В.

Makarochkin V.V., Nikonova G.V.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.zldm.ru/jour/article/view/2340

Применение одноэлементных вихретоковых преобразователей в средствах вихретокового контроля ограничивает производительность дефектоскопа, поскольку формируемый контур вихревого тока, соответствующий среднему витку катушки вихретокового преобразователя, ограничен площадью этого витка и скоростью сканирования контролируемой поверхности. Наличие нескольких одноэлементных вихретоковых преобразователей неизбежно оказывает негативное взаимное влияние. В работе представлены результаты по повышению производительности трехфазного вихретокового дефектоскопа (ТВД), включающей увеличение скорости сканирования и уменьшение взаимного влияния одноэлементных вихретоковых преобразователей. В качестве источника информативного параметра в ТВД используется трехэлементный трехфазный вихретоковый преобразователь, представленный тремя одноэлементными трансформаторными преобразователями, обмотки возбуждения которых подключены к источнику трехфазного переменного высокочастотного напряжения. На основе теории Вагнера – Эванса предложена математическая модель, описывающая формирование при нарушении симметрии трехфазной системы напряжений так называемой несимметричной системы, которую можно представить в виде суммы симметричных составляющих: прямой, обратной и нулевой последовательностей. С учетом математической модели разработана структурная схема ТВД. Схема предполагает, что возбуждающие обмотки составляющих дефектоскоп одноэлементных преобразователей подключены к источнику трехфазного симметричного напряжения, а на измерительные обмотки при взаимодействии вихретокового преобразователя с объектом контроля поступает вносимое напряжение в виде трехфазной системы. Кроме того, с помощью фильтра симметричных составляющих выделяется напряжение обратной последовательности, которое формируется только при нарушении симметрии вносимых напряжений на измерительных обмотках трехфазного вихретокового преобразователя и может использоваться как информативный параметр для выявления таких дефектов, как, например, нарушения сплошности объекта контроля. Полученные результаты могут быть использованы в вихретоковых дефектоскопах, основанных на методах электромагнитного неразрушающего контроля, для выявления дефектов различной природы.

The use of single-element eddy current transducers in eddy current testing devices limits the flaw detector performance, since the formed eddy current contour corresponding to the average turn of the eddy current transducer coil is limited by the area of this turn and the scanning speed of the tested surface. The presence of several single-element eddy current transducers inevitably has a negative mutual influence. The paper presents the results of increasing the performance of a three-phase eddy current flaw detector (ECF), including increasing the scanning speed and reducing the mutual influence of single-element eddy current transducers. A three-element three-phase eddy current transducer is used as a source of the informative parameter in the ECF, represented by three single-element transformer transducers, the excitation windings of which are connected to a source of three-phase alternating high-frequency voltage. Based on the Wagner – Evans theory, a mathematical model is proposed that describes the formation of the so-called asymmetric system when the symmetry of a three-phase voltage system is violated. This system can be represented as a sum of symmetric components: direct, reverse, and zero sequences. Taking into account the mathematical model, a structural diagram of the eddy current tester has been developed. The diagram assumes that the exciting windings of the single-element converters that make up the flaw detector are connected to a source of three-phase symmetrical voltage, and the measuring windings receive the introduced voltage in the form of a three-phase system when the eddy current converter interacts with the test object. In addition, using a filter for symmetric components, the voltage of the reverse sequence is isolated, which is formed only when the symmetry of the introduced voltages on the measuring windings of the three-phase eddy current converter is violated and can be used as an informative parameter for detecting such defects as, for example, discontinuities in the test object. The obtained results can be used in eddy current flaw detectors based on electromagnetic non-destructive testing methods to detect defects of various natures.

вихретоковый контрольдефектоскопобъект контролятрехфазный вихретоковый преобразовательнарушение сплошности

eddy current testingflaw detectortest objectthree-phase eddy current converterdiscontinuity

Работа финансировалась за счет средств бюджета Омского государственного технического университета. Дополнительные гранты на проведение или руководство данным исследованием не привлекались.

References1

Клюев В. В. Неразрушающий контроль. Справочник. Т. 2. — М.: Машиностроение, 2003. — 688 с.

Klyuev V. V. Nondestructive testing. Reference book. — Moscow: Mashinostroenie, 2003. — 688 p. [in Russian].

Wright M. Eddy Current Testing Technology. — Waterloo, Ontario, Canada: Eclipse Scientific, 2015. — 413 p.

Шубочкин А. Е. Развитие и современное состояние вихретокового метода неразрушающего контроля. — М.: Спектр, 2014. — 288 с.

Shubochkin A. E. Development and current state of the eddy current method of non-destructive testing. — Moscow: Spektr, 2014. — 288 p. [in Russian].

Ghoni R., Dollah M., Sulaiman A., et al. Defect Characterization Based on Eddy Current Technique: Technical Review / Advances in Mechanical Engineering. 2015. N 6. P. 1 – 11. DOI: 10.1155/2014/182496

Wright M. Developing Qualified NDT Procedures & the Technical Justification Process. — Waterloo, Ontario, Canada: Eclipse Scientific, 2016. — 424 p.

Almeida G., Gonzalez J., Rosado L., et al. Advances in NDT and Materials Characterization by Eddy Currents / Procedia CIRP. 2013. N 7. P. 359 – 364. DOI: 10.1016/j.procir.2013.05.061

Казаченко А. Т. Отечественные сканеры вихретокового контроля элементов бурильных труб нефтегазовой отрасли / В мире неразрушающего контроля. 2020. № 3(89). С. 5 – 8. DOI: 10.12737/1609-3178-2020-5-8

Kazachenko A. T. Russian scanners of eddy current testing for the drill-pipes components in oil and gas industry / NDT World. 2020. N 3(89). P. 5 – 9 [in Russian]. DOI: 10.12737/1609-3178-2020-5-8

Учанин В. Н. Применение вихретокового дефектоскопа типа ВД3 – 81 «EDDYCON» для выявления дефектов в резьбовых элементах нефтегазового оборудования / Технология машиностроения. 2016. № 9. С. 51 – 54.

Uchanin V. N. Usage of eddy current flaw detector VDZ-81 «EDDYCON» for finding defects in threaded units of oil and gas equipment / Tekhnol. Mashinostr. 2016. N 9. P. 51 – 54 [in Russian].

Wu J., Fang H., Li L., et al. A Lift-Off-Tolerant Magnetic Flux Leakage Testing Method for Drill Pipes at Wellhead / Sensors. 2017. Vol. 17(1). P. 201. DOI: 10.3390/s17010201

Ефимов А. Г. Электромагнитные и магнитные методы неразрушающего контроля для контроля накопления поврежденности в конструкционных сталях и сплавах (обзор) / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 8. С. 49 – 57. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-8-49-57

Efimov A. G. Electromagnetic and magnetic methods of non-destructive testing for monitoring the accumulation of damage in structural steels and alloys (review) / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2020. Vol. 86. N 8. P. 49 – 57 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-8-49-57

Сясько В. А., Чертов Д. Н. Выявление расслоений углепластиковых материалов с использованием тангенциальных вихретоковых преобразователей / В мире неразрушающего контроля. 2012. № 2(56). С. 19 – 21.

Syasko V. A., Chertov D. N. Detection of delaminations of carbon fiber materials using tangential eddy current transducers / NDT World. 2012. N 2(56). P. 19 – 21 [in Russian].

Смотрова С. А., Смотров А. В., Кокуров А. М., и др. Сравнение кривых выявляемости наружных и внутренних повреждений образцов углепластиков по результатам неразрушающего контроля электрофизическими методами / Техника радиосвязи. 2022. № 4(55). С. 125 – 135.

Smotrova S. A., Smotrov A. V., Kokurov A. M., et al. Comparison of detectability curves for external and internal damage of carbon fiber plastic samples based on the results of electrophysical non-destructive testing / Radio Comm. Technol. 2022. N 4(55). P. 125 – 135 [in Russian].

Mizukami K., Mizutani Y., Kimura K., et al. Detection of in-plane fiber waviness in cross-ply CFRP laminates using layer selectable eddy current method / Composites: Part A: Applied Science and Manufacturing. 2016. Vol. 82. P. 108 – 118. DOI: 10.1016/j.compositesa.2015.11.040

Шкатов П. Н., Дидин Г. А., Ермолаев А. А. Определение послойного распределения эквивалентной удельной электрической проводимости в многослойных углепластиковых композиционных материалах вихретоковым методом / Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2019. № 4-1(336). С. 52 – 58.

Shkatov P. N., Didin G. A., Ermolaev A. A. Determination of layered distribution of specific conductance in multilayer carbon-fiber composite materials using the eddy current method / Fund. Appl. Probl. Eng. Technol. 2019. N 4-1(336). P. 52 – 58 [in Russian].

Shkatov P. N., Didin G. A., Subbotin D. E., et al. Study of Interaction of Eddy Current Probes and Delamination in Multidirectional CFRP CFRP / Modern Problems in Materials Processing, Manufacturing, Testing and Quality Assurance II: Materials Science Forum. 2019. Vol. 970. P. 305 – 313. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.970.305

Ключникова М. А., Атавин В. Г., Узких А. А. и др. Опыт неразрушающего контроля углепластиков с помощью рентгенотелевизионного и вихретокового методов / 20-я науч.-техн. конф. «Молодежь в науке»: сб. мат. — Саров, 2023. С. 325 – 331.

Klyuchnikova M. A., Atavin V. G., Uzkikh A. A., et al. Research in non-destructive testing of carbon fiber plastics using X-ray and eddy current methods / 20th scientific and technical conf. «Youth in Science»: coll. of works. — Sarov, 2023. P. 325 – 331 [in Russian].

Ахмеджанов Р. А., Чегодаев Ф. В., Катин М. В. Широкозахватный накладной вихретоковый преобразователь / IV Всероссийская науч.-техн. конф. «Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава»: сб. мат. — Омск: ОГУПС, 2017. С. 56 – 60.

Akhmedzhanov R. A., Chegodaev F. V., Katin M. V. Wide-angle overhead eddy current converter / IV All-Russian scientific and technical conf. «Technological support for repair and improvement of the dynamic qualities of railway rolling stock»: coll. of works. — Omsk: OGUPS, 2017. P. 56 – 60 [in Russian].

Dmitriev S. F., Ishkov A. V., Malikov V. N., et al. Scanning the Welded Seams of Titanium Alloys by Using Subminiature Eddy Current Transducers / Materials Science Forum. 2017. N 906. P. 147 – 152. DOI: 10.1051/matecconf/201712901026

Алешин Н. П., Могильнер Л. Ю., Крысько Н. В. и др. Возможности контроля сварных соединений стенки стальных резервуаров с применением ультразвукового и вихретокового методов / Дефектоскопия. 2022. № 8. С. 3 – 11. DOI: 10.31857/S0130308222080012

Aleshin N. P., Mogilner L. Yu., Krysko N. V., et al. Possibilities for monitoring of welded joints on the walls of steel tanks using ultrasonic and eddy current methods / Nondestr. Testing. 2022. N 8. P. 3 – 11 [in Russian]. DOI: 10.31857/S0130308222080012

Алешин Н. П., Могильнер Л. Ю., Крысько Н. В. и др. Оценка достоверности контроля сварных соединений стенки стальных резервуаров с применением ультразвукового и вихретокового методов / Дефектоскопия. 2022. № 9. С. 3 – 13. DOI: 10.31857/S0130308222090019

Aleshin N. P., Mogilner L. Yu., Krysko N. V., et al. Assessing the reliability of testing of welded joints on the walls of steel tanks using ultrasonic and eddy current methods / Nondestr. Testing. 2022. N 9. P. 3 – 13 [in Russian]. DOI: 10.31857/S0130308222090019

Malikov V. N., Dmitriev S. F., Ishkov A. V., et al. Investigation of steel to dielectric transition using microminiature eddy-current converter / MATEC Web Conf. 2017. Vol. 143. DOI: 10.1051/matecconf/201814303005

Dmitriev S. F., Katasonov A. O., Malikov V. N., et al. Flaw detection of alloys using the eddy-current method / Russian Journal of Nondestructive Testing. 2016. Vol. 52. N 1. P. 32 – 37. DOI: 10.1134/S1061830916010058

Malikov V. N., Dmitriev S. F., Ishkov A. V., et al. Research of aluminium alloys with use of subminiature eddy current transducers / IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Mechanical engineering. 2017. Vol. 87. DOI: 10.1088/1755-1315/87/8/082031

Dmitriev S. F., Ishkov A. V., Katasonov A. O., et al. Measurement System for Studying Flaws in Alloy Slabs by Means of Subminiature Eddy-Current Transducers / Measurement Techniques. 2017. Vol. 60. N 4. DOI: 10.1007/s11018-017-1204-5

Егоров А. В., Поляков В. В., Пирогов А. А. и др. Многочастотная вихретоковая дефектоскопия алюминиевых сплавов / Известия АГУ. 2014. Т. 1. № 2. С. 176 – 180. DOI: 10.14258/izvasu(2014)1.2-30

Egorov A. V., Polyakov V. V., Pirogov A. A., et al. Multi-frequency eddy current testing of aluminum alloys / Izv. AGU. 2014. Vol. 1. N 2. P. 176 – 180 [in Russian]. DOI: 10.14258/izvasu(2014)1.2-30

Алешин Н. П., Скрынников С. В., Крысько Н. В. и др. Классификация поверхностных дефектов основного металла трубопроводов по результатам комплексной диагностики / Компьютерная оптика. 2023. Т. 47. № 1. C. 170 – 178. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1185

Aleshin N. P., Skrynnikov S. V., Krysko N. V., et al. Classification of surface defects in the pipeline base metal based on the results of complex diagnostics / Computer optics. 2023. Vol. 47. N 1. P. 170 – 178 [in Russian]. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1185

Ряховских И. В., Каверин А. А., Петухов И. Г. и др. Оценка размеров стресс-коррозионных дефектов при техническом диагностировании газопроводов / Вести газовой науки. 2020. № 2(44). С. 1 – 14.

Ryahovskih I. V., Kaverin A. A., Petuhov I. G., et al. Calculation of the size of stress-corrosion defects during technical diagnostics of gas pipelines / Vesti Gaz. Nauki. 2020. N 2(44). P. 1 – 14 [in Russian].

Mishakin V., Klyushnikov V., Gonchar A., et al. On assessing damage in austenitic steel based on combination of the acoustic and eddy current monitoring / Int. J. Engin. Sci. 2019. Vol. 135. P. 17 – 22. DOI: 10.1016/j.ijengsci.2018.11.001

Gonchar A. V., Klyushnikov V. A., Mishakin V. V., et al. Ultrasonic and Eddy-Current Fatigue Monitoring of Austenitic Steel Welded Joints / Russian Journal of Nondestructive Testing. 2021. Vol. 57. N 7. P. 570 – 578. DOI: 10.1134/S106183092107007X

Алехин С. Г., Самокрутов А. А., Шевалдыкин В. Г. Измерение глубины стресс-коррозионных трещин магистральных газопроводов / Вести газовой науки. 2022. № 1(50). С. 78 – 83.

Alekhin S. G., Samokrutov A. A., Shevaldykin V. G. Measuring the depth of stress-corrosion cracks in main gas pipelines / Vesti Gaz. Nauki. 2022. N 1(50). P. 78 – 83 [in Russian].

Саврай Р. А., Коган Л. Х. Влияние упрочняющей фрикционной обработки на особенности вихретокового контроля усталостной деградации метастабильной аустенитной стали при гигацикловом контактно-усталостном нагружении / Дефектоскопия. 2022. № 8. С. 52 – 61. DOI: 10.31857/S013030822208005X

Savrai R. A., Kogan L. H. The influence of strengthening friction treatment on the features of eddy current control of fatigue degradation of metastable austenitic steel under gigacycle contact fatigue loading / Nondestr. Testing. 2022. N 8. P. 52 – 61 [in Russian]. DOI: 10.31857/S013030822208005X

Рыбалко С. В., Косырев Ю. А., Огородникова М. С. и др. Перспективы применения высокопроизводительных вихретоковых дефектоскопов при диагностике участков газопроводов / Вести газовой науки. 2016. № 3(27). С. 140 – 143.

Rybalko S. V., Kosyrev Yu. A., Ogorodnikova M. S., et al. Prospects for the use of high-performance eddy current flaw detectors in the diagnosis of gas pipeline sections / Vesti Gaz. Nauki. 2016. Vol. 3(27). P. 140 – 143 [in Russian].

Мантрова Ю. В., Покровский А. Д. Исследование сигналов матричного вихретокового преобразователя / Вестник МЭИ. 2017. № 1. С. 74 – 78.

Mantrova Yu. V., Pokrovskii A. D. Study of signals from a matrix eddy current transducer / Vestnik MEI. 2017. N 1. P. 74 – 78 [in Russian].

Куркин А. С. Исследование кинетики фазовых превращений легированной стали методами математического моделирования / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 12. С. 25 – 32. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-12-25-32

Kurkin A. S. Study of the kinetics of phase transformations of alloy steel using mathematical modeling methods / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2019. Vol. 85. N 12. P. 25 – 32 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-12-25-32

Крутов А. В., Кочетова Э. Л., Гузанова Т. Ф. Теоретические основы электротехники: учебно-методическое пособие. — Минск: РИПО, 2016. — 376 с.

Krutov A. V., Kochetova E. L., Guzanova T. F. Theoretical foundations of electrical engineering. — Minsk: RIPO, 2016. — 376 p. [in Russian].

Ахмеджанов Р. А., Макарочкин В. В., Макарочкина Н. В. Математическая модель трехфазного вихретокового преобразователя / IV Всероссийская науч.-техн. конф. «Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышленности и на транспорте»: сб. мат. — Омск: ОГУПС, 2020. С. 223 – 230.

Akhmedzhanov R. A., Makarochkin V. V., Makarochkina N. V. Mathematical model of a three-phase eddy current converter / IV All-Russian scientific and technical conf. «Instruments and methods of measurements, quality control and diagnostics in industry and transport»: coll. of works. — Omsk: OGUPS, 2020. P. 223 – 230 [in Russian].

Бессонов Л. А., Бессонов В. Л. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник. Ч. 1. — М.: Юрайт, 2016. — 364 с.

Bessonov L. A., Bessonov V. L. Theoretical foundations of electrical engineering. Electrical circuits: textbook. Part 1. — Moscow: Yurait, 2016. — 364 p. [in Russian].

Петров А. В., Костюков Д. А. Способ цифровой обработки трехфазного сигнала для выделения симметричных составляющих / Вестник СКУ. 2022. № 3(90). С. 7 – 15. DOI: 10.37493/2307-907X.2022.3.1

Petrov A. V., Kostyukov D. A. A method for digital processing of a three-phase signal to isolate symmetrical components / Vestn. SKU. 2022. N 3(90). P. 7 – 15 [in Russian]. DOI: 10.37493/2307-907X.2022.3.1

The authors declare that there are no conflicts of interest present.