Применение трехфазного вихретокового дефектоскопа для контроля сплошности материала

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.

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

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

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

4. 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

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

6. 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

7. 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

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.

9. 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

10. 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

11. 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.

12. 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.

13. 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

14. 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.

15. 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

16. 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.

17. 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.

18. 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

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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

26. 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

27. 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.

28. 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

29. 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

30. 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.

31. 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

32. 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.

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

34. 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

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

36. 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.

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

38. 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