vÍŘivÉ proudy

1

VÍŘIVÉ PROUDY DZM 2013

2

3

Vířivé proudy tvoří druhou skupinu v metodách, které využívají ke zjišťování vad materiálu a

výrobků působení elektromagnetického pole.

Na rozdíl od metody magnetických rozptylových toků je metoda vířivých proudů založena na

zjišťování změn fyzikálních vlastností vzorku pomocí magnetického střídavého pole.

Princip metody:

Ve vzorku, který má elektrickou vodivost g

permeabilitu m (fyzikální veličina, udává míru magnetizace v důsledku působícího magnetického pole.

Permeabilita vyjadřuje reakci určitého prostředí na silové účinky magnetického pole)

a určité rozměry

se po jeho vložení do střídavého magnetického pole indukují vířivé proudy, které svými magnetickými

účinky působí zpětně na pole původní - budicí.

Vzniklá magnetická pole (od magnetizační cívky a od vířivých proudů indukovaných ve vzorku)

se vektorově skládají.

Výsledné pole závisí:

o na kmitočtu magnetizačního proudu (f)

o na elektrických a magnetických vlastnostech vzorku (g, m)

o rozměrech vzorku

ÚVOD

VÍŘIVÉ PROUDY

4

Použití

u všech druhů elektricky vodivých materiálů (neferomagnetických i

feromagnetických)

možnost současného odděleného hodnocení dvou parametrů zkoušeného

tělesa (zpravidla výskyt necelistvostí a změna rozměrů) při jediném

kontrolním pochodu, (příznivá vlastnost)

Výhody

umožňuje sledovat vlastnosti zkoušeného tělesa, jejichž změny ovlivňují

elektrickou vodivost nebo průřez, resp. permeabilitu

je bezdotykovou metodou a dovoluje proto vysokou rychlost plynulého

zkoušení

výstupní informací je elektrický signál, který splňuje předpoklady pro

automatizaci kontroly

ÚVOD

VÍŘIVÉ PROUDY

5

Vířivé proudy mohou být použity pro:

• zjišťování trhlin

• měření tloušťky materiálu

• měření tloušťky nátěrů

• měření vodivosti pro :

i. materiálové identifikace

ii. detekce tepelného poškození

iii. stanovení hloubky pláště

iv. kontroly tepelného zpracování

Výhody vířivého proudu:

• Citlivý na malé trhliny a další defekty

• Odhalí povrchové a podpovrchové vady

• Zkoumání dává okamžité výsledky

• Vybavení je přenosné

• Minimální potřebná příprava vzorků

• Testovací sonda nepotřebuje vždy přímý kontakt se součástkou

• Umožňuje vyšetření složitých tvarů a velikosti vodivých materiálů

Omezení metody vířivého proudu:

• Mohou být vyšetřovány pouze elektricky vodivé materiály

• Sonda musí mít dostatečný přístup k povrchu

• Je nutná určitá zručnost a zaškolení, rozsáhlejší než ostatních technik

• Konečná úprava povrchu a „hrbolatost“ může překážet

• Potřeba nastavení pomocí etalonu

• Hloubka penetrace je omezená

• Nelze zjistit vady, které jsou orientovány v určitém směru

VÍŘIVÉ PROUDY

Princip metody vířivých proudů

lze jej vysvětlit na případu válcového tělesa z elektricky vodivého materiálu

vloženého do cívky napájené střídavým elektrickým proudem.

Její střídavé magnetické pole indukuje v tělese elektrické napětí a protože tento

obvod představuje uzavřený proudovodič, vznikají ve válci cirkulární proudy nazývané

vířivé. Tyto proudy vytvářejí vlastní pole, které má opačnou fázi než pole budící.

Vlivem pole vířivých proudů je budící pole zeslabováno a vzniká výsledné

pole, dané vektorovým složením obou dílčích polí.

VÍŘIVÉ PROUDY

7

Nositeli informace o vlastnostech tělesa resp. jeho části jsou amplituda a fáze

výsledného pole H.

Vyhodnocení informace o vlastnostech tělesa se uskutečňuje:

1. buď přímo v cívce, která budí střídavé magnetické pole. Cívkový systém má jedno

vinutí a vyhodnocuje se změna impedance cívky Z (tj. její odpor, který klade

střídavému proudu) co do velikosti a fáze,

2. nebo pomocí cívky snímací, kdy cívkový systém má dvě vinutí (budící a snímací) a

měří se amplituda a fáze napětí na snímacím vinutí.

Trhlina snižuje elektrickou vodivost g materiálu zkoušeného tělesa, vířivé

proudy H2 trhlinu obtékají, jejich dráha se prodlužuje a snižuje se rovněž i hustota

vířivých proudů.

Tím se snižuje i intenzita zeslabení budícího H1, takže intenzita výsledného

pole H a s ní i indukované napětí na snímací cívce stoupne. Zvýšená amplituda

napětí svědčí o výskytu trhliny.

8

METODA S PRŮCHOZÍ CÍVKOU

Square, rectangular, hexagonal and specific

encircling coils

Hot inspection coil

Inspection temperature

up to 1200°C

9

Hlavní oblastí aplikace metody s průchozí cívkou je zkoušení tyčového materiálu (tyče různého průřezu,

trubky, dráty).

Hlavní znaky zkušebního zařízení:

• Diferenciální cívky uspořádané za sebou • Vysoký koeficient plnění cívek (při zkoušení tyčí z nekruhovým průřezem se užívají i nekruhové cívky, např. čtvercové, obdélníkové)

• Vysoká zkušební rychlost, protože se snímač nedotýká zkoušeného předmětu

• Možnost zkoušení i za vysokých teplot pomocí speciálních chlazených snímačů

Nejlépe se zjišťují vady krátké, které během zkoušení nezasáhnou do obou cívek. Při zkoušení trubek

jsou velmi dobře indikovány drobné díry přes celou tloušťku stěny, takže je možno u trubek tímto zkoušením nahradit

zkoušku vnitřním přetlakem.

Indikace dlouhých vad je méně spolehlivá. Pokud vada zasáhne do obou diferenciálních cívek, signál

vady se alespoň částečně vyruší. Dlouhé vady bývají indikovány převážně na koncích, pokud nemají příliš pomalý

náběh.

10

METODA S PŘÍLOŽNOU CÍVKOU

Cívka napájená střídavým proudem se radiálně

přikládá k povrchu zkoušeného tělesa.

Magnetické pole od vířivých proudů zpětně

ovlivňuje vlastnosti příložné cívky a způsobuje změnu její

impedance.

Zpětné působení vířivých proudů bude opět

souviset s elektrickými a magnetickými vlastnostmi zkoušeného

vzorku jako u metody průchozí cívky, dále bude značně záviset

na oddálení cívky od povrchu vzorku a na tloušťce měřeného

vzorku.

"Oddalovací efekt" Ize v některých případech využít, např. při

měření tloušťky nevodivé vrstvy na vodivém podkladu, jindy se

musí potlačovat, např. při kontrole trhlin nebo vodivosti.

11

METODA S PŘÍLOŽNOU CÍVKOU

12

U principu s průchozí cívkou obepínal cívkový systém kontrolované

těleso a údaj metody odpovídal průměrné hodnotě z povrchové vrstvy celého

obvodu tělesa.

Naproti tomu u snímače typu příložné cívky je oblast jeho působení podstatně

omezenější, srovnatelná svými rozměry s rozměry cívkového snímače.

METODA S PŘÍLOŽNOU CÍVKOU

13

14

Zobrazení měřeného signálu

V případě metody s průchozími cívkami je sledovanou informací indukované napětí.

U metody s příložnou cívkou se zpravidla hodnotí změny impedance cívky ZL

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

Přístroje pro kontrolu struktury a záměn materiálu

Kromě zjišťování povrchových vad lze elektromagnetických vlastností materiálu využít

i pro kontrolu některých dílčích, pro zpracovatelské účely důležitých charakteristik. Do tohoto

oboru spadá především kontrola:

- chemického složení feromagnetických i neferomagnetických kovů,

- výsledků jejich tepelného zpracování.

Metody používané pro uvedené účely jsou založeny na závislostech mezi strukturním

stavem kovových materiálů a jejich magnetickými resp. elektrickými vlastnostmi. Protože

nejčastěji zpracovávaným kovovým materiálem jsou feromagnetické oceli, zaměřuje se strukturní

kontrola zejména na tento druh materiálu. Oceli poskytují díky svým feromagnetickým

vlastnostem podstatně širší možnosti kontroly strukturního stavu než materiály neferomagnetické,

u nich lze pro tento účel využít pouze změn elektrická vodivosti.

26

27

28

29

Metoda použití vířivých proudů je čistě metodou komparační. Pro

vyhodnocení vady je zapotřebí: určení základního materiálu, určení materiálu

svaru, příprava povrchu, specifikace vrstvy nátěru, tloušťka vrstvy nátěru, volba

etalonu pro kalibraci.

Při detekci vad, orientovaných kolmo ke směru posunu sondy, je možné

rozpoznání vad pouze větších než 1mm. Určení hloubky vady pouze do

4,5mm.

30

Kontrola hrdla tlakové lahve na trhliny z vnějšího i vnitřní povrchu metodou

vířivých proudů

31

32

33

Rozdílná zkoušená dráha vně a uvnitř lahve, nastavení posunem sond

34

35

36

37