Badanie prądami wirowymi

Testowanie prądami wirowymi (powszechnie określane również jako testowanie prądami wirowymi i ECT ) jest jedną z wielu metod badań elektromagnetycznych stosowanych w badaniach nieniszczących (NDT), wykorzystujących indukcję elektromagnetyczną do wykrywania i charakteryzowania wad powierzchniowych i podpowierzchniowych materiałów przewodzących .

Historia

Testowanie prądami wirowymi (ECT) jako technika testowania wywodzi się z elektromagnetyzmu . Prądy wirowe zostały po raz pierwszy zaobserwowane przez François Arago w 1824 r., ale odkrycie ich w 1855 r. przypisuje się francuskiemu fizykowi Léonowi Foucault. ECT rozpoczęło się w dużej mierze w wyniku odkrycia indukcji elektromagnetycznej przez angielskiego naukowca Michaela Faradaya w 1831 r. Faraday odkrył, że kiedy jest zamkniętą ścieżką, przez którą może krążyć prąd i zmienne w czasie pole magnetyczne przechodzi przez przewodnik (lub odwrotnie), przez ten przewodnik przepływa prąd elektryczny .

W 1879 roku inny urodzony w Anglii naukowiec, David Edward Hughes , wykazał, jak zmieniają się właściwości cewki pod wpływem kontaktu z metalami o różnej przewodności i przepuszczalności, co zastosowano w metalurgicznych testach sortowania.

Znaczna część rozwoju ECT jako nieniszczącej techniki testowania do zastosowań przemysłowych została przeprowadzona podczas II wojny światowej w Niemczech . Profesor Friedrich Förster pracując dla Kaiser-Wilhelm Institute (obecnie Kaiser Wilhelm Society ) zaadaptował technologię prądów wirowych do zastosowań przemysłowych, opracowując przyrządy do pomiaru przewodnictwa i sortowania mieszanych składników żelaznych. Po wojnie, w 1948 roku, Förster założył firmę, obecnie nazywaną Foerster Group, w której poczynił wielkie postępy w opracowywaniu praktycznych instrumentów EW i ich sprzedaży.

Testowanie prądami wirowymi jest obecnie szeroko stosowaną i dobrze poznaną techniką kontroli do wykrywania wad, a także pomiarów grubości i przewodności.

Analiza firmy Frost & Sullivan dotycząca światowego rynku sprzętu do badań nieniszczących w 2012 r. oszacowała wartość rynku magnetycznego i elektromagnetycznego sprzętu do badań nieniszczących na 220 milionów USD, co obejmuje konwencjonalne prądy wirowe, kontrolę magnetyczno-cząsteczkową , układy prądów wirowych i testy w zdalnym polu . Przewiduje się, że rynek ten będzie rósł w tempie 7,5% rocznie do około 315 milionów USD do 2016 roku.

Zasada ECT

Visualization of Eddy Currens Induction
Wizualizacja indukcji prądów wirowych

W swojej najbardziej podstawowej formie — jednoelementowej sondy ECT — cewka z drutu przewodzącego jest wzbudzana zmiennym prądem elektrycznym. Ta cewka z drutu wytwarza wokół siebie zmienne pole magnetyczne . Pole magnetyczne oscyluje z tą samą częstotliwością co prąd przepływający przez cewkę. Kiedy cewka zbliża się do materiału przewodzącego, w materiale indukowane są prądy przeciwne do tych w cewce — prądy wirowe.

Zmiany przewodności elektrycznej i przenikalności magnetycznej badanego obiektu oraz obecność defektów powoduje zmianę prądu wirowego i odpowiadającą jej zmianę fazy i amplitudy, którą można wykryć mierząc zmiany impedancji w cewce, co jest znakiem rozpoznawczym o obecności wad. Jest to podstawa standardowego (cewka naleśnikowa) ECT. Zestawy NDT mogą być używane w procesie testowania prądami wirowymi.

ECT ma bardzo szeroki zakres zastosowań. Ponieważ ECT ma charakter elektryczny, ogranicza się do materiału przewodzącego. Istnieją również fizyczne ograniczenia generowania prądów wirowych i głębokości penetracji ( głębokość skóry ).

Aplikacje

Dwa główne zastosowania badań wiroprądowych to kontrola powierzchni i kontrola rur. Kontrola powierzchni jest szeroko stosowana w przemyśle lotniczym, ale także w przemyśle petrochemicznym . Technika ta jest bardzo czuła i umożliwia wykrywanie ciasnych pęknięć. Inspekcję powierzchni można przeprowadzić zarówno na materiałach ferromagnetycznych, jak i nieferromagnetycznych.

Kontrola rur jest zasadniczo ograniczona do rur nieferromagnetycznych i jest znana jako konwencjonalne badanie metodą prądów wirowych. Konwencjonalny ECT jest używany do kontroli rur generatorów pary w elektrowniach jądrowych i rur wymienników ciepła w przemyśle energetycznym i petrochemicznym. Technika ta jest bardzo czuła na wykrywanie i rozmiar dołów. Można wykryć utratę ścian lub korozję, ale wymiarowanie nie jest dokładne.

Odmianą konwencjonalnej ECT dla materiałów częściowo magnetycznych jest ECT z pełnym nasyceniem. W tej technice zmiany przepuszczalności są tłumione przez zastosowanie pola magnetycznego. Sondy nasycenia zawierają konwencjonalne cewki wiroprądowe i magnesy. Ta kontrola jest stosowana w przypadku materiałów częściowo ferromagnetycznych, takich jak stopy niklu, stopy typu duplex i materiałów cienkoferromagnetycznych, takich jak ferrytyczna chromowo-molibdenowa stal nierdzewna. Zastosowanie techniki prądów wirowych nasycenia zależy od przepuszczalności materiału, grubości rury i średnicy.

Metodą stosowaną do rur ze stali węglowej jest testowanie prądami wirowymi w zdalnym polu. Ta metoda jest wrażliwa na ogólne ubytki ścian i nie jest wrażliwa na małe wżery i pęknięcia.

EW na powierzchniach

Jeśli chodzi o aplikacje powierzchniowe, wydajność dowolnej techniki kontroli zależy w dużym stopniu od konkretnych warunków — głównie rodzajów materiałów i defektów, ale także stanu powierzchni itp. Jednak w większości sytuacji prawdziwe są następujące stwierdzenia:

  • Skuteczny w przypadku powłok/farby: tak
  • Prowadzenie ewidencji komputerowej: częściowe
  • Obrazowanie 3D/Zaawansowane: brak
  • Uzależnienie od użytkownika: wysokie
  • Prędkość: niska
  • Analiza pokontrolna: brak
  • Wymaga chemikaliów/materiałów eksploatacyjnych: nie

Inne aplikacje

ECT jest również przydatny między innymi do wykonywania pomiarów przewodności elektrycznej i grubości powłok.

Inne techniki testowania prądami wirowymi

Aby obejść niektóre niedociągnięcia konwencjonalnych elektrowstrząsów elektroenergetycznych, opracowano inne techniki testowania prądami wirowymi, z różnymi sukcesami.

Tablica prądów wirowych

Sieć prądów wirowych (ECA) i konwencjonalne ECT mają te same podstawowe zasady działania. Technologia ECA zapewnia możliwość elektronicznego sterowania szeregiem cewek (wielu cewek) ułożonych w określony wzór zwany topologią, która generuje profil czułości dostosowany do docelowych defektów. Akwizycję danych uzyskuje się poprzez multipleksowanie cewek w specjalny sposób, aby uniknąć wzajemnej indukcyjności między poszczególnymi cewkami. Korzyści z ECA to:

  • Szybsze kontrole
  • Szerszy zasięg
  • Mniejsza zależność od operatora — sondy macierzowe dają bardziej spójne wyniki w porównaniu z ręcznymi skanami rastrowymi
  • Lepsze możliwości wykrywania
  • Łatwiejsza analiza dzięki prostszym wzorcom skanowania
  • Ulepszone pozycjonowanie i rozmiar dzięki zakodowanym danym
  • Sondy matrycowe można łatwo zaprojektować tak, aby były elastyczne lub ukształtowane zgodnie ze specyfikacjami, co ułatwia kontrolę trudno dostępnych obszarów

Technologia ECA zapewnia niezwykle wydajne narzędzie i pozwala zaoszczędzić znaczną ilość czasu podczas inspekcji. Kontrola ECA spoin ze stali węglowej jest regulowana przez normę ASTM E3052 .

Badanie prądów wirowych siły Lorentza

Innym, choć blisko związanym fizycznie wyzwaniem, jest wykrywanie głęboko położonych wad i niejednorodności w materiałach stałych przewodzących prąd elektryczny.

Rys. 1: Zasada działania LET. Przyjęty z

W tradycyjnej wersji badania prądami wirowymi do indukowania prądów wirowych wewnątrz badanego materiału stosuje się zmienne pole magnetyczne (AC). Jeśli materiał zawiera pęknięcie lub skazę, która powoduje nierównomierny rozkład przestrzenny przewodności elektrycznej, ścieżka prądów wirowych jest zaburzona, a impedancja cewki, która generuje pole magnetyczne prądu przemiennego, jest modyfikowana. Mierząc impedancję tej cewki, można zatem wykryć pęknięcie. Ponieważ prądy wirowe są generowane przez pole magnetyczne prądu przemiennego, ich przenikanie do obszaru podpowierzchniowego materiału jest ograniczone przez efekt naskórkowy. Stosowalność tradycyjnej wersji badań prądami wirowymi ogranicza się zatem do analizy bezpośredniego sąsiedztwa powierzchni materiału, zwykle rzędu jednego milimetra. Próby przezwyciężenia tego podstawowego ograniczenia za pomocą cewek niskiej częstotliwości i nadprzewodzących czujników pola magnetycznego nie doprowadziły do ​​​​rozpowszechnienia zastosowań.

Najnowsza technika, określana jako testowanie prądami wirowymi siły Lorentza (LET), wykorzystuje zalety stosowania pól magnetycznych prądu stałego i ruchu względnego, zapewniając głębokie i stosunkowo szybkie testowanie materiałów przewodzących prąd elektryczny. Zasadniczo LET stanowi modyfikację tradycyjnego testowania prądów wirowych, od której różni się dwoma aspektami, a mianowicie (i) sposobem indukowania prądów wirowych oraz (ii) wykrywaniem ich zakłóceń. W LET prądy wirowe są generowane przez względny ruch badanego przewodnika i magnesu trwałego (patrz rysunek). Jeśli magnes przechodzi przez defekt, działająca na niego siła Lorentza wykazuje zniekształcenie, którego wykrycie jest kluczem do działania zasady LET. Jeśli obiekt jest wolny od wad, wypadkowa siła Lorentza pozostaje stała.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Eddy-current_testing&oldid=1115428234 ”