Введение

Электромагнитный метод неразрушающего тестирования проводящих материалов Испытание на вихревом токе (также обычно называемое испытанием на вихревом токе и ЭКТ) является одним из многих методов электромагнитного тестирования, используемых в неразрушающем тестировании (НДТ), используя электромагнитную индукцию для обнаружения и характеристики поверхностных и подповерхностных дефектов в проводящих материалах.

История

Испытание вихревого тока (ЭКТ) как метод тестирования имеет свои корни в электромагнетизме. Волночные токи впервые были замечены Франсуа Араго в 1824 году, но французскому физику Леону Фуко приписывают открытие в 1855 году. ЭКТ началась в основном в результате открытия английским ученым Майкл Фарадеем электромагнитной индукции в 1831 году. Фарадей обнаружил, что когда есть закрытый путь, по которому может циркулировать ток, и изменяющееся во времени магнитное поле проходит через проводник (или наоборот), электрический ток течет через этот проводник. В 1879 году другой английский ученый Дэвид Эдвард Хьюз продемонстрировал, как изменяются свойства катушки при контакте с металлами разной проводимости и проницаемости, что было применено к металлургическим сортировочным испытаниям. Большая часть разработки ЭСТ как метода неразрушающего тестирования для промышленных применений была проведена во время Второй мировой войны в Германии. Профессор Фридрих Фёрстер, работая в Институте императора Вильгельма (ныне Общество императора Вильгельма), адаптировал технологию вихревого тока для промышленного использования, разработав приборы для измерения проводимости и сортировки смешанных железных компонентов. После войны, в 1948 году, Форстер основал компанию, теперь называемую Foerster Group, где он сделал большие успехи в разработке практических инструментов ЭЦТ и их маркетинге. Испытание вихревого тока в настоящее время является широко используемым и хорошо известным методом проверки для обнаружения дефектов, а также измерения толщины и проводимости. Анализ Frost & Sullivan на мировом рынке оборудования НДТ в 2012 году оценил рынок магнитного и электромагнитного оборудования НДТ в 220 миллионов долларов, который включает в себя обычные вихревые токи, проверку магнитных частиц, массив вихревых токов и дистанционное полевое тестирование. Этот рынок, по прогнозам, будет расти со скоростью 7,5% в совокупном годовом исчислении до примерно $315 млн к 2016 году.]] В своей самой простой форме - одноэлементный зонд ЭКТ - катушка проводящей проволоки возбуждается переменным электрическим током. Эта катушка из проволоки создает поперечное магнитное поле вокруг себя. Магнитное поле колеблется с той же частотой, что и ток, проходящий через катушку. Когда катушка приближается к проводящему материалу, токи, противоположные тем, которые находятся в катушке, индуцируются в материале - вихревые токи. Изменения в электрической проводимости и магнитной проницаемости испытуемого объекта, а также наличие дефектов вызывают изменение вихревого тока и соответствующее изменение фазы и амплитуды, которые могут быть обнаружены путем измерения изменений импеданса на катушке, что является показательным признаком наличия дефектов. Это основа стандартной (панкейк-кольцевой) ЭКТ. НДТ-комплекты могут использоваться в процессе испытаний вихревого тока. ЭКТ имеет очень широкий спектр применения. Поскольку ЭСТ носит электрический характер, она ограничивается проводящими материалами. Существуют также физические ограничения для генерации вихревых токов и глубины проникновения (глубины кожи).

Приложения

Два основных применения испытаний вихревого тока - это инспекция поверхности и инспекция труб. Поверхностный контроль широко используется в аэрокосмической промышленности, а также в нефтехимической промышленности. Эта техника очень чувствительна и может обнаружить узкие трещины. Поверхностный контроль может проводиться как на ферромагнитных, так и на неферромагнитных материалах. Проверка труб обычно ограничивается неферомагнитными трубами и известна как обычное испытание вихревого тока. Обычная электроэлектрическая технология используется для проверки труб парогенераторов на атомных электростанциях и труб теплообменников в энергетической и нефтехимической промышленности. Техника очень чувствительна к обнаружению и размеру ям. Потеря или коррозия стены могут быть обнаружены, но размер не точен. Вариантом обычной ЭКТ для частично магнитных материалов является ЭКТ полного насыщения. При этом методе изменения проницаемости подавляются путем применения магнитного поля. Зонды насыщения содержат обычные катушки вихревого тока и магниты. Эта проверка используется для частично ферромагнитных материалов, таких как никелевые сплавы, дуплексные сплавы и тонкие ферромагнитные материалы, такие как ферритная хроммолибденная нержавеющая сталь. Применение метода насыщения вихревым током зависит от проницаемости материала, толщины трубки и диаметра. Метод, используемый для труб из углеродистой стали, - это дистанционное испытание вихревого тока. Этот метод чувствителен к общему потере стенки и не чувствителен к небольшим ям и трещинам.

Другие применения

ЭКТ также полезен для измерения электрической проводимости и толщины покрытия, среди прочего.

Другие методы испытаний вихревого тока

Чтобы обойти некоторые недостатки обычной ЭСТ, были разработаны другие методы тестирования вихревого тока с различными успехами.

Испытание вихревого тока силой Лоренца

Другая, хотя и физически близкая проблема - обнаружение глубоко лежащих недостатков и неравномерности в электропроводящих твердых материалах. В традиционной версии испытаний вихревого тока для вызывания вихревых токов внутри исследуемого материала используется переменное (AC) магнитное поле. Если материал содержит трещину или дефект, которые делают пространственное распределение электрической проводимости неравномерным, путь вихревых токов нарушается, и импиданс катушки, которая генерирует магнитное поле переменного тока, изменяется. Измеряя импиденцию этой катушки, можно обнаружить трещину. Поскольку вихревые токи генерируются магнитным полем переменного тока, их проникновение в подповерхностную область материала ограничено эффектом кожи. Поэтому применение традиционного варианта испытаний вихревым током ограничено анализом непосредственной близости поверхности материала, обычно порядка одного миллиметра. Попытки преодолеть это фундаментальное ограничение с использованием низкочастотных катушек и сверхпроводящих датчиков магнитного поля не привели к широкому применению. Недавний метод, называемый испытанием вихревого тока силой Лоренца (LET), использует преимущества применения постоянных магнитных полей и относительного движения, обеспечивая глубокое и относительно быстрое испытание электрически проводящих материалов. В принципе, LET представляет собой модификацию традиционного испытания вихревых токов, от которого он отличается по двум аспектам, а именно: (i) как индуцируются вихревые токи и (ii) как обнаруживается их возмущение. В ЛЭТ вихревые токи генерируются путем обеспечения относительного движения между проводником, подвергающимся испытанию, и постоянным магнитом (см. рисунок). Если магнит проходит мимо дефекта, сила Лоренца, действующая на него, показывает искажение, обнаружение которого является ключом к принципу работы LET. Если объект свободен от дефектов, полученная сила Лоренца остается постоянной.