ДОСЛІДЖЕННЯ СЕГМЕНТОВАНОГО ВИХОРОСТРУМОВОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ДЛЯ НЕРУЙНІВНОГО КОНТРОЛЮ ЦИЛІНДРИЧНИХ ЗРАЗКІВ - Scientific conference
Main page
UA PL EN

Congratulation from Internet Conference!

Hello

Рік заснування видання - 2011

ДОСЛІДЖЕННЯ СЕГМЕНТОВАНОГО ВИХОРОСТРУМОВОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ДЛЯ НЕРУЙНІВНОГО КОНТРОЛЮ ЦИЛІНДРИЧНИХ ЗРАЗКІВ

09.04.2026 19:07

[3. Technical sciences]

Author: Бульдяк Ярослав Андрійович, аспірант, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м.Харків



На сьогодні існує широкий спектр методів неруйнівного контролю, зокрема ультразвуковий, рентгенографічний, магнітний, вихорострумовий, акустичний та оптичний. Проте кожен із цих методів має свої обмеження. Наприклад, рентгенівський контроль вимагає дорогого обладнання та спеціальних умов роботи, ультразвуковий контроль чутливий до геометрії зразка, а магнітний метод може використовуватися лише для феромагнітних матеріалів. У зв’язку з цим перспективним напрямом є використання вихорострумового методу, який поєднує в собі високу швидкість контролю, можливість автоматизації процесу та відсутність необхідності у безпосередньому контакті з об'єктом. [1-3]

Основним принципом вихорострумового контролю є взаємодія зовнішнього електромагнітного поля з вихровими струмами, що індукуються в контрольованому матеріалі. Однак практичне застосування цього методу для контролю зварних з'єднань має ряд труднощів: cкладність інтерпретації вихідного сигналу, неточність розрахункових моделей, вплив розмагнічувального фактору та залишкових напружень. У зв’язку з вищенаведеними обмеженнями традиційного підходу, виникає необхідність у створенні нових конструкцій вихорострумових перетворювачів, які здатні забезпечити підвищену просторову чутливість, стабільність вимірювань та адаптивність до складної геометрії зварних з'єднань, зокрема на циліндричних поверхнях. Особливої актуальності набуває задача підвищення точності виявлення локальних дефектів без зниження швидкості контролю та з можливістю подальшої автоматизації процесу.

У цій роботі запропоновано модель вихорострумового перетворювача сегментованого типу, що дозволяє реалізувати зональний підхід до контролю поверхні циліндричного об'єкта. На відміну від класичних прохідних або накладних ВСП, нова конструкція передбачає просторове розміщення збуджувальних та приймальних котушок по колу, що дозволяє не лише фіксувати наявність дефекту, але й локалізувати його положення по кутовому напрямку. Такий підхід забезпечує кращу інформативність сигналу та покращену здатність до діагностики аномалій у швах, особливо при наявності асиметричних або частково замаскованих дефектів. [4]




Рисунок 1 -  Модель вихорострумового перетворювача сегментованого типу

Центральним елементом конструкції є циліндричний зразок, що імітує трубчастий металевий елемент. Він має умовний діаметр a, який вказує на характерну геометричну розмірність поперечного перерізу. Модель включає чотири індуктивні компоненти: L1 та L2 – збуджувальні (намагнічувальні) обмотки, розташовані у верхній частині схеми та з’єднані з генератором змінної напруги (позначений символом синусоїдального джерела). L3 та L4 – приймальні (вимірювальні) обмотки, які розташовані в нижній частині схеми симетрично до зразка.

Розглянемо одну з секцій запропонованого сегментованого вихорострумового перетворювача, яка складається із збуджувальної котушки індуктивності L, розташованої над певною ділянкою зразка. При подачі змінної напруги на котушку створюється змінне магнітне поле, що проникає в об’єкт контролю й індукує в ньому вихрові струми. У загальному випадку комплексний імпеданс котушки описується виразом:




де R – активний опір котушки (враховує втрати у матеріалі), L – індуктивність з урахуванням взаємодії з провідником, ω – кутова частота збудження:




При наявності дефекту в області дії котушки змінюється розподіл вихрових струмів, що впливає на величину вторинного магнітного поля та, відповідно, змінює повний імпеданс. Було введено параметр чутливості як зміну імпедансу в присутності дефекту:




Чутливість секції вимірюється через зміну амплітуди або фази напруги на котушці:




У разі зонної структури сигнал аналізується як вектор:




А положення дефекту визначається через зону з найбільшим |∆Zi |. 

Для кількісного аналізу роботи моделі ВСП було виконано розрахунок електромагнітних параметрів однієї з його секцій. Взято типові значення для конструкції, що застосовується для контролю зварного шва сталевого трубчастого виробу: частота збудження f=100 кГц, електропровідність сталі σ=5.8×106 C/м, відносна магнітна проникність сталі μт=100, магнітна стала μ0=4π×10(-7) Гн/м. Кількість витків котушки була прийнята за N = 150, діаметр котушки D = 15 мм, довжина l = 10 мм.

Прийнявши активний опір котушки 10 Ом, розрахунки показали, що при зміні магнітних або електричних властивостей через наявність дефекту імпеданс зміниться на j20 Ом та відносна чутливість складе 8%




Рисунок 2 - Порівняння імпедансу з втратами та без

На рисунку 2 представлено порівняння частотної залежності модуля комплексного імпедансу котушки у випадку ідеальної (без втрат) та реальної моделі з урахуванням ефекту екранування. Як видно з графіка, у діапазоні частот 100-500 кГц різниця між ідеальним та реальним імпедансом стає суттєвою.

Розрахунки показали, що навіть незначні зміни у властивостях металу призводять до помітної зміни імпедансу котушки, що дозволяє використовувати дану модель для високочутливого зонного контролю зварних з’єднань. Згідно з отриманими даними, схема є ефективною для реєстрації дефекті у поверхневому шарі товщиною до 0.2 мм при частоті 100 кГц та підтверджує необхідність врахування втрат при побудові точної моделі перетворювача.

Література

1. Forster F. Principles of Eddy Current Testing / F. Forster // Metal Progress. –1959. –Vol. 75, №1. –P.101.

2. Non-destructive testing / dr. R. Halmshaw. 2-nd ed. L.: The British Institute of Non-Destructive Testing, 2004.

3. Nondestructive testing of deep foundations / Bernard Hertlein, Allen Davis. WILEY publisher, 2006. – 290 p.

4. Gao S., Zheng Y., Li S. та ін. Eddy Current Array for Defect Detection in Finely Grooved Structure Using MSTSA Network. Sensors, 2024; 24 (18): 6078

___________________________________

Науковий керівник: Горкунов Борис Митрофанович, доктор технічних наук, професор, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»



Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Another articles in this section

Сonferences

Conference 2026

Conference 2025

Conference 2024

Conference 2023

Conference 2022

Conference 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення