RU2161795C2

RU2161795C2 - Method of testing quality of welds of thin-walled metal parts and device for its embodiment

Info

Publication number: RU2161795C2
Application number: RU97106970/28A
Authority: RU
Inventors: Э.П. Иванов; А.Н. Лаптов
Original assignee: Государственный ракетный центр "КБ им. акад. В.П.Макеева"
Priority date: 1997-04-29
Filing date: 1997-04-29
Publication date: 2001-01-10

Abstract

FIELD: nondestructive test. SUBSTANCE: method and device are intended for testing the butt welds of electrostatic screens, casings, cans, and vessels for liquid. Eddy currents are excited by induction coil from one side of tested article wall. Radiation area of induction coil is commensurable with section of minimum defect detected. Measurements are performed by means of measuring coil positioned from other side of article wall. Measuring coil area exceeds radiation of induction coil by two and more orders. EFFECT: increased testing method sensitivity and resistance of testing equipment to electromagnetic and temperature interference. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля вихревыми токами качества сварных швов металлических изделий и может быть широко использовано в различных отраслях промышленности, в частности в пищевой при изготовлении консервных банок. The invention relates to non-destructive methods for controlling the eddy current quality of welds of metal products and can be widely used in various industries, in particular in food, in the manufacture of cans.

Известен способ контроля листовых изделий, заключающийся в том, что на одной из поверхностей изделия наводят синусоидальные вихревые токи, а на противоположной поверхности измеряют изменения плотности вихревых токов, вызванное дефектом, с помощью индикаторной катушки, вращающейся вдоль силовых линий вихревых токов в металле (авт. св. СССР N 249020, опубликованное 06.01.1970 г.). A known method for controlling sheet products is that sinusoidal eddy currents are induced on one of the surfaces of the product, and changes in the density of eddy currents caused by a defect are measured on the opposite surface using an indicator coil rotating along the field lines of eddy currents in a metal (ed. St. USSR N 249020, published on 01/06/1970).

Данный способ осуществляется в известном из того же авторского свидетельства устройстве - дефектоскопе, содержащем экранный датчик, включающий индукторную и индикаторную катушки, скобу, на концах которой установлены неподвижно индукторная катушка и двигатель так, что их оси совпадают, а на оси двигателя установлена оправка, на которой закреплена индикаторная катушка с эксцентриситетом относительно оси, равным радиусу индикаторной катушки. Описанные способ и устройство для его осуществления - вихретоковый датчик (преобразователь), имеют низкую чувствительность к дефектам, требуют для их использования дефектоскоп сложной конструкции. This method is carried out in a device known from the same copyright certificate — a flaw detector containing a screen sensor, including an inductor and an indicator coil, a bracket, at the ends of which the inductor coil and the motor are fixed so that their axes coincide and the mandrel is mounted on the axis of the motor, which is fixed indicator coil with an eccentricity relative to the axis equal to the radius of the indicator coil. The described method and device for its implementation - eddy current sensor (transducer), have low sensitivity to defects, require a flaw detector of complex design for their use.

Наиболее близким к изобретению, относящемуся к способу контроля качества сварных швов, является способ контроля качества листовых металлических изделий, заключающийся в том, что на одной из поверхностей изделия возбуждают вихревые токи, а на противоположной измеряют изменения амплитуды или фазы вихревых токов при появлении дефектов в зоне контроля (B.С. Соболев, Ю.М. Шкарлет "Накладные и экранные датчики", "Наука", Новосибирск, 1967 г. стр. 99...104). Closest to the invention relating to a method for controlling the quality of welds is a method for controlling the quality of sheet metal products, which consists in the fact that eddy currents are excited on one of the surfaces of the product, and changes in the amplitude or phase of eddy currents when defects appear in the zone are measured control (B.S. Sobolev, Yu.M. Shkarlet "Overhead and screen sensors", "Science", Novosibirsk, 1967, pp. 99 ... 104).

В этом источнике описан вихретоковый преобразователь для контроля качества листовых металлических изделий, содержащий индукторную и измерительные катушки, размещаемые с противоположных сторон стенки контролируемого изделия. Катушки выполнены цилиндрическими и установлены соосно. Недостатком описанного преобразователя является низкая чувствительность к точечным дефектам, поскольку площади сечений индукторной и измерительной катушек велики по сравнению с размерами дефектов. При этом величина вихревых токов, проникших на противоположную поверхность сквозь толщу металла, значительно превосходит величину вихревых токов, прошедших по стенкам дефекта (в случае сквозного дефекта) или через остаточную толщу металла в зоне дефекта (при несквозном дефекте). Вследствие этого полезный сигнал от дефекта, наводимый в измерительной катушке, маскируется довольно большим уровнем фона. Одновременное уменьшение габаритов индукторной и измерительной катушек преобразователя не приводит к заметному увеличению чувствительности к точечным дефектам. Кроме того, при определенных условиях чувствительность преобразователя к импульсным промышленным помехам, к изменению температуры окружающей среды, к изменениям высоты валика сварного шва может стать сравнимой с чувствительностью к дефекту. This source describes an eddy current transducer for monitoring the quality of sheet metal products, containing inductor and measuring coils placed on opposite sides of the wall of the controlled product. The coils are cylindrical and mounted coaxially. The disadvantage of the described Converter is the low sensitivity to point defects, since the cross-sectional areas of the inductor and measuring coils are large compared with the size of the defects. In this case, the magnitude of the eddy currents penetrating the opposite surface through the thickness of the metal significantly exceeds the magnitude of the eddy currents passing along the walls of the defect (in the case of a through defect) or through the residual thickness of the metal in the defect zone (in case of a non-through defect). As a result, the useful signal from the defect induced in the measuring coil is masked by a rather large background level. Simultaneous reduction in the dimensions of the inductor and measuring coils of the converter does not lead to a noticeable increase in sensitivity to point defects. In addition, under certain conditions, the sensitivity of the converter to industrial impulse noise, to changes in ambient temperature, to changes in the height of the weld bead can become comparable with a sensitivity to a defect.

Следовательно, описанный способ и преобразователь для его осуществления не могут быть использованы для контроля качества сварных швов тонкостенных металлических изделий, где имеют место преимущественно точечные дефекты. Therefore, the described method and the converter for its implementation cannot be used to control the quality of welds of thin-walled metal products, where predominantly point defects occur.

Предлагаемыми изобретениями решается задача концентрации наводимых в металле вихревых токов на дефекте, в результате чего повышается чувствительность контроля качества сварных швов тонкостенных изделий. The proposed inventions solve the problem of the concentration of eddy currents induced in the metal on the defect, resulting in increased sensitivity of quality control of welds of thin-walled products.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе контроля качества сварных швов тонкостенных изделий, включающем наведение вихревых токов на одной поверхности стенки, а измерение их - на противоположной, вихревые токи наводят в зоне, площадь которой соизмерима с площадью сечения дефекта, а измеряют на площади, превосходящей площадь излучения на два порядка и более. To obtain such a technical result in the proposed method for controlling the quality of welds of thin-walled products, including inducing eddy currents on one surface of the wall, and measuring them on the opposite, eddy currents are induced in an area whose area is commensurate with the cross-sectional area of the defect, and measured on the area exceeding the radiation area by two orders of magnitude or more.

Отличительный признак предлагаемого способа заключается в том, что вихревые токи наводят в зоне, соизмеримой с сечением дефекта, а измеряют на площади, превосходящей площадь излучения на два порядка и более. A distinctive feature of the proposed method is that eddy currents induce in the area commensurate with the cross section of the defect, and measured on an area exceeding the radiation area by two orders of magnitude or more.

Для достижения технического результата описанного способа предлагается вихретоковый преобразователь, содержащий индукторную и измерительную катушки, размещенные с противоположных сторон стенки контролируемого изделия. В отличие от известных, в предлагаемом преобразователе площадь излучения индукторной катушки соизмерима с площадью сечения минимального дефекта, а площадь приема измерительной катушки превосходит ее на два и более порядка. To achieve the technical result of the described method, an eddy current transducer is proposed, comprising an inductor and a measuring coil placed on opposite sides of the wall of the controlled product. Unlike the known ones, in the proposed converter the radiation area of the inductor coil is comparable with the cross-sectional area of the minimum defect, and the receiving area of the measuring coil exceeds it by two or more orders of magnitude.

Описанная конструкция преобразователя позволяет без повышения мощности излучения повысить чувствительность преобразователя на порядок и более. The described design of the converter allows without increasing the radiation power to increase the sensitivity of the converter by an order of magnitude or more.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. The proposed method is as follows.

Источником электромагнитного излучения, соизмеримым с размерами дефекта, в стенке контролируемого изделия возбуждают вихревые токи в ограниченной зоне сварного шва. С противоположной стороны стенки приемником, площадь приема которого на два порядка и более превосходит излучатель, измеряют электромагнитное излучение вихревых токов, проходящих на противоположную сторону через металл. В результате в приемнике всегда присутствует ЭДС, величина которой может в незначительных пределах плавно колебаться. По резкому увеличению ЭДС в приемнике судят о наличии дефекта в зоне контроля. The source of electromagnetic radiation, commensurate with the size of the defect, in the wall of the controlled product, eddy currents are excited in a limited area of the weld. On the opposite side of the wall by a receiver, the reception area of which is two orders of magnitude or more greater than the emitter, the electromagnetic radiation of the eddy currents passing on the opposite side through the metal is measured. As a result, the emf is always present in the receiver, the magnitude of which can smoothly fluctuate to insignificant limits. A sharp increase in the emf in the receiver judges the presence of a defect in the control zone.

Пример. При возбуждении вихревых токов стирающей головкой от бытового магнитофона с зазором 0,1 мм в стенке изделия из стали дефект сварного шва размерами 0,1 х 0,5 мм приводит к возрастанию ЭДС в приемнике (цилиндрической катушке диаметром 12 мм) в два раза. Ранее известные способы контроля таких результатов не показывали. Example. When eddy currents are excited by a washing head from a household tape recorder with a gap of 0.1 mm in the steel product wall, a weld joint defect of 0.1 x 0.5 mm in size leads to a twofold increase in the emf in the receiver (cylindrical coil with a diameter of 12 mm). Previously known methods for monitoring such results did not show.

Предлагаемый вихретоковый преобразователь, представленный на чертеже, содержит индукторную катушку 1 на магнитопроводе 2 со щелевым зазором 3 - источником возбуждения вихревых токов, измерительную катушку 4. На чертеже показано также взаимное расположение вихретокового преобразователя относительно стенки 5 контролируемого изделия со сварным швом 6. The proposed eddy current transducer, shown in the drawing, contains an inductor coil 1 on the magnetic circuit 2 with a slit gap 3 — a source of eddy current excitation, a measuring coil 4. The figure also shows the relative position of the eddy current transducer relative to the wall 5 of the test product with a weld 6.

Индукторная 1 и измерительная 4 катушки преобразователя жестко связаны между собой (например скобой), а ось катушки 4 проходит через центр целевого зазора 3 магнитопровода 2 индукторной катушки 1 и перпендикулярна поверхности стенки 5 контролируемого изделия. The inductor 1 and measuring 4 coils of the transducer are rigidly interconnected (for example, a bracket), and the axis of the coil 4 passes through the center of the target gap 3 of the magnetic circuit 2 of the inductor coil 1 and is perpendicular to the wall surface 5 of the controlled product.

Преобразователь работает следующим образом. The converter operates as follows.

Преобразователь устанавливается так, что ось измерительной катушки 4 проходит через среднюю линию сварного шва 6 и перпендикулярна поверхности стенки 5 контролируемого изделия. На индукторную катушку 1 подается синусоидальный ток высокой частоты. В зазоре 3 магнитопровода 2 под воздействием тока в катушке 1 создается электромагнитное излучение, возбуждающее на поверхности стенки 5, обращенной к катушке 1, вихревые токи. Поскольку величина щелевого зазора 3 невелика (например у стирающей головки бытового магнитофона не более 0,1 мм), возбуждаемые вихревые токи сосредоточены и зоне воздействия электромагнитного излучения, ослабляясь по плотности по мере распространения по поверхности металла. Распространяются вихревые токи и вглубь металла, ослабляясь по плотности в зависимости от их частоты и глубины проникновения. На противоположную поверхность стенки выходит лишь незначительная часть вихревых токов, которые наводят ЭДС в измерительной катушке 4. Величина ЭДС в катушке 4 отражает величину плотности вихревых токов, прошедших на поверхность стенки 5, обращенную к катушке 4. The Converter is installed so that the axis of the measuring coil 4 passes through the middle line of the weld 6 and is perpendicular to the surface of the wall 5 of the controlled product. The inductor coil 1 is supplied with a high frequency sinusoidal current. In the gap 3 of the magnetic circuit 2, under the influence of a current in the coil 1, electromagnetic radiation is generated, which generates eddy currents on the surface of the wall 5 facing the coil 1. Since the gap gap 3 is small (for example, at the eraser head of a household tape recorder no more than 0.1 mm), the excited eddy currents are concentrated in the zone of exposure to electromagnetic radiation, weakening in density as they propagate along the metal surface. Eddy currents propagate deep into the metal, weakening in density depending on their frequency and penetration depth. Only a small part of the eddy currents that induce the EMF in the measuring coil 4 reaches the opposite wall surface. The magnitude of the EMF in the coil 4 reflects the density of the eddy currents transmitted to the surface of the wall 5 facing the coil 4.

С появлением дефекта в зоне возбуждения вихревых токов, при перемещении преобразователя вдоль сварного шва 6, ЭДС в катушке 4 резко возрастает. With the appearance of a defect in the zone of eddy current excitation, when the transducer moves along the weld 6, the EMF in the coil 4 increases sharply.

Резкое увеличение ЭДС вызвано таким же резким возрастанием вихревых токов на поверхности стенки 2, обращенной к измерительной катушке 4, при наличии дефекта в зоне их возбуждения. В предлагаемом преобразователе сечение источника излучения и возбуждения вихревых токов соизмеримо с сечением дефекта, поэтому основная масса вихревых токов при наличии дефекта по его внутренним полостям (стенкам), устремляется на противоположную сторону стенки 5 и сварного шва 6 контролируемого изделия. Величина прошедших через дефект вихревых токов на противоположную поверхность, обращенную к катушке 4, зависит от сечения самого дефекта в сварном шве, то есть от того, сколько вихревых токов может пропустить дефект, а не от того как быстро они ослабляются, прежде чем выйти на противоположную поверхность. A sharp increase in EMF is caused by the same sharp increase in eddy currents on the surface of the wall 2, facing the measuring coil 4, in the presence of a defect in the zone of their excitation. In the proposed converter, the cross section of the radiation source and the eddy current excitation is commensurate with the defect cross section; therefore, the bulk of the eddy currents in the presence of a defect along its internal cavities (walls) rushes to the opposite side of the wall 5 and the weld 6 of the controlled product. The magnitude of the eddy currents passing through the defect to the opposite surface facing the coil 4 depends on the cross section of the defect itself in the weld, that is, how many eddy currents the defect can pass through, and not how quickly they weaken before reaching the opposite surface.

Claims

1. A method of controlling the quality of welds of thin-walled metal products, which consists in the fact that eddy currents induce on one side of the product wall, and measure on the other, characterized in that the eddy currents induce in an area whose area is comparable with the cross-sectional area of the defect, and take on an area exceeding the area of the zone of excitation of eddy currents by two orders of magnitude or more.

2. Eddy-current transducer containing inductor and measuring coils placed coaxially with one another on opposite sides of the wall of the controlled product, characterized in that the inductor coil has a radiation area commensurate with the cross-sectional area of the minimum defect, and the area of the measuring coil exceeds it by two or more order.