Использование метода Байеса для распознавания состояния объекта. Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И МАТЕРИАЛОВ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

ДИАГНОСТИКА И МОНИТОРИНГ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Использование метода Байеса для распознавания состояния объекта. Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Выполнил

студент группы МтМ-15-1

С.В. Михайлова

Нормоконтроль

И.Н. Рыжиков



Содержание

Введение

1. Использование метода Байеса для распознавания состояния объекта

1.1 Статистические методы распознавания

2. Пример использования метода Байеса

2.1 Расчёт вероятности брака

3. Вихретоковый метод неразрушающего контроля

3.1 Преобразователи для вихретокового контроля

3.2 Вихретоковые дефектоскопы

3.3 Применение и технология контроля вихретокового метода

Заключение

Список используемых источников



Введение

Термин «диагностика» происходит от греческого слова «диагнозис», что означает распознавание, определение.

Технической диагностикой называется наука о распознавании технического состояния объекта.

Целью технической диагностики является повышение надёжности и ресурса технических изделии.

Наиболее важным показателем надёжности изделия является отсутствие отказов во время его функционирования (безотказность), так как отказ изделия может привести к тяжёлым последствиям. Техническая диагностика, благодаря раннему обнаружению дефектов и неисправностей, позволяет устранить подобные отказы в процессе технического обслуживания и ремонта, что повышает надёжность и эффективность эксплуатации изделий. Техническая диагностика решает обширный круг задач, многие из которых являются смежными с задачами других научных дисциплин. Основной задачек технической диагностики является распознавание технического состояния объекта в условиях ограниченной информации. Анализ состояния проводится в условиях эксплуатации, при которых получение информации крайне затруднено, поэтому часто не представляется возможным по имеющейся информации сделать однозначное заключение и приходится использовать статистические методы.

Теоретическим фундаментом для решения основной задачи технической диагностики следует считать общую теорию распознавания образов. Техническая диагностика изучает алгоритмы распознавания применительно к задачам диагностики, которые обычно могут рассматриваться как задачи классификации.

Алгоритмы распознавания в технической диагностике частично основываются на диагностических моделях, устанавливающих связь между техническими состояниями изделия и их отображениями в пространстве диагностических признаков. Важной частью проблемы распознавания являются правила принятия решений (решающие правила). Решение диагностических задач (отнесение изделия к исправным или неисправным) всегда связано с риском ложной тревоги или пропуска цели. Для принятия обоснованного решения привлекаются методы теории статистических решений.

Решение задач технической диагностики связано с прогнозированием надёжности на ближайший период эксплуатации (до следующего технического осмотра). Здесь решения основываются на моделях отказов, изучаемых в теории надёжности.

Другим важным направлением технической диагностики является теория контролеспособности.

Контролеспособностью называется свойство изделия обеспечивать достоверную оценку его технического состояния.

Контролеспособность создаётся конструкцией изделия и принятой системой диагностики. Основной задачей теории контролеспособности является изучение средств и методов получения диагностической информации. в сложных технических системах используется автоматизированный контроль состояния, которым предусматривается обработка диагностической информации и формирование управляющих сигналов. Методы проектирования автоматизированных систем контроля составляют одно из направлении теории контролеспособности. Задачи теории контролеспособности связаны с разработкой алгоритмов поиска неисправностей, разработкой диагностических тестов, минимизацией процесса установления диагноза.

Таким образом, структура технической диагностики характеризуется двумя взаимопроникающими и взаимосвязанными направлениями: теорией распознавания и теорией контролеспособности. Теория распознавания содержит разделы, связанные с построением алгоритмов распознавания, решающих правил и диагностических моделей. Теория контролеспособности включает разработку средств и методов получения диагностической информации, автоматизированный контроль и поиск неисправностей. Техническую диагностику можно рассматривать как раздел общей теории надёжности.

Качество изделий представляет совокупность свойств, определяющих их пригодность для эксплуатации. Надёжность является важнейшим технико-экономическим показателем качества любого, технического устройства, в частности электрической машины, определяющим её способность безотказно работать с неизменными техническими характеристиками в течение заданного промежутка времени при определённых условиях эксплуатации. Проблема обеспечения надёжности связана со всеми этапами создания изделия и всем периодом его практического использования. Надёжность изделия закладывается в процессе его конструирования и расчёта и обеспечивается в процессе его изготовления путём правильного выбора технологии производства, контроля качества исходных материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, контроля режимов и условий изготовления. Надёжность сохраняется применением правильных способов хранения изделий и поддерживается правильной эксплуатацией его, планомерным уходом, профилактическим контролем и ремонтом [3; стр. 4,5].

Исходные данные Вероятность брака первого рабочего p₁ = 0,8, у второго рабочего p₂ = 0,5 а у третьего p₃ = 0,3. Первый изготовил n1 = 600 деталей, второй - n2 = 500 деталей, а третий - n3 = 700 деталей.



1. Использование метода Байеса для распознавания состояния объекта

Постановка задачи при вероятностных методах распознавания такова. Имеется объект, который находится в одном из n случайных состояний D_i. Известна совокупность признаков (параметров), каждый из которых с определённой вероятностью характеризует состояние объекта. Требуется построить решающее правило, с помощью которого предъявленная (диагностируемая) совокупность признаков была бы отнесена к одному из возможных состояний (диагнозов). Желательно также оценить достоверность принятого решения и степень риска ошибочного решения.

При детерминистских методах распознавания удобно формулировать задачу на геометрическом языке. Если объект характеризуется н-мерным вектором, то любое состояние объекта представляет собой точку в н-мерном пространстве параметров (признаков). Предполагается, что диагноз D_i соответствует некоторой области рассматриваемого пространства признаков. Требуется найти решающее правила, в соответствии с которым предъявленный вектор Х* (диагностируемый объект) будет отнесён к определённой области диагноза. Таким образом, задача сводится к разделению пространства признаков на области диагнозов. При детерминистском подходе области диагнозов обычно считаются «непересекающимися», т. е. вероятность одного диагноза (в область которого попадает точка) равна единице, вероятность других равна нулю. Подобным образом предполагается, что и каждый признак либо встречается при данном диагнозе, либо отсутствует.

Вероятностный и детерминистский подходы не имеют принципиальных различии. Более общими являются вероятностные методы, но они требуют значительно большего объёма предварительной информации [3; стр. 15].



1.1 Статистические методы распознавания

Cреди методов технической диагностики широкое распространение нашли метод, основанный на обобщённой формуле Байеса, и метод последовательного анализа, предложенный Вальдом.

Обобщённую формулу Байеса рассмотрим на следующем примере. Пусть событие А связано с одним из событии В₁, В₂, ... , В_n, образующих полную группу несовместных событии. Для определённости будем считать, что А - появление признака (например, появление стружки в масле), а В₁, В₂, ... , В_n - неисправность соответствующих узлов электрической машины. Принимается, что при этом признаке один из узлов машины является неисправным, а одновременный отказ двух узлов маловероятен и исключается из рассмотрения. На основании статистической информации об отказах при испытаниях и эксплуатации известна вероятность отказа отдельных узлов: Р(В₁), Р(В₂), ... , Р(В_n). Задача сформулирована таким образом: произошло событие А (появление стружки). Какова вероятность, что причиной появления стружки является неисправность узла В₁?

Предполагается, что частота встречаемости (вероятности) признака А при неисправностях отдельных узлов Р(А/В_i) рассчитана на основании статистической информации об отказах. Вероятность одновременного появления признака А и состояния В_i:

Р(А^В_i) = Р(А) Р(В_i/А) = Р(В_i) Р(А/В_i) (1)

Из этого равенства находим вероятность состояния В_i (неисправность узла В_i):

Р(В_i/А) = Р(В_i) Р(А/В_i) (2)

Искомая вероятность найдена, но остаётся выяснить величину Р(А) - вероятность появления признака А. Так как признак появляется вместе с неисправностью какого-либо узла, то это событие представляет собой логическую сумму отдельных событий

А=(А^В₁) v (А^В₂) v … v (А^В_n) (3)

В соответствии со сделанным предположением должно реализоваться только одно из возможных событии, и потому Р(А) = Р(А^В₁) + Р(А^В₂) + ... ... + Р(А^В_n) или

_n

Р(А) = (4)

^j=1

Равенство называют формулой полной вероятности события А, происходящего вместе с полной группой независимых событии. Она выражает следующий принцип: если объект имеет несколько возможных несовместных путей перехода в другое состояние, то вероятность перехода равна сумме вероятностей осуществления каждого из них. Несовместные пути - это пути, которые не могут реализоваться одновременно.

Из соотношений (2) и (4) вытекает формула Байеса:

Р(В_1/А)= (5)

Вероятность состояния В_i после появления признака А, т.е. величину Р(В_i/А), называют апостериорной [в отличие от априорной вероятности Р(В_i)]. Термины «априори» и «апостериори» означают «до опыта» и «после опыта», т.е. представляют наличие или отсутствие признака А.

Из равенства (5) следует:

_n

(6)

ⁱ⁼¹

Из формулы Байеса получается, что для двух состояний отношение апостериорных вероятностей:

(7)

Если при состоянии В_k признак А встречается чаще, чем при состоянии В₁, т.е. Р(А/В_k)>Р(А/В₁), то вероятность этого состояния после получения информации о появлении признака А увеличивается [3; стр. 16,17].



2. Пример использования метода Байеса

Рассмотрим пример. Известно, что 90% шарикоподшипников электрических машин вырабатывает ресурс в исправном состоянии. Признак А - повышение температуры масла выше нормальной на 30°С - встречается у исправных подшипников только в 5% случаев. Требуется определить вероятность исправного состояния подшипника при появлении признака А.

Решение:

Назовём исправное состояние В₁, неисправное В₂. Известно, что Р(В₁)=0,05; Р(В₂)=0,95.

По формуле (5)

P(B₁/A)=

Вероятность исправного состояния подшипника понизилась с 0,9 до 0,32.

2.1 Расчёт вероятности брака

Пусть вероятность брака первого рабочего p₁ = 0,8, у второго рабочего p₂ = 0,5 а у третьего p₃ = 0,3. Первый изготовил n1 = 600 деталей, второй - n2 = 500 деталей, а третий - n3 = 700 деталей Начальник цеха берёт случайную деталь, и она оказывается бракованной. Спрашивается с какой вероятностью эту деталь изготовил третий рабочий?

Событие B -- брак детали, событие A_i -- деталь произвёл рабочий i. Тогда P(A_i) = n_i/N, где N = n₁+n₂+n₃, P(B/A_i) = p_i.

По формуле полной вероятности:



₃

Р(B) = .

ⁱ⁼¹

По формуле Байеса получим:

P(A3/B) =

== =

= 0,22.

Вероятность, что эту деталь изготовил третий рабочий равна 0,22 [3; стр.17].



3. Вихретоковый метод неразрушающего контроля

Один из методов неразрушающего контроля изделий из токопроводящих материалов, основанный на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, имеющих частоту до 1 млн Гц. (ГОСТ 24289-80 Контроль неразрушающий вихретоковый.)

Впервые вихревые токи были обнаружены французским ученым Д.Ф. Араго (1786-1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счет вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя М. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции: вращаемое магнитное поле наводит в медном диске токи (вихревые), которые взаимодействуют с магнитной стрелкой. Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Ж.Б. Фуко (1819-1868) и названы его именем (токи Фуко). Он открыл явление нагревания вихревыми токами металлических тел, вращаемых в магнитном поле.

Сфера действия метода:

-контроль качества металлов и сплавов, полупроводников, электропроводящих прутков, пластин, листов, проволоки;

-контроля дефектов сварки, проведения плановых инспекций сварных конструкций;

-диагностика состояний труб, арматуры, железнодорожных рельс, элементов

подшипников, крепежных деталей и многих других промышленных изделий.

Вихретоковый метод контроля обладает рядом преимуществ:

-высокая точность и повторяемость выявления дефектов;

-высокая скорость контроля;

-минимальные требования к состоянию поверхности;

-возможность контроля через покрытия;

-возможность контроля объектов со сложной геометрией, мест трудного доступа;

-возможность контроля под водой;

-способность различать типы дефектов;

-отсутствие необходимости создания контактной среды, отсутствие потребности в расходных материалах; метод не представляет опасности здоровью оператора.

Так же метод имеет ряд ограничений:

-проверить можно лишь проводники;

-поверхность материала должна быть доступна;

-если объект имеет покрытие, то значение измерений может быть искажено;

-глубина проникновения в материал имеет ограничения;

-дефекты, расположенные параллельно зонду могут остаться незамеченными.

Возбудителем вихревых токов может быть поле движущегося магнита, переменное поле тока в проводе, волна радиоизлучения. Чаще всего вблизи поверхности контролируемого изделия помещается возбуждающая вихревые токи катушка индуктивности с переменным током или комбинация нескольких катушек. В свою очередь, электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них электродвижущую силу или изменяя их полное сопротивление. Сигнал может формироваться в той же обмотке, по которой идет возбуждающий ток, или же используется дополнительная катушка или катушки.

Рисунок 1 - Вихретоковый метод прохождения

На рисунке 1 изображен вихретоковый метод прохождения (возбуждающая катушка и приёмник расположены по двум сторонам объекта).

Для контроля все изделие или его часть помещают в поле датчика (рисунок 2).

Рисунок 2 - Линии напряженности магнитных полей Н0, Нв и плотности вихревых токов д при контроле накладным (а) и проходным (б) датчиком

Вихревые токи возбуждают переменным магнитным потоком Ф0. Информацию о свойствах изделия датчик получает через магнитный поток Фв, созданный вихревыми токами с плотностью д. Векторы напряженности возбуждающего поля Н0 и поля вихревых токов Н направлены навстречу друг другу; электродвижущая сила в обмотке датчика пропорциональна разности потоков Ф0 -- Фв.

Регистрируя напряжение на катушке или ее сопротивление, можно получить сведения о контролируемом изделии. Напряжение и сопротивление катушки зависят от многих параметров, что обусловливает широкие возможности вихретокового метода (дефектоскопия, толщинометрия, структурометрия, сортировка металла по маркам, контроль состояния поверхности и т.д.). С другой стороны, это обстоятельство затрудняет разделение информации о различных параметрах объекта и требует использования специальных способов фильтрации шумов.

Для анализа изменения электромагнитного поля обычно используют активное и индуктивное сопротивление катушки, амплитуду напряжения, сдвиг фаз измеряемого и опорного напряжений. Глубина проникновения вихревых токов зависит от частоты электромагнитных колебаний, электрических и магнитных характеристик металла, формы катушки и поверхности изделия. Обычно она колеблется от долей миллиметра до 1-3 мм.

Чувствительность метода зависит от многих факторов; при благоприятных условиях удается выявить трещины глубиной 0,1-0,2 мм протяженностью 1-2 мм, расположенные на глубине до 1 мм.

Вихретоковый метод можно проводить без контакта между катушкой и металлом, зазор может составлять от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Это позволяет свободно перемещать преобразователь, что существенно для автоматизации процесса контроля. Выходной величиной вихретокового метода является электрический сигнал, что позволяет автоматически регистрировать результаты контроля. Еще одно преимущество такого метода -- возможность осуществления контроля с большой скоростью, соизмеримой со скоростью механической обработки объекта контроля (КО). байес вихретоковый неразрушающий контроль

Электромагнитный вид контроля содержит только два метода:

вихретоковую дефектоскопию и вихретоковую толщинометрию. Оба эти метода в отличие от магнитных могут применяться на любых твердых металлах.

С помощью вихретоковой дефектоскопии можно выявлять наружные и подповерхностные (не глубже 2 мм) дефекты раскрытием от 1 мкм и более. Создаваемое катушкой поле вихревых токов Фуко однородно, если под катушкой нет дефектов. Это поле ответно возбуждает в катушке вторичную электродвижущую силу, в определенной степени изменяющую амплитуду тока. При калибровке прибора на бездефектном образце итоговый уровень амплитуды принимают за базовый, балансируя индикатор в нулевое значение.

Если далее при контроле объекта в процессе сканирования катушкой

его поверхности под датчиком оказывается дефект, то он искажает поле вихревых токов, изменяя степень его влияния на амплитуду тока в катушке. Это вызывает разбаланс индикатора, что и служит признаком дефекта. Катушка накладного датчика обычно намотана на ферритовый стержень. Если выпуск рабочего конца этого стержня подогнать под профиль контролируемой поверхности, то этим методом очень удобно контролировать галтельные переходы в точеных изделиях, резьбовые канавки и т.п. При контроле треугольной резьбы с целью выявления канавочных трещин этот метод не имеет себе равных по достоверности и надежности. В этом методе используется портативная аппаратура: размер современных вихретоковых индикаторов трещин сравним с шариковыми авторучками. Вихретоковый метод дефектоскопии широко применяется в металлургии для контроля тонкостенных труб, прутков малого диаметра и проволоки.

Вихретоковая толщинометрия используется для измерения толщины металлизации на неметаллических материалах (например, заготовки для печатных плат в радиоэлектронике) или наоборот - толщины защитных неметаллических покрытий на металле (например, электроизоляция). Понижение толщины исследуемого покрытия вызывает уплотнение поля вихревых токов под датчиком и усиление его влияния на амплитуду тока в катушке. Поскольку существует корреляция между толщиной покрытия и плотностью создаваемого поля токов Фуко, это и дает возможность численной оценки толщины покрытия этим методом, но в пределах не более 2 мм.

3.1 Преобразователи для вихретокового контроля

Вихревый преобразователь представляет собой катушку (обмотку) индуктивности с переменным током, или комбинацию нескольких таких катушек.

Преобразователи разделяются на типы по количеству катушек и по расположению преобразователя.

Однокатушечный преобразователь, по изменению параметров полного сопротивления которого формируют сигнал и судят о качестве объекта контроля, называют параметрическим. Такой тип нашел применение в дефектоскопах ВД-В2, ВД03НД-1УЕ, ППВТ.

В двухкатушечном преобразователе одна катушка -катушка возбуждения служит для создания электромагнитного поля, следовательно, и вихревых токов, а другая - измерительная - для измерения эдс, наводимой в ней результирующим магнитным потоком, проходящим внутри этой катушки. Такой преобразователь

называют трансформаторным, так как измерительная катушка в нем играет роль вторичной обмотки трансформатора.

По способу соединения обмоток трансформаторные преобразователи подразделяют на абсолютные и дифференциальные (рисунок 3). Абсолютные имеют возбуждающую 1 и измерительную 2 обмотки (рисунок 3, а).



Рисунок 3 -- Трансформаторные преобразователи; а -- абсолютный;

б - дифференцированный

Сигнал на выходе обмотки 2 определяется абсолютными значениями параметров объекта контроля в зоне контроля. У дифференциальных преобразователей две возбуждающие обмотки 1соединены последовательно - согласно, а две одинаковые измерительные -последовательно -- встречно

(рисунок 3., б).

Дифференциальный преобразователь применяется в дефектоскопах типа: ВД-11НФ; ВД-15НФ.

В зависимости от расположения вихретокового преобразователя к объекту контроля их делят на проходные, накладные и комбинированные. Проходные преобразователи подразделяют на наружные, внутренние и погруженные. Такая классификация проходных преобразователей основана на том, что они в процессе контроля проходят или снаружи объекта, охватывая его, или внутри объекта. Наружные проходные преобразователи используют при контроле линейно-протяжных объектов (проволока, прутки, трубы и т.д.), а также при массовом контроле мелких изделий. Внутренними проходными преобразователями контролируют внутренние поверхности трубы, а также стенки отверстий в различных деталях. Погруженные преобразователи погружаются в жидкий объект контроля.

Накладные преобразователи изготавливают с ферромагнитным сердечником или без него. Ферромагнитный сердечник (обычно ферритовый) повышает абсолютную чувствительность преобразователя и уменьшает зону контроля за

счет локализации магнитного потока. Накладные преобразователи применяют в основном при контроле качества объектов сложной формы, а также в тех случаях, когда требуется обеспечить локальность и высокую чувствительность. Расположенные вблизи поверхности объекта контроля они имеют одну или несколько обмоток.

Комбинированные вихретоковые преобразователи представляют собой

комбинацию проходных измерительных катушек.

Простейшая схема прибора для вихретокового контроля приведена на рисунке 4. Одинаковые датчики Д1 и Д2 включены в мостовую схему с регистрирующим микроамперметром мА.

Рисунок 4 -- Схема измерительного моста с двумя датчиками

В поле датчика Д1 расположен контрольный образец 1, а в поле датчика Д2 -- контролируемое изделие 2. Если изделие и образец одинакового качества, то мост сбалансирован, через индикатор мА ток не течет. Если изделие отличается от образца, например из-за дефекта, то мост разбалансируется и прибор мА зафиксирует протекающий ток.

Если датчики Д1 и Д2 неодинаковы, то при помещении в их поле идентичных изделий будет наблюдаться остаточное напряжение, для устранения которого схема моста усложняется.

Более совершенная схема дифференциального включения датчиков показана на рисунке 5. В этой схеме обмотки датчиков Д1 и Д2 входят в резонансные контуры с переменными емкостями С1 и С2. Эти емкости, а также переменное сопротивление R3 служат для балансировки схемы и установки мА на нуль, когда магнитные поля датчиков Д1 Д2 одинаковы. При этом в контурах наступает резонанс с одинаковыми максимальными напряжениями V1=V2. Резонансные кривые контуров показаны на рисунке 5, б. Если датчик Д1 проходит над дефектным участком изделия, его индуктивность изменится на величину ДЬ и станет равной L1, а сопротивление изменится на величину ДR. Добротность первого контура понизится, и резонансная кривая 1 заменится кривой 1Г, а рабочая точка займет положение 2Г1. Напряжение на первом контуре упадет и станет равным Vr1 < V2. Тогда между контурами возникнет разность потенциалов V2 -- Vr1 и стрелка индикатора отклонится в одну сторону. Если дефект появится под датчиком Д2, то стрелка отклонится в другую сторону.

Эту же схему можно использовать в измерителях толщины диэлектрических покрытий. В этом случае датчик Д2 размещается внутри прибора. Рабочая точка измерительного контура выбирается на левой ветви резонансной кривой U(C), когда датчик Д1 размещен на материале без покрытия (кривая 1, рисунок 5, в). Конденсатором С2 схема уравновешивается, и индикатор показывает нулевое значение, если датчик размещен на металле без покрытия или удален от металла на большое расстояние.

С увеличением толщины покрытия растет индуктивность в измерительном контуре, максимум резонансной кривой увеличивается и смещается влево. Напряжение сначала растет, а затем уменьшается до значения U » UҐ, изменяясь по сплошной кривой. При размещении датчика Д1 на металле с покрытием известной толщины резистором R3 индикатор прибора градуируют, устанавливая соответствующее этой толщине значение.



Рисунок 5 - Дифференциальная схема с двумя параллельными резонансными контурами .

Чтобы в процессе обнаружения дефектов показания индикатора не зависели от расстояния датчика до контролируемого изделия, необходимо использовать более сложные схемы.

При контроле электромагнитными индукционными дефектоскопами типа ЭМИД используют два дифференциально включенных датчика, один из которых присоединен к эталонному образцу, а другой -- контролируемому изделию. При этом на выходе двух трансформаторных датчиков возникает напряжение, амплитуда и фаза которого определяется разницей свойств и эталонного образца, и контролируемого изделия. Это напряжение наблюдается на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) в виде кривой, позволяющей оценить свойства изделия несколькими способами: 1) по форме кривой; 2) по фазе (положению нулей и максимумов) кривой; 3) по отклонению кривой от горизонтальной развертки луча (по амплитуде); 4) по сочетанию нескольких параметров кривой.

3.2 Вихретоковые дефектоскопы

Современный вихретоковый дефектоскоп представляет собой компактный прибор с автономным питанием, оснащённый экраном, клавиатурой и датчиками с возможностью вывода необходимых параметров на различные устройства, включая персональный компьютер, принтер, запоминающее устройство. Современные многофункциональные вихревые дефектоскопы способны не только анализировать контролируемые участки, но и обрабатывать информацию с предоставлением развёрнутого технического отчёта, как в лабораторных, так и в полевых условиях.

При выборе оборудования учитывают следующее:

-тип материала, из которого изготовлено

изделие, и его металлургический состав;

-форму, размеры и состояние поверхности изделия;

-цель измерения, например обнаружение трещин или определение толщины;

-типы исследуемых сосредоточенных неоднородностей и их положение и ориентацию;

-условия окружающей среды, при которых проводится контроль.

При автоматизированном, высокоскоростном и бесконтактном контроле наиболее эффективно применять дефектоскопы с проходными преобразователями, позволяющими проверять в широком диапазоне типоразмеры протяженных объектов (трубы, прутки, проволоки с поперечными размерами 0,15 -135мм) и мелкие детали (шарики, ролики подшипников, метизы и т.д.). При этом производительность контроля может достигать 50 м/с (для проволоки). Производительность контроля труб, прутков ограничивается инерционностью устройств транспортировки и разбраковки и редко превышает 3 м/с. Основной параметр дефектоскопа -порог чувствительности. Он определяется минимальным размером дефекта заданной формы, при котором отношение сигнал - помеха равно двум. Порог чувствительности обычно устанавливается с помощью комбинированного образца с искусственными дефектами различной формы. Порог чувствительности дефектоскопа с проходными преобразователями, как правило, определяется глубиной узкого длинного проходного дефекта, выраженной в процентах от поперечного размера (диаметра детали).

Дефектоскопы отличаются конструкцией, наличием блоков сортировки,

блоков представления и регистрации информации, блоков маркировки дефектных участков, блоков подмагничивания и т. д.

3.3 Применение и технология контроля вихретокового метода

Вихретоковый метод применяется в основном для контроля качества электропроводящих объектов: металлов, сплавов, графита, полупроводников и т. д. Приборы и установки, реализующие вихретоковый метод, широко используются для обнаружения несплошностей материалов (дефектоскопия и дефектометрия), контроля размеров объекта контроля и параметров вибраций (толщинометрия и виброметрия), определения физико-механических параметров и структурного состояния (структуроскопия), обнаружения электропроводящих объектов (металлоискатели) и для других целей. Объектами вихретокового контроля могут быть электропроводящие прутки, проволока, трубы, листы, пластины, покрытия, в том числе многослойные, железнодорожные рельсы, корпуса атомных реакторов, шарики и ролики подшипников, крепежные детали и многие другие промышленные изделия.

Перед началом контроля необходимо визуально убедиться в отсутствии трещин и других механических повреждений на контролируемой поверхности. Конструкции и детали, имеющие визуально обнаруживаемые трещины, бракуют. Механические задиры в зоне контроля удаляют.

При настройке дефектоскопа и проверке влияния на чувствительность контроля наклона преобразователя не следует допускать прижима преобразователя к контрольному образцу и к контролируемой поверхности с усилием, значительно превышающим вес преобразователя.

Ось преобразователя при настройке и проведении контроля, в том числе при его перемещении по контролируемой поверхности, должна быть перпендикулярна поверхности.

Контроль осуществляют последовательным сканированием контролируемой поверхности преобразователем.

Сканирование осуществляют перпендикулярно направлению ожидаемого развития дефекта. Только при невозможности такого сканирования допускается проведение контроля сканированием под углом к направлению предполагаемого дефекта. Шаг сканирования выбирают с учетом требуемой чувствительности и направления сканирования. При неизвестной ориентации возможных дефектов для достижения максимальной чувствительности зону контроля необходимо сканировать в двух взаимно перпендикулярных направлениях с шагом сканирования не более 2 мм. При влиянии мешающих факторов шаг сканирования выбирают минимально возможным.

Скорость контроля определяется техническими характеристиками применяемого дефектоскопа. Скорость контроля с использованием стрелочной индикации ограничивается значением 5 мм/с. Скорость контроля с использованием световой безинерционной (светодиодной) сигнализации при отсутствии засветки от внешнего освещения и расположении индикатора в поле зрения оператора может достигать 10-20 мм/с. Такая же скорость может быть выбрана и для дефектоскопов со звуковой сигнализацией в условиях низкого шума. Для дефектоскопов с запоминающей сигнализацией скорость контроля не ограничивается и полностью определяется их техническими характеристиками.

При контроле следует провести разметку контролируемой поверхности на зоны контроля с учетом конфигурации объекта контроля или отдельного контролируемого участка. Для удобства работы оператора площадь зоны контроля не должна превышать 1-2дм2.

Контроль каждой зоны следует начинать с настройки (компенсации) дефектоскопа при установке преобразователя на бездефектном участке в этой зоне контроля.

Проверку правильности выбора бездефектного участка проводят следующим образом:

-устанавливают преобразователь в зоне контроля и производят настройку

дефектоскопа;

-перемещают преобразователь на несколько миллиметров в разных направлениях внутри зоны контроля.

Отсутствие сигнализации о дефекте, свидетельствует об отсутствии дефектов в месте настройки.

В настоящее время используются следующие модели вихретоковых дефектоскопов: ВД3-71, вихретоковый дефектоскоп ВД-70, ВИТ-4, трещиномер электропотенциальный 281М, электропотенциальный трещиномер ЭПД-8, вихретоковые дефектоскопы КОНСТАНТА ВД1, 245МД, ВД-96-Зонд, ВД-2, ГАЛС ВД-103, ВД-СКАНЕР, многоканальный вихретоковый дефектоскоп ВД-132-ОКО-01, магнитно-вихретоковые дефектоскопы ВИД-345, ВД-516Ц, Вектор, портативные вихретоковые дефектоскопы Nortec 500, Nortec 1000S, Nortec 2000S, вихретоковые дефектоскопы Nortec 2000 DUAL, ВД-87НСТ, ВД-89НП, ВД-12НФП.



Заключение

Неразрушающие методы контроля находят все более широкое применение в разных отраслях промышленности. Современная дефектоскопия, использующая совершенные физические методы обнаружения дефектов, позволяет выявлять дефекты в различных деталях и узлах, причем с высоким качеством и достоверностью. В настоящей работе приведены сведения об ультразвуковом методе неразрушающего контроля, описана сущность метода контроля, рассмотрены отдельные детали и узлы дефектоскопов, методика контроля.

В заключение можно сказать: измерения ультразвуковым методом - это точность, надежность и быстрота. Используя этот метод, можно мгновенно получать показания толщины посредством передачи звука в материал используя доступ только с одной стороны, что дает возможность избежать разрушения материала для проведения измерений обычными методами. При этом экономится время и трудозатраты а также сохраняется измеряемый материал без разрушения в случаях когда доступ к обратной стороне объекта измерения ограничен или невозможен и измерения обычными средствами невозможны. Практически любой материал может измеряться ультразвуковым методом. Повышение производительности и достоверности ульразвукового контроля возможно с применением малогабаритных установок, имеющих многоканальный дефектоскоп и многоэлементные акустические системы, а также при использовании методик экспресс-диагностики.

Постоянно возрастающие объемы неразрушающего контроля объектов и оборудования, имеющих критические сроки эксплуатации, требуют увеличения производительности контроля и повышение достоверности наиболее широко применяемых методов - рентгеновского и ультразвукового. Преимущества и недостатки этих методов для контроля сварных соединений и основного металла трубопроводов, резервуаров, металлоконструкций и т.д. хорошо известны.

Быстрое развитие электроники позволяет создать многоканальные дефектоскопы, имеющие небольшие габариты и вес, а наряду с применением многоэлементных акустических блоков, существенно расширить возможности ультразвукового контроля.



Список используемых источников

1. Каневский, И.Н. «Неразрушающие методы контроля»: учеб. пособие / Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. -- 243 с.

2. Кашубский Н.И., Сельский А.А., Смолин А.Ю., Кузнецов А.А., Афанасов В.И., Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Методы неразрушающего контроля» ИПК СФУ Красноярск: 2009г.

3. Кучер В.Я. «Основы технической диагностики и теории надёжности» Письменные лекции. - СПб.: СЗТУ. 2004. - 48 с.

4. Романов И.О., Строителев Д.В., Макиенко В.М. «Физические основы неразрушающих методов контроля» Учебное пособие. Хабаровск 2008

5. Фирсов А.М. Основы неразрушающего контроля материалов и деталей

машин. Учебное пособие. СПб: Изд. Центр СПбГМТУ. 2009

6. Оборудование для дефектоскопии и технической диагностики, http://www.ncontrol.ru/catalog/Vihretokovyj-kontrol/Vihretokovye-defektoskopy

Нормативно-техническая документация

ГОСТ 14782-86 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые.

• ГОСТ 24507-80 Контроль неразрушающий. Поковки из черных и цветных металлов. Методы ультразвуковой дефектоскопии.

• ГОСТ 22727-88 Прокат листовой. Методы ультразвукового контроля.

• ГОСТ 21120-75 Прутки и заготовки круглого и прямоугольного сечения. Методы ультразвуковой дефектоскопии.

• РД РОСЭК-001-96 Машины грузоподъемные. Конструкции металлические. Контроль ультразвуковой. Основные положения.

• ОП 501 ЦД-97 Энергетическое оборудование. Сосуды давления. Трубопроводы пара, воды.

• ПНАЭ Г-7-010-89 Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения и наплавки. Правила контроля.

• ПНАЭ Г-10-032-92 Правила контроля сварных соединений элементов локализующих систем безопасности атомных станций.

• ПНАЭ Г-7-032-91 Унифицированные методики контроля основных материалов полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Ультразвуковой контроль. Часть IV. Контроль сварных соединений из сталей аустенитного класса.

Размещено на Allbest.ru

...