1

Detectarea defectelor cu ajutorul curenţilor turbionari Printre metodele de control nedistructiv aplicabile materialelor conductoare o dezvoltare deosebită

o au în ultimele decenii metodele de examinare bazate pe proprietăţile curenţilor turbionari. Această tehnică permite rezolvarea numeroaselor probleme numai în cazul în care examinarea se face cu parametri adecvaţi şi interpretarea rezultatelor se face în cunoştinţă de cauza. Controlul cu curenţi turbionari se bazează pe principiile inducţiei electromagnetice şi e folosit pentru evidenţierea variaţiilor de proprietăţi fizice, structurale şi metalurgice în materiale şi piese care au conductibilitatea electrică acceptabilă.

Intrucât examinarea cu ajutorul curenţilor turbionari e bazată pe inducţia electromagnetică, aplicarea ei nu necesită un contact direct între părţile implicate în procesul de examinare. Acesta constituie un avantaj important al examinării cu curenţi turbionari. Un alt avantaj, în comparaţie cu alte metode, este viteza mare de examinare a produsului chiar în timpul producerii lui.

Faptul că această metodă prezintă o mare sensibilitate este în acelaşi timp un avantaj şi un dezavantaj (anumite variaţii ale proprietăţilor electrice ale materialului examinat nu prezintă interes din punct de vedere al funcţionalităţii acestuia în timp, dar perturbaţiile produse în sistemul de control de către aceste variaţii pot conduce la interpretări dificile).

5.2.1. Scurt istoric Fenomenele electrostatice şi cele magnetice au fost observate încă de acum 2500 de ani. Thales

din Milet a observat că o bucată de chilimbar, prin frecare, poate atrage obiecte mici. In limba greacă, cuvântul chihlimbar, se traduce prin ''electron". Democrit a elaborat conceptele unei structuri atomice a materiei. Au trebuit însă să treacă alţi 1500 de ani, pentru a fi descoperită busola, în China.

Abia acum 180 de ani, Hans Christian Oersted a făcut prima observaţie clară a legăturii dintre magnetism şi electricitate, când a demonstrat că un curent electric care trece printr-o sârmă, afectează o busolă, aflată în apropiere.

Existenta curenţilor turbionari, a fost demonstrată pentru prima dată, de către Jean-Bernard Leon

Foucault, în anul 1830. Acesta, a demonstrat că, într-o placă de cupru sunt induşi curenţi electrici, dacă aceasta este mişcată într-un câmp magnetic. După nmele fizicianului care i-a descoperit, curenţii turbionari, mai sunt denumiţi şi curenţi Foucault,

In anul 1832, Michael Faraday a descoperit inducţia electromagnetică. James Clerk Maxwell a

descris matematic câmpul electromagnetic, printr-o serie.de ecuaţii, 50 de ani mai târziu. Pionierul în folosirea curenţilor turbionari la inspectarea materialelor, este considerat D.E. Huges. In 1879, el a publicat rezultatele cercetărilor sale în lucrarea "Induction Balance and Experimental Researches Therewith", în "Philosophical Magazine". Huges, a folosit pentru prima data efectul producerii curenţilor turbionari, de către impulsurile electrice produse de o bobină, în scopul controlării metalelor.

In 1925, C. Farrow, a folosit curenţii turbionari la inspecţia tuburilor din oţel pe scară industrială. După al doilea război mondial, prin anul 1954, Friedrich Forster a pus la punct metodologia analizării efectelor curenţilor turbionari, prin folosirea unor diagrame plane ale impedanţei. Incepând cu 1950, Forster a realizat instrumente care afişau semnalul impedanţei plane. Aceasta a făcut posibilă deosebirea dintre diferiţii parametri, cu toate ca procedura era încă empirică. Incepând cu anul 1960, progresele teoretice şi practice au făcut ca tehnologia cu curenţi turbionari să treacă de la o tehnică empirica, la o disciplină acceptată de inginerie.

Limitări ale examinării cu curenţi turbionari

• Metoda este aplicabilă numai la materialele cu bune calităţi conductoare (metale, aliaje, materiale ce conţin în compoziţie straturi de material conductor). Se pot măsura grosimile unor straturi ne-conductoare cu condiţia ca acestea să fie depuse pe straturi de materiale conductoare

2

• Metoda poate detecta doar acele defecte ce perturbă liniile de curent ale curenţilor turbionari. Aşadar, vor putea fi detectate numai defectele orientate perpendicular pe aceste linii nu şi cele orientate paralel (tangenţial) la liniile de curent.

5.2.2. Terminologie

Control cu curenţi turbionari - metodă nedistructivă de control bazată pe inducerea unor curenţi turbionari în materialul controlat. Modificări ale câmpului magnetic generat de aceşti curenţi datorate unor neomogenităţi sau discontinuităţi ale materialului examinat prelucrate de aparatura adecvată permit evidenţierea defectelor.

Adâncimea de penetrare este adâncimea la care intensitatea unui câmp magnetic sau intensitatea unor curenţi turbionari induşi, scade la l/e din valoarea lor de la suprafaţă, unde e = 2,718, este baza logaritmului natural.

Adâncimea de penetrare efectivă este limita adâncimii la care pot fi descoperite defecte şi este de aproximativ trei ori adâncimea standard de penetrare.

Efectul pelicular ("SKIN") reprezintă distribuţia ne uniformă a densităţii de curent pe normala la suprafaţa conductoarelor parcurse de curenţi în regim periodic.

Sonda este bobina cu care se executa inspecţia piesei. Bobina absolută este bobina care testează numai zona de sub ea, fără referinţă la un câmp

magnetic standard. Sonda sau bobina diferenţială este un aranjament de doua bobine, unde una sau două zone ale

specimenului sunt comparate cu una a unui standard de referinţa. Factorul de umplere ("fill factor"):

• Pentru o examinare a unei suprafeţe interioare, factorul de umplere este raportul dintre aria secţiunii efective a bobinei-sondă interne şi aria secţiunii interioare a tubului. • Pentru o examinare a unei suprafeţe exterioare, factorul de umplere este raportul dintre aria secţiunii obiectului examinat şi aria secţiunii efective a bobinei înfăşurătoare primare.

Bobina interioară ("ID") este o bobină pentru examinarea unor suprafeţe interioare; se introduce în interiorul pieselor.

Efectul de capăt, de margine ("edge effect") este o perturbare care se produce în câmpul

magnetic, datorită unei schimbări bruşte a geometriei specimenului.

Lift-off - apropiere-depărtare - este spaţiul variabil dintre sondă şi proba de examinat.

Efectul "lift-off" este efectul schimbării cuplării magnetice între obiectul examinat şi bobina-sondă când variază distanţa dintre ele.

Raportul de zgomot este raportul intre indicaţiile relevante şi cele nerelevante. Valoarea

acestui raport este de minim 3/1. Extras din STAS 10785-76

Bobină adaptată geometric - bobină cu geometrie adaptată cofiguraţiei piesei de controlat. Selectivitate - capacitatea echipamentului de control de a diferenţia semnalele de defecte în

funcţie de natura lor. Rezoluţie - capacitatea echipamentului de control de a indica distinct semnalele provenite de la

defecte învecinate

5.2.3. Particularităţile examinării cu curenţi turbionari

Procesul de control nedistructiv cu curenti turbionari scoate in evidenta modificarile proprietatilor fizice ale unui obiect controlat cu ajutorul unui camp magnetic alternativ sau in miscare Fig. (6.1). Practic, piesa controlata este adusa in zona de interacţiune cu un câmp magnetic alternativ produs de o bobina. Campul bobinei de control induce in piesa curenti turbionari care la randul lor produc un camp magnetic alternativ opus campului bobinei. Modificari ale campului magnetic generat de acesti curenti

3

datorate unor neomogenitati sau discontinuitati ale materialului controlat preluate de aparatura adecvata permit evidentierea defectelor in materialul controlat. Testarea depinde de aranjamentul de masura , de frecventa, de proprietatile electrice si magnetice, precum si de dimensiunile piesei.

Metoda se bucura de un larg camp de aplicatii: in defectoscopie, in receptia si sortarea semifabricatelor, evidentierea modificarilor superficiale de suprafata, masurari de grosimi, la examinarea semifabricatelor din fibra de carbon sintetic intalnite in aviatie si tehnici aerospatiale. Ea se aplica atat pentru materiale feromagnetice cat si pentru materiale neferomagnetice. Adancimea de patrundere fiind destul de mica metoda este indicata in cazul controlului defectoscopic de mare finete, domeniul de sensibilitate situandu-se in limitele 0.01mm – 1mm, frecventa de lucru fiind intre 10Hz si 10MHz.

Metoda de control cu curenţi turbionari, ar putea fi descrisă ca o interacţiune între mai multe discipline ca: fizica teoretica, inginerie electrică, electronică şi metalurgie.

Până nu de mult, tehnica de control cu curenţi turbionari a fost folosită numai în industria materialelor metalice. In ultimele decenii, ea a început să fie folosită şi în industria aerospaţială şi nucleară.

Fig. 5.1. Producerea curenţilor turbionari

Ca şi celelalte metode de control nedistructiv, încercările cu curenţi turbionari, permit măsurarea proprietăţilor materialului şi dimensiunilor sau detectarea discontinuităţilor. In general, controlul cu curenţi turbionari furnizează rezultate ale măsurătorilor aproape instantaneu.

Examinarea cu curenţi turbionari poate fi folosită la:

• detectarea defectelor de suprafaţă şi din interior, în apropierea suprafeţei materialelor conducătoare; • măsurarea conductivităţii componentelor metalice; măsurarea grosimii unui înveliş neconducător, cum ar fi vopseaua, de pe o suprafaţă conducătoare.

Principalele avantaje ale examinării cu curenţi turbionari:

• nu necesită folosirea unui cuplant între bobina de control şi obiectul controlat; • utilizarea nu este complicată, echipamentul fiind în general de dimensiuni mici; • este extrem de sensibil la defecte, pot fi detectate defecte de l mm3; • asigură reproductibilitatea rezultatelor examinării; • permite scanarea obiectului cu o viteză mare, ceea ce duce la rezultate considerate instantanee; • asigură o sensibilitate foarte bună în analiza dimensională a defectelor sau a grosimii

învelişului.

Principalele dezavantaje sau limite ale examinării cu curenţi turbionari:

• interpretarea rezultatelor depinde de pregătirea operatorului (este necesară o bună pregătire teoretică: matematică şi electrotehnică);

• este o metodă extrem de sensibilă la variaţiile suprafeţei şi de aceea cere o bună calitate a suprafeţei;

• apar complicaţii la controlul materialelor feromagnetice (poate fi folosit la materialele

4

nemagnetice şi magnetice; nu se obţin rezultate bune la examinarea oţelul carbon în scopul detectării defectelor de suprafaţă);

• detectarea defectelor poate fi influenţată de mulţi parametri, precum adâncimea fisurii şi orientarea curenţilor turbionari în raport cu poziţia unui defect sau a unei discontinuităţi liniare.

Masurarea conductivitatii materialelor

Măsurarea conductivităfii unui metal neferomagnetic este destul de simplă, fie că este vorba de valori absolute pentru materiale omogene sau relative pentru obiecte conţinând modificări structurale (cum ar fi tratamente termice aplicate în anumite puncte). Principiul măsuratorii se bazează pe variaţia impedanţei senzorului la modificarea conductivităţii materialului testat la o frecvenţă fixă şi în condiţiile păstrării nemodificate a distantei senzor piesa.

Instrumentele folosite exclusiv pentru măsurarea conductivităţii sunt, în general, simple şi folosesc senzori de diametru mare (10 mm sau mai mult), de obicei de tipul bobină plată. Au, de obicei, numai câteva trepte de frecvenţă (de exemplu 5 şi 10 kHz), funcţie de adâncimea de pătrundere cerută, cu un indicator pentru afişarea semnalului de ieşire.şi un schimbător de fază pentru eliminarea (diminuarea) efectelor lift-offului (aceasta este o caracteristică esenţialâ în testarea materialelor cu suprafaţă rugoasă). Aparatul de afişaj este calibrat folosind piese test de valori cunoscute ale conductivităţii electrice .

0 soluţie alternativă pentru un instrument cu afişaj de tip osciloscop este să se observe curba la un anumit lift-off şi o frecvenţă dată obţinută prin scanara suprafeţei piesei. Rezultatul se compară cu curbe obţinute pe materiale cu conductivitate cunoscută, prin trasare pe un acelaşi grafic. Metoda are avantajul că nu necesită eliminarea efectului lift-offiilui asupra măsurătorilor.

Măsurarea grosimii (în materialele subţiri) Prin testarea cu curenţi turbionari, pot fi măsurate următoarele tipuri de dimensiuni:

• Dimensiunile sectiunii transversale a tuburilor şi barelor cilindrice;

• Grosimea unor plăci şi folii metalice şi a acoperirilor metalice pe substraturi metalice sau nemetalice;

• Grosimea acoperirilor nemetalice pe substraturi metalice.

Dimensiunile tuburilor şi barelor cilindrice pot fi măsurate fie cu bobine exterioare - ce înconjură piesele, fie cu bobine interioare - introduse cu axa paralele cu axa tubului.

Relaţii dintre variaţia impedanţei şi variaţia diametrului este relativ constantă într-o plajă largă de frecvenţe (nu foarte joase). De altfel, avantajele folosirii unor frecvenţe ridicate sunt multiple. Pe de o parte, contribuţia oricărei modificări de conductivitate la impedanţa bobinei devine mai puţin importantă, şi poate fi oricum eliminată. Pe de altă parte, se înregistrează o crestere a conductivitaţii datorată valorii sporite a componentei inductive a impedanţei. Datorită diferenţei semnificative în faza semnalului, corespunzătoare unor modificări ale lift-lui conductivităţii şi funcţie de forma defectului, se pot face testări simultane pentru masurarea conductivităţii, a grosimii şi atestarea prezenţei defectelor.

Aplicaţiile uzuale includ măsurarea excentricităţilor în raport cu diametrele tuburilor şi grosimea pereţilor tuburilor.

O utilitate deosebită au măsurătorile grosimii pereţilor tuburilor pentru detectarea coroziunii, atât a celei externe cât şi a celei interae. Atunci când suprafaţa interioară nu este accesibilă, trebuie folosiţi senzori interiori, ca de exemplu, în testarea tuburilor îngropate sau care sunt susţinute de suporţi. Rezultate bune în măsurarea modificărilor de grosime în tuburi feromagnetice au fost obţinute prin folosirea tehnicil de inspecţie în câmp îndepărtat .

Este posibilă măsurarea grosimii unui strat subţire de metal depus pe un substrat, deasemenea metalic, atunci când curenţii turbionari pătmnd complet toată acoperirea stratul şi substratul metalic, cu condiţia existenţei unei diferenţe apreciabile între cele două valori de conductivitate.

Din nefericire, efectele conductivităţii electrice σ nu pot fi eliminate şi este important să se verifice că orice variaţii ale lui σ în zona de interes au efecte scăzute asupra semnalului. La frecvenţe de testare scăzute, la care penetrarea este mare, variaţiile de impedanţa a senzorului sunt mult mai sensibile la modificări ale conductivităţii electrice. Se realizeaza, în prealabil, calibrare pe piese test de grosime cunoscută.

5

Detectarea şi analiza semnalelor din testarea cu curenţi turbionari

Curenţii turbionari induşi într-un material determină propriul lor câmp magnetic. Amplitudinile, fazele şi forma liniilor de curent în material sunt detectate prin măsurarea câmpului magnetic rezultant sau al unui efect al său, cu un set de bobine senzor sau cu elemente de tip Hall, toate fiind integrate în sistemul de testare.

Configuraţiile posibile ale sistemelor de inspecţie sunt:

a) Bobina de inducţie (furnizând câmpul magnetic variabil în timp) şi bobina de măsură - cea în care se observă influenţa curenţilor turbionari. Acest sistem de bobine poate fi situat de aceeaşl parte a piesei inspectate (tuburi, plăci) sau de o parte şi de alta (în cazul foliilor subţiri) când se formează un sistem de măsură bazat pe pătrunderea prin întreg materialul a câmpului datorat curenţilor turbionari.

b) Bobina de inducţie este una şi aceeaşi cu bobina de culegere a semnalului .

In cele mai multe dintre situaţii (pentru configuraţiile de tip a), bobina de magnetizare şi cea de captare a semnalului sunt de dimensiuni aproape identice. Există însa şi aranjamente cu două sau mai multe bobine de excitaţie sau două sau mai multe bobine senzor dispuse în locuri diferite, în general, în configuraţii diferenţiale. Astfel de montaje sunt sensibile la defecte de dimensiuni mici sau la variaţii mici în proprietăţile materialului. Sunt larg utilizate în detectarea neomogenitaţilor, discontinuităţilor sau a defectelor de sudură în tuburi, bare, plăci în timpul fabricaţiei. In sistemele cu senzori Hall, dimensiunile reduse ale acestora permit ca o întreagă matrice de senzori să poată fi asociată cu o singură bobină de excitaţie.

Semnalele măsurate sunt, de obicei, tensiuni şi curenţi sinusoidali (sau în impulsuri). Tehnicile utilizate sunt asemănătoare cu cele folosite la măsurarea impedanţelor în circuitele de curent alternativ (în care există metode foarte precise de măsurare a amplitudinii şi fazei acestora).

De asemenea, trebuie remarcat că un acelaşi sistem de testare cu curenţi turbionari poate fi folosit la diverse măsuratori prin selectarea de diverse firecvenţe de lucru. Cele mai multe sisteme industriale funcţioneaza cu frecvenţele curentului de excitaţie situate în intervalul 5 Hz - 10 MHz. Cele mai multe sisteme sunt echipate fie cu oscilatoare de frecvenţă variabilă fie cu generatoare în trepte de frecvenţă.

0 trăsătură esenţială a testelor cu curenţi turbionari este aceea că prin folosirea unei excitaţii în curent alternativ, curenţii turbionari induşi tind să se concentreze spre suprafaţa materialului din partea unde se găsesc bobinele de excitaţie. La acest fenomen contribuie conductivitatea electrică foarte mare a materialelor conductoare şi permeabilitatea magnetică a acestora, aşa cum am văzut din relaţia adâncimii de pătrundere.

Se observă că în cazul menţinerii aceluiaşi material, prin selectarea de diferite frecvenţe, se pot obţine diferite adâncimi de inspecţie. De asemenea, se observă că la un material bun conductor care este şi feromagnetic, adâncimea de pătrundere scade substanţial comparativ cu a unui material care este doar bun conductor din punct de vedere electric. O soluţie folosită pentru a evita astfel de probleme la materialele feromagnetice este o frecvenţă foarte scăzută (5 Hz) combinată uneori şi cu trecerea prealabilă prin piesă a unui curent continuu de natură să aducă materialul testat în zona de saturaţie magnetică (caz în care μ tinde către 1). Alegerea frecvenţei de excitaţie este facută nu doar în vederea descoperii de defecte situate la diverse adâncimi, ci şi pentru măsurarea unor proprietăţi de material. Se poate alege o frecvenţă suficient de mare pentru ca pătrunderea în material a curenţilor turbionari să fie foarte mică, şi deci influenţa geometriei piesei să fie neglijabilă. De exemplu, cu frecvenţe de 64 kHZ se pot măsura cu precizie piese în care grosimea totală depăşeste 3 mm. In cazul în care se doreşte măsurarea unor defecte situate pe partea opusă bobinei de inspecţie, o soluţie evidentă este fixarea unei frecvenţe cât mai reduse.

Inductivitatea mutuală - baza inspecţiei prin curenţi turbionari

Bobina de testare este alimentată în curent alternativ. Când aceasta bobină este adusă în vecinatatea piesei conductoare, în ea sunt induşi curenţi turbionari. Prin bobina de test se itât liniile de câmp magnetic proprii cât şi cele ale câmpului magnetic (opus) de curenţii turbionari induşi în piesă. Acest fapt duce la modificarea impedanţei şi o scadere a tensiunii. Diferenţa dintre câmpul primar (al bobinei) şi câmpul secundar(al curenţilor turbionari) furnizează baza pentru extragerea informaţiei în metoda testarii prin curenţi turbionari.

6

Adincimea de pătrundere

Curentii turbionari circulă pe trasee închise - vârtejuri - în plane perpendicularepe circuitul magnetic. Ei sunt situaţi, în genere, în plane paralele cu spirele bobinei inductoare plasati de asemenea, paraleli cu suprafaţa piesei în care sunt produşi. Zona de curgere a acestor curenţi este limitată la zona în care există câmpul magnetic inductor. Curenţii turbionari se concentreazâ aproape de suprafaţa piesei ce este vecină cu bobina de excitaţie. Adâncimea pâna la care aceşti curenţi pătrund descreşte cu creşterea suprafetei si depinde de proprietăţile de material ale piesei inspectate.

Aşa cum se stie, expresia intensităţii campului electric/magnetic ce pătrunde într-un conductor masiv, scade exponenţial către capatul conductorulul pe direcţia perpendiculară pe direcţia de patrundere.

Pentru această scădere este caracteristică mărimea 8 - l/k, căci ea reprezintă distanta la care intensitatea câmpului scade de e ori, adică la aproximativ 36.9% din valoarea ei la suprafaţa conductorului. Această distanţă este adâncimea de pătrundere. Valoarea ei este deci:

Relaţia este valabilă.in cazul unui camp de excitaţie cu variaţie sinusoidală. Deşi relaţia este dedusă pomind de la analiza pătrunderii câmpului electromagnetic într-un semispaţiu conductor infinit, ea poate fi aplicată şi în cazul pieselor plane de dimensiuni relativ mari ale grosimii în raport cu adâncimea de pătrundere, respectiv la tuburi, în măsura în care raza exterioară este de cel puţin câteva ori mai mare decât 6. Pentru a putea avea o aproximare a ordinului de mărime, pentru cupru, adâncimea de pătrundere funcţie de frecvenţă este dată de :

fCu62.6

=δ

[cm]

Curentii turbionari care circulă prin piesa testată la o adâncime anume produc câmpuri magnetice ce se opun câmpului inductor, reducând astfel fluxul magnetic total şi provocând o scadere a curentului pe masură ce creşte adâncimea. Altfel spus, curenţii turbionari din vecinătatea suprafeţei pot fi priviţi ca ecranând câmpul magnetic al bobinei şi deci slăbind câmpul magnetic la adâncimi mai mari şi reducând şi curenţii induşi.

Sensitivitatea la defecte depinde de densitatea curenţilor turbionari la locul defectului. Deşi aceşti curenţi penetrează mai mult decât o adâncime de pătrundere, intensitatea lor scade rapid cu adâncimea. La o adâncime de 26, densitatea curenţilor turbionari scade la 13.5% faţă de cea de la suprafaţa piesei, iar la o adâncime 36 intensitatea curenţilor turbionari este de doar 5% din cea de la suprafaţă .

Senzitivitatea la defecte situate sub suprafaţa piesei depinde evident şi ea de densitatea curentilor la acea adâncime. Este important, de aceea, să cunoaştem adancimea de pătrundere efectivă. Aceasta este defînită, arbitrar, ca fiind adâncimea la care densitatea curenţilor turbionari scade la 5% din densitatea la suprafaţa piesei. Pentru piese de grosime mare - această adâncime este de aproximativ trei adâncimi de patrundere.

Defazajul standard

Defazajul produs de un defect depinde atât de amplitudinea cât şi de faza curenţilor ce sunt deviaţi de respectivul defect. Un mic defect de suprafaţă, ca şi un defect intern de dimensiuni mari, pot avea un efect similar asupra modulului impedanţei bobinei de test. Totusi, datorită creşterii defazajului cu creşterea adâncimii, va exista o diferenţă clară în privinţa fazorului impedanţei. Acest efect permite determinarea localizării şi a întinderii de defect.

Un curent turbionar ce circulă la o adâncime egală cu adâncimea de patrundere este defazat (întarziat) faţă de curentul ce circulă la suprafaţă cu 57°. La o adancime de pătrundere 25, defazajul a crescut la 114°.

Defazajul este parametrul care face posibilă determinarea adâncimii unui defect. Permite, de asemenea, distingerea între semnalele de la un defect şi indicaţii false Este parametrul fundamental în testarea cu curenţi turbionari.

Proprietăţi de material ce influenţează testarea cu curenţi turbionari

7

Cele trei caracteristici ce determină, în mod esential, curenţii turbionari induşi sunt:

• Conductivitatea electrică;

• Permeabilitatea magnetică;

• Prezenţa, geometria şi caracteristicile de material (a şi n) ale defectului.

Valoarea conductivităţii unui metal depinde de o serie de factori printre care compozitia chimică, natura structurii sale cristaline, proprietăţile mecanice şi temperatura. Când sunt folosiţi curenţi turbionari pentru a măsura conductivitatea metalului, este important, pentru corectitudinea rezultatului, să se ţină sub observaţie anumiti factori.

Testele cu curenţi turbionari pot pune în evidenţă variaţii în conductivitatea electrica legată de compoziţia aliajelor, variaţii de temperatură. Se pot pune în evidenţă efectele coroziunii sau fisuri apărute în timpul testarii pentru majoritatea metalelor şi a aliajelor nemagnetice. In cazul materialelor magnetice (de exemplu oţelurile), efectele unor procese termice sau mecanice ( proprietăţile elastice, duritatea etc) pot fi, de asemenea detectate. Totuşi, în aceste cazuri, anomalii în semnalele obţinute datorate de eventuale magnetizări anterioare ale piesei pot îngreuna interpretarea rezultatelor ce rezultă la proprietăţile de material inspectate.

Metode de tip reflexie (pentru detecţia fisurilor)

Pentru detecţia fisurilor, cel mai simplu tip de sondă este cel constituit dintr-o singură bobină (pentru excitaţie şi măsură) - utilizat pe scară largă la ora actuală. Uneori, este preferabil, să folosim o sondă constând din două (sau mai multe) bobine aşezate ca un transformator - de unde şi numele de sondă transformator . Bobina primară induce curenţi turbionari în piesa de test iar bobina sencundară acţionează ca detector.

Când este necesară patrunderea semnalului pe întreaga grosime a plăcii sunt folosite şi sisteme de tip transmisie . Sondele cu reflexie (excitaţie/senzor) au o înfaşurare primară prin care circulă curentul provenind de la oscilator şi una sau mai multe bobine conectate la circuitul de măsură. In funcţie de configuraţia bobinelor senzor, sondele de tip reflexie pot da măsuri echivalente cu o sondă absolută sau diferenţială. Principalele avantaje ale sondelor de tip reflexie sunt:

• Bobina de excitaţe şi cea senzor pot fi separat optimizate pentru fiincţiile lor. • Bobine de excitaţe mai mari furnizeazâ un câmp mai uniform, conducând la o pătrundere mai bună

şi la caracteristici de lift-off îmbunătăţite.

5.2.4. Factori care influenţează sensibilitatea examinării cu curenţi turbionari

Metoda se bucură de un larg domeniu de aplicaţii: în defectoscopie, în recepţia şi sortarea semifabricatelor, evidenţierea modificărilor superficiale de suprafaţă, măsurări de grosimi, la examinarea semifabricatelor din fibră de carbon sintetic întâlnite în aviaţie şi tehnici aerospaţiale.

Examinarea cu curenţi turbionari se aplică atât pentru materiale feromagnetice cât şi pentru materiale neferomagnetice. Adâncimea de pătrundere fiind destul de mică, metoda este indicată în cazul controlului defectoscopic de mare fineţe, domeniul de sensibilitate situându-se în limitele 0.01mm – 1mm, frecvenţa de lucru fiind între 10Hz si 10MHz. Principalii factori care influenţează sensibilitatea controlului cu curenţi turbionari sunt:

efectul pelicular; frecvenţa; permeabilitatea magnetică; conductivitatea electrică; distanţa conductor – piesă; efectul de margine.

Efectul pelicular se evidenţiază atunci când într-o piesă se induc curenţi de frecvenţă mare. Este un fenomen de descreştere a pătrunderii curentului spre centrul conductorului odată cu creşterea frecvenţei curentului. In cazul unor frecvenţe mari, liniile de curent se închid practic numai la suprafaţă. La suprafaţa conductorului densitatea de curent este maximă, iar la mijlocul piesei, minimă.

8

Frecvenţa folosită diferă în funcţie de materialul controlat. Ea influenţează direct proporţional reactanţa inductivă a circuitului. Domeniul de frecvenţe este foarte larg, începând cu spectrul undelor radio până la limitele microundelor. Cele mai utilizate benzi de frecvenţă sunt cuprinse în intervalul 1 – 500 kHz. Permeabilitatea magnetică joacă un rol deosebit asupra curentului indus în piesă, ea variind în funcţie de câmpul magnetic şi este mult superior rolului conductivităţii electrice. Tehnica de saturaţie elimină pe de o parte influenţa permeabilităţii, iar pe de altă parte efectul de încălzire în curent alternativ. Coeficientul de conductivitate este dependent de o mulţime de factori ce depind de material şi de prelucrarea acestuia, dintre care cei mai importanţi sunt:

tratamentul termic aplicat; dimensiunile granulatiei; temperatura; tensiuni interne de ordin doi; variatiile unor caracteristici reologice.

Pe măsura apropierii bobinei de control de piesa de examinare, impedanţa suferă modificări, cu atât mai mari cu cât proximitatea – distanţa faţă de piesă este mai mică şi cu cât câmpul magnetic produs de bobină este mai mare.

Coeficientul de umplere al bobinei reprezintă gradul de ocupare al secţiunii acesteia de către secţiunea transversală a piesei:

η = (dp/db )2 unde dp este diametrul piesei iar db diametrul bobinei.

Influenţa distanţei dintre traductor şi piesă se compensează uşor prin folosirea curenţilor pulsanţi cu două componente – impulsuri scurte şi impulsuri lungi.

Efectul de margine apare la apropierea capătului bobinei de control, deoarece se modifică

rezistenţa magnetică a circuitului magnetic deschis şi prin urmare densitatea liniilor de câmp în bobina de control.

Distorsiunea rezultată a câmpului magnetic anulează posibilitatea de evidenţiere a defectelor în aceste porţiuni şi în zonele adiacente. Pentru a elimina aceasta influenţă, la controlul barelor şi ţevilor, obiectul de controlat trebuie introdus în bobina până când efectul dispare şi valoarea măsurată este constantă. Lungimea minimă de introdus este de 3 – 10 mm şi depinde de intensitatea câmpului, diametrul probei, al bobinei şi de proprietăţile materialului. Uneori la capetele bobinei se pun inele de scurtcircuitare, în care se introduc curenţi turbionari care anihilează câmpul bobinei prin câmpul curenţilor induşi. 5.2.5. Clasificarea sondelor Curentii turbionari sunt generaţi de sisteme de frecvenţă sinusoidală constantă, de sisteme cu frecvenţe multiple, de sisteme de impulsuri şi de sisteme în mişcare de rotaţie.

Cuplarea electrică a bobinelor este de trei tipuri:

parametrică – unde excitarea câmpului magnetic şi măsurarea se fac cu una şi aceeaşi bobină (fig.5.2.a); bobina alimntată de un generator de curent alternativ de amplitudine constantă transmite treptei de intrare a aparatului tensiunea UM.

de tip transformator – excitarea şi măsurarea se realizează cu două bobine separate (fig.5.2.b); de tip punte – excitarea şi măsurarea se face cu două bobine care fac parte dintr-o punte

(fig.5.3.c).

9

Fig.5.2. Variante ale circuitelor electrice ale bobinelor

a. parametric, b. tip transformator, c. tip punte 1 - modul de generare, care furnizează curentul de amplitudine constantă; 2 - treapta de intrare a

aparatului de măsură, E - bobina de inducere a curentului turbionar, M - bobina de măsurare; K - bobina de compensare

Traductoarele (bobinele) au o mare varietate de forme în funcţie de configuraţia piesei: Bobine de trecere exterioare – bobine inelare care circumscriu piesa controlată. Se folosesc la

controlarea pieselor dispuse pe lungime: bare, tevi, sârme. Bobine de trecere interioare – folosite pentru piese de formă tubulară pentru inspectarea

orificiilor lungi, conductelor şi ţevilor. Bobine de transmisie axiale – formate dintr-un cuplu de două bobine axiale, una exterioară,

cealaltă interioară. Ele cuprind piesa sau peretele piesei. Bobine de contact – se aplică pe o mică parte a piesei fiind foarte mici în comparaţie cu

aceasta. Bobine de transmisie perpendiculare – formate dintr-un cuplu de două bobine axiale orientate

perpendicular pe piesă. Pentru evaluarea piesei se foloseşte o bobină rotitoare. Bobine de suprafaţă – folosite la testarea pieselor cu modificări de grosime. Bobine speciale – folosite ca traductoare aplicate pe piese, luând o forma adecvată pentru o

bună mulare sau la controlul pieselor în cursul prelucrării la temperaturi ridicate de până la 11000 C.

5.2.5.1. Bobine de trecere exterioare

Controlul cu bobine de trecere se foloseşte, în general, în cazul pieselor de revoluţie, deoarece bobina îmbracă piesa. Se folosesc bobine de inducţie directă sau mutuală. Cel mai frecvent se utilizează montajul absolut ăi montajul diferential. (fig 5.3).

Fig.5.3. Schemele bobinei de trecere a - în montaj absolut; b – în montaj diferenţial

Montajul diferenţial permite autocomparaţia rezultatelor obţinute în zone limitrofe ale piesei. Metoda semnalizează doar prezenţa discontinuităţilor şi a neomogenităţilor structurale. Pentru ca fisurile de mare extindere să poate fi identificate pe baza variaţiei de adâncime, cele două bobine de măsură

10

funcţionează cu un defazaj de 1800 . Piesa este aşezată concentric cu bobina secundară, iar baleajul pe lungime este realizat cu viteză constantă, de regulă prin mişcarea piesei.

Rezultatul măsurătorilor este influenţat de proprietăţile materialului, dimensiunile corpului de controlat, dimensiunile bobinei şi numărul de spire. Diametrul bobinei se alege astfel încât factorul de umplere să fie cât mai mare (piesa să umple complet bobina).

Pentru controlul unei piese la temperaturi mai ridicate se folosesc aşa-numitele bobine la cald până la 3500 C sau bobine la temperaturi înalte până la 11000 C. Bobina se răceşte cu apă iar spirele sunt înglobate în metal pentru o evacuare mai bună a căldurii.

Ideea de bază a teoriei bobinelor de trecere, care fundamentează principiul de funcţionare a aparatelor cu curenţi turbionari, este aceea că la parametri constanţi ai bobinelor şi la o frecvenţă constantă a câmpului magnetic, fiecărei valori a diametrului piesei şi a conductivităţii electrice îi corespund puncte bine determinate în planul complex al tensiunilor electromotoare reduse. Reproducându-se cu ajutorul unui sistem de măsură planul complex pe ecranul oscilografului, pe baza poziţiei spotului luminos, se poate determina, fie diametrul pieselor în cazul aparatelor de control dimensional, fie conductivitatea electrică, în cazul aparatelor de comparare a structuriilor şi de sortare, respectiv discontinuităţile din material în cazul defectoscoapelor.

Pentru a asigura concludenţa necesară determinărilor, direcţiile de variaţie din planul complex sub influenţa factorilor analizaţi trebuie să difere cât mai mult posibil, unghiul dintre ele trebuie sa fie de 900 sau 2700, oricum să depăşească 450. Pentru a obţine unghiuri mari, la materialele neferomagnetice sunt necesare frecvenţe relativ mari.

La materialele feromagnetice însă nu este posibilă o separare a celor doi factori şi deci vor fi unghiuri mai mici.

Posibilitatea separarii efectelor în planul complex al impedanţei reprodus de planul osciloscopului, în principal a variaţiei permeabilităţii şi conductivităţii, permit evaluarea cantitativă a defectelor de suprafaţă, mai ales a fisurilor.

Pe baza legii similitudinii la frecvenţe relative constante, defectele identice ca adâncime şi lăţime produc aceleaşi efecte electromagnetice, aceleaşi modificari ale permeabilităţii efective.

5.2.5.2. Bobine de trecere interioare

Examinarea pieselor (ţevi, virole) cu bobine interioare (fig.5.4) are la bază aceleaşi principii ca şi în cazul bobinelor de trecere exterioare.

La acest tip de bobine este posibilă o bună separare a influenţei factorilor perturbatori într-un domeniu foarte larg al valorilor f/f1 unde f1 este frecvenţa limită iar f este frecvenţa de lucru. Acest lucru conferă metodei aproape independenţa de frecvenţă.

Sensibilitatea maximă se obţine şi în acest caz la valori mari ale componentei imaginare a permeabilităţii, intervalul optim fiind considerat f/f1 =1,5 –12.

Bobinele de interior trebuie să asigure un coeficient de umplere cât mai mare posibil pentru ca întreg câmpul bobinei să pătrundă în piesă.

Bobinele se introduc cu aer comprimat şi se retrag cu viteza constantă prin intermediul unui pistolet. Si aici când bobina de interior ajunge în apropierea capătului ţevii sau găurii apare efectul de margine. Pentru a suprima sau reduce aceasta influenţă se foloseste un corp feromagnetic în bobina care concentrează fluxul magnetic şi îl conduce direct în piesa.

Printre aplicaţiile cu acest tip de bobine se numară inspecţia suprafeţelor interioare la ţevi cu nervuri sau aripi, ţevi cu pereţi foarte groşi sau găuri în piese mari, ţevi inaccesibile montate în condensatoare, schimbătoare de căldură. Recent au început să se folosească bobine de palpare şi pentru controlul interior al ţevilor. La diametre mai mari de ţeavă, bobină de interior se roteşte în jurul axei ţevii şi explorează astfel în timpul deplasării suprafaţa interioară a ţevii după o spirală.

La diametre mici, ţeava se roteşte în jurul axei longitudinale proprii, iar bobina de palpare stă nemişcată. Centrarea bobinei de interior se face la diametre mici de ţeava cu perii, iar la diametre mari cu role de ghidaj.

11

UEUEUM

M1 M2

piesă examinatăpiesa examinată

Fig.5.4. Scheme de control cu traductoare – bobine interioare:

a - montaj absolut ; b –montaj diferential

O variantă deosebită este prezentată în figura 5.5. Bobina primară sau bobinele interioare de excitaţie P, transmit prin piesă (ţeavă) PC, perpendicular pe suprafaţă câmpul magnetic, care induce curenţi turbionari. Dacă în zona examinată se află vreo discontinuitate, câmpul curenţilor turbionari este micşorat faţă de o situaţie în care în zona examinată nu s-ar afla vreun defect. Cu ajutorul unei sonde rotitoare exterioare S se inregistrează orice variaţie a intensităţii câmpului magnetic. Amplitudinea semnalului de defect este independentă de poziţia sau lăţimea defectului [16]. Testări realizate asupra tecilor de combustibil pentru reactori nucleari, au relevat corelaţia liniară dintre amplitudinea semnalului şi adâncimea discontinuităţii, constituită din orificii artificiale cu diametrul de 0,1 mm.

Fig. 5.5. Traductor de transmisie cu bobină interioară

şi sondă rotitoare exterioară

5.2.5.3. Bobine aplicate

Controlul cu bobină aplicată sau de proximitate se bazează pe inducerea curentului turbionar în piesa de controlat prin apropierea sau contactul unei bobine străbătute de curent alternativ.

Sonda cu bobină circulară se foloseşte pentru detectarea fisurilor şi a direcţiilor acestora. Sonda cu bobine diferenţiale se foloseşte în examinarea îmbinărilor sudate de revoluţie. Există

montaje pentru măsurări absolute sau diferenţiale (fig.5.6).

Fig. 5.6. Scheme de control cu bobine-sonde aplicate:

a - sondă cu bobină toroidală; b - sondă cu bobină focalizată; c - sondă cu bobine diferenţiale Controlul cu bobina aplicata sau de proximitate se bazeaza pe inducerea curentului turbionar in piesa de controlat prin apropierea sau contactul unei bobine strabatute de curent alternativ. Sonda cu bobina circulara se foloseste pentru detectarea fisurilor si a directiilor acestora. Sonda cu bobine

12

diferentiale se foloseste in defectoscopia imbinarilor sudate de revolutie. Exista montaje pentru masurari absolute sau diferentiale.( fig 5.7.)

Fig. 5.7. Schema electrică a sondei pentru controlul pieselor cilindrice:

a - bobine în legătură absolută; b - bobine în legătură diferenţială

Sonda absolută este formată din două bobine identice, aflate în interiorul înfăşurărilor primare şi secundare.

Infăşurările primare alimentate în curent alternativ sunt legate în serie şi în opoziţie, astfel încât câmpurile magnetice alternative să fie egale ca valoare şi de sens opus (fig.5.8).

Fig. 5.8. Schema electrica a sondei pentru masurari absolute

Sonda diferenţială se obţine din sonda absolută prin înserierea adiţională a înfăşurărilor primare şi

înserierea în opoziţie a înfăşurărilor secundare, astfel încât câmpurile alternative ale înfăşurărilor primare ajung orientate în acelaşi sens, iar cele secundare în opoziţie (fig.5.9).

Fig. 5.9. Schema electrica a sondei pentru masurari diferentiale

5.2.5.4. Bobine de contact cu sondă Hall

Traductorul de contact cu bobină inelară şi sonda Hall, functionează pe următorul principiu. Bobina inlară BI produce în întrefier câmpul magnetic H0, dirijat în lungul axei sale (fig.5.10).

Acest câmp, induce în piesa de examinat PE curenţi turbionari având câmpul magnetic propriu de intensitate Hp. Câmpul rezultant H0- Hp, sau componenta normală a acestuia traversează placa

13

conductoare SH a sondei Hall, care reacţionează faţă de amplitudinea câmpului magnetic ΔH = H0 - Hp şi faţă de direcţia acestuia.

In prezenţa câmpului magnetic perpendicular liniile de curent introduse în lungul plăcuţei semiconductoare sunt deviate transversal determinând apariţia unor diferenţe de tensiune UH.

Mărimea UH este proporţională cu constanta Hall şi cu inducţia Bp a câmpului magnetic.

H0

PE

BISH

Fig. 5.10. Traductor de contact cu bobina circulara si sonda Hall

SH - sonda Hall, BI - bobina inelară, PE - pisa de examinat

Datorită insensibilităţii generatorului Hall faţă de frecvenţă, spectrul de funcţionare al traductorului poate fi foarte larg, între 20Hz şi 200kHz.

Pe de altă parte, datorită dimensiunilor miniaturale ale sondei Hall, măsurarea nu este practic influenţată de efectul de lift-off (mişcare inversă care poate provoca indicaţii false) sau de coeficientul de umplere.

Traductorul poate fi construit cu două sonde Hall, astfel putându-se compara informaţii culese din zone limitrofe ale câmpului de curenţi turbionari induşi.

5.2.5.5. Bobină de transmisie

Montajul clasic al bobinelor de transmisie este prezentat în figura 5.11.

Fig. 5.11. Traductor cu bobine de transmisie

De o parte a piesei, la o anumită distanţă, a şi perpendicular se află bobina primară P, care produce curenţi turbionari în piesă. De cealaltă parte, la o distanţă b şi de asemenea perpendicular este situată bobina secundară S1 de măsurare a diferenţei de tensiune într-un montaj diferenţial cu bobina secundară S2. Câmpul magnetic al curenţilor turbionari, transmiţându-se prin proba de controlat, provoacă o variaţie de tensiune în funcţie de prezenţa sau absenţa defectelor din zona de acţionare a curenţilor turbionari induşi de bobina primară.

5.2.6. Recomandari privind alegerea parametrilor de control

Fazele examinarii cu curenti turbionari sunt urmatoarele:

alegerea sistemului de bobine; calibrarea in functie de factorii de influenta doriti; desfasurarea controlului; evaluarea si interpretarea semnalului.

14

Frecventa de lucru este stabilita in functie de materialul piesei controlate, forma acesteia, caracteristicile sistemului de control si ale corpului de reglare – etalonare.

La alegerea sistemului de bobine se vor lua in consideratie posibilitatile de compensarea a semnalelor perturbatoare oferite de bobinele diferentiale, de asemenea faptul ca aceste semnale sunt, cu atat mai eficient suprimate, cu cat lungimea bobinei este mai mare. Coeficientul de umplere trebuie sa fie si el intre 0.5 si 0.9.

Frecventa de control se alege luand in consideratie: separarea influentei adancimii defectului, raportul dintre indicatiile interioare si exterioare ale discontinuitatii, marimea defazajului dintre semnale in functie de influenta factorilor perturbatori.

Sensibilitatea controlului se determina cu ajutorul unei piese de comparatie de acelasi fel si marime ca si piesa controlata. Se folossc defecte artificiale, cat mai apropiate ca forma si dimensiuni de cele naturale.

Pentru reprimarea semnalelor perturbatoare, la piesele feromagnetice se foloseste magnetizatia de saturatie.

Distanta de asezare intre bobina de excitatie si bobina de masurare are o mare importanta, deoarece latimea campului de actiune electromagnetica se micsoreaza pe masura maririi frecventei. Astfel, la frecvente de 10 – 20kHz, coeficientul de marire relativa a campului de actiune este cuprins intre1.2 si 1.5. La frecvente de peste 50kHz nu se mai produc modificari. De asemenea latimea campului de actiune este influentata de spatiul dintre piesa si bobina, in sensul ca pe masura maririi acestuia latimea de actiune scade.

5.2.7. Etalonarea defectoscopului

Etalonarea defectoscopului urmareste asigurarea conditiilor optime de control, reglarea parametrilor in vederea obtinerii unui raport maxim semnal util/semnal perturbator (zgomot). Operatia este obligatorie inainte de inceperea controlului.

Daca obiectul controlat este o teava, corpul de etalonare reprezinta un tronson de teava cu acelasi diametru, grosime de perete si material, stare de prelucrare a suprafetei si tratament aplicat. Corpurile de etalonare sunt de doua feluri: cu orificii si cu crestaturi - renuri.

Corpurile de etalonare cu orificii sunt si ele de doua feluri: cu orificii strapunse utilizate la controlul tevilor subtiri si cu orificii nestrapunse utilizate la controlul tevilor groase.Pe corpul de etalonare se afla trei orificii decalate la 1200 asezate axial astfel incat semnalele receptionate sa fie distincte si neinfluentate prin efect de margine. Diametrele orificiilor sunt in functie de diametrul exterior al tevilor. Adancimea recomandata la orificiile nestrapunse este de 0.2s sau 0.4s, s fiind grosimea tevii.

Corpurile de etalonare cu renuri au renurile frezate la adancimea de 0.2s in cazul tevilor sudate, trase sau laminate la rece, si de 0.4s la tevile sudate, laminate la cald. Latimea este de 1mm iar lungimea renurilor se ia egala cu latimea imbinarii.

Corpul de etalonare se trece prin bobina defectoscopului, determinandu-se marimea indicatiei de defect de la orificiile sau crestaturile practicate. Indicatiile corpului de la etalonarte nu pot insa servi la aprecierea marimii defectelor din piesele controlate.

Sensibilitatea examinarii cu curenti turbionari este foarte ridicata, latimea minima a fisurii putand fi si de ordinul micronilor. Chiar la materiale cu conductivitate electrica foarte mica, cum ar fi fibrele de carbon sintetic, se asigura o sensibilitate absoluta la fisuri pana la latimi de 0.2mm.

5.2.8. Aplicaţii ale inspecţiei prin curenţi turbionari

Cele mai multe dispozitive de inspecţie prin curenţi turbionari sunt concepute dedicat pentru un anume tip de inspecţie, cum ar fi detectarea fisurilor (crack-urilor), inspectarea tuburilor, sortarea metalelor sau determinarea grosimii acoperirilor sau a conductivităţii. Există, de asemenea, şi dispozitive multiscop în care sunt urmărite modificările în modulul şi faza impedanţei. Piesele inspectate sunt ţevi, bare, tuburi şi sârme.

5.2.8.1. Fisuri (Crack-uri) de suprafaţă

15

Detectarea discontinuităţilor de suprafaţă (crack-uri) sau a celor de interior necesită luarea în consideraţie a următoarelor aspecte practice:

a) Este importantă luarea în considerare a oricăror cunoştiinţe iniţiale despre tipul probabil al defectului, poziţia, orientarea şi numărul probabil de defecte.

b) Alegerea frecvenţei de alimentare va influenţa detectabilitatea. Pentru defecte de suprafaţâ, frecvenţa ar trebui să fie cât mai mare posibil pentru a asigura o rezoluţie maximă şi senzitivitate ridicată. Pentru defectele încapsulate (embedded) sunt necesare frecvenţe joase, conducând la senzitivitate scăzută. Pentru materialele feromagnetice, alegerea unei frecvenţe scăzute poate anula într-o bună măsură penetrarea scăzută (datorată valorilor mari ale permeabilităţii magnetice).

c) Este avantajoasă utilizarea unei sonde (sistem senzor şi excitaţie) care să se potrivească cu geometria piesei inspectate.

d) La începutul inspecţiei, sonda trebuie plasată în vecinătatea suprafeţei. Se notează impedanţa în acest moment. Se face corecţia de zero a instrumentului.

e) La deplasarea sondei deasupra piesei de inspectat, o modificare în impedanţă înseamnă trecerea sondei peste o discontinuitate.

f) Semnalele provenind de la fisuri (crack-uri) situate la diferite adâncimi depind de frecvenţa şi de geometria sondei folosite, precum şi de conductivitatea şi permeabilitatea magnetică a piesei inspectate.

g) Este important, pe tot timpul inspecţiei, să se menţină un acelaşi lift-off, unghi al sondei faţă de piesa de inspectat şi aceeaşi viteză. Este deci necesară utilizarea de dispozitive automate de scanare.

h) Instrumentele ar trebui calibrate iniţial prin măsurători asupra unor defecte artificiale produse în materiale de proprietăţi cunoscute.

5.2.8.2. Coroziunea

Coroziunea este un proces natural şi reprezintă rezultatul tendinţei metalelor de a trece in stare mai stabilă din punct de vedere chimic, şi anume oxizii. Cele mai multe coroziuni se găsesc în natură în minereuri, care sunt amestecuri de compuşi chimici diferiţi.

Procesul de extractie, apare un surplus de energie în vederea obţinerii metalului. Surplusul de energie constituie factorul ce activează procesul de coroziune - de revenire la procesul stabil reprezentat de oxizi.

Diferite tehnici de curenţi turbionari sunt folosite pentru caracterizarea defectelor (thinning) a materialelor - induse prin coroziune - la îmbinările din fuselajele lor. Sunt utilizate, în special, două metode: una de baleiere în frecvenţă şi o alta ce utilizează curenţi turbionari în impulsuri.

Prima metodă se bazează pe măsurarea impedanţei sondei - la o serie de frecvenţe ale semnalului. Analiza datelor (în procesuJ de inversie - de care vom discuta mai târziu) furnizează date cantitative despre grosimea straturilor ce se întâlnesc într-o îmbinare. Informaţii similare pot fi obtinute prin testare cu curenţi turbionari în impulsuri, dar mai rapid şi cu un cost mult mai scăzut.

5.2.8.3. Tehnici multifrecvenţă

Impedanţa unei sonde de curenţi turbionari poate fi afectată de o serie de factori, printre care: • Variaţii ale frecvenţei de alimentare; • Variaţii ale conductivităţii electrice şi permeabilităţii magnetice ale unui obiect sau structuri cauzate

de modificări în structura materialului, apărute ca efect al tratamentelor termice, structurii cristaline etc.

• Modificări ale lift-offului datorate vibratiilor sondei, asperităţilor suprafeţei de testat şi excentricităţii tuburilor datorate, în speţă, fabricaţiei defectuoase.

• Prezenţa defectelor de suprafaţă, cum ar fi crack-urile, şi a celor interioare (de sub suprafaţă), cum ar fi golurile sau incluziunile nemetalice.

16

• Modificări dimensionale, ca de exemplu, subţierea pereţilor tuburilor datorită coroziunii, depunerii de material conductor etc.

• Prezenţa suporţilor metalici exteriori (în cazul tuburilor). • Prezenţa unor discontinuităţi, cum ar fi muchiile ascuţite.

Mai mulţi din aceşti factori sunt deseori prezenţi simultan. Într-un caz simplu, în care interesul este concentrat pe detectarea defectelor sau a unor modificări bruşte de geometrie, o sondă diferenţială poate fi folosită cu succes pentru eliminarea factorilor nedoriţi, cu condiţia ca aceştia să nu aibă o variaţie bruscă. De exemplu, variaţiile conductivităţii electrice şi subţierea pereţilor tubului afectează ambele bobine ale unei sonde diferenţiale, simultan. Totuşi, dacă este necesar să caracterizăm modificările graduale, ar trebui folosită o singură bobină.

De asemenea, doi parametri independenţi pot fi măsuraţi, de obicei, cu un semnal de o singură frecvenţă dată, analizând, pe rând, componenta de impedanţă corespunzătoare. Dacă este necesară determinarea unui număr mai mare de parametri, sunt necesare măsurători suplimentare la o singură frecvenţă sau măsurători la mai multe frecvenţe -tehnica multifrecvenţă. Dispozitivele uzuale de inspecţie cu curenţi turbionari folosesc doar una sau cel mult două frecvenţe la un anumit moment în timpul funcţionării. Analizoarele de impedanţă sunt, în schimb, echipate cu dispozitive de tip multifrecvenţă. Echipamentul este însă scump şi voluminos. La nivel de laborator, există astfel de sisteme fiincţionale. La Iowa State University, se foloseşte pentru inspecţia în curenţi turbionari, o staţie de lucru bazată pe un analizor de impedanţă Hewlett-Packard 4194A. Staţia este controlată de la un calculator personal şi conţine şi un scanner x-y controlat de calculator pentru realizarea de hărţi bidimensionale ale semnalelor de curenţi turbionari corespunzătoare defectelor. Echipamentul poate realiza măsurători cu toate tipurile de sonde - absolute, diferenţiale, reflexie - şi poate funcţiona la orice frecvenţă în plaja 100 Hz - 100 MHz. Sistemul dispune de un modul software pentru procesarea semnalului măsurat în vederea eliminării zgomotului. Folosirea însă a unor astfel de sisteme în cadrul unor soluţii integrate pentru testarea on-line nu este avantajoasă. Din acest punct de vedere, instrumentele de curenţi turbionari în impulsuri oferă o bandă largă de frecvenţă - dar şi avantajul unui instrument uşor, portabil şi rapid.

5.2.8.4. Determinarea adancimii fisurii cu sonde de potential Sondele de potential permit nu numai detectarea defectului dar si determinarea adancimii fisurii. Ele semnalizeaza variatia caderii de tensiune intre doua puncte invecinate situate pe suprafata examinata in prezenta defectului, comparativ cu situatia de referinta cand piesa este lipsita de defecte. In paralel, datorita, pe de o parte, preciziei de masurare a diferentei de potential, iar pe de alta parte, proportionalitatii dintre caderea de tensiune si lungimea traiectoriei liniilor de curent intre doua puncte situate pe suprafata piesei, devine posibila determinarea cu suficienta acuratete a adancimii fisurii. Defectoscopia cu sonde de potential este cu atat mai eficienta cu cat materialul examinat este mai dur din punct de vedere magnetic, deoarece permeabilitatea acestuia, comparativ cu a materialului feromagnetic, este mai putin influentata de tensiunile interne induse in procesul de prelucrare mecanotermica. Domeniul cel mai intalnit de aplicatii il reprezinta controlul tevilor de diametre si grosimi relativ mari. Din punct de vedere al adancimii fisurii, metoda permite o investigare cantitativa de precizie in intervalul 4 – 20 mm.

Detectarea discontinuităţii şi evaluarea adâncimii

Semnalarea fisurii şi evaluarea adâncimii ei se realizează cu ajutorul sondelor de potenţial de contact cvadri sau hexapolare de curent continuu şi/sau alternativ. Sonda are o pereche de poli A – B, cu deschidere l, figura 5.12., servind ca electrozi de contact pentru inducerea curentului în piesă şi o pereche de poli, C, D cu deschidere mai mică l0<I, utilizaţi la măsurare cu ajutorul unui galvanometru. Presupunând că prin electrozii A şi B se introduce în interiorul piesei un curent continuu de intensitate i, având liniile de curent şi cele echipotenţiale reprezentate în figura 5.75.a, diferenţa de potenţial între punctele C şi D în cazul absenţei defectului este dată de relaţia:

iSliRU ⋅⋅=⋅= 0

0 ρ

unde ρ este rezistivitatea materialului; S este secţiunea străbătută de curentul i; l0 este distanţa minimă străbătută de curent între sondele de potenţial (C, D).

Dacă între punctele de măsurare C şi D există o fisură, liniile de curent sunt obligate să ocolească fisura, modificând şi configuraţia liniilor echipotenţiale, figura 5.75.b.

17

Ocolind fisura, liniile de curent parcurg o distanţă If mai mare, ceea ce corespunde unei rezistenţe mai mari, Rf>R. Astfel, diferenţa de potenţial măsurată păstrând acelaşi curent ca şi în primul caz va fi şi ea mai mare şi anume:

iSliRU 'f

ff ⋅⋅=⋅= ρ

unde If este lungimea liniei medii de curent ce circumscrie fisura. În cazul când S = S’ rezultă:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛==

laf

ll

UU

0

f

0

f

funcţia fiind deci dependentă de adâncimea fisurii (a).

Fig. 5.12. Liniile de curent şi echipotenţiale în zona de măsurare

cu sondele de potenţial C - D: a - într-o piesă fără discontinuităţi superficiale

b - într-o piesă cu fisură de adâncime „a"

În particular, în situaţia unei fisuri de adâncime infinită în semispaţiul străbătut de curent, funcţia respectivă ia valoarea ∞= aUU f 20 . Pentru fisuri de adâncime finită, funcţia )(0 afUU f = este reprezentată în figura 5.13 şi poate fi aproximată în domeniul a/l > 0,1 prin relaţia:

aUU f ⋅= 6,6

0

Fig.5.13. Variaţia raportului Uf/U0 funcţie de adâncimea relativă a fisurii

Fig. 5.14. Variaţia raportului Uf/U0 cu adâncimea fisurii la oţeluri diferite

Alimentarea sau magnetizarea în curent alternativ atrage după sine modificări în sensul că, datorită

efectului pelicular se măreşte precizia de conturnare a fisurii, iar functia potenţialului de defect este influenţată de frecvenţă şi de permeabilitate. Se poate arăta că tensiunea este aproximativ proporţională cu radicalul frecvenţei.

Tensiunea Uf depinde în mare măsură de felul materialului. În figura 5.14 s-a reprezentat )(0 afUU f = pentru oţeluri de marca 0L37 şi 0L42, la o

frecvenţă constantă de 3 kHz. Deosebirile de caracteristici la cele două tipuri de oţel se explică prin dependenţa de permeabilitate a măsurătorilor, implicit prin efectul variaţiei câmpului în cele două situaţii când se determină U0, respectiv Uf. În consecinţă, pentru mărirea acurateţei măsurătorilor, se recomandă utilizarea unei frecvenţe medii, chiar joase, sub 30 Hz. Datorită influenţei intense exercitate de către

18

defectele superficiale asupra tensiunii, Uf poate să ajungă la 250 µV, iar curentul la o intensitate de 0,3 ÷ 0,5 A.

Metoda permite stabilirea cu bună aproximaţie a orientării planului mediu al fisurii în raport cu suprafaţa piesei, prin diferenţierea rezultatului măsurătorii în funcţie de poziţia sondei faţă de fisură. Dacă tensiunea măsurată de o parte şi de alta a fisurii U1 = U2, se deduce că fisura este perpendiculară pe suprafaţă. Dacă U1 ≠ U2, fisura este oblică, figura 5.15, cu vârful îndreptat spre partea în care se recepţionează căderea maximă de tensiune (U1 > U2). Aşa cum rezultă din figura 5.15, mărimea adimensională U1 / U2 devine în aceste condiţii un indicator al unghiului α format între planul fisurii şi normala la suprafaţă.

Fig. 5.15. Variaţia raportului 0UU f funcţie de orientarea planului fisurii (α)

Adâncimea fisurii α se determină după metodologia descrisă prin introducerea unei corecţii în

funcţie de valoarea unghiului α cu ajutorul diagramei din figura 5.16.

Fig. 5.16. Variaţia raportului 0f UU cu adâncimea fisurii inclinate la α = const.

Tehnologia de control Controlul cu sonde de potenţial de contact implică testarea din aproape în aproape a zonei de

interes de pe suprafaţa piesei şi urmărirea instrumentului de măsură. În raport cu direcţiile posibile de orientare a defectelor, sondele se aşază astfel încât unghiul format de linia electrozilor de contact cu planul fisurii să fie cât mai mare. Înainte de începerea examinării este necesară o calibrare de nul a aparatului. Polii de măsurare se menţin în contact cu suprafaţa şi perpendicular pe aceasta. Pentru mărirea concludenţei măsurării, apăsarea constantă a polilor de contact se asigură printr-o montură prevăzută cu arc. Abaterea măsurătorilor, determinată de poziţia polilor, se încadrează în limitele ±10%. În mod asemănător, precizia de măsurare a adâncimii fisurilor cvasiperpendiculare se încadrează în limite de ±10%, dacă diferenţa dintre grosimea piesei şi adâncimea fisurii depăşeşte ca mărime distanţa l. Defectele înclinate provoacă abateri peste limitele ±10%, mai ales atunci când adâncimea este sub 5 mm. La examinarea pieselor subţiri, se impune folosirea unor coeficienţi de corecţie stabiliţi în funcţie de unghiul de înclinaţie [12]. Se menţionează că lăţimea defectului nu influenţează rezultatul măsurătorii.

Având în vedere sensibilitatea metodei faţă de variaţii de formă, rezultatele determinărilor se consideră concludente dacă distanţa dintre punctul de măsurare şi zona cu modificări de secţiune a piesei

19

depăşeşte deschiderea l dintre electrozi. După sesizarea defectului, se va căuta simetrizarea polilor în raport cu planul defectului.

Aparatele cvadripolare se livrează şi în varianta 3 ÷ 1, având două capete de măsurare şi un pol de curent în aceeaşi montură şi celălalt pol de curent cu magnet de fixare mobil separat, racordat cu cablu flexibil pentru a permite o mai bună adaptare la situaţiile care pot să apară în cursul controlului. AIegerea şi, după caz, reglarea distanţei dintre capetele polare de măsurare se face cu ajutorul unor defecte artificiale localizate pe suprafaţa posterioară. Sensibilitatea de detectare a fisurilor este la nivelul microneregularităţilor, motiv pentru care se impune şi o curăţire mecanică adecvată a suprafeţei examinate. Pentru mărirea preciziei de determinare la piese subţiri, se recomandă folosirea sondei hexapolare.

Controlul mecanizat al ţevilor, recipientelor şi vaselor cu pereţi subţiri sau groşi, se realizează cu ajutorul sondelor potenţiale de contact sau de proximitate. În acest caz, sondele se folosesc în exclusivitate la detectarea câmpului de dispersie, respectiv la măsurarea adâncimii. În vederea obţinerii unei productivităţi ridicate se utilizează mai frecvent următoarele soluţii:

• rotirea sondelor cu turaţia ns, concomitent cu o deplasare a semifabricatului (produsului), cu viteza vd;

• deplasarea pe generatoare a sondelor cu viteza vd, concomitent cu rotirea produsului np. În primul caz, distanţa dintre capetele polare în ipoteza unei baleieri integrale a suprafeţei

exterioare cu un număr de n sonde, se alege din condiţia:

s

d0 nn

vI⋅

=

În cel de-al doilea caz, viteza de deplasare a celor n sonde paralele în ipoteza baleierii integrale a suprafeţei se află din relaţia:

0pd Inv ⋅=

Principala deficienţă a sondei de proximitate constă în dependenţa gradului de decelabilitate a câmpului de dispersie de distanţa până la suprafaţa de examinare (întrefier), ceea ce îi limitează posibilităţile de aplicare.

Rezultatele măsurătorilor sunt influenţate de temperatură datorită în primul rând dependenţei rezistivităţii de acest factor. În tabelul 5.1 se prezintă valorile de referinţă ale rezistivităţii celor mai uzuale metale la temperatura de 20°C.

Rezistivitatile unor materiale Tabelul 5.1 Material Conductivitate λ [% IACS] Rezistivitate ρ [µΩ cm]

Aluminiu 61,05 2,824 Cupru 100 1,7241 Fier 17,24 10 Aliaj cupru – nichel 70/30 4,70 37 Aliaj cupru – nichel 90/10 9 19,23 Plumb 7,9 21,74 Nichel 17,24 10 Alamă Al – As 22,9 7,5 Oţel inox tip 304 2,4 71,4 Titan 1,1 156 Zinc 29,3 5,9

Alţi factori care pot provoca erori sistematice de măsurare a discontinuităţilor sunt existenţa unor

punţi de legătură electromagnetică între suprafeţele discontinuităţii, ca şi prezenţa lichidului, ceea ce prin scurtcircuitarea liniilor de curent, conduce la subestimarea adâncimii.

Precizia masurătorilor de potenţial este influenţată de grosimea piesei şi de distanţa dintre locul de măsurare şi marginea piesei. Pentru obţinerea unei precizii de ±10% la măsurarea adâncimii fisurii,

20

grosimea piesei s, respectiv grosimea efectivă sub fisură (s – a), trebuie să depăşească distanţa dintre electrozii de curent.

Metoda se poate utiliza la toate materialele bune conducătoare de electricitate. Aparatele de c.c. compensează automat variaţiile de tensiune produse de contactul electrozilor pe piesă şi datorită temperaturii de contact. Sondele de măsurare sunt realizate, în funcţie de lungimea l0 şi curentul i, de la diametre de 0,1 ÷ 5 mm, până la diametre de 0,5 ÷ 50 mm, respectiv curenţi în intervalul 3 ÷ 20 A. Rezultatele sunt prezentate analogic sau digital şi se pot înregistra.

Testarea prin curenti turbionari Generalitati. Teminologie Termeni generali

Inductie electromagnetica

Curenti turbionari

Camp de excitare

Conductivitate

Permeabilitate absoluta

Permeabilitate

relativa

Saturatie magnetica

Efect pelicular Sinonim : Efect

skin

Fenomen de producere a unei tensiuni electromotoare intr-un circuit, datorita variatiei fluxului magnetic care strabate acest circuit Curenti locali de inductie care apar in piese metalice cand acestea sunt supuse unor fluxuri magnetice variabile Camp magnetic produs de un curent care strabate bobina numita primara Marime fizica egala cu inversul rezistivitatii electrice Marime fizica egala cu raportul dintre materialului respectiv permeabilitatea vidului Marime fizica egala cu raportul dintre inductia magnetica si intensitatea campului magnetic Starea unui material produsă la o anumită l imita a intensi tăţ i i campului magnetic, cand gradul de magnetizare al materialului rămane constant deşi intensitatea cîmpului magnetic creşte Fenomenul de descreştere a adancimii de pătrundere a curentului spre centrul conductorului odată cu creşterea frecvenţei curentulu i . In cazul unor frecvenţe foarte mari, curentul râmane practic la suprafaţă

Termeni referitori la echipament Bobină

Bobină primară

Bobina secundara

Bobină ecranată

Una sau mai multe înfăşurări ale unui conductor pe un suport în scopul de a produce un cîmp magnetic la trecerea curentului Bobină care produce un flux magnetic variabil în materialul controlat cand este parcursa de curent variabil Bobină care detecteazâ campul magnetic din materialul controlat si este sediul unei tensiuni electromotoare induse Bobină prevăzută cu un ecran electromagnetic în scopul limitării imprastierii curenţilor turbionari din materialui controlat

Bobină-jug

Bobina adaptată geometric

Bobina inelară

Bobină internă

Sondă

Sistem de bobine

Sistem de bobine absolut

Sistem de bobine diferenţial

Lungimea bobinei

Diametru efectiv al bobinei

Factor de calitate

al bobinei (Q)

Zgomot

Zgomot de instrument

Zgomot de interferentă

Zgomot de fond

Bobină cu spire înfaşurate pe un jug magnetic cu permeabilitate ridicată Bobină cu geometrie adaptată configuraţiei piesei de controlat Bobină (sau ansamblu de bobine primare şi/sau secundare) care înconjoară piesa de controlat Bobina (sau ansamblu de bobine primare şi/sau secundare) care este inconjurata de materialul controlat Bobină de dimensiuni reduse (sau ansambiu de bobine) folosită pentru evidenţierea defectelor locale în materialul controlat Ansamblu de bobine folosit la evidentierea defectelor de material cu curenţi turbionari Ansamblu de bobine care detecteaza cîmpul magnetic al curenţilor turbionari independent de orice piesă de referinta Ansamblu de bobine folosit pentru detectarea modificarilor campului magnetic al curenţilor turbionari atat în porţiuni adiacente ale piesei cat şi în piesa controlată fata de o piesă de referinţă Lungimea unei bobine în sens axial Diametrul unei bobine cilindrice teoretice avînd acelaşi efect electromagnetic ca şi bobina de control Raportul numeric între reactanta şi rezistenţa unei bobine, pentru frecvenţa de lucru Un semnal nedorit în echipameniul de control Un semnal electric nedorit produs în echipament de exempul: microfonie, cuplări electromagnetice, zgomot de contact, tuburi electronice etc. Distorsiune nedorită produsa de alte aparate sau dispozitive electrice aflate în apropierea echipamentului de control Semnale nedorite produse în urma variatiilor dimensionale sau calitative ale materialului controlat care nu reprezintă semnale de defecte sau semnale rezultate datorită unor

Rezolutie

Discriminare

Timp de raspuns

Timp de restabilire

Faza

Unghi de fază

Diferenţa de faza ( Defazaj)

Detector sensibil la

fază

Compensare de fază

Semnal de

compensare

Filtru

Piesă de etalonare

Piesa de referinta

schimbări în procesul de control, ca de exemplu modificarea vitezei de control, modificarea poziţiei relative a bobinei fată de piesa controlată etc. Capacitatea echipamentului de control de a indica distinct semnale provenite de la defecte invecinate Capacitatea echipamentului de control de a indica distinct semnale de defecte, in functia de natura lor Timpul care a trecut intre momentul sesizarii unui defect de catre bobina secundara si indicatia aparatului indicator Timpul necesar unui echipament de control pentru a reveni la starea initiala, dupa ce a primit un semnal. Diferenta de timp in care are loc aceeasi variatie a curentului fata de variatia tensiunii Echivalentul unghiular al fazei obtinut prin mutiplicarea faze cu 2π, dacă unghiul se exprimă în radiani şi cu 360, dacă unghiul se exprimă în grade Diferenţa de faze între două marimi periodice de aceeasi frecvenţă Dispozitiv in care amplitudinea semnalului de iesire este independenta de faza semnalului de intrare Suprimarea unor semnale nedorite prin reglarea fazei de referinta intr-un detector sensibil la faza Semnal egal ca amplitudine si frecventa dar opus ca faza , fata de un semnal aparut in procesul de control Dispozitiv care lasa sa treaca numai semnale ale caror frecvente au valori fie cuprinse intr-un anumit interval, fie valori care se gasesc in afara unor limite determinate Piesa cu defecte naturale sau artificiale folosita la calibrarea echipamentului de control Piesa executata din acelasi material, cu aceleasi caracteristici fizice si dimensiuni de baza ca si piesa controlata si care poate sau nu contine defecte artificiale sau naturale

Termeni referitori la metodele de control si examinare

Control cu Metodă nedistructivă de control bazată pe inducerea unor

curenţi turbionari

Măsurare directă

Metodă de analiză a

impedanţei

Metodă de analiză a faze

Metode de examinare

prin comparaţie

Examinare

prin modulare

Examinare

prin impulsuri

Examinare prin

transmisie

Metoda punţii dezechilibrate

Indicaţie directă

Indicaţie

diferenţială

Indicaţie de defect în

amplitudine

Diagrama impedantei

curenţi turbionari în materiaiul controlat. Modificări ale campului magnetic generat de aceşti curenţi, datorate unor neomogenităţi sau discontinuităţi ale materialului controlat Măsurare fără referire la o piesă de etalonare Metodă de control bazată pe analiza variaţiilor rezistenţei şi reactanţei bobinei secundare Metoda de control care evidenţiază neomogenităţi în materialul controlat, pe baza schimbarilor unghiului de fază pe care aceste neomogenitaţi le produc asupra semnalului de control Metodă de control care sesizeaza şi estimează diferenţa caracteristicilor electromagnetice între două piese supuse controlului Tehnică de examinare în care se separă semnalele de ieşire Tehnică de examinare în care semnalul de control se aplică bobinelor sub formă de impulsuri de tensiune Tehnică de examinare în care efectul de ecranare al unei piese este măsurat prin caracteristicile de cuplare între bobina primară şi cea secundara, separate prin piesă Tehnica de examinare în care variatiile electromagnetice din materialul controlat sunt indicate prin dezechilibrarea unei punţi de curent alternativ Semnalul electric de ieşire al unei bobine în sistem absolut Semnalul electric de iesire obţinut de la un sistem diferenţial de bobine Indicaţia aparatului indicator atunci cand este măsurată numai amplitudinea semnalului de defect, fără a lua în consideraţie forma, frecventa sau faza lui relativă Reprezentarea grafică a componentelor reactive şi rezisntive ale bobinei, ca functii de frecvenţă de lucru, conductivitatea materialului controlat, permeabilitatea sau dimensiunile acestuia

Frecvenţă de

lucru

Frecvenţă optimă

Adancime de pătrundere

Adincime efectiva de

pătrundere

Efect de apropiere-departare

Efect de depistare

Efect de margine

Distanta normală

sonda- piesă

Distanţă radială

Factor de umplere

Vobulatie

Viteză de control

Frecvenţa tensiunii aplicate bobinei în scopul inducerii curenţilor turbionari în materialul controlat Frecventa care dă cel mai mare raport semnal/zgomot Adancimea la care densitatea curentului reprezintă o treime din valoarea sa la suprafaţa unui corp cu configuraţia uniformă. Adancimea maximă de patrundere pentru care un sistem de control nu mai sesizează o creştere în adancime Efectul asupra semnalului de ieşire al sistemului de control ori de cîte ori este variată distanţa dintre materialul controlat şi sonde Efectul deplasarii relative intre materialul controlat si bobine asupra semnalului de iesire al ansamblului de bobine Schimbarea distribuţiei curenţilor turbionari datorită unei schimbări dimensionale bruşte în secţiunea materiaiului controlat. Distanţa normală intre suprafefele adiacente ale sondei şi ale piesei de controlat Distanţa radială între suprafeţele adiacente ale bobinei inelare şi ale piesei cilindrice, plasate coaxial Raportul dintre sectiunea transversală a piesei controlate şi secţiunea transversală efectivă a bobinei primare inelare Variaţii ale semnalului de ieşire datorită mişcării laterale a piesei controlate în interiorul bobinei inelare Viteza relativă între bobină şi materialul controlat

Tratarea cu curenţi turbionari este o metodă extrem de utilizată din spectrul tehnicilor

utilizate în inspecţia nedistructivă în câmp electromagnetic. Tehnicile actuale de testare de curenţi turbionari oferă posibilitatea unei inspecţii cu costuri mici dar viteză mare a unor piese conductoare de dimensiuni pornind de la foarte mici până la foarte mari cum ar fi cele întalnite în reactoarele nucleare, în aviaţie sau marină, piese ce lucrează la temperaturi şi presiuni mari unde apariţia unor defecte nedetectate la timp poate însemna adevarate dezastre umane, ecologice şi economice.

Automatizarea metodei de inspectie permite, la ora actuală, introducerea acesteia in procesul de fabricaţie a pieselor, aducând economii însemnate, ce nu sunt atinse in nici o altă metodă de testare nedistructivă utilizată.

Testarea cu curenţi turbionari este utilizată atât pentru măsurari cantitative ale proprietăţilor materialelor dar şi pentru sortarea pieselor după dimensiuni, proprietăţi.

Testarea cu curenţi turbionari furnizează rezultate aproape instantaneu (aşadar, în feal) ceea ce permite utilizarea ei în linii de producţie pentru testarea ţevilor, foliilor, plăcilor sau a altor piese cu simetrie. De asemenea, calitatea sudurilor testată prin curenţi turbionari. Piesele testate, fie trec prin interiorul bobinelor de jie, fie sunt scanate prin deplasarea bobinelor de probă.

Această metodă de testare se aplică în toate stadiile obţinerii şi tratării termice a tevilor şi aliajelor acolo unde trebuie testată rapid eficienţa proceselor tehnologice. Materialele deteriorate în timpul procesărilor pot fi detectate şi scoase din procesul de producţie limitând astfel pierderile. Tratamentele termice (călirea, etc) pot fi astfel monitorizate direct. Efectele procesărilor mecanice roluiri, deformări la cald sau la rece) pot fi, de asemenea, măsurate într-o maniera operativă.

Principiul metodei de control si factori de influenta

In baza legii inductiei, intr-o piesa buna conductoare de electricitate se introduc curenti turbionari prin campuri magnetice variabile sau in miscare realizate cu ajutorul unei bobine de excitatie. (fig 5.64.) Potrivit legii lui Lentz campul magnetic primar produs de bobina Hp ,si cel secundar indus in piesa de catre curentii turbionari Hs, se afla in interdependenta si in opozitie. Curentii turbionari ocolesc discontinuitatile din piesa, astfel incat modifica fie impedanta bobinei, daca traductorul este format dintr-o singura bobina de excitatie, fie amplitudinea si faza curentului din bobina secundara, atunci cand traductorul este format din doua bobine.

Fig. 5.64. Curenti turbionari si camp magnetic indus in piesa de controlat

Principalii factori care influenteaza metoda de control cu curenti turbionari sunt:

efectul pelicular frecventa permeabilitatea magnetica

conductivitatea electrica distanta conductor – piesa efectul de magine

Efectul pelicular se evidentiaza atunci cand intr-o piesa se induce un curent

alternativ. Este un fenomen de descrestere a patrunderii curentului spre centrul conductorului odata cu cresterea frecventei curentului. In cazul unor frecvente mari, curentul ramane practic la suprafata. La suprafata acesteia densitatea de curent este maxima, iar la mijlocul piesei, minima. Legea de distributie a curentului in sectiunea transversala este de forma exponentiala:

I=I0e-x(πƒμλ)

unde I0 este densitatea de curent de suprafata, x este distanta in planul transversal al piesei sau adancimea de patrundere, f este frecventa, μr permeabilitatea relativa iar λ conductivitatea electrica (m/Ω mm2). Adancimea de patrundere a, se defineste ca fiind acea adancime pana la care intensitatea curentilor turbionari este suficient de mare, pentru a putea evidentia defectele. Ea reprezinta o treime (cca. 37%) din valoarea sa la suprafata unui corp cu configuratia uniforma.

a=503/(μ r ƒ λ)1/2

Presupunem ca avem de controlat doua piese de dimensiuni identice, dar care au conductivitati electrice diferite (cupru si otel). Pentru a obtine aceeasi adancime de patrundere, suntem obligati sa folosim frecvente diferite, compensand astfel diferenta de conductivitate. Frecventa difera si ea in functie de materialul controlat. Ea influenteaza direct proportional reactanta inductiva a circuitului. Domeniul de frecvente este foarte larg, incepand cu spectrul undelor radio pana la limitele microundelor. Cele mai utilizate benzi de frecventa sunt cuprinse in intervalul 1 – 500kHz. Permeabilitatea magnetica joaca un rol deosebit asupra curentului indus in piesa, ea variind in functie de campul magnetic si este mult superior rolului conductivitatii elctrice. Tehnica de saturatie elimina pe de o parte influenta permeabilitatii, iar pe de alta parte efectul de incalzire in curent alternativ. Coeficientul de conductivitate este dependent de o multime de factori ce tin de material si de prelucrarea acestuia, dintre care cei mai importanti sunt: tratamentul termic aplicat, dimensiunile granulatiei, temperatura, tensiuni interne de ordin doi, variatiile unor caracteristici reologice. Pe masura apropierii bobinei de control de piesa de examinare, impedanta sufera modificari, cu atat mai mari cu cat proximitatea – distanta fata de piesa este mai mica si cu cat campul magnetic produs de bobina este mai mare. Coeficientul de umplere al bobinei reprezinta gradul de ocupare al sectiunii acesteia de catre sectiunea transversala a piesei:

η=(dp/db )2

unde dp este diametrul piesei iar db diametrul bobinei. Influenta distantei dintre traductor si piesa se compenseaza usor prin folosirea curentilor pulsati cu doua componente – impulsuri scurte si impulsuri lungi. Efectul de margine apare la apropierea capatului bobinei de control, deoarece se modifica rezistenta magnetica a circuitului magnetic deschis si prin urmare densitatea liniilor de camp in bobina de control. Distorsiunea rezultata a campului magnetic anuleaza posibilitatea de evidentiere a defectelor in aceste portiuni si in zonele adiacente. Pentru a elimina aceasta influenta , la controlul barelor si tevilor , obiectul de controlat trebuie introdus in bobina pana cand efectul dispare si valoarea masurata este constanta. Lungimea minima de introdus este de 3 – 10 mm si depinde de intensitatea campului, diametrul probei, al bobinei si de proprietatile materialului. Uneori la capetele bobinei se pun inele de scurtcircuitare, in care se introduce un curent turbionar care anihileaza campul bobinei prin contracampul creat.

Limitări ale testarii cu curenţi turbionari

• Aplicabilă numai la materialele cu bune calităţi conductoare (metale,aliaje de materiale ce conţin în compozite straturi de material conductor). Se pot măsura grosiraile unor straturi ne-conductoare cu condiţia ca acestea să fie depuse pe straturi de materiale conductoare • Metoda poate detecta doar acele defecte ce perturbă liniile de curgere a curenţilor turbionari. Aşadar, vor putea fi detectate numai defectele orientate perpendicular pe aceste linii nu şi cele orientate paralel (tangenţial) la liniile de curent.

Particularitatile controlului nedistructiv cu curenti turbionari Procesul de control nedistructiv cu curenti turbionari scoate in evidenta modificarile proprietatilor fizice ale unui obiect controlat cu ajutorul unui camp magnetic alternativ sau in miscare. Practic, piesa controlata este adusa in zona de interacţiune cu un câmp magnetic alternativ produs de o bobina. Campul bobinei de control induce in piesa curenti turbionari care la randul lor produc un camp magnetic alternativ opus campului bobinei. Modificari ale campului magnetic generat de acesti curenti datorate unor neomogenitati sau discontinuitati ale materialului controlat preluate de aparatura adecvata permit evidentierea defectelor in materialul controlat. Testarea depinde de aranjamentul de masura , de frecventa, de proprietatile electrice si magnetice, precum si de dimensiunile piesei. Metoda se bucura de un larg camp de aplicatii: in defectoscopie, in receptia si sortarea semifabricatelor, evidentierea modificarilor superficiale de suprafata, masurari de grosimi, la examinarea semifabricatelor din fibra de carbon sintetic intalnite in aviatie si tehnici aerospatiale. Ea se aplica atat pentru materiale feromagnetice cat si pentru materiale neferomagnetice. Adancimea de patrundere fiind destul de mica metoda este indicata in cazul controlului defectoscopic de mare finete, domeniul de sensibilitate situandu-se in limitele 0.01mm – 1mm, frecventa de lucru fiind intre 10Hz si 10MHz.

Masurarea conductivitatii materialelor Măsurarea conductivităfii unui metal neferomagnetic este destul de simplă, fie că este vorba

de valori absolute pentru materiale omogene sau relative pentru obiecte conţinând modificări structurale (cum ar fi tratamente termice aplicate în anumite puncte). Principiul măsuratorii se bazează pe variaţia impedanţei senzorului la modificarea conductivităţii materialului testat la o frecvenţă fixă şi în condiţiile păstrării nemodificate a distantei senzor piesa.

Instrumentele folosite exclusiv pentru măsurarea conductivităţii sunt, în general, simple şi folosesc senzori de diametru mare (10 mm sau mai mult), de obicei de tipul bobină plată. Au, de obicei, numai câteva trepte de frecvenţă (de exemplu 5 şi 10 kHz), funcţie de adâncimea de pătrundere cerută, cu un indicator pentru afişarea semnalului de ieşire.şi un schimbător de fază pentru eliminarea (diminuarea) efectelor lift-offului (aceasta este o caracteristică esenţialâ în testarea materialelor cu suprafaţă rugoasă). Aparatul de afişaj este calibrat folosind piese test de valori cunoscute ale conductivităţii electrice .

0 soluţie alternativă pentru un instrument cu afişaj de tip osciloscop este să se observe curba la un anumit lift-off şi o frecvenţă dată obţinută prin scanara suprafeţei piesei. Rezultatul se compară cu curbe obţinute pe materiale cu conductivitate cunoscută, prin trasare pe un acelaşi grafic. Metoda are avantajul că nu necesită eliminarea efectului lift-offiilui asupra măsurătorilor.

Măsurarea grosimii (în materialele subţiri) Prin testarea cu curenţi turbionari, pot fi măsurate următoarele tipuri de dimensiuni: • Dimensiunile sectiunii transversale a tuburilor şi barelor cilindrice; • Grosimea unor plăci şi folii metalice şi a acoperirilor metalice pe substraturi metalice sau

nemetalice; • Grosimea acoperirilor nemetalice pe substraturi metalice. Dimensiunile tuburilor şi barelor cilindrice pot fi măsurate fie cu bobine exterioare - ce

înconjură piesele, fie cu bobine interioare - introduse cu axa paralele cu axa tubului. Relaţii dintre variaţia impedanţei şi variaţia diametrului este relativ constantă într-o plajă

largă de frecvenţe (nu foarte joase). De altfel, avantajele folosirii unor frecvenţe ridicate sunt multiple. Pe de o parte, contribuţia oricărei modificări de conductivitate la impedanţa bobinei devine mai puţin importantă, şi poate fi oricum eliminată. Pe de altă parte, se înregistrează o crestere a conductivitaţii datorată valorii sporite a componentei inductive a impedanţei. Datorită diferenţei semnificative în faza semnalului, corespunzătoare unor modificări ale lift-lui conductivităţii şi funcţie de forma defectului, se pot face testări simultane pentru masurarea conductivităţii, a grosimii şi atestarea prezenţei defectelor.

Aplicaţiile uzuale includ măsurarea excentricităţilor în raport cu diametrele tuburilor şi grosimea pereţilor tuburilor.

0 utilitate deosebită au măsurătorile grosimii pereţilor tuburilor pentru detectarea coroziunii, atât a celei externe cât şi a celei interae. Atunci când suprafaţa interioară nu este accesibilă, trebuie folosiţi senzori interiori, ca de exemplu, în testarea tuburilor îngropate sau care sunt susţinute de suporţi. Rezultate bune în măsurarea modificărilor de grosime în tuburi feromagnetice au fost obţinute prin folosirea tehnicil de inspecţie în câmp îndepărtat . Este posibilă măsurarea grosimii unui strat subţire de metal depus pe un substrat, deasemenea metalic, atunci când curenţii turbionari pătmnd complet toată acoperirea stratul şi substratul metalic, cu condiţia existenţei unei diferenţe apreciabile între cele două valori de conductivitate.

Din nefericire, efectele conductivităţii electrice σ nu pot fi eliminate şi este important să se verifice că orice variaţii ale lui σ în zona de interes au efecte scăzute asupra semnalului. La frecvenţe de testare scăzute, la care penetrarea este mare, variaţiile de impedanţa a senzorului sunt mult mai sensibile la modificări ale conductivităţii electrice. Se realizeaza, în prealabil, calibrare pe piese test de grosime cunoscută.

Detectarea şi analiza semnalelor din testarea cu curenţi turbionari

Curenţii turbionari induşi într-un material determină propriul lor câmp magnetic. Amplitudinile, fazele şi forma liniilor de curent în material sunt detectate prin măsurarea câmpului magnetic rezultant sau al unui efect al său, cu un set de bobine senzor sau cu elemente de tip Hall, toate fiind integrate în sistemul de testare.

Configuraţiile posibile ale sistemelor de inspecţie sunt: a) Bobina de inducţie (furnizând câmpul magnetic variabil în timp) şi bobina de măsură - cea

în care se observă influenţa curenţilor turbionari. Acest sistem de bobine poate fi situat de aceeaşl parte a piesei inspectate (tuburi, plăci) sau de o parte şi de alta (în cazul foliilor subţiri) când se formează un sistem de măsură bazat pe pătrunderea prin întreg materialul a câmpului datorat curenţilor turbionari.

b) Bobina de inducţie este una şi aceeaşi cu bobina de culegere a semnalului . In cele mai multe dintre situaţii (pentru configuraţiile de tip a), bobina de magnetizare şi cea

de captare a semnalului sunt de dimensiuni aproape identice. Există însa şi aranjamente cu două sau mai multe bobine de excitaţie sau două sau mai multe bobine senzor dispuse în locuri diferite, în general, în configuraţii diferenţiale. Astfel de montaje sunt sensibile la defecte de dimensiuni mici sau la variaţii mici în proprietăţile materialului. Sunt larg utilizate în detectarea neomogenitaţilor, discontinuităţilor sau a defectelor de sudură în tuburi, bare, plăci în timpul fabricaţiei. In sistemele cu senzori Hall, dimensiunile reduse ale acestora permit ca o întreagă matrice de senzori să poată fi asociată cu o singură bobină de excitaţie.

Semnalele măsurate sunt, de obicei, tensiuni şi curenţi sinusoidali (sau în impulsuri). Tehnicile utilizate sunt asemănătoare cu cele folosite la măsurarea impedanţelor în circuitele de curent alternativ (în care există metode foarte precise de măsurare a amplitudinii şi fazei acestora).

De asemenea, trebuie remarcat că un acelaşi sistem de testare cu curenţi turbionari poate fi folosit la diverse măsuratori prin selectarea de diverse firecvenţe de lucru. Cele mai multe sisteme industriale funcţioneaza cu frecvenţele curentului de excitaţie situate în intervalul 5 Hz - 10 MHz. Cele mai multe sisteme sunt echipate fie cu oscilatoare de frecvenţă variabilă fie cu generatoare în trepte de frecvenţă.

0 trăsătură esenţială a testelor cu curenţi turbionari este aceea că prin folosirea unei excitaţii în curent alternativ, curenţii turbionari induşi tind să se concentreze spre suprafaţa materialului din partea unde se găsesc bobinele de excitaţie. La acest fenomen contribuie conductivitatea electrică foarte mare a materialelor conductoare şi permeabilitatea magnetică a acestora, aşa cum am văzut din relaţia adâncimii de pătrundere.

Se observă că în cazul menţinerii aceluiaşi material, prin selectarea de diferite frecvenţe, se pot obţine diferite adâncimi de inspecţie. De asemenea, se observă că la un material bun conductor care este şi feromagnetic, adâncimea de pătrundere scade substanţial comparativ cu a unui material care este doar bun conductor din punct de vedere electric. O soluţie folosită pentru a evita astfel de probleme la materialele feromagnetice este o frecvenţă foarte scăzută (5 Hz) combinată uneori şi cu trecerea prealabilă prin piesă a unui curent continuu de natură să aducă materialul testat în zona de saturaţie magnetică (caz în care μ tinde către 1). Alegerea frecvenţei de excitaţie este facută nu doar în vederea descoperii de defecte situate la diverse adâncimi, ci şi pentru măsurarea unor proprietăţi de material. Se poate alege o frecvenţă suficient de mare pentru ca pătrunderea în material a curenţilor turbionari să fie foarte mică, şi deci influenţa geometriei piesei să fie neglijabilă. De

exemplu, cu frecvenţe de 64 kHZ se pot măsura cu precizie piese în care grosimea totală depăşeste 3 mm. In cazul în care se doreşte măsurarea unor defecte situate pe partea opusă bobinei de inspecţie, o soluţie evidentă este fixarea unei frecvenţe cât mai reduse.

Inductivitatea mutuală - baza inspecţiei prin curenţi turbionari

Bobina de testare este alimentată în curent alternativ. Când aceasta bobină este adusă în vecinatatea piesei conductoare, în ea sunt induşi curenţi turbionari. Prin bobina de test se itât liniile de câmp magnetic proprii cât şi cele ale câmpului magnetic (opus) de curenţii turbionari induşi în piesă. Acest fapt duce la modificarea impedanţei şi o scadere a tensiunii. Diferenţa dintre câmpul primar (al bobinei) şi câmpul secundar(al curenţilor turbionari) furnizează baza pentru extragerea informaţiei în metoda testarii prin curenţi turbionari.

Adincimea de pătrundere

Curentii turbionari circulă pe trasee închise - vârtejuri - în plane perpendicularepe circuitul magnetic. Ei sunt situaţi, în genere, în plane paralele cu spirele bobinei inductoare plasati de asemenea, paraleli cu suprafaţa piesei în care sunt produşi. Zona de curgere a acestor curenţi este limitată la zona în care există câmpul magnetic inductor. Curenţii turbionari se concentreazâ aproape de suprafaţa piesei ce este vecină cu bobina de excitaţie. Adâncimea pâna la care aceşti curenţi pătrund descreşte cu creşterea suprafetei si depinde de proprietăţile de material ale piesei inspectate.

Aşa cum se stie, expresia intensităţii campului electric/magnetic ce pătrunde într-un conductor masiv, scade exponenţial către capatul conductorulul pe direcţia perpendiculară pe direcţia de patrundere.

Pentru această scădere este caracteristică mărimea 8 - l/k, căci ea reprezintă distanta la care intensitatea câmpului scade de e ori, adică la aproximativ 36.9% din valoarea ei la suprafaţa conductorului. Această distanţă este adâncimea de pătrundere. Valoarea ei este deci:

Relaţia este valabilă.in cazul unui camp de excitaie cu variaţie sinusoidală. Deşi relaţia este dedusă pomind de la analiza pătrunderii câmpului electromagnetic într-un semispaţiu conductor infinit, ea poate fi aplicată şi în cazul pieselor plane de dimensiuni relativ mari ale grosimii în raport cu adâncimea de pătrundere, respectiv la tuburi, în măsura în care raza exterioară este de cel puţin câteva ori mai mare decât 6. Pentru a putea avea o aproximare a ordinului de mărime, pentru cupru, adâncimea de pătrundere funcţie de frecvenţă este dată de :

fCu62.6

=δ

[cm]

Curentii turbionari care circulă prin piesa testată la o adâncime anume produc câmpuri magnetice ce se opun câmpului inductor, reducând astfel fluxul magnetic total şi provocând o scadere a curentului pe masură ce creşte adâncimea. Altfel spus, curenţii turbionari din vecinătatea suprafeţei pot fi priviţi ca ecranând câmpul magnetic al bobinei şi deci slăbind câmpul magnetic la adâncimi mai mari şi reducând şi curenţii induşi.

Sensitivitatea la defecte depinde de densitatea curenţilor turbionari la locul defectului. Deşi aceşti curenţi penetrează mai mult decât o adâncime de pătrundere, intensitatea lor scade rapid cu adâncimea. La o adâncime de 26, densitatea curenţilor turbionari scade la 13.5% faţă de cea de la suprafaţa piesei, iar la o adâncime 36 intensitatea curenţilor turbionari este de doar 5% din cea de la suprafaţă .

Senzitivitatea la defecte situate sub suprafaţa piesei depinde evident şi ea de densitatea curentilor la acea adâncime. Este important, de aceea, să cunoaştem adancimea de pătrundere efectivă. Aceasta este defînită, arbitrar, ca fiind adâncimea la care densitatea curenţilor turbionari scade la 5% din densitatea la suprafaţa piesei. Pentru piese de grosime mare - această adâncime este de aproximativ trei adâncimi de patrundere.

Defazajul standard

Defazajul produs de un defect depinde atât de amplitudinea cât şi de faza curenţilor ce sunt deviaţi de respectivul defect. Un mic defect de suprafaţă, ca şi un defect intern de dimensiuni mari, pot avea un efect similar asupra modulului impedanţei bobinei de test. Totusi, datorită creşterii defazajului cu creşterea adâncimii, va exista o diferenţă clară în privinţa fazorului impedanţei. Acest efect permite determinarea localizării şi a întinderii de defect.

Un curent turbionar ce circulă la o adâncime egală cu adâncimea de patrundere este defazat (întarziat) faţă de curentul ce circulă la suprafaţă cu 57°. La o adancime de pătrundere 25, defazajul a crescut la 114°. Defazajul este parametrul care face posibilă determinarea adâncimii unui defect. Permite,

de asemenea, distingerea între semnalele de la un defect şi indicaţii false Este parametrul fundamental în testarea cu curenţi turbionari. Proprietăţi de material ce influenţează testarea cu curenţi turbionari

Cele trei caracteristici ce determină, în mod esential, curenţii turbionari induşi sunt: • Conductivitatea electrică; • Permeabilitatea magnetică; • Prezenţa, geometria şi caracteristicile de material (a şi n) ale defectului. Valoarea conductivităţii unui metal depinde de o serie de factori printre care compozitia chimică, natura structurii sale cristaline, proprietăţile mecanice şi temperatura. Când sunt folosiţi curenţi turbionari pentru a măsura conductivitatea metalului, este important, pentru corectitudinea rezultatului, să se ţină sub observaţie anumiti factori.

Testele cu curenţi turbionari pot pune în evidenţă variaţii în conductivitatea electrica legată de compoziţia aliajelor, variaţii de temperatură. Se pot pune în evidenţă efectele coroziunii sau fisuri apărute în timpul testarii pentru majoritatea metalelor şi a aliajelor nemagnetice. In cazul materialelor magnetice (de exemplu oţelurile), efectele unor procese termice sau mecanice ( proprietăţile elastice, duritatea etc) pot fi, de asemenea detectate. Totuşi, în aceste cazuri, anomalii în semnalele obţinute datorate de eventuale magnetizări anterioare ale piesei pot îngreuna interpretarea rezultatelor ce rezultă la proprietăţile de material inspectate.

Metode de tip reflexie (pentru detecţia fisurilor)

Pentru detecţia fisurilor, cel mai simplu tip de sondă este cel constituit dintr-o singură bobină (pentru excitaţie şi măsură) - utilizat pe scară largă la ora actuală. Uneori, este preferabil, să folosim o sondă constând din două (sau mai multe) bobine aşezate ca un transformator - de unde şi numele de sondă transformator . Bobina primară induce curenţi turbionari în piesa de test iar bobina sencundară acţionează ca detector.

Când este necesară patrunderea semnalului pe întreaga grosime a plăcii sunt folosite şi sisteme de tip transmisie . Sondele cu reflexie (excitaţie/senzor) au o înfaşurare primară prin care circulă curentul provenind de la oscilator şi una sau mai multe bobine conectate la circuitul de măsură. In funcţie de configuraţia bobinelor senzor, sondele de tip reflexie pot da măsuri echivalente cu o sondă absolută sau diferenţială. Principalele avantaje ale sondelor de tip reflexie sunt:

• Bobina de excitaţe şi cea senzor pot fi separat optimizate pentru fiincţiile lor. • Bobine de excitaţe mai mari furnizeazâ un câmp mai uniform, conducând la o

pătrundere mai bună şi la caracteristici de lift-off îmbunătăţite.

Clasificarea bobinelor pentru control Curentii turbionari sunt generati de sisteme de frecventa sinosoidala constanta, de sisteme de frecvente multiple, de sisteme de impulsuri si de sisteme in miscare de rotatie. Cuplarea electrica a bobinelor este de trei feluri:

• parametrica – unde excitarea campului magnetic si masurarea se fac cu una si aceeasi bobina; (fig 5.65.a)

• de tip transformator – excitarea si masurarea se realizeaza cu doua bobine separate; (fig 5.65. b)

• de tip punte – excitarea si masurarea se face cu doua bobine care fac parte dintr-o punte. (fig 5.65. c)

Componentele schemelor din figura 5.65 sunt: 1 - modulul de generare, care furnizează curentul de amplitudine constantă, 2 - treapta de intrare a aparatului de măsură, E - bobina de inducere a curentului turbionar, M - bobina de măsurare K - bobina de compensare.

Fig.5.65. Variante ale circuitelor electrice ale bobinelor a. parametric, b. tip transformator, c. tip punte

Traductoarele (bobinele) ofera o mare varietate de forme in functie de configuratia piesei. Astfel, se conosc:

Bobine de trecere exterioare – bobine inelare care circumscriu piesa controlata. Se folosesc la controlarea pieselor dispuse pe lungime: bare, tevi, sarme.

Bobine de trecere interioare – folosite pentru piese de forme tubulare pentru inspectarea orificiilor lungi, conductelor si tevilor.

Bobine de transmisie axiale – formate dintr-un cuplu de doua bobine axiale, una exterioara, cealalta interioara. Ele cuprind piesa sau peretele piesei.

Bobine de contact – se aplica pe o mica parte a piesei fiind foarte mici in comparatie cu aceasta.

Bobine de transmisie perpendiculare – formate dintr-un cuplu de doua bobine axiale orientate perpendicular pe piesa. Pentru evaluarea piesei se foloseste o bobina rotitoare.

Bobine de suprafata – folosite la testarea pieselor cu modificari de grosime. Bobine speciale – folosite ca traductoare aplicate pe piese luand o forma adecvata

pentru o buna mulare sau la controlul pieselor in cursul prelucrarii la temperaturi ridicate de pana la 11000 C.

Defectoscopia cu bobine de trecere exterioare

Controlul cu bobine de trecere se foloseste in cazul pieselor in general de revolutie, deoarece bobina imbraca piesa. Se folosesc bobine de inductie directa sau mutuala. Cel mai frecvent se utilizeaza montajul absolut si montajul diferential. (fig 5.66).

Montajul diferential permite autocomparatia rezultatelor obtinute in zone limitrofe ale piesei. Metoda semnalizeaza doar prezenta discontinuitatilor si a neomogenitatilor structurale.Pentru ca fisurile de mare extindere sa poate fi identificatete pe baza variatiei de adancime, cele doua bobine de masura functioneaza cu un defazaj de 1800 . Piesa este asezata concentric cu bobina secundara, iar baleajul pe lungime este realizat cu viteza constanta, de regula prin miscarea piesei.

Fig.5.66. Schemele bobinei de trecere a - in montaj absolut; b – in montaj diferential

Rezultatul masuratorilor este influentat de proprietatile materialului, dimensiunile corpului de controlat, dimensiunile bobinei si numarul de spire. Diametrul bobinei se alege astfel incat factorul de umplere sa fie cat mai mare (piesa sa umple complet bobina).

Pentru controlul unei piese la temperaturi mai ridicate se folosesc asa-numitele bobine la cald pana la 3500 C sau bobine la temperaturi inalte pana la 11000 C. Bobina se raceste cu apa iar spirele sunt inglobate in metal pentru o evacuare mai buna a caldurii. Idea de baza a teoriei bobinelor de trecere, care sta la baza principiului de functionare a aparatelor cu curenti turbionari, este aceea ca la parametri constanti ai bobinelor si la o frecventa constanta a campului magnetic, fiecarei valori a diametrului piesei si a conductivitatii electrice ii corespund puncte bine determinate in planul complex al tensiunilor electromotoare reduse. Reproducandu-se cu ajutorul unui sistem de masura planul complex pe ecranul oscilografului, pe baza pozitiei spotului luminos, se poate determina, fie diametrul pieselor in cazul aparatelor de control dimensional, fie conductivitatea electrica, in cazul aparatelor de comparare a structuriilor si de sortare, respectiv discontinuitatile din material in cazul defectoscoapelor. Pentru a asigura concludenta necesara determinarilor, directiile de variatie din planul complex sub influenta factorilor analizati trebuie sa difere cat mai mult posibil, unghiul dintre ele trebuie sa fie de 900 sau 2700 , oricum sa depaseasca 450. Pentru a obtine unghiuri mari, la materialele neferomagnetice avem nevoie de frecvente relativ mari. La materialele feromagnetice insa nu este posibila o separare a celor doi factori si deci vom avea unghiuri mai mici. Posibilitatea separarii efectelor in planul complex al impedantei reprodus de planul osciloscopului, in principal a variatiei permeabilitatii si conductivitatii, permit evaluarea cantitativa a defectelor de suprafata, mai ales a fisurilor. Pe baza legii similitudinii la frecvente relative constante, defectele identice ca adancime si latime produc aceleasi efecte electromagnetice, aceleasi modificari ala permeabilitatii efective.

Defectoscopia cu bobine interioare Examinarea pieselor (tevi, virole) (fig 5.67.) cu bobine interioare are la baza aceleasi principii ca si in cazul bobinelor de trecere exterioare. La acest tip de bobine este posibila o buna separare a influentei factorilor perturbatori intr-un domeniu foarte larg al valorilor f/f1 unde f1 este frecventa limita iar f este frecventa de lucru. Acest lucru confera metodei aproape independenta de frecventa. Sensibilitatea maxima se obtine si in acest caz la valori mari ale componentei imaginare a permeabilitatii, intervalul optim fiind considerat f/f1 =1,5 –12. Se precizează că în acest caz factorul de umplere este:

2

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

i

ib

Dd

η

unde dib - diametrul interior al bobinei; Di - diametrul interior al piesei.

Fig.5.67. Scheme de control cu traductoare – bobine interioare:

a - montaj absolut ; b –montaj diferential

Bobinele de interior trebuie sa asigure un coeficient de umplere cat mai mare posibil pentru ca intreg campul bobinei sa patrunda in piesa. Bobinele se introduc cu aer comprimat si se retrag cu viteza constanta prin intermediul unui pistolet. Si aici cand bobina de interior ajunge in apropierea capatului tevii sau gaurii apare efectul de margine. Pentru a suprima sau reduce aceasta influenta se foloseste un corp feromagnetic in bobina care concentreaza fluxul magnetic si il conduce direct in piesa. Printre aplicatiile cu acest tip de bobine se numara inspectia suprafetelor interioare la tevi cu nervuri sau aripi, tevi cu pereti foarte grosi sau gauri in piese mari, tevi inaccesibile montate in condensatoare, schimbatoare de caldura. Recent au inceput sa se foloseasca bobine de palpare si pentru controlul interior al tevilor. La diametre mai mari de teava, bobina de interior se roteste in jurul axei tevii si exploreaza astfel in timpul deplasarii suprafeta interioara a tevii dupa o spirala. La diametre mici,teava se roteste in jurul axei longitudinale proprii, iar bobina de palpare sta nemiscata. Centrarea bobinei de interior se face la diametre mici de teava cu perii, iar la diametre mari cu role de ghidaj. O variantă deosebită este prezentată în figura 5.68. Bobina primară sau bobinele interioare de excitaţie P, transmit prin piesă (ţeavă) PC, perpendicular pe suprafaţă câmpul magnetic, care induce curenţi turbionari. Dacă în zona examinată se află vreo discontinuitate, câmpul curenţilor turbionari este micşorat faţă de o situaţie în care în zona examinată nu s-ar afla vreun defect. Cu ajutorul unei sonde rotitoare exterioare S se inregistrează orice variaţie a intensităţii câmpului magnetic. Amplitudinea semnalului de defect este independentă de poziţia sau lăţimea defectului [16]. Testări realizate asupra tecilor de combustibil pentru reactori nucleari, au relevat corelaţia liniară dintre amplitudinea semnalului şi adâncimea discontinuităţii, constituită din orificii artificiale cu diametrul de 0,1 mm.

Fig. 6.68. Traductor de transmisie cu bobină interioară şi sondă rotitoare exterioară

Defectoscopia cu bobine - sonde aplicate Controlul cu bobină aplicată sau de proximitate, figura 5.69, se bazează pe

inducerea curentului turbionar în piesa de controlat prin apropierea sau contactul unei bobine străbătute de curent alternativ. Schema de control cu bobină circulară din figura 5.69.a, se foloseşte, atât pentru detectarea fisurii, cât şi pentru stabilirea direcţiei fisurii, iar cea din figura 5.69,c cu predilecţie în defectoscopia îmbinărilor sudate de revoluţie.

Schemele de funcţionare în montaj pentru măsurări absolute, respectiv diferenţiale sunt prezentate în figurile 5.70, a şi b. Datorită influenţei exercitate de mărimea jocului

dintre bobină şi piesă şi a mediului de separaţie, care poate întrece cu două ordine de mărime influenţa conductivităţii şi influenţa discontinuităţii, diferenţa dintre teorie şi experiment este semnificativă şi, ca urmare, regulile se bazează în exclusivitate pe rezultate experimentale.

Fig. 5.69 Scheme de control cu bobine-sonde aplicate: a - sondă cu bobină toroidală; b - sondă cu bobină focalizată;

c - sondă cu bobine diferenţiale Controlul cu bobina aplicata sau de proximitate se bazeaza pe inducerea curentului

turbionar in piesa de controlat prin apropierea sau contactul unei bobine strabatute de curent alternativ. Sonda cu bobina circulara se foloseste pentru detectarea fisurilor si a directiilor acestora. Sonda cu bobine diferentiale se foloseste in defectoscopia imbinarilor sudate de revolutie. Exista montaje pentru masurari absolute sau diferentiale.( fig 5.70.)

Fig. 5.70 Schema electrică a sondei pentru controlul pieselor cilindrice: a - bobine în legătură absolută; b - bobine în legătură diferenţială

Sonda absoluta este formata din doua bobine identice, aflate in interiorul infasurarilor primare si secundare. Infasurarile primare alimentate in curent alternativ sunt legate in serie si in opozitie, astfel incat campurile magnetice alternative sa fie egale ca valoare si de sens opus. (fig 5.71.)

Fig. 5.71. Schema electrica a sondei pentru masurari absolute

Sonda diferentiala se obtine din sonda absoluta prin inserierea aditionala a infasurarilor primare si inserierea in opozitie a infasurarilor secundare, astfel incat campurile alternative ale infasurarilor primare ajung orientate in acelasi sens, iat cele secundare in opozitie. (fig 5.72.)

Fig. 5.72.Schema electrica a sondei pentru masurari diferentiale

Defectoscopia cu bobina de contact cu sonda hall Traductorul de contact cu bobina inelara si sonda Hall, functioneaza pe urmatorul principiu. Bobina P produce in intrefier campul magnetic H0 , dirijat in lungul axei sale. (fig 5.73.) Acest camp, induce in piesa de contact PC curenti turbionari avand campul magnetic propriu de intensitate Hp . Campul rezultant H0- Hp , sau componenta normala a acestuia traverseaza placa conductoare a sondei Hall, care reactioneaza fata de amplitudinea campului magnetic ΔH=H0 - Hp si fata de directia acestuia. In prezenta campului magnetic perpendicular liniile de curent introduse in lungul placutie semiconductoare sunt deviate transversal determinand aparitia unor diferente de tensiune uH. Marimea uH este proportionala cu constanta Hall si cu inductia Bp a campului magnetic.

Fig. 5.73. Traductor de contact cu bobina circulara si sonda Hall

Datorita insensibilitatii generatorului Hall fata de frecventa, spectrul de functionare al traductorului poate fi foarte larg, intre 20Hz si 200kHz. Pe de alta parte, datorita dimensiunilor miniaturale ale sondei Hall, masurarea nu este practic influentata de efectul de lift-off (miscare inversa care poate provoca indicatii false ) sau de coeficientul de umplere. Traductorul poate fi construit cu doua sonde Hall, astfel putandu-se compara informatii culese din zone limitrofe ale campului de curenti turbionari indusi.

Defectoscopia cu bobine de transmisie

Fig. 5.74. Traductor cu bobine de transmisie De o parte a piesei la distanta a si perpendicular se afla bobina primara P, care

produce curenti turbionari in piesa. De cealalta parte la distanta b si de asemenea perpendicular este situata bobina secundara S1 de masurare a diferentei de tensiune intr-un montaj diferential cu bobina secundara S2. Campul magnetic al curentilor turbionari, transmitandu-se prin proba de controlat, provoaca o variatie de tensiune in functie de prezenta sau absenta defectelor din zona de actionare a curentilor turbionari indusi de bobina primara.

Recomandari privind alegerea parametrilor de control

Fazele examinarii cu curenti turbionari sunt urmatoarele: alegerea sistemului de bobine; calibrarea in functie de factorii de influenta doriti; desfasurarea controlului; evaluarea si interpretarea semnalului.

Frecventa de lucru este stabilita in functie de materialul piesei controlate, forma acesteia, caracteristicile sistemului de control si ale corpului de reglare – etalonare. La alegerea sistemului de bobine se vor lua in consideratie posibilitatile de compensarea a semnalelor perturbatoare oferite de bobinele diferentiale, de asemenea faptul ca aceste semnale sunt, cu atat mai eficient suprimate, cu cat lungimea bobinei este mai mare. Coeficientul de umplere trebuie sa fie si el intre 0.5 si 0.9. Frecventa de control se alege luand in consideratie: separarea influentei adancimii defectului, raportul dintre indicatiile interioare si exterioare ale discontinuitatii, marimea defazajului dintre semnale in functie de influenta factorilor perturbatori. Sensibilitatea controlului se determina cu ajutorul unei piese de comparatie de acelasi fel si marime ca si piesa controlata. Se folossc defecte artificiale, cat mai apropiate ca forma si dimensiuni de cele naturale. Pentru reprimarea semnalelor perturbatoare, la piesele feromagnetice se foloseste magnetizatia de saturatie. Distanta de asezare intre bobina de excitatie si bobina de masurare are o mare importanta, deoarece latimea campului de actiune electromagnetica se micsoreaza pe

masura maririi frecventei. Astfel, la frecvente de 10 – 20kHz, coeficientul de marire relativa a campului de actiune este cuprins intre1.2 si 1.5. La frecvente de peste 50kHz nu se mai produc modificari. De asemenea latimea campului de actiune este influentata de spatiul dintre piesa si bobina, in sensul ca pe masura maririi acestuia latimea de actiune scade.

Etalonarea defectoscopului

Etalonarea defectoscopului urmareste asigurarea conditiilor optime de control, reglarea parametrilor in vederea obtinerii unui raport maxim semnal util/semnal perturbator (zgomot). Operatia este obligatorie inainte de inceperea controlului.

Daca obiectul controlat este o teava, corpul de etalonare reprezinta un tronson de teava cu acelasi diametru, grosime de perete si material, stare de prelucrare a suprafetei si tratament aplicat. Corpurile de etalonare sunt de doua feluri: cu orificii si cu crestaturi - renuri.

Corpurile de etalonare cu orificii sunt si ele de doua feluri: cu orificii strapunse utilizate la controlul tevilor subtiri si cu orificii nestrapunse utilizate la controlul tevilor groase.Pe corpul de etalonare se afla trei orificii decalate la 1200 asezate axial astfel incat semnalele receptionate sa fie distincte si neinfluentate prin efect de margine. Diametrele orificiilor sunt in functie de diametrul exterior al tevilor. Adancimea recomandata la orificiile nestrapunse este de 0.2s sau 0.4s, s fiind grosimea tevii.

Corpurile de etalonare cu renuri au renurile frezate la adancimea de 0.2s in cazul tevilor sudate, trase sau laminate la rece, si de 0.4s la tevile sudate, laminate la cald. Latimea este de 1mm iar lungimea renurilor se ia egala cu latimea imbinarii. Corpul de etalonare se trece prin bobina defectoscopului, determinandu-se marimea indicatiei de defect de la orificiile sau crestaturile practicate. Indicatiile corpului de la etalonarte nu pot insa servi la aprecierea marimii defectelor din piesele controlate. Sensibilitatea examinarii cu curenti turbionari este foarte ridicata, latimea minima a fisurii putand fi si de ordinul micronilor. Chiar la materiale cu conductivitate electrica foarte mica, cum ar fi fibrele de carbon sintetic, se asigura o sensibilitate absoluta la fisuri pana la latimi de 0.2mm. Aplicaţii ale inspecţiei prin curenţi turbionari

Cele mai multe dispozitive de inspecţie prin curenţi turbionari sunt concepute dedicat pentru un anume tip de inspecţie, cum ar fi detectarea fisurilor (crack-urilor), inspectarea tuburilor, sortarea metalelor sau determinarea grosimii acoperirilor sau a conductivităţii. Există, de asemenea, şi dispozitive multiscop în care sunt urmărite modificările în modulul şi faza impedanţei. Piesele inspectate sunt ţevi, bare, tuburi şi sârme.

Fisuri (Crack-uri) de suprafaţă

Detectarea discontinuităţilor de suprafaţă (crack-uri) sau a celor de interior necesită luarea în consideraţie a următoarelor aspecte practice:

a) Este importantă luarea în considerare a oricăror cunoştiinţe iniţiale despre tipul probabil al defectului, poziţia, orientarea şi numărul probabil de defecte.

b) Alegerea frecvenţei de alimentare va influenţa detectabilitatea. Pentru defecte de suprafaţâ, frecvenţa ar trebui să fie cât mai mare posibil pentru a asigura o rezoluţie

maximă şi senzitivitate ridicată. Pentru defectele încapsulate (embedded) sunt necesare frecvenţe joase, conducând la senzitivitate scăzută. Pentru materialele feromagnetice, alegerea unei frecvenţe scăzute poate anula într-o bună măsură penetrarea scăzută (datorată valorilor mari ale permeabilităţii magnetice).

c) Este avantajoasă utilizarea unei sonde (sistem senzor şi excitaţie) care să se potrivească cu geometria piesei inspectate.

d) La începutul inspecţiei, sonda trebuie plasată în vecinătatea suprafeţei. Se notează impedanţa în acest moment. Se face corecţia de zero a instrumentului.

e) La deplasarea sondei deasupra piesei de inspectat, o modificare în impedanţă înseamnă trecerea sondei peste o discontinuitate.

f) Semnalele provenind de la fisuri (crack-uri) situate la diferite adâncimi depind de frecvenţa şi de geometria sondei folosite, precum şi de conductivitatea şi permeabilitatea magnetică a piesei inspectate.

g) Este important, pe tot timpul inspecţiei, să se menţină un acelaşi lift-off, unghi al sondei faţă de piesa de inspectat şi aceeaşi viteză. Este deci necesară utilizarea de dispozitive automate de scanare.

h) Instrumentele ar trebui calibrate iniţial prin măsurători asupra unor defecte artificiale produse în materiale de proprietăţi cunoscute.

Coroziunea

Coroziunea este un proces natural şi reprezintă rezultatul tendinţei metalelor de a trece in stare mai stabilă din punct de vedere chimic, şi anume oxizii. Cele mai multe coroziuni se găsesc în natură în minereuri, care sunt amestecuri de compuşi chimici diferiţi. Procesul de extractie, apare un surplus de energie în vederea obţinerii metalului. Surplusul de energie constituie factorul ce activează procesul de coroziune - de revenire la procesul stabil reprezentat de oxizi. Diferite tehnici de curenţi turbionari sunt folosite pentru caracterizarea defectelor (thinning) a materialelor - induse prin coroziune - la îmbinările din fuselajele lor. Sunt utilizate, în special, două metode: una de baleiere în frecvenţă şi o alta ce utilizează curenţi turbionari în impulsuri.

Prima metodă se bazează pe măsurarea impedanţei sondei - la o serie de frecvenţe ale semnalului. Analiza datelor (în procesuJ de inversie - de care vom discuta mai târziu) furnizează date cantitative despre grosimea straturilor ce se întâlnesc într-o îmbinare. Informaţii similare pot fi obtinute prin testare cu curenţi turbionari în impulsuri, dar mai rapid şi cu un cost mult mai scăzut.

Tehnici multifrecvenţă

Impedanţa unei sonde de curenţi turbionari poate fi afectată de o serie de factori, printre care:

• Variaţii ale frecvenţei de alimentare; • Variaţii ale conductivităţii electrice şi permeabilităţii magnetice ale unui obiect sau

structuri cauzate de modificări în structura materialului, apărute ca efect al tratamentelor termice, structurii cristaline etc.

• Modificări ale lift-offului datorate vibratiilor sondei, asperităţilor suprafeţei de testat şi excentricităţii tuburilor datorate, în speţă, fabricaţiei defectuoase.

• Prezenţa defectelor de suprafaţă, cum ar fi crack-urile, şi a celor interioare (de sub suprafaţă), cum ar fi golurile sau incluziunile nemetalice.

• Modificări dimensionale, ca de exemplu, subţierea pereţilor tuburilor datorită coroziunii, depunerii de material conductor etc.

• Prezenţa suporţilor metalici exteriori (în cazul tuburilor). • Prezenţa unor discontinuităţi, cum ar fi muchiile ascuţite.

Mai mulţi din aceşti factori sunt deseori prezenţi simultan. Într-un caz simplu, în care interesul este concentrat pe detectarea defectelor sau a unor modificări bruşte de geometrie, o sondă diferenţială poate fi folosită cu succes pentru eliminarea factorilor nedoriţi, cu condiţia ca aceştia să nu aibă o variaţie bruscă. De exemplu, variaţiile conductivităţii electrice şi subţierea pereţilor tubului afectează ambele bobine ale unei sonde diferenţiale, simultan. Totuşi, dacă este necesar să caracterizăm modificările graduale, ar trebui folosită o singură bobină.

De asemenea, doi parametri independenţi pot fi măsuraţi, de obicei, cu un semnal de o singură frecvenţă dată, analizând, pe rând, componenta de impedanţă corespunzătoare. Dacă este necesară determinarea unui număr mai mare de parametri, sunt necesare măsurători suplimentare la o singură frecvenţă sau măsurători la mai multe frecvenţe -tehnica multifrecvenţă. Dispozitivele uzuale de inspecţie cu curenţi turbionari folosesc doar una sau cel mult două frecvenţe la un anumit moment în timpul funcţionării. Analizoarele de impedanţă sunt, în schimb, echipate cu dispozitive de tip multifrecvenţă. Echipamentul este însă scump şi voluminos. La nivel de laborator, există astfel de sisteme fiincţionale. La Iowa State University, se foloseşte pentru inspecţia în curenţi turbionari, o staţie de lucru bazată pe un analizor de impedanţă Hewlett-Packard 4194A. Staţia este controlată de la un calculator personal şi conţine şi un scanner x-y controlat de calculator pentru realizarea de hărţi bidimensionale ale semnalelor de curenţi turbionari corespunzătoare defectelor. Echipamentul poate realiza măsurători cu toate tipurile de sonde - absolute, diferenţiale, reflexie - şi poate funcţiona la orice frecvenţă în plaja 100 Hz - 100 MHz. Sistemul dispune de un modul software pentru procesarea semnalului măsurat în vederea eliminării zgomotului. Folosirea însă a unor astfel de sisteme în cadrul unor soluţii integrate pentru testarea on-line nu este avantajoasă. Din acest punct de vedere, instrumentele de curenţi turbionari în impulsuri oferă o bandă largă de frecvenţă - dar şi avantajul unui instrument uşor, portabil şi rapid.

Determinarea adancimii fisurii cu sonde de potential Sondele de potential permit nu numai detectarea defectului dar si determinarea adancimii fisurii. Ele semnalizeaza variatia caderii de tensiune intre doua puncte invecinate situate pe suprafata examinata in prezenta defectului, comparativ cu situatia de referinta cand piesa este lipsita de defecte. In paralel, datorita, pe de o parte, preciziei de masurare a diferentei de potential, iar pe de alta parte, proportionalitatii dintre caderea de tensiune si lungimea traiectoriei liniilor de curent intre doua puncte situate pe suprafata piesei, devine posibila determinarea cu suficienta acuratete a adancimii fisurii. Defectoscopia cu sonde de potential este cu atat mai eficienta cu cat materialul examinat este mai dur din punct de vedere magnetic, deoarece permeabilitatea acestuia, comparativ cu a materialului feromagnetic, este mai putin influentata de tensiunile interne induse in procesul de prelucrare mecanotermica. Domeniul cel mai intalnit de aplicatii il reprezinta controlul tevilor de diametre si grosimi relativ mari. Din punct de vedere al

adancimii fisurii, metoda permite o investigare cantitativa de precizie in intervalul 4 – 20 mm.

Detectarea discontinuităţii şi evaluarea adâncimii Semnalarea fisurii şi evaluarea adâncimii ei se realizează cu ajutorul sondelor de

potenţial de contact cvadri sau hexapolare de curent continuu şi/sau alternativ. Sonda are o pereche de poli A – B, cu deschidere l, figura 5.75., servind ca electrozi de contact pentru inducerea curentului în piesă şi o pereche de poli, C, D cu deschidere mai mică l0<I, utilizaţi la măsurare cu ajutorul unui galvanometru. Presupunând că prin electrozii A şi B se introduce în interiorul piesei un curent continuu de intensitate i, având liniile de curent şi cele echipotenţiale reprezentate în figura 5.75.a, diferenţa de potenţial între punctele C şi D în cazul absenţei defectului este dată de relaţia:

iSliRU ⋅⋅=⋅= 0

0 ρ

unde ρ este rezistivitatea materialului; S este secţiunea străbătută de curentul i; l0 este distanţa minimă străbătută de curent între sondele de potenţial (C, D).

Dacă între punctele de măsurare C şi D există o fisură, liniile de curent sunt obligate să ocolească fisura, modificând şi configuraţia liniilor echipotenţiale, figura 5.75.b.

Ocolind fisura, liniile de curent parcurg o distanţă If mai mare, ceea ce corespunde unei rezistenţe mai mari, Rf>R. Astfel, diferenţa de potenţial măsurată păstrând acelaşi curent ca şi în primul caz va fi şi ea mai mare şi anume:

iSl

iRU fff ⋅⋅=⋅= 'ρ

unde If este lungimea liniei medii de curent ce circumscrie fisura. În cazul când S = S’ rezultă:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛==

laf

ll

UU ff

00

funcţia fiind deci dependentă de adâncimea fisurii (a).

Fig. 5.75. Liniile de curent şi echipotenţiale în zona de măsurare

cu sondele de potenţial C - D: a - într-o piesă fără discontinuităţi superficiale

b - într-o piesă cu fisură de adâncime „a"

În particular, în situaţia unei fisuri de adâncime infinită în semispaţiul străbătut de curent, funcţia respectivă ia valoarea ∞= aUU f 20 . Pentru fisuri de adâncime finită, funcţia )(0 afUU f = este reprezentată în figura 5.76 şi poate fi aproximată în domeniul a/l > 0,1 prin relaţia:

aUU f ⋅= 6,6

0

Fig.5.76. Variaţia raportului Uf/U0 funcţie de adâncimea relativă a fisurii

Fig. 5.77. Variaţia raportului Uf/U0 cu adâncimea fisurii la oţeluri diferite

Alimentarea sau magnetizarea în curent alternativ atrage după sine modificări în

sensul că, datorită efectului pelicular se măreşte precizia de conturnare a fisurii, iar functia potenţialului de defect este influenţată de frecvenţă şi de permeabilitate. Se poate arăta că tensiunea este aproximativ proporţională cu radicalul frecvenţei.

Tensiunea Uf depinde în mare măsură de felul materialului. În figura 5.77 s-a reprezentat )(0 afUU f = pentru oţeluri de marca 0L37 şi

0L42, la o frecvenţă constantă de 3 kHz. Deosebirile de caracteristici la cele două tipuri de oţel se explică prin dependenţa de permeabilitate a măsurătorilor, implicit prin efectul variaţiei câmpului în cele două situaţii când se determină U0, respectiv Uf. În consecinţă, pentru mărirea acurateţei măsurătorilor, se recomandă utilizarea unei frecvenţe medii, chiar joase, sub 30 Hz. Datorită influenţei intense exercitate de către defectele superficiale asupra tensiunii, Uf poate să ajungă la 250 µV, iar curentul la o intensitate de 0,3 ÷ 0,5 A.

Metoda permite stabilirea cu bună aproximaţie a orientării planului mediu al fisurii în raport cu suprafaţa piesei, prin diferenţierea rezultatului măsurătorii în funcţie de poziţia sondei faţă de fisură. Dacă tensiunea măsurată de o parte şi de alta a fisurii U1 = U2, se deduce că fisura este perpendiculară pe suprafaţă. Dacă U1 ≠ U2, fisura este oblică, figura 35, cu vârful îndreptat spre partea în care se recepţionează căderea maximă de tensiune (U1 > U2). Aşa cum rezultă din figura 35, mărimea adimensională U1 / U2 devine în aceste condiţii un indicator al unghiului α format între planul fisurii şi normala la suprafaţă.

Fig. 5.78. Variaţia raportului 0UU f funcţie de orientarea planului fisurii (α)

Adâncimea fisurii α se determină după metodologia descrisă prin introducerea unei

corecţii în funcţie de valoarea unghiului α cu ajutorul diagramei din figura 5.79.

Fig. 5.79. Variaţia raportului 0UU f cu adâncimea fisurii inclinate la α = const.

Tehnologia de control Controlul cu sonde de potenţial de contact implică testarea din aproape în aproape

a zonei de interes de pe suprafaţa piesei şi urmărirea instrumentului de măsură. În raport cu direcţiile posibile de orientare a defectelor, sondele se aşază astfel încât unghiul format de linia electrozilor de contact cu planul fisurii să fie cât mai mare. Înainte de începerea examinării este necesară o calibrare de nul a aparatului. Polii de măsurare se menţin în contact cu suprafaţa şi perpendicular pe aceasta. Pentru mărirea concludenţei măsurării, apăsarea constantă a polilor de contact se asigură printr-o montură prevăzută cu arc. Abaterea măsurătorilor, determinată de poziţia polilor, se încadrează în limitele ±10%. În mod asemănător, precizia de măsurare a adâncimii fisurilor cvasiperpendiculare se încadrează în limite de ±10%, dacă diferenţa dintre grosimea piesei şi adâncimea fisurii depăşeşte ca mărime distanţa l. Defectele înclinate provoacă abateri peste limitele ±10%, mai ales atunci când adâncimea este sub 5 mm. La examinarea pieselor subţiri, se impune folosirea unor coeficienţi de corecţie stabiliţi în funcţie de unghiul de înclinaţie [12]. Se menţionează că lăţimea defectului nu influenţează rezultatul măsurătorii.

Având în vedere sensibilitatea metodei faţă de variaţii de formă, rezultatele determinărilor se consideră concludente dacă distanţa dintre punctul de măsurare şi zona cu modificări de secţiune a piesei depăşeşte deschiderea l dintre electrozi. După sesizarea defectului, se va căuta simetrizarea polilor în raport cu planul defectului.

Aparatele cvadripolare se livrează şi în varianta 3 ÷ 1, având două capete de măsurare şi un pol de curent în aceeaşi montură şi celălalt pol de curent cu magnet de fixare mobil separat, racordat cu cablu flexibil pentru a permite o mai bună adaptare la situaţiile care pot să apară în cursul controlului. AIegerea şi, după caz, reglarea distanţei dintre capetele polare de măsurare se face cu ajutorul unor defecte artificiale localizate pe suprafaţa posterioară. Sensibilitatea de detectare a fisurilor este la nivelul microneregularităţilor, motiv pentru care se impune şi o curăţire mecanică adecvată a suprafeţei examinate. Pentru mărirea preciziei de determinare la piese subţiri, se recomandă folosirea sondei hexapolare.

Controlul mecanizat al ţevilor, recipientelor şi vaselor cu pereţi subţiri sau groşi, se realizează cu ajutorul sondelor potenţiale de contact sau de proximitate. În acest caz, sondele se folosesc în exclusivitate la detectarea câmpului de dispersie, respectiv la măsurarea adâncimii. În vederea obţinerii unei productivităţi ridicate se utilizează mai frecvent următoarele soluţii:

• rotirea sondelor cu turaţia ns, concomitent cu o deplasare a semifabricatului (produsului), cu viteza vd;

• deplasarea pe generatoare a sondelor cu viteza vd, concomitent cu rotirea produsului np. În primul caz, distanţa dintre capetele polare în ipoteza unei baleieri integrale a

suprafeţei exterioare cu un număr de n sonde, se alege din condiţia:

s

d

nnvI⋅

=0

În cel de-al doilea caz, viteza de deplasare a celor n sonde paralele în ipoteza baleierii integrale a suprafeţei se află din relaţia:

0Inv pd ⋅=

Principala deficienţă a sondei de proximitate constă în dependenţa gradului de decelabilitate a câmpului de dispersie de distanţa până la suprafaţa de examinare (întrefier), ceea ce îi limitează posibilităţile de aplicare.

Rezultatele măsurătorilor sunt influenţate de temperatură datorită în primul rând dependenţei rezistivităţii de acest factor. În tabelul 5.15 se prezintă valorile de referinţă ale rezistivităţii celor mai uzuale metale la temperatura de 20°C.

Rezistivitatile unor materiale Tabelul 5.15 Material Conductivitate λ [% IACS] Rezistivitate ρ [µΩ cm]

Aluminiu 61,05 2,824 Cupru 100 1,7241 Fier 17,24 10 Aliaj cupru – nichel 70/30 4,70 37 Aliaj cupru – nichel 90/10 9 19,23 Plumb 7,9 21,74 Nichel 17,24 10 Alamă Al – As 22,9 7,5 Oţel inox tip 304 2,4 71,4 Titan 1,1 156 Zinc 29,3 5,9

Alţi factori care pot provoca erori sistematice de măsurare a discontinuităţilor sunt

existenţa unor punţi de legătură electromagnetică între suprafeţele discontinuităţii, ca şi prezenţa lichidului, ceea ce prin scurtcircuitarea liniilor de curent, conduce la subestimarea adâncimii.

Precizia masurătorilor de potenţial este influenţată de grosimea piesei şi de distanţa dintre locul de măsurare şi marginea piesei. Pentru obţinerea unei precizii de ±10% la măsurarea adâncimii fisurii, grosimea piesei s, respectiv grosimea efectivă sub fisură (s – a), trebuie să depăşească distanţa dintre electrozii de curent. Metoda se poate utiliza la toate materialele bune conducătoare de electricitate. Aparatele de c.c. compensează automat variaţiile de tensiune produse de contactul electrozilor pe piesă şi datorită temperaturii de contact. Sondele de măsurare sunt realizate, în funcţie de lungimea l0 şi curentul i, de la diametre de 0,1 ÷ 5 mm, până la diametre de 0,5 ÷ 50 mm, respectiv curenţi în intervalul 3 ÷ 20 A. Rezultatele sunt prezentate analogic sau digital şi se pot înregistra.

IDENTIFICAREA DEFECTELOR IN

MATERIALELE CU AJUTORUL

CURENTIILOR TURBIONARI

IDENTIFICAREA DEFECTELOR IN MATERIALELE CU AJUTORULCURENTIILOR TURBIONARI este un proces de control nedistructiv care se bazeaza peevidentierea unor modificari ale proprietatilor fizice ale obiectului de control cu ajutorul unui camp magnetic alternativ sau in miscare. Practic, piesa de controlat, avand o anumita conductivitate electrica, o anumitapermeabilitate magnetica si dimensiune, se aduce in zona de interactiune cu un camp magnetic alternativ, produs de o bobina de control parcursa de curent.

Principiu de baza.Curentul alternativ care trece printr-o bobina creeaza un camp magnetic(albastru).Cand bobina este pusa pe o suprafataconductoare ,se formeaza curenti alternanti opusi(curentiturbionari)(rosu).Defectele din suprafata respectiva produc o modificare a cailor curentiilor turbionari(galben) aceasta putand fimasurata de bobina si printr-un soft inregistrata si analizata.

Controlul matricial al curentiilor turbionari

-Ofera posibilitatea de a conduce electronic mai multe bobine de current asezate una langa alta in aceeasi sonda. Achiziţia datelor se realizează prin multiplexarea bobinelor cu curenţi turbionari într-un model special pentru a evita inductivitatea reciprocă între bobineleindividuale.

-Cele mai multe tehnici convenţionale cu curenţi turbionari pentru gasirea defectelor pot fi reproduse cu o inspecţie (Ec array) . Cu beneficiile de acoperire cu o singura trecere, şi capabilităţi sporite de tratare a imaginii, tehnologia controlului matricial reprezinta un instrument extrem de puternic si de economii semnificative de timp întimpul inspecţiilor.

Adancimea de patrundereDatorita efectului pelicular, campul variabil secundar urmareste in mod riguros conturul piesei, iar adincimea de patrundere, dependenta de frecventa, conductivitate, sau permeabilitate esterelativ mica. De aceea, metoda se recomanda cu predilectie pentrudetectarea defectelor deschise la suprafata. Pentru a detectadefecte de suprafata la un material sau in foi subtiri de material suntfolosite frecvente foarte mari.Daca se doreste descoperia defectelorsubterane sau testarea unor material e groase sau buneconductoare se vor folosi frecvente joase.

MultiplexareaEste procesul prin care mai multe semnale analogice mesaj suntcombinate intr-un semnal digital pe un mediu comun. Când matriceade curenti turbionari este multiplexata, bobinele individuale cu curenţi turbionari sunt excitate la momente diferite, care permitesistemului de a excita toate bobinele din sonda, fara a mai excitaoricare două bobine adiacente, în acelaşi timp evitand un efectnedorit cunoscut sub numele de inductivitate reciprocă (cuplajulmagnetic dintre bobine în imediata apropiere)

Sondele (traductoarele) folosite pentru control

Sondele cu curenti turbionari sunt disponibile în diferite configuratii:

- sub forma de cui(cilindru) pentru testarea unor canale- sonde de suprafaţă, în diferite forme şi configuraţii- de joasă frecventa preselectata,- de tip inel- sonde glisante- sonde roti- sonde de specialitate făcute pentru aplicatii specifice

• Sonde de suprafata sunt realizate cu bobine concepute pentrufrecvente relativ ridicate (de obicei 50 kHz la 500 kHz). Folosindfrecvente mai mari rezulta o adancime de penetrare a curentilorturbionari in materialul testat, si permite o inspentie de suprafata de o buna calitare. In plus, frecvente mai mari ofera o rezolutie mai mare pentru detectarea unor defecte mai mici.

• Bobinele din sondele subteran sunt proiectate pentru frecvente relativscazute (de obicei 1 kHz la 20 kHz). Utilizarea frecventelor mai slabeduce la o penetrare penetrare mai ridicata a campului de curenţiturbionari in materialul de testat, si permite detectarea defectelordetectat în structuri mai groase sau în structuri multistrat, cum ar fiimbinarilor cu suprapunere la aeronave.

CalibrareaScopul principal al calibrarii este de a standardizasensibilitatea pentru o sonda. Pentru a face acest lucru, operatorul scaneaza o mostra care contine un defect de calibrare, în scopul de a genera acelasi semnal de curenti turbionari pentru fiecare canal(bobina). Pentrumajoritatea aplicaţiilor, un defect cum ar fi un santtransversal lung va fi suficient Prin utilizarea defectuluide calibrare, operatorul ajustează amplitudinea si rotatiafiecarui canal, astfel incat aceeasi faza si amplitudine de raspuns se obtine pentru toate canalele.

Identificarea crapaturilor la imbinarile nituiteFiecare bobina individuala de curent turbionar din sonda produce un semnal fata de faza si amplitudinea structurii de sub ea. Aceste date fac referire la o pozitie codificata in timp si reprezentata grafic ca o scanare. Pentru aplicatii nit, bobinele de curenti turbionari care trecpeste un nit defect genereaza un semnal de raspuns unic. Pentrubobinele care sunt afectate de o crapatura de deschidere din gauranitului, o schimbare amplitudine este reprezentată în afisaj. Pentrubobinele care detecteaza nici o schimbare, culoarea ramaneconstanta in ecranul de afisare.

Indentificarea coroziuniiDetectarea coroziunii folosind tehnologia controlului matricial al curentiilor turbionari ofera avantaje majore fata de metodeleconventionale de inspectie . Deoarece fiecare bobină individualagenerează un semnal electric unic in ceea ce priveste structura de sub ea, bobinele pot detecta schimbari foarte mici in grosimeamaterialului, impreună cu alti parametri, si poate afisa acesteschimbari ca o schimbare a culorii pe imagine. Dupa ce au fostcolectate, datele de control pot fi stocate, transmise si analizate

Avantaje si dezavantaje

Metoda identificarii defectelor cu ajutorul curentiilor turbionari oferaurmatoarele avantaje:-rapid, simplu si tehnica de control de incredere pentru detectarea defectelor de suprafata si aproape de suprafata din materiale conductoare

-poate fi folosit pentru a masura conductivitatea materialelor electrice-masurarea suprafetelor nonconductoare

Avantaje oferite de metoda cu control matricial al curentiilor turbionari:

-reduce drastic timpul de inspectie-acopera o arie mare într-una singura trecere-reduce complexitatea mecanica si sistemele robotizate de scanare-oferă cartografie in timp real a regiunii inspectate, facilitand interpretarea datelor-este bine adaptată pentru geometrii complexe-imbunatateste fiabilitatea si probabilitatea de detectare

Dezavantaje-suprafata materialelor de control trebuie sa fie cat mai neteda..fararugozitati..pentru a nu produce perturbatii ale campului de curenti turbionari..-este folosita cel mai mult la descoperirea defectelor de suprafata deoareceadancimea de patrundere nu este foarte mare datorita efectului pelicular..

ExaminExaminări nedistructiveări nedistructive

Examinarea prin curenţi turbionari (Eddy curents)

1. Introducere2. Caracterizarea fizică a fenomenului3. Instrumentele metodei4. Sondele5. Aplicaţii6. Tehnici avansate ale metodei

Examinarea prin curenţi turbionari (Eddy)Introducere

• Principiul de bazăMetoda foloseşte în principal „Electromagnetismul” ca bază a examinărilor de conducţie. Curenţii turbionali sunt creaţi printr-un proces numit inducţie magnetică.

• Avantaje ale metodei:- senzitivă la mici crăpături si alte defecte- detectarea defectelor de suprafaţă şi a celor de langa suprafaţă- inspecţia dă rezultatele imediat- echipamentul este portabil- necesită o preparare minimă- sonda de test nu trebuie neapărat să ia contact cu regiunea respectivă- inspectează forme şi mărimi complexe ale materialelor conductive

• Dezavantaje ale metodei:- pot fi inspectate doar materiale conductive- suprafeţele trebuie să fie accesibile sondei- training - ul şi cerinţele sunt mai vaste decât la alte tehnici- adâncimea de pătrundere este limitată- defecte precum delimitări care se întind paralel cu înfăşurarea probei nu sunt detectate

Examinarea prin curenţi turbionari (Eddy)Introducere

Cercetare în privinţa îmbunătăţirii curenţilor turbionali

• Proiectarea fotoinducţiei (PI)

-furnizeză un instrument de imagini puternic şi cu o rezoluţie mare de scanare-pentru a vizualiza variaţiile presiunii în metal -studia crăpăturile, defectele şi legăturile de difuzie în metale

• Impulsurile curenţilor turbionali (Pulsed Eddy Current)

-folosită pentru detectarea şi cuantificarea coroziunii şi crăpăturilor în structurile de aluminiu multi-strat ale avioanelor- recent, studiile s-au desfăşurat pe structuri de trei – patru straturi şi au demonstrat abilitatea de a localiza crăpături apărute în cleme (dispozitive de fixare)

Caracterizarea fizică a fenomenuluiExaminarea prin curenţi turbionari (Eddy)

• Proprietăţi ale electricităţii

• Electricitate• Curent• Forţa electromagnetică• Rezistenţa

• Legea lui Ohm

• Inducţia şi inductanţa

• Decalajul fazei

• Adâncimea de pătrundere şi densitatea de current

Examinarea prin curenţi turbionari (Eddy)Instrumentele metodei

• Netezirea impedanţei complexe (turbional scope)

• Aparate de măsură analogice

Metodă foarte folosită de afişaj a datelor curenţilor turbionari. Aşa cum se poate vedea în figura de mai jos, forţa curenţilorturbionali şi permeabilitatea magnetică a materialului testat, facca semnalele curenţilor turbionali să aibă diferite efecte asupranetezirii impedanţei.

Sunt cele mai simple instrumente care se folosesc pentrutestarea cu curenţi turbionari. Se folosesc pentru detectareacrăpăturilor, pentru inspecţia coroziunii sau pentru testareaconductivităţii.

Examinarea prin curenţi turbionari (Eddy)Sondele

• Sonde diferenţiale

• Sonde reflectate • Sonde hibride

• Sondele de ecranare şi încărcare

• Sonde absolute

Examinarea prin curenţi turbionari (Eddy)Aplicaţii

• Detectarea căpăturilor de suprafaţă

• Inspecţia tuburilor

Examinarea prin curenţi turbionari (Eddy)Aplicaţii

• Măsurători la materiale subţiri

Examinarea prin curenţi turbionari (Eddy)Tehnici avansate ale metodei

• Câmp sensibil depărtat

• Scanarea

• Dă posibilitatea măsurării prin pătrunderea unor pereti cu o frecventa de trei ori mai mare decât frecvenţa maximă posibilă în metoda convenţională a câmpului direct. • Metoda oferă avantajul că permite sensibilitate egală de detectare atât la suprafeţa externăcât şi la cea internă a unui tub ferromagnetic

Avantajele scanării automate:- micşorează schimbările produse în creşterea sau umplerea cu factori intrinseci cum ar fimişcarea sondei, suprafeţe rugoase şi tuburi descentrate datorate defectelor de fabricaţie sauasperităţilor- acurateţe în indexare- repetabilitate- rezoluţie foarte bună

1

Utilizarea curenţilor turbionari în detectarea defectelor ţevilor

2

Utilizarea curenţilor turbionarieste o metodă de testare foarte des utilizată în detectarea defectelor ţevilor, tuburilor dar şi a laminoarelor de ţevi. În continuare vom prezenta câteva aspecte ale utilizării curenţilor turbionari în testarea ţevilor, precum şi câteva aspecte legate de capacitatea de detecţie a defectelor sau despre importanţa poziţiei senzorilor.

Introducere

Se estimează că mai mult de 30% din firmele sau întreprinderile care produc ţevi şi tuburi sunt echipate cu instalaţii de testare chiar în linia de producţie existând astfel posibilitatea de a controla direct linia de producţie evitându-se producerea unor rebuturi, deci reducerea unor cheltuieli suplimentare.

3

Principiul metodeiCurenţii turbionari sunt curenţi alternativi de înaltă frecvenţă, care pot fi induşi pe orice secţiune metalică. Spectrul curenţilor de-a lungul suprafeţei este perturbat de defectele sau de discontinuităţile ce se întâlnesc în metal. Spectrele curenţilor turbionari sunt fie spectre circulare, folosind bobine cu configuraţii concentrice sau circulare, fie spectre tangenţiale sau ciclice folosind o bobină cu configuraţie plană.Spectrul curenţilor turbionari într-un tub cu defect

Un defect sau o fisură întâlnită în material influenţează liniile de câmp care la rândul lor influenţează câmpul magnetic asociat.

4

Adâncimea de penetrare

Adâncimea de penetrare a curenţilor turbionari poate fi calculată cu formula din figura alăturată, observându-se că adâncimea depinde de frecvenţa testului, diametrul intern, diametrul extern dar şi de proprietăţile electromagnetice ale materialului. O valoare uzuală a frecvenţei este de ordinul kHz-ilor.

O tehnică mai nouă de testare nu mai foloseşte magnetizaţia până la saturaţie materialului ci pur şi simplu polarizarea acestuia. Rezultatul acestei schimbări se simte foarte bine în cazul detectării defectelor la o adâncime de penetrare mai mare decât în cazul celei produse de fluxul magnetic de dispersie produs de liniile de câmp ale curenţilor turbionari.

5

Ce se poate detecta cu ajutorul acestei metode?

Pentru a fi detectabile, defectele naturale trebuie sa producă o străpungere, o ruptură a spectrului curenţilor turbionari, ruptură ce trebuie să fie egală sau mai mare decât valoarea standard calibrată. De asemenea, pentru a fi detectat, un defect trebuie să se afle în raza de acţiune a spectrului liniilor de câmp. Majoritatea defectelor nu sunt de suprafaţă şi ele nu pot fi detectate decât cu ajutorul unei astfel de metode nedistructivă.

Găuri de dimensiuni reduse; Crăpături, spărturi, fisuri din laminoare; Defecte realizate în urma unor suduri cap la cap; Porozitate sau grad de porozitate ale unor obiecte de diferite dimensiuni şi de diferite forme; Defecte de margine, tiv, muchie sau cant; Defecte rezultate în urma debavurării.

Nu există deocamdată o metodă de testare nedistructivă care să poată să găsească toate defectele imaginabile, dar metoda curenţilor turbionari oferă un spectru larg de răspunsuri.

Iată câteva tipuri de defecte ce pot fi identificate cu ajutorul aceste metode:

6

Ce nu poate fi detectat?

Iată câteva tipuri de defecte care pot fi omise de inspecţia curenţilor turbionari:

Crestăturile superficiale rezultate în urma unor debavurări;Defecte ce pot fi în afara razei de acţiune a spectrului; Suduri sfărâmicioase; Semnalele măsurate nu depăşesc valorile calibrate; Defecte create de procesări ulterioare.

7

AplicaţiiPrimul lucru care trebuie luat în considerare este acela legat de starea materialului şi anume dacă materialul de testat este magnetic sau nemagnetic. Dacă materialul este magnetic, atunci trebuie anulate proprietăţile sale magnetice pentru a uşura penetrarea materialului cu ajutorul curenţilor turbionari. De asemenea trebuie eliminate aşa numitele variabile magnetice, care sunt create din procesul de manevrare al materialului cum ar fi procesele de calibrare şi dimensionare procese ce supun materialul la tensiuni, efort, solicitări. Aceste variabile creează semnale eronate care pot reduce considerabil precizia unei măsurători.

Atenuarea proprietăţilor materialului este realizată prin saturarea sau polarizarea materialului cu un câmp magnetic specific testului de efectuat. În cazul materialelor cu pereţi subţiri sau în cazul în care zona de testat este încă la o temperatură ridicată dacă ne dorim să testăm doar pereţii sau zonele de sudare, este de ajuns un câmp magnetic generat de magneţi permanenţi. Pentru alte cazuri însă este necesar un câmpmagnetic mult mai puternic ce poate fi creat cu ajutorul electromagneţilor.

8

Tipuri de traductoareÎn practică se întâlnesc sute de tipuri de traductoare. Vom prezenta pe scurt opt din cele mai importante:Bobinele plane: sunt disponibile pentru diferite mărimi putând să detecteze diametre de până la 25cm. Aceste bobine sunt folosite de obicei pentru a detecta defectele încă din faza în care există fâşii din tablă, acestea putând detecta şi urmări şi capetele de sudură şi chiar anunţând operatorul de zonele unde este nevoie de pilire, şlefuire sau operaţii de tăiere.

Probă pentru inspecţia sudurilor: este poziţionată pe platforma de sudură şi este folosită doar pentru a testa corectitudinea sudurii. Dotată cu bobinaj de detecţie diferenţial, acestea pot monitoriza condiţiile de sudură corectând astfel erorile din procesul de gavanizare sau din procesul de acoperire cu un strat protector.

9

Tipuri de traductoare

Proba semicirculară: poate acoperi un arc de cerc din tuburilor rotunde supuse testelor şi permite inspecţia zonelor afectate de căldură (Heat Affected Zone) în procesul de răcire. Lungimea maxima a arcul de cerc este de 38mm. De obicei acest aparat este instalat la începutul zonei de dimensionare a tubului respectiv.

Probă de tip semilună: acest aparat este în general făcut pentru un anumit tip de ţeavă sau tub, deoarece trebuie să existe un spaţiu de cel puţin 5mm între aparat şi obiectul de testat. Se poate testa sub un unghi de 90 grade şi diametre de 89mm.

10

Tipuri de traductoare

Probă de colţ: este folosită acolo unde este nevoie să fie testate obiecte care sunt sudate la colţuri.

Bobină circulară: un test amănunţit al piesei se face de obicei după dimensionarea acesteia. Şi în acest caz bobinele sunt realizate special pentru mărimea tuburilor. Este ideală pentru ţevi de diametru mic, cum ar fi cele folosite în refrigerare. Un lucru important este de menţionat: precizia unei măsurători scade odată cu creşterea dimensiunii ţevii. Ţevile trebuie să fie dimensionate conform bobinei.

11

Tipuri de traductoare

Bobine de tip multi-sector: se realizează un test foarte amănunţit cu acest tip de probă. Bobinele sunt plasate tip radial în jurul tubului sau al ţevii testate.

Probă rotitoare: este un aparat de măsură folosit în condiţii grele de lucru şi foloseşte o viteză mare de testare. Pentru a testa suprafeţele de defecte longitudinale, aparatul roteşte probele de inspectat. Cu acest aparat se poate testa numai după ce piesele au fost călite.

12

Amplasarea traductoarelor

Din punct de vedere al producţiei, testarea ar trebui să apară cât mai repede posibil pentru ca operatorii ce supraveghează sistemul să primească cât mai curând posibil avertizări în legătură cu suduri deteriorate. Din punct de vedere al calităţii însă este mai bine ca testul să se realizeze cât mai târziu posibil întrucât defectele pot apărea în momentul operaţiilor de dimensionare sau de răcire a ţevilor.

De asemenea, valori mari ale senzitivităţii le întâlnim în cazul materialelor laminate la rece faţă de cele laminate la cald unde valorile senzitivităţii sunt sensibil mai mici.

13

Există cinci variante posibile de a instala traductoarele şi acestea sunt exemplificate în figura de mai sus:

1. Poziţia de început unde se formează secţiunile, pentru a detecta defectele de sudare, defecte de suprafaţă ale laminoarelor;

2. Imediat după formarea şi sudarea ţevilor când acestea sunt încă calde; 3. În interiorul rezervorului de răcire folosind ca probă ansamble impermeabile; 4. Înainte de secţiunea de dimensionare, după răcirea ţevilor. Aceasta este de

obicei poziţia cel mai des întâlnită dar şi recomandată de toţi specialiştii. Aici tuburile sunt reci şi curate şi testele se realizează cu o precizie ridicată.

5. După dimensionare, dar înainte de marcarea acestora. Aici se pot face fie teste complete sau doar inspecţii pe diferite sectoare.

14

Colectarea datelorOdată cu dezvoltarea tehnicii computerelor şi a dispozitivelor electronice s-au deschis noi oportunităţi în posibilitatea măsurării şi anume măsurări de tipul multi-channel (canal multiplu) oferind un control superior şi fiind capabile să prezinte rezultate fără precedent.

15

Colectarea datelorMonitorizarea în timp real arată simultan fiecare canal cu o culoare diferită. Iniţial sunt introduse procedurile de poziţionare prin intermediul unui touch-screen apoi ele sunt salvate într-un fişier în computer pentru ca atunci când va fi nevoie de o schimbare de dimensiune, operatorul să modifice doar valoarea dimensiunii şi nu toată procedura de la capăt. Fişierul salvat poate fi accesat şi din reţea. Fiecare bobină de probă are implementat un chip care comunică permanent cu computerul. Datele sunt downloadate în calculator şi pot fi salvate pe hard-disk-uri sau CD-uri sau pot fi printate.

16

Rezultate – Raport dat de bobină

17

Rezultate – Raport dat de subsistemul de tăiere

18

Avantaje şi dezavantaje

Dezavantaje:Nu se pot observa nici un fel de diferenţe în materialul studiat dacă în secţiunea transversală a acestuia apare un defect continuu pe întreaga lungime a materialului. În practică însă cele mai multe defecte sunt intermitente. Dacă însă se doreşte sau este necesar să se detecteze toate tipurile de discontinuităţi din material există posibilitatea de a amplifica puterea înfăşurărilor diferenţiale cu ajutorul unor aşa numite canale absolute.

Avantaje:Echipamentul necesar testării este simplu de instalat şi uşor de operat cu el furnizând totodată informaţii importante şi necesare în testările efectuate. Echipamentul este folosit cu succes şi dă rezultate extrem de folositoare în cazul monitorizării laminoarelor de ţevi. Această metodă nedistructivă poate fi aplicată atât metalelor feroase cât şi celor neferoase în diferite etape ale procesului de producţie. Scopul testării este de a găsi la timp defectul şi de a separa materialele defecte de cele normale.Cu ajutorul metodei, putem furniza semnale de avertizare înainte ca în proces să intervină schimbări care pot transforma piesa într-un rebut.

19

Concluzii

Metoda de inspecţie cu curenţi turbionari a devenit una dintre cele mai utilizate metode de testare nedistructivă. Se estimează că mai mult de 50% din tuburile şi ţevile produse în S.U.A. sunt testate prin această metodă.

Rolul principal al acestei metode este de a trimite operatorilor semnale de avertizare privind defectele descoperite iar aceştia trebuie să reacţioneze imediat astfel încât să corecteze defectul, dacă se poate, pentru ca deşeul rezultat să fie minim.

20

Bibliografie

Site-ul firmei cu sediul la Munchen, Germania http://www.pruftechnik.com/index__.htm