Вихретоковый контроль (ВТК) обнаруживает поверхностные и подповерхностные дефекты в любых электропроводящих материалах — включая аустенитную нержавейку, алюминий, титан и медь, где магнитопорошковый метод не работает в принципе. Контроль бесконтактный: между преобразователем и изделием допускается зазор, поэтому метод применим по лакокрасочному покрытию и на высокой скорости сканирования.
Физическая основа
Катушка преобразователя, питаемая переменным током, создаёт переменное магнитное поле. Внесённое в это поле проводящее тело отвечает наведёнными в нём замкнутыми вихревыми токами (токами Фуко). Вихревые токи, в свою очередь, порождают собственное магнитное поле, направленное навстречу возбуждающему, и изменяют полное сопротивление катушки.
Трещина, пересекающая путь вихревых токов, вынуждает их обтекать препятствие. Плотность и распределение токов меняются, вслед за ними меняется вносимый импеданс катушки — это изменение и регистрирует прибор, отображая его как точку или петлю на комплексной плоскости.
Глубина проникновения
Вихревые токи концентрируются у поверхности — это скин-эффект. Глубина проникновения, на которой плотность тока падает в e раз (примерно до 37 %), определяется формулой δ = 1/√(π·f·μ·σ), где f — частота, μ — магнитная проницаемость, σ — удельная электропроводность.
Из формулы следуют два практических вывода. Первый: чем ниже частота, тем глубже контроль, но тем хуже чувствительность к мелким поверхностным дефектам. Второй: в ферромагнитных материалах из-за высокой магнитной проницаемости глубина проникновения мала — единицы десятых миллиметра, поэтому для сталей ВТК остаётся по существу поверхностным методом.
| Материал | Частота | Ориентировочная глубина δ |
|---|---|---|
| Алюминий | 100 кГц | около 0,26 мм |
| Алюминий | 1 кГц | около 2,6 мм |
| Аустенитная нержавеющая сталь | 100 кГц | около 1,3 мм |
| Углеродистая сталь (ферромагнетик) | 100 кГц | сотые–десятые доли мм |
Типы преобразователей
- Накладные — прижимаются к поверхности, применяются для контроля плоских и сложнопрофильных изделий, сварных швов, галтелей.
- Проходные — изделие проходит внутри катушки. Используются в поточном контроле прутка, проволоки, труб на металлургическом производстве.
- Внутренние (бобинные) — вводятся внутрь трубы, основной инструмент контроля теплообменных трубок конденсаторов и парогенераторов.
- Вращающиеся — сканируют стенку отверстия по окружности, применяются при контроле крепёжных отверстий в авиационных конструкциях.
Что метод умеет помимо поиска трещин
- Толщинометрия покрытий. Непроводящее покрытие на проводящем основании увеличивает зазор — по величине сигнала лифт-офф измеряют толщину краски или анодирования.
- Сортировка по маркам. Сплавы с разной электропроводностью дают разный отклик, что позволяет разделять внешне одинаковые материалы и выявлять пересортицу.
- Контроль качества термообработки. Изменение структуры меняет проводимость и проницаемость, поэтому метод чувствителен к прижогам после шлифования и к нарушениям режима закалки.
- Оценка коррозионного утонения теплообменных трубок при контроле внутренним преобразователем.
Ограничения
- Только электропроводящие материалы: пластмассы, керамика, композиты без проводящих слоёв методу недоступны.
- Малая глубина контроля, особенно у ферромагнетиков.
- Высокая чувствительность к мешающим факторам: изменению зазора, шероховатости, краевому эффекту у кромок и отверстий, локальным изменениям структуры. Разделение полезного и мешающего сигналов требует опыта.
- Дефекты, ориентированные параллельно направлению вихревых токов, не искажают их и не выявляются — как и в магнитопорошковом методе, ориентация имеет значение.
- Требуется настройка на стандартном образце с искусственными дефектами, изготовленном из того же материала и той же геометрии, что и объект.
Нормативная база
| ГОСТ Р 55612-2013 | Контроль неразрушающий вихретоковый. Основные положения |
| ГОСТ Р ИСО 15549-2009 | Вихретоковый контроль. Основные положения |
| ГОСТ Р ИСО 17643-2014 | Вихретоковый контроль сварных соединений с анализом комплексной плоскости |
| ГОСТ 24289-80 | Контроль вихретоковый. Термины и определения |
Почему ВТК ценят на нержавейке. Аустенитные стали не намагничиваются, поэтому магнитопорошковый метод к ним неприменим, а капиллярный требует длительной подготовки поверхности и не работает по покрытию. Вихретоковый контроль решает ту же задачу за секунды, по краске и без расходных материалов — ценой более высоких требований к квалификации оператора.
