Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Толщинометрия металлоконструкций на основе электромагнитно-акустического преобразования в импульсном магнитном поле

Диссертация: Толщинометрия металлоконструкций на основе электромагнитно-акустического преобразования в импульсном магнитном поле
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В настоящее время основным методом УЗ толщинометрии является эхо-импульсный метод, на основе которого работают практически все УЗ толщиномеры, как ручного контроля, так и автоматизированные установки. Необходимым элементом большинства УЗ приборов являются пьезоэлектрические преобразователи, работающие только при наличии контактной жидкости, обеспечивающей акустическую связь между преобразователем… Читать ещё >

Содержание

  • 1. ГЛАВА 1. Анализ методов и средств ЭМА толщинометрии
    • 1. 1. Особенности толщинометрии на основе ЭМА преобразования
    • 1. 2. История исследования ЭМА преобразования и создания толщинометрической аппаратуры на его основе
    • 1. 3. Механизмы ЭМА преобразования
    • 1. 4. Конструкции ЭМА преобразователей
    • 1. 5. Способы измерения временных интервалов, используемые в эхо-импульсной толщинометрии
    • 1. 6. Способы повышения соотношения сигнал-шум, используемые в эхо-импульсной толщинометрии
    • 1. 7. Обзор выпускаемых ручных ЭМА толщиномеров
  • 2. ГЛАВА 2. Определение конфигурации импульсного электромагнита и исследования ЭМА преобразования в импульсном магнитном поле
    • 2. 1. Выбор конфигурации импульсного электромагнита
    • 2. 2. Расчет распределения магнитного поля импульсного электромагнита
    • 2. 3. Определение размера сигнального индуктора
    • 2. 4. Исследование динамики формирования магнитного поля в ОК
    • 2. 5. Исследование влияния зазора на конфигурацию и динамику магнитного поля
  • 3. ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования ЭМА преобразования в импульсном магнитном поле
    • 3. 1. Проверка результатов, полученных в теоретической части
    • 3. 2. Исследование особенностей шумов Баркгаузена
    • 3. 3. Исследование соотношений уровней эхо-сигналов для ЭМАП с импульсным подмагничиванием и с магнитной системой на основе постоянных магнитов
  • 4. ГЛАВА 4. Разработка ЭМА толщиномера с импульсным подмагничиванием
    • 4. 1. Требования к узлам и блокам толщиномера
    • 4. 2. Аппаратная реализация
    • 4. 3. Алгоритмы обработки сигналов
    • 4. 4. Метрологическое обеспечение
    • 4. 5. Основные характеристики толщиномера А1270РМ
    • 4. 6. Режимы работы толщиномера А1270РМ

Толщинометрия металлоконструкций на основе электромагнитно-акустического преобразования в импульсном магнитном поле (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

.

Решение проблемы обеспечения безопасности промышленных объектов неразрывно связано с технической диагностикой и неразрушающим контролем, одним из направлений которого является толщинометрия металлоконструкций при наличии одностороннего доступа. Эта задача решается на множестве технических объектов, как в процессе производства, так и при эксплуатации с использованием ультразвуковых (УЗ) толщиномеров ручного контроля.

В настоящее время основным методом УЗ толщинометрии является эхо-импульсный метод, на основе которого работают практически все УЗ толщиномеры, как ручного контроля [26, 27, 28, 31], так и автоматизированные установки. Необходимым элементом большинства УЗ приборов являются пьезоэлектрические преобразователи, работающие только при наличии контактной жидкости, обеспечивающей акустическую связь между преобразователем и объектом контроля (ОК). И эта особенность УЗ метода во многом ограничивает его применимость, снижает производительность контроля, а так же ухудшает достоверность и воспроизводимость результатов измерений.

С середины 60-х годов началось развитие технологии возбуждения и приема УЗ колебаний, позволяющей работать без использования контактной жидкости и основанной на эффекте электромагнитно-акустического (ЭМА) преобразования. В настоящее время несколькими компаниями выпускаются УЗ толщиномеры, работающие с ЭМА преобразователями (ЭМАП), которые не требуют при контроле применения контактной жидкости.

Отличительной особенностью этих приборов является использование в ЭМАП мощных постоянных магнитов. Этот фактор усложняет их практическое применение при ручном УЗ контроле, так как эффект притяжения преобразователя к ферромагнитным материалам затрудняет процедуру сканирования, приводит к частому повреждению ЭМАП и выходу их из строя, создает травмоопасность для персонала.

Известно техническое решение, позволяющее исключить из конструкции ЭМАП мощные постоянные магниты путём замены их на импульсные электромагниты. Эта технология используется, как правило, для производственного контроля в стационарных установках. Её применение в приборах ручного контроля ограничивалось высокими требованиями по энергопотреблению и сложностью реализации в малогабаритном исполнении.

В настоящее время появление новых конструкционных материалов, развитие электронной элементной базы и химических источников питания сформировало предпосылки для реализации технологии импульсного подмагничивания в малогабаритных ручных ЭМА толщиномерах. Создание и внедрение подобных приборов позволит устранить вышеперечисленные недостатки и расширить область применения УЗ ЭМА толщиномеров, повысив их производительность, достоверность, точность и эффективность. Поэтому разработка малогабаритного ручного УЗ толщиномера на основе ЭМА технологии с импульсным подмагничиванием представляет значительный интерес и является актуальной задачей.

Цели и задачи работы.

Целью данной работы является разработка и практическое внедрение УЗ толщиномера для ручного контроля на основе ЭМАП с импульсным подмагничиванием, соответствующего по своим метрологическим, массогабаритным и эксплуатационным характеристикам типовым УЗ толщиномерам, и свободного от основного недостатка УЗ ЭМА толщиномеров — эффекта сильного притяжения к ферромагнитным ОК.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Разработать математическую модель импульсного электромагнита, формирующего подмагничивающее поле для ЭМАП, исследовать поведение поля подмагничивания в импульсном режиме и на этой основе разработать конструкцию импульсного электромагнита.

2. Выполнить экспериментальные исследования с целью подтверждения корректности разработанной математической модели и определения особенностей и параметров помех, связанных с импульсным характером поля подмагничивания.

3. Теоретически и экспериментально оптимизировать режимы работы ЭМАП с импульсным электромагнитом и определить энергетические затраты на создание поля подмагничивания.

4. Разработать систему питания и формирования импульсов тока подмагничивания для импульсного электромагнита с учётом малогабаритного варианта исполнения, применимого для использования в УЗ толщиномерах ручного контроля.

5. На основе полученных результатов разработать ЭМА толщиномер с импульсным подмагничиванием и исследовать его основные эксплуатационные и технические характеристики при контроле изделий из различных металлов и сплавов.

Методы исследования.

При выполнении работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования выполнялись на основе теории электромагнитного поля, теории радиотехнических цепей и сигналов, метода эквивалентных схем. В экспериментальных исследованиях использовались макетирование и натурный эксперимент. Для измерений, выполненных в процессе экспериментов, использовалась поверенная аппаратура и метрологически аттестованные стандартные образцы.

Научная новизна.

1. Разработана математическая модель, которая позволила оптимизировать предложенную конфигурацию импульсного электромагнита и исследовать динамику магнитного поля. Модель позволила определить алгоритм расчета импульсного электромагнита и переходных процессов.

2. Теоретически установлена зависимость плотности вихревых токов от взаимного направления токов в подмагничивающем и сигнальном индукторах. Показано, что значение плотности вихревого тока при согласном и встречном включении отличаются до 40%, что повышает соотношение сигнал/шум при согласном включении.

3. Для предложенной конфигурации импульсного электромагнита установлены диапазоны времени задержки, в результате устранено влияние шума Баркгаузена на прием акустических эхо-сигналов из объекта контроля.

4. В результате экспериментальных исследований установлено, что амплитуда отраженного эхо-сигнала зависит от взаимного направления токов в подмагничивающем и сигнальном индукторах, что позволило повысить уровень отраженного эхо-сигнала до 30%.

Практическая ценность работы.

Полученные в работе научные результаты легли в основу следующих разработок, имеющих существенную практическую и прикладную значимость:

1. На базе предложенной и оптимизированной конструкции импульсного электромагнита, разработаны два типа УЗ ЭМАП поперечных волн — с радиальной и линейной поляризацией.

2. Разработана система питания импульсного электромагнита для ручного УЗ ЭМА толщиномера с использованием литий-феррум-полимерных аккумуляторов и сильноточных ключей с малым внутренним сопротивлением, что обеспечило возможность формирования импульсов тока величиной до 150 А в индукторе подмагничивания.

3. Разработан малогабаритный УЗ ЭМА толщиномер с импульсным подмагничиванием А1270РМ, проведены его испытания и подготовлен выпуск.

Защищаемые положения.

На защиту выносится:

1. Математическая модель импульсного электромагнита.

2. Результаты исследования динамики магнитного поля.

3. Результаты оптимизации параметров импульсного электромагнита.

4. Разработанная схема питания импульсного электромагнита.

Структура и объем диссертации

.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

Выводы:

На основании выполненной разработки можно сделать следующие выводы:

• Наиболее энергетически выгодной и рациональной схемой питания индуктора импульсного электромагнита является схема прямого подключения индуктора к низковольтному источнику постоянного напряжения на заданное время.

• Разработаны малогабаритные ЭМАП с импульсным подмагничиванием, имеющие радиальную и линейную поляризацию. Габариты преобразователей имеют размеры сопоставимые с размерами обычных контактных УЗ пьезопреобразователей.

• Разработан ЭМА толщиномер с импульсным подмагничиванием, который обеспечивает более высокие метрологические и эксплуатационные характеристики по сравнению с ранее выпускавшемся вариантом толщиномера А1270 с ЭМАП на постоянных магнитах.

5.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Разработана математическая модель, которая позволила оптимизировать предложенную конфигурацию импульсного электромагнита и исследовать динамику магнитного поля. Модель позволила определить алгоритм.

2. Для предложенной конфигурации импульсного электромагнита установлены диапазоны времени задержки, в результате устранено влияние шума Баркгаузена на прием акустических эхо-сигналов из объекта контроля.

3. На основе полученных в данной работе результатов разработаны малогабаритные ЭМАП с импульсным подмагничиванием, которые имеет габариты сопоставимые с габаритами обычных пьезопреобразователей.

4. Впервые разработан и подготовлен к производству малогабаритный ручной ЭМА толщиномер А1270РМ с импульсным подмагничиванием, обеспечивающий реализацию УЗ эхо-импульсного метода без применения контактных жидкостей и не имеющий эффекта сильного притяжения преобразователя к ферромагнитным ОК.

5. Толщиномер позволяет проводить ручное сканирование по поверхности ОК с целью поиска мест утонений без подготовки поверхности и без использования дополнительных приспособлений для ЭМАП, что существенно повышает производительность контроля.

6. Толщиномер обеспечивает более высокие метрологические характеристики по сравнению с ранее выпускавшемся вариантом толщиномера А1270 с ЭМАП на постоянных магнитах.

Показать весь текст

Список литературы

  1. С.Г., Самокрутов A.A., Бобров В. Т., Бобров C.B., Сергеев 1.JI.
  2. Моделирование магнитных систем ЭМА-преобразователей для возбуждения ультразвуковых волн. Контроль. Диагностика 2013 № 7 с. 12- 18.
  3. С.Г., Бобров В. Т., Дурейко A.B., Козлов В. Н., Самокрутов A.A., Шевалдыкин В. Г. «Ультразвуковой способ измерения толщины изделия» Патент РФ на изобретение № 2 442 106 Бюл., изобр., 2012, № 4.
  4. В. А. Эффективность помехоустойчивого кодирования ультразвуковых сигналов. Дефектоскопия 2007 № 11, с.34−46.
  5. Г. Я., Долбня Е. В., Лещенко Н. Г., Мужицкий В. Ф., Ремезов В. Б. Портативные электромагнитно-акустические толщиномеры. Дефектоскопия 2004 № 4, с.28−35.
  6. Г. А., Бедов С. Н., Волегов Ю. В. и др. Цифровой ультразвуковой толщиномер ТЭМАЦ-1. Информационный листок № 482−74, Челябинск.
  7. Г. А., Гуревнч C.IO. Современное состояние бесконтактных методов и средств ультразвукового контроля (обзор). Дефектоскопия. 1981 № 5 с.5−33.
  8. А.И. и др. Толщинометрия труб импульсным электромагнитно-акустическим методом. Дефектоскопия 1973 № 3, с.7−12.
  9. Н.Ю., Ольшанский В. П. Портативный ЭМА толщиномер УВТ-03. Дефектоскопия 1990 № 6 с.80−82.
  10. С.Ю. Основы теории и практического применения высокотемпературного ультразвукового контроля ферромагнитных металлоизделий: Автореферат диссертации доктора техн. наук Екатеринбург, ИФМ УрО РАН, 1996. 43 с.
  11. И.В. Исследование электромагнитно-акустического метода возбуждения и приема волн Рэлея в ферромагнетиках: Дисс. канд. физ.-мат. наук. Л.: Л ЭТИ, 1979.- 162 с.
  12. И.В., Харитонов A.B. К теории ЭМА преобразования волн Рэлея в ферромагнитных и ферримагнитных материалах. Дефектоскопия 1980, № 7, с. 86—93.
  13. В.К. О возможности применения метода сжатия импульсов в ультразвуковой дефектоскопии. Тр. МЭИ, 1974, с. 14.
  14. Под общей ред. Клюева В. В. Неразрушающий контроль: Справочник в 7 т. Том 3 Ультразвуковой контроль. М. Машиностроение, 2004 г. 864 с.
  15. В.В., Шубаев С. Н., Мужицкий В. Ф. Опыт эксплуатации электромагнитно-акустического толщиномера УТ-80Б. Дефектоскопия 1982 № 9, с.37−43.
  16. В.Н. Исследование корреляционных методов обработки акустических сигналов и разработка ультразвуковых толщномеров с расширенным диапазоном измерений. Дисс. Канд. Техн. Наук. М. ЗАО «НИИИ МНПО «СПЕКТР», 2002 г., 95 с.
  17. В.А., Мужицкий В. Ф., Гуревич С. Ю. Теория физических полей. Том 3, Связанные поля, Челябинск-Ижевск из-во ЮУрГУ, 2000 г., 627 с.
  18. М.В. Эхо-импульсные толщиномеры. М. Машиностроение 1980, 112 с.
  19. В.А. Скоростной контроль железнодорожных рельсов с применением бесконтактных преобразователей. В кн. Ультразвуковые методы НК. Киев. ОНТИ ИЭС, 1970, с.97−98.
  20. Н.П., Разыграев А. Н., Пономарев С. Н., Безлюдько Г. Я., Мнховски М., Мнрчев И. Исследование технологии ультразвукового контроля толщины ЭМА методом. Дефектоскопия 2010 № 6, с.60−80.
  21. A.A. Развитие методов акустического неразрушающего контроля и создание устройств на базе информационных технологий с антенными системами и малоапертурными преобразователями. Дисс. Докт. Техн. Наук. М. ЗАО «НИИИ МНПО «СПЕКТР», 2003 г., 220 с.
  22. A.A., Бобров В. Т., Шевалдыкин В. Г., Алехин С. Г., Козлов В. Н. «Электромагнитно-акустический преобразователь».
  23. Патент РФ на изобретение № 2 334 981 Бгол., изобр., 2008, № 27.
  24. A.A., Шевалдыкин В. Г., Бобров В. Т., Сергеев K.JL, Алехин С. Г. «Электромагнитно-акустический преобразователь» Патент РФ на изобретение № 2 343 475 Бюл., изобр., 2009, № 1.
  25. A.A., Бобров В. Т., Шевалдыкин В. Г., Сергеев К. Л., Козлов В. Н., Алехин С. Г. «Магнитная система электромагнитно-акустического преобразователя». Патент РФ на изобретение № 2 350 943 Бюл., изобр., 2009, № 9.
  26. A.A., Шевалдыкин В. Г., Козлов В. Н., Алехин С. Г., Мелешко И. А., Пастушков П. С. «А1207 ультразвуковой толщиномер нового поколения». В мире неразрушающего контроля. 2001 г. № 2, с. 23 -24.
  27. A.A., Козлов В. Н., Алехин С. Г., Мелешко И. А., Пастушков П. С. «Миниатюрный ультразвуковой толщиномер AI207». 3-я Международная конференция «Диагностика трубопроводов» (Москва, 21−26 марта 2001 г.): Тезисы докладов, с. 155.
  28. A.A., Шевалдыкнн В. Г., Козлов В. Н., Алехин С. Г., Жуков A.B., Пастушков П. С. «А1208 простой и сложный ультразвуковой толщиномер». В мире неразрушающего контроля. 2003. № 2 (20) с. 38 — 42.
  29. A.A., Бобров В. Т., Шевалдыкнн В. Г., Козлов В. Н., Алехин С. Г., Жуков А. В. «Исследование анизотропии проката и её влияния на результаты акустических измерений». Контроль. Диагностика 2003, № 11, с. 6- 19.
  30. A.A., Бобров В. Т., Шевалдыкнн В. Г., Козлов В. Н., Алехин С. Г. «Акустические методы и средства исследования напряженно-деформированного состояния металла конструкций и сооружений». В мире неразрушающего контроля. 2005 № 1 (27), с. 22−24, 26.
  31. A.A., Бобров В. Т., Шевалдыкин В. Г., Алехин С. Г., Ивченко В. В., Козлов В. Н. «ЭМА преобразователи для ультразвуковых измерений». В мире неразрушающего контроля. 2008 № 2 (40), с. 22−25.
  32. A.A., Козлов В. Н., Шевалдыкин В.Г. «Способ измерения толщины изделия с помощью ультразвуковых импульсов»
  33. Патент РФ на изобретение № 2 231 753 Бюл., изобр., 2004, № 18.
  34. И.В. Разработка помехоустойчивых методов и средств многофункциональной ультразвуковой дефектоскопии сложноструктурных изделий. Дис. докт. технических наук. М. Московский Энергетический Институт (Технический университет), 2007 г., 275 с.
  35. Г. М. Возможности современных ЭМА толщиномеров. Дефектоскопия 2004 № 10, с. 16−25.
  36. Г. М. Обработка информации. Возможности корреляционного анализа при толщинометрии ЭМА методом // Контроль. Диагностика. 2002. № 8, с. 37 40.
  37. П.Ф. Использование импульсных магнитных полей при бесконтактном ультразвуковом контроле токопроводящих материалов. Труды ВНИИНК, т.1. Изд-во «Картя Молдовеняскэ». Кишинёв, 1969, с. 256−262.
  38. П.Ф., Бляшова C.B. Расчет тока соленоида электромагнитноакустических преобразователей. Труды ВНИИНК, т.1. Изд-во «Картя Молдовеняскэ». Кишинёв, 1969, с. 263−271.
  39. A.A., Бобров В. Т., Козлов В. Н., Алехин С. Г., Жуков A.B. «Применение ЭМА толщиномера AI 270 для контроля проката из алюминиевых сплавов» В мире неразрушающего контроля. 2002. № 4 с. 24 -27.
  40. С.Н. Возбуждение упругих волн в металлическтом полупространстве электромагнитным методом. Дефектоскопия 1974 № 3 с.45−54.
  41. С.Н. Анализ акустического поля, возбуждаемого электромагнитным методом. Дефектоскопия 1974 № 4 с. 100−109.
  42. A.A. Samokrutov, V.G. Shevaldykin, V.T. Bobrov, S.G. Alekhin, V.V. Ivchenko «EMA Testing of «PROTON» Rocket Hull Thickness» 10th European Conference on Non-Destructive Testing. Moscow 2010. June 7−11. Abstracts. Part 2. P. 50. 1.10.29.
  43. G.A. Alers, L.R. Burns, D.T. MacLauchlan United States Patent US4777824.
  44. Masahiko Hirao, Hirotsugu Ogi «EMATS for science and industry non contacting ultrasonic measurements» Kluwer Academic Publishers 2003 p.372.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!