sử dụng thiết bị kiểm tra dòng điện xoáy

Kiểm tra dòng điện xoáy được sử dụng như một phương pháp không phá hủy để phát hiện các khuyết tật bề mặt và dưới bề mặt trong vật liệu dẫn điện. Nguyên lý hoạt động của Kiểm tra dòng điện xoáy là sử dụng các hiện tượng tự nhiên của cảm ứng điện từ để tìm các khuyết tật trong vật liệu dẫn điện.

Trong đầu dò dòng điện xoáy, một dòng điện xoay chiều (AC) chạy qua một cuộn dây tạo ra một từ trường dao động (Hình A).

Khi đưa đầu dò đến gần một vật liệu dẫn điện, các electron đi qua vật liệu một cách vô hình giống như một vũng nước xoáy. Các electron xoáy này được gọi là dòng điện xoáy (Hình B).

Dòng điện xoáy tạo ra một từ trường biến thiên tương tác với cuộn dây trong đầu dò. Quá trình này được gọi là hiện tượng tự cảm lẫn nhau. Mọi khuyết tật hoặc sai lệch về độ dày sẽ ảnh hưởng đến dòng điện xoáy và từ trường của nó. Đổi lại, những thay đổi này trong dòng điện xoáy được ghi nhận bởi cuộn dây và một kỹ thuật viên NDT đã qua đào tạo có thể phán đoán dựa trên những phàn hồi của tín hiệu dòng điện xoáy (Hình C).

NORTEC ™ 600 Flaw Detector

Máy dò khuyết tật dòng xoáy NORTEC 600 đi kèm với màn hình VGA 5,7 inch có khả năng hiện thị ở chế độ toàn màn hình, tạo ra tín hiệu dòng điện xoáy rõ ràng và tương phản trong bất kỳ điều kiện ánh sáng nào. Thiết bị NORTEC 600 sử dụng mạch kỹ thuật số hiệu suất cao mới nhất và đi kèm trong một thiết bị nhỏ gọn, di động. Thiết bị NORTEC 600 được chế tạo để có độ bền trong các điều kiện khắc nghiệt tại hiện trường và độ bền cũng như khả năng chống chọi với thời tiết là những tính năng chính.

Hệ thống đa công nghệ MultiScan MS5800 ™

MultiScan MS5800Hệ thống được thiết kế để kiểm tra ống trong các sản phẩm như bình ngưng, bộ đun nước, trao đổi nhiệt và điều hòa không khí. Nó sử dụng hai cuộn dây được kích thích với dòng điện để tạo ra từ trường. Từ trường được sử dụng để xuyên qua vật liệu ống và tạo ra dòng điện xoay chiều đối nghịch. Mọi khuyết tật sẽ được xác định thông qua những thay đổi đối với dòng điện xoáy. Hệ thống MultiScan MS5800 được thiết kế để kiểm tra nhanh và có bốn tần số đồng thời trên mỗi đầu vào cho phép tốc độ kiểm tra lên đến 2 m/s. Nó cũng có bốn đầu vào kiểm tra dòng điện xoáy (ECT) lên đến 64 kênh, có thể hỗ trợ một số lượng lớn các kênh ECT để thực hiện kiểm tra đầu dò dòng xoáy mảng pha (ECA).

Trong khi một số thiết bị đo dòng điện xoáy cũ hơn sử dụng các màn hình đồng hồ tương tự đơn giản, thì định dạng tiêu chuẩn hiện nay là biểu đồ mặt phẳng trở kháng biểu thị điện trở cuộn dây trên trục x so với điện kháng cảm ứng trên trục y. Các thay đổi trong biểu đồ tương ứng với các thay đổi trong mẫu thử. Ví dụ: màn hình bên dưới hiển thị các thiết lập để kiểm tra các vết nứt trên bề mặt nhôm. Đường cong trên biểu thị vết nứt bề mặt sâu 0,04 inch, đường cong ở giữa là vết nứt sâu 0,02 inch và đường cong nhỏ nhất là vết nứt sâu 0,008 inch. Đường nằm ngang là điểm nhấc đầu dò (Lift-off) trong đó đầu dò đã cân bằng trên bề mặt nhôm và khi nó được nâng lên trong không khí, tín hiệu sẽ di chuyển sang trái. Việc kiểm tra này được thực hiện bằng một đầu dò bút chì.

Màn hình này là tín hiệu tiêu chuẩn sau khi hiệu chuẩn thiết bị. Khi các thông số đã được thiết lập, chúng không được thay đổi trong quá trình kiểm tra. Các phép đo kiểm tra phụ thuộc hoàn toàn vào việc so sánh tín hiệu với hiệu chuẩn tham chiếu.

Một thử nghiệm phổ biến khác liên quan đến việc đo các lớp phủ không dẫn điện như sơn phủ trên kim loại. Màn hình hiển thị bên dưới hiển thị một lớp phủ phi kim loại trên nhôm. Đối với ứng dụng này, đầu dò được cân bằng trong không khí và sau đó được đặt trên mẫu. Dòng trên cùng hiển thị tín hiệu trên nhôm không có bất kỳ lớp phủ nào. Dòng thứ hai xuống là lớp phủ 0,004 inch, sau đó là lớp phủ 0,008 inch và dòng dưới cùng là lớp phủ 0,012 inch. Để tạo ra hình ảnh này, vị trí hiển thị phải được thay đổi giữa mỗi lần đo để hiển thị sự tách biệt giữa mỗi tín hiệu. Sau khi việc hiệu chuẩn này được thực hiện, người kiểm tra sẽ đo vật liệu và quan sát khoảng cách mà tín hiệu truyền trên màn hình. Cảnh báo có thể được sử dụng để cảnh báo cho người kiểm tra khi lớp phủ quá dày hoặc quá mỏng.

Cách thứ hai để đo độ dày của lớp phủ không dẫn điện trên vật liệu dẫn điện là sử dụng khả năng đo độ dẫn điện của các thiết bị dòng NORTEC ™ 600 (kiểu máy N600C, N600S và N600D). Phép đo này sử dụng một đầu dò độ dẫn điện đặc biệt hiển thị màn hình bên dưới thay vì màn hình trở kháng tiêu chuẩn được hiển thị ở trên. Phép đo này được sử dụng phổ biến nhất để xác định độ dẫn điện của vật liệu, nhưng nó cũng cung cấp độ dày của lớp phủ, hay nói cách khác là “Độ cao” của đầu dò so với vật liệu, hoặc đầu dò cách bề mặt của vật liệu dẫn điện bao xa. Ví dụ này là một lớp phủ 0,004 inch trên một mẫu thử bằng nhôm.

Dụng cụ kiểm tra dòng điện xoáy có thể thực hiện nhiều bài kiểm tra, tùy thuộc vào loại đầu dò được sử dụng. Lựa chọn đầu dò cẩn thận giúp tối ưu hóa hiệu suất thử nghiệm.

Mật độ dòng điện xoáy thay đổi theo chiều sâu vật liệu. Mật độ là lớn nhất ở bề mặt và giảm theo cấp số nhân theo độ sâu (“hiệu ứng da”). Độ sâu tiêu chuẩn của sự thâm nhập Phương trình được sử dụng để giải thích khả năng thâm nhập của tín hiệu dòng điện xoáy ở bên dưới, khả năng này giảm khi tăng tần số, độ dẫn điện hoặc độ thẩm từ. Đối với vật liệu dày và đồng đều, độ sâu xuyên thấu tiêu chuẩn là độ sâu mà mật độ dòng xoáy ở mức 37% so với giá trị trên bề mặt vật liệu. Để phát hiện các khuyết tật rất nông trong vật liệu, và cũng để đo độ dày của các tấm mỏng, người ta sử dụng tần số rất cao. Tương tự, để phát hiện các khuyết tật dưới bề mặt và để kiểm tra các vật liệu dẫn điện, từ tính hoặc dày, phải sử dụng tần số thấp hơn.

Trong đó:

d = Độ sâu xuyên thấu tiêu chuẩn (mm)
f = Tần số thử nghiệm (Hz)
mr = Độ từ thẩm tương đối (không thứ nguyên)
s = Độ dẫn điện (% IACS)

Kiểm tra dòng điện xoáy được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ và trong các môi trường sản xuất và dịch vụ khác đòi hỏi kiểm tra kim loại mỏng để tìm các vấn đề tiềm ẩn liên quan đến chất lượng hoặc an toàn. Ngoài việc phát hiện vết nứt trên các tấm kim loại và đường ống, kiểm tra dòng điện xoáy có thể được sử dụng cho các phép đo độ dày kim loại nhất định như xác định độ ăn mòn dưới vỏ máy bay, đo độ dẫn điện và theo dõi ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt và xác định độ dày của lớp phủ không dẫn điện trên vật liệu dẫn điện.

Kiểm tra dòng điện xoáy có thể kiểm tra các khu vực rộng lớn rất nhanh chóng và nó không yêu cầu sử dụng chất tiếp âm. Ngoài việc tìm kiếm vết nứt, kiểm tra dòng điện xoáy cũng có thể được sử dụng để kiểm tra độ cứng và độ dẫn điện của kim loại trong các ứng dụng quan tâm đến các đặc tính đó và để đo các lớp mỏng của lớp phủ không dẫn điện, chẳng hạn như sơn trên các bộ phận kim loại. Đồng thời, thử nghiệm dòng điện xoáy chỉ giới hạn ở các vật liệu dẫn điện và do đó không thể sử dụng trên chất dẻo. Trong một số trường hợp, kiểm tra dòng điện xoáy và siêu âm được sử dụng cùng nhau như các kỹ thuật bổ sung, với dòng điện xoáy có lợi thế cho việc kiểm tra bề mặt nhanh chóng và siêu âm có độ xuyên sâu tốt hơn.

Chúng tôi đã đưa vào danh sách một số ứng dụng thử nghiệm hiện tại xoáy phổ biến nhất bên dưới:

Kiểm tra mối hàn — Kiểm tra mối hàn sử dụng siêu âm để kiểm tra bề mặt dưới bề mặt và phương pháp dòng điện xoáy bổ sung để quét bề mặt để tìm các vết nứt bề mặt hở trên mũ mối hàn và trong các vùng bị ảnh hưởng nhiệt (HAZ).

Kiểm tra độ dẫn điện — Khả năng đo độ dẫn điện của thử nghiệm dòng điện xoáy có thể được sử dụng để xác định và phân loại các hợp kim đen và kim loại cũng như để xác minh xử lý nhiệt.

Kiểm tra bề mặt — Các vết nứt bề mặt trong các bộ phận được gia công và vật liệu kim loại có thể dễ dàng được xác định bằng dòng điện xoáy. Điều này bao gồm việc kiểm tra khu vực xung quanh đinh tán trên thân máy bay và các ứng dụng quan trọng khác.

Phát hiện ăn mòn — Thiết bị dòng điện xoáy có thể được sử dụng để phát hiện và định lượng độ ăn mòn ở mặt trong của kim loại mỏng như vỏ máy bay bằng nhôm. Đầu dò tần số thấp có thể được sử dụng để xác định vị trí ăn mòn trên lớp kim loại thứ hai và thứ ba không thể kiểm tra bằng siêu âm.

Kiểm tra lỗ bu lông — Có thể phát hiện vết nứt bên trong lỗ bu lông bằng cách sử dụng đầu dò lỗ bu lông, thường bằng motor quay đầu dò tự động.

Kiểm tra ống – Cả kiểm tra trong dây chuyền ở giai đoạn sản xuất và kiểm tra hiện trường đối với ống như bộ trao đổi nhiệt là những ứng dụng phổ biến hiện nay. Có thể phát hiện cả vết nứt và sự thay đổi độ dày.

Thiết bị kiểm tra dòng điện xoáy bao gồm một thiết bị và một đầu dò phải luôn được hiệu chuẩn với các mẫu chuẩn tham chiếu thích hợp khi bắt đầu thử nghiệm. Quá trình này liên quan đến việc xác định đường cơ sở từ một mẫu thử nhất định và quan sát xem nó thay đổi như thế nào trong các điều kiện gặp khuyết tật. Trong các ứng dụng phát hiện khuyết tật, quy trình hiệu chuẩn này thường liên quan đến việc sử dụng các mẫu chuẩn tham chiếu có cùng vật liệu, hình dạng và kích thước như mẫu thử, có chứa các khuyết tật nhân tạo như vết khắc, lỗ khoan, hoặc thành được mài để mô phỏng khuyết tật. Trong các ứng dụng đo độ dày, các tiêu chuẩn tham chiếu sẽ bao gồm các mẫu khác nhau có độ dày đã biết. Người vận hành quan sát phản ứng từ các mẫu chuẩn đối chiếu và sau đó so sánh các chỉ thị từ các mẫu thử với các mẫu chuẩn này để phân loại các khuyết tật. Hiệu chuẩn với các mẫu chuẩn tham chiếu thích hợp là một phần thiết yếu của bất kỳ quy trình thử nghiệm dòng điện xoáy nào.

Kiểm tra dòng điện xoáy mảng pha hay ECA, là một công nghệ cung cấp khả năng sử dụng đồng thời nhiều cuộn dây dòng điện xoáy được đặt cạnh nhau trong cùng một cụm đầu dò. Mỗi cuộn dây riêng lẻ tạo ra một tín hiệu liên quan đến pha và biên độ của cấu trúc bên dưới nó. Dữ liệu này được tham chiếu đến vị trí và thời gian được mã hóa và được biểu diễn bằng đồ thị dưới dạng hình ảnh quét C hiển thị các cấu trúc trong chế độ hình chiếu bằng. Ngoài việc cung cấp hình ảnh trực quan thông qua hình ảnh C-scan, ECA cho phép quét các khu vực lớn hơn trong một lần di chuyển đầu dò mà vẫn duy trì độ phân giải cao. ECA có thể cho phép sử dụng thiết bị cố định đơn giản hơn và cũng có thể đơn giản hóa việc kiểm tra các hình dạng phức tạp thông qua các đầu dò tùy chỉnh được chế tạo để phù hợp với biên dạng của mẫu thử.