ЛЕКЦИЯ № 8. Электрический и капиллярный методы дефектоскопии.

Электрические методы основаны на создании в контролируемом объекте электрического поля:

• непосредственным воздействием на него электрическим возмущением (например, электростатическим полем, полем постоянного или переменного стационарного тока);

• косвенно, с помощью воздействия возмущениями неэлектрической природы (например, тепловым, механическим и др.).

В качестве первичного информативного параметра используются электрические характеристики объекта контроля.

К числу этих характеристик относятся:

• электрическое сопротивление R;

• электрическая проводимость g;

• электрическая емкость С;

• относительная диэлектрическая проницаемость Е;

• тангенс угла диэлектрических потерь tg φ ;

• электродвижущая сила Ед;

• электрический ток I.

Электрические методы классифицируются в зависимости от используемого первичного информативного параметра, способа получения первичной информации и характера взаимодействия электрического поля с объектом.

Различают группы электропараметрических и генераторных методов.

К электрическим, согласно ГОСТ 25315, относятся методы, основанные на регистрации электрических характеристик объекта контроля (их еще называют методами, использующими внешние источники электрического сигнала).

Наиболее распространенными методами этой группы являются:

• электроемкостный - метод, основанный на регистрации емкости участка объекта контроля;

• электропотенциалный - метод, основанный на регистрации распре-деления потенциалов по поверхности объекта контроля;

• электроискровой - метод, основанный на регистрации возникновения электрического пробоя и (или) изменений его параметров в окружающей объект контроля среде или на его участке;

• метод контактной разности потенциалов - метод электрического неразрушающего контроля, основанный на регистрации контактной разности потенциалов на участках объекта контроля, через который пропускается электрический ток;

• электрорезистивный метод - метод электрического неразрушающего контроля, основанный на регистрации электрического сопротивления участка объекта контроля.

К группе генераторных относятся методы, основанные на регистрации электрических сигналов, формируемых самим объектом контроля (их еще называют методами, использующими собственные источники электрических сигналов).

Наиболее распространенными методами этой группы являются:

• термоэлектрический - метод электрического неразрушающего контроля, основанный на регистрации величины термоэлектродвижущей силы, возникающей при прямом контакте нагретого образца известного материала с объектом контроля;

• трибоэлектрический - метод электрического неразрушающего контроля, основанный на регистрации величины электрических зарядов, возникающих в объекте контроля при трении разнородных материалов;

• рекомбинационного излучения - метод электрического неразрушающего контроля, основанный на регистрации рекомбинационного излучения р-п переходов в полупроводниковых изделиях;

• экзоэлектронной эмиссии - метод электрического неразрушающего контроля, основанный на регистрации экзоэлектронов, эмитированных поверхностью контролируемого объекта при приложении к нему внешнего стимулирующего воздействия.

В совокупности электрические методы успешно применяют при решении задач дефектоскопии, толщинометрии, структуроскопии, термометрии объектов из электропроводящих и диэлектрических материалов.

Электропотенциальные методы

Работа электропотенциальных приборов основана на прямом пропуска­нии тока через контролируемый участок и измерении разности потенциалов на определенном участке или регистрации искажения электромагнитного поля, обусловленного обтеканием дефекта током.

При пропускании через электропроводящий объект тока в объекте со­здается электрическое поле. Геометрическое место точек с одинаковым по­тенциалом составляет эквипотенциальные линии. На рисунке показано распределение эквипотенциальных линий при отсутствии дефекта. При на­личии дефекта картина электрического поля меняется.

Разность потенциалов зависит от трех факторов:

• удельной электрической проводимости,

• геометрических размеров (например, толщины);

• наличия поверхностных трещин.

При пропускании переменного тока разность потенциалов будет зави­сеть и от магнитной проницаемости .

В приборах имеется четыре электрода. С помощью двух из них (токо­проводящих) к контролируемому участку подводится ток. Два электрода - из­мерительные, с их помощью измеряют разность потенциалов на опреде­ленном расстоянии (обычно не более 2 мм), по которой судят о глубине обна­руженной трещины.

Задача решается в два этапа:

1) вычисляется разность потенциалов V₀, измеряемая с помощью потен­циальных электродов на бездефектном участке электропроводящего полупро­странства с электрофизическими свойствами µ и σ, к которому подводится с помощью двух электродов ток с поверхностной плотностью j₀ частотой ω;

2) вычисляется разность потенциалов U_g, измеряемая с помощью потен­циальных электродов и обусловленная протяженным дефектом конечной глу­бины (рис.12).

Рис.12. Схема расположения электродов при изменении глубины дефекта

Таким образом, алгоритм измерения глубины трещин с отстройкой от электрофизических свойств материала, в котором находится дефект, сводится к следующему.

1) Измеряется разность потенциалов на бездефектном месте U0

2) Измеряется разность потенциалов обусловленная дефектом Ug при установке измерительных электродов по «берегам» дефекта.

3) Вычисляется относительная разность потенциалов (Ug -U0)/U0 при заданных

размерах 2а и 2Д, которые легко учитываются в электронном блоке при распределении коэффициента усиления.

Измерения могут производиться без предварительной установки прибора на «ноль» и градуировки с помощью стандартных образцов.

Электропотенциальные приборы применяют:

• для измерения толщины стенок деталей;

• для изучения анизотропии электрических и магнитных свойств, обусловленной приложенными к объекту контроля механическими напряжениями;

• измерение глубины трещин, обнаруженных другими методами НК.

Электропотенциальный метод с использованием четырех электродов является единственным методом, который позволяет осуществить простое измерение глубины (до 100 - 120 мм) поверхностных трещин.

Приборы применяют для сдаточного контроля расслоений в толстолистовом металле в процессе обрезки поперечных и продольных кромок.