Обнаружение и исследование аномалий магнитных полей над поверхностными дефектами сложнопрофильных деталей

Рассмотрен эффективный способ обнаружения поверхностных дефектов по аномалиям магнитных полей, возникающих над трещинами, сколами и расщелинами угловых элементов сложнопрофильных деталей из ферромагнитных материалов. Способ основан на спектральном анализе сигнала тангенциально ориентированного виброиндукционного преобразователя. Теоретически обоснованы амплитудно-фазовый метод анализа и исследование на основе математического моделирования сигнала виброиндукционного преобразователя в виде тригонометрического ряда. Представлены результаты регистрации и анализа распределения напряжённости магнитного поля, а также амплитудно-фазового спектра сигнала виброиндукционного преобразователя вдоль поверхности с эвольвентным и резьбовым профилями. Результаты получены на контрольных образцах зубчатого колеса, резьбовой шпильки и болта с искусственными дефектами. Сформулированы условия выявляемости дефектов по результатам измерений амплитуды и фазы первых двух гармоник сигнала виброиндукционного преобразователя. Определены параметры схемы контроля эвольвентных профилей и резьб со значениями модуля и шага порядка нескольких миллиметров, обеспечивающие возможность автоматизации процесса контроля при удовлетворительном соотношении сигнал/фон. Предложенный способ предназначен для контроля сплошности деталей, содержащих профилированные участки поверхности (галтельные переходы, эвольвентные, резьбовые и шлицевые профили и т. п.).

1. Шкатов П. Н., Цомук С. Р., Дамаскин А. Л., Куликов С. С. Прибор неразрушающего контроля для выявления дефектов типа «Усталостная трещина» в неразъемном резьбовом соединении легкосплавной бурильной трубы ультразвуковым методом // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2009. № 5. С. 73–76.

2. Шкатов П. Н., Колосков Д. В. Разработка вихретокового преобразователя для дефектоскопии тепловых канавок роторов паровых турбин // Приборы. 2012. № 4. С. 14–18.

3. Бакунов А. С., Горкунов Э. С., Щербинин В. Е. Магнитный контроль. Учеб. пособие под общ. ред. В. В. Клюева. М.: Издательский дом «Спектр», 2011. 192 с.

4. Шелихов Г. С. Магнитопорошковый контроль изделий / Учеб. пособие / Под общ. ред. В. В. Клюева. М.: Издательский дом «Спектр», 2013. 176 с.

5. Реутов Ю. Я., Щербинин В. Е, Волков А. В. Возможности выбора преобразователей магнитного поля для дефектоскопии // Дефектоскопия. 2014. № 12. С. 71–85. https://doi.org/10.1134/S1061830914120080

6. Немцов М. В., Трифанов Г. Д. Индукционный датчик определения локальных дефектов в стальных канатах // Измерительная техника. 2018. № 2. С. 55–58. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2018-2-55-58

7. Брякин И. В. Магнитодинамический магнитометр для задач дефектоскопии // Мехатроника, автоматизация, управление. 2013. № 3. С. 35–41.

8. Кузнецов П. А., Маннинен С. А., Жумагалиева А. А. Экспериментальная проверка расчётной модели намагниченного участка трубопровода с искусственными дефектами // Измерительная техника. 2017. № 6. С. 52–54.

9. Николаев Ю. Л., Ахметшина Э. Ф., Саморуков А. А., Чернова, А. В. Оценка соотношения информативного и фонового сигналов при регистрации магнитных полей поверхностных дефектов магнитоизмерительными преобразователями // Измерительная техника. 2020. № 5. С. 43–49. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-5-43-49

10. Смирнов В. В., Алыкова О. М., Булатов М. Ф. Прикладные задачи по магнетизму // Известия Российской Академии Наук. Серия физическая. Т. 83. № 7, 2019. С. 981–983. https://doi.org/10.1134/S036767651907038X

11. Shi Y., Zhang C., Li R., Cai M., Jia G., Sensors, 2015, vol. 15(12), pp. 31036–31055. https://doi.org/10.3390/s151229845

12. Azad A., Kim N., Sensors (Basel), 2019, vol. 19(22), 4869. https://doi.org/10.3390/s19224869

13. Dehui W., Lingxin S., Xiaohong W., Zhitian L., J. Nondestruct Eval, 2017, vol. 36, 24. https://doi.org/10.1007/s10921-017-0396-6

14. Николаев Ю. Л., Шкатов П. Н., Чернова А. В., Саморуков А. А. Моделирование и гармонический анализ сигнала виброиндукционного преобразователя при его перемещении над намагниченным участком с поверхностной трещиной // Приборы. 2019. № 4. С. 17–25.

15. Николаев Ю. Л., Шкатов П. Н., Ахметшина Э. Ф., Саморуков А. А. Математическое описание и анализ сигнала виброиндукционного преобразователя при воздействии нормальной составляющей магнитных потоков рассеяния над дефектным участком // Дефектоскопия. 2021. № 7. С. 19–27. https://doi.org/10.31857/S0130308221070034

16. Кулагин В. П., Акимов Д. А., Павельев С. А., Гурьянова Е. О. Идентификация темпоральных аномалий спектрограмм сигналов виброизмерений ротора турбогенератора с применением рекуррентного нейросетевого автоэнкодера // Российский технологический журнал. 2021. Т. 9. № 2. С. 78–87. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-2-78-87