Typy sond vířivých proudů
Standardní sondy vířivých proudů Olympus jsou dostupné v různých konfiguracích:
- Tužkové sondy
- Bodové povrchové sondy
- Kruhové/obklopující sondy
- Sondy pro kontrolu otvorů
- Sondy s velkým průměrem pro rotační skenery
- Speciální sondy
V tomto článku popíšeme jednotlivé typy sond podrobněji. Naším cílem je poskytnout informace, které uživatelům pomohou vybrat pro dané kontroly správnou sondu.
Povrchové tužkové sondy
Jedná se o sondy běžně používané pro detekci povrchových trhlin, jsou označovány také jako vysokofrekvenční sondy vířivých proudů (High Frequency Eddy Current, HFEC). Obsahují malou cívku, která může být stíněná nebo nestíněná. Většinou se jedná o absolutní sondy, přestože mohou být v provedení s vyrovnávací cívkou vestavěnou do těla sondy, což zajišťuje dobré vyrovnání a zvětšení frekvenčního rozsahu. Dodává se mnoho typů, v přímých i úhlových provedeních, aby bylo možné vyhovět jakýmkoli požadavkům. Dodávají se i s flexibilním dříkem (tělem), což znamená, že je lze upravovat do různých tvarů.
Tužkové sondy lze navrhnout tak, aby pracovaly při různých frekvencích, které z velké části závisí na zkoušeném materiálu. Pro hliník jsou nejoblíbenější frekvence 100 kHz, umožňující použití frekvence až do 200 kHz nebo i více, v závislosti na vyrovnávací cívce a použitém přístroji. Vyšší frekvence poskytují lepší úhel k oddálení (liftoff), ačkoli v blízkosti frekvence 500 kHz vykazuje sonda větší citlivost na oddálení a hloubka vniku do materiálu klesá. Z tohoto důvodu se za normálních okolností preferují nižší frekvence.
Tužkové sondy se běžně používají s frekvencí nižší než 100 kHz, když hledáte trhliny v první vrstvě, které mají počátek na protilehlé straně vrstvy, rozšiřují se, ale zatím nedošlo k narušení povrchu (což platí u plátovaných povrchů). Frekvence v rozmezí 20 kHz až 50 kHz dokáže proniknout plátovanou vrstvou a detekovat vadu, která zasahuje pouze 50 % tloušťky. Některé běžné sondy, jež pracují s frekvencí 100 kHz, lze provozovat při frekvenci 50 kHz za předpokladu, že toto uspořádání kompenzujeme vyšším zesílením. Je však lepší používat sondy konstruované pro nižší frekvence, i když musíme akceptovat o něco větší průměr.
U materiálů s nízkou vodivostí, jako je například titan nebo korozivzdorná ocel, je zapotřebí zvolit frekvenci v rozmezí 1 MHz až 2 MHz, což zajistí optimální citlivost a úhel fáze při ověřování trhlin, které narušují povrch. U magnetických ocelí není frekvence kriticky důležitým faktorem, i když z důvodu minimalizace odchylek permeability se často dobrých výsledků dosahuje při použití frekvencí 1 MHz nebo 2 MHz. Je-li materiál pokrytý vrstvou kadmia, jsou zapotřebí nižší frekvence, aby se vliv kadmia minimalizoval. V některých případech je nejlepší použít frekvenci z rozmezí 25 kHz až 50 kHz, i když je v tomto případě zapotřebí použít sondu s větším průměrem.
Bodové povrchové sondy
Bodové sondy, které se označují také jako nízkofrekvenční sondy vířivých proudů (Low-Frequency Eddy Current, LFEC), se používají pro detekci trhlin, případně koroze při nízkých frekvencích. Dodávají se v provedení od 100 Hz výše (aby mohly proniknout silnějšími konstrukcemi), a to ve stíněné i nestíněné verzi. Stíněné sondy jsou mnohem oblíbenější, protože koncentrují magnetické pole pod sondou a eliminují rušení od okrajů a dalších struktur. Jsou však citlivější na malé vady. Sondy reflexního typu se běžně používají také kvůli menšímu posunu (drift) a často vyššímu zisku pro náročnější aplikace. Pružinová těla jsou užitečná z toho důvodu, že podle potřeby udržují konstantní tlak, jako například při bodovém zkoušení pro stanovení rozdílů ve vodivosti.
Kruhové/obklopující sondy
Jsou podobné povrchovým bodovým sondám, ale střed je zvětšený (a je v něm otvor), aby mohl obklopit průměr hlavy spojovacího prvku/otvoru, jehož kontrola má být provedena. Jsou citlivější vůči trhlinám, neboť rozhraní spojovacího materiálu/otvoru napomáhá průniku. Tento jev je ještě výraznější u železných spojů, ale problémy mohou způsobovat i odchylky permeability. Při výběru sondy je důležitým rozměrem vnitřní průměr (ID). Měli byste zvolit vnitřní průměr, který je o něco málo větší než hlava spojovacího materiálu. Vnější průměr (OD) nehraje za normálních okolností důležitou roli, ale neměl by překrývat hlavy sousedících spojovacích prvků. Výška sondy není příliš důležitá, ale v případech s omezeným přístupem lze využít speciální typy sond s nízkým profilem, kde je část obsahující zkušební cívku a část obsahující vyrovnávací cívku oddělena, čímž je výška sondy ještě více snížena.
Sondy pro kontrolu otvorů
Sondy pro kontrolu otvorů jsou zkonstruovány tak, aby bylo možné provádět kontrolu otvorů po vyjmutí spojovacího materiálu. Rozdělují se do dvou skupin:
Ručně ovládané s nastavitelnou dorazovou objímkou – sonda se nastavuje na správnou hloubku a otáčí ručně. Typická konfigurace cívek používaná u ručně ovládaných sond pro kontrolu otvorů je absolutní, můstková a můstková diferenciální.
Rotační skener – tyto sondy se vyrábějí tak, aby je bylo možné připojit k různým používaným skenerům, přičemž zajišťují optimální pokrytí a vysoké rychlosti provádění kontroly. Sondy pro rotační skenery obvykle obsahují reflexně diferenciální konfiguraci cívek, protože diferenciální cívky jsou méně citlivé na rozhraní a poskytují lepší detekci vad. Reflexní režim se používá za účelem maximalizace zesílení, poskytuje širší rozsah frekvencí a minimalizuje posun (drift), který by mohl být způsoben akumulací tepla v sondě jejím pohybem při vysokých otáčkách.
Další sondy pro kontrolu otvorů
Nízkofrekvenční sondy pro kontrolu otvorů: Do těchto sond jsou zabudované nízkofrekvenční cívky, které se používají ke kontrole otvorů vedoucích skrz pouzdra. Tyto sondy využívají cívky podobné cívkám používaným v povrchových bodových sondách a jejich použití je obvykle z důvodu větší velikosti cívky omezeno na otvory s velkým průměrem.
Sondy pro zahloubení otvoru: Jsou vyrobeny tak, aby vyhovovaly specifickým tvarům hlavy upevňovacích prvků pro kontrolu vstupu do otevřeného otvoru. Jsou navrženy pro ruční ovládání nebo rotační skenery, se stejnou konfigurací cívek, která se používá při kontrolách normálních otvorů. Je-li potřeba provést kontrolu většího počtu otvorů, skener rotačního typu zajišťuje mnohem rychlejší pokrytí.
Sondy s velkým průměrem pro rotační skenery
Po mnoho let byly otvory s velkým průměrem kontrolovány pomocí ručně ovládaných sond pro kontrolu otvorů. Důvodem bylo, že stávající konstrukční provedení sond byla příliš těžká a nevyvážená a neumožňovala volné otáčení potřebné při použití s běžnými ručními rotačními skenery. Ruční skenování a nastavování je nejen pomalé, ale z hlediska zajištění úplného pokrytí i obtížné. Velké otvory se také často vyskytují v silnostěnných dílech, což znamená, že k pokrytí celé tloušťky je zapotřebí velký počet skenů.
Sondy s velkým průměrem používané v současnosti jsou navrženy tak, aby byly co nejlehčí a optimálně mechanicky vyvážené. Tak mohou být buzeny rotačními skenery s relativně malým výkonem, aniž by docházelo k otřesům a nadměrným ztrátám rychlosti. Úspěšně byly zkoušeny otvory větší než 50 mm (2 palce). Typy sond s nastavitelným průměrem umožňují uživateli nastavit u sondy vhodný průměr tak, aby nedocházelo k přílišnému tření a zamezilo se přílišné citlivosti na malé vady.
Speciální sondy
Existuje mnoho typů sond, které vytváříme podle specifických požadavků zákazníků. Zašlete nám výkres nebo náčrtek své oblasti použití a my vám předložíme cenovou nabídku na zhotovení speciální sondy vířivých proudů pro vaše konkrétní použití.
Řešení problémů sond vířivých proudů
Dojde-li k problémům při ovládání sondy, je dobré provést několik jednoduchých zkoušek.
- Zkontrolujte, zda je provozní frekvence v rozsahu sondy. Není-li sonda správně vyvážená, mohlo dojít k „saturaci“ přístroje. To lze velice snadno ověřit. Jestliže se signály vytvořené oddálením sondy (liftoff) a vadou (nebo krajovým efektem) překrývají, nevzniká žádný úhel fáze a dochází k saturaci. Frekvence může být příliš vysoká, nebo hodnoty cívky sondy a vyrovnávací cívky nejsou stejné. Zkuste snížit budící napětí sondy. Vezměte na vědomí, že některé přístroje mají velmi vysoké výstupní hodnoty, které mohou být pro některé sondy nadměrné.
- Pokuste se přemístit kabel, zejména tam, kde se dotýká konektoru nebo těla sondy, protože zde se nacházejí náchylnější místa. Pokud dochází k přerušování signálu během provozu, je třeba vyměnit kabel. Může být také zapotřebí vyčistit kontakty konektoru. Často pomůže silikonový sprej nebo čistič elektrických kontaktů.
- Pokud je přesto záznam signálu neaktivní nebo jsou signály slabé, případně zkreslené, zkontrolujte nastavení filtrů. Mnoho přístrojů nyní nabízí pro filtraci škálu horních propustí a dolních propustí. Ty jsou velmi užitečné, ale jsou-li nastaveny nesprávně, způsobují různé efekty.
- Filtry typu horní propusti (HPF) vždy přivedou bodový obraz signálu do rovnovážného bodu a při vysokých hodnotách nastavení (používaných u rotačních skenerů) zajistí, že bodový obraz signálu se bude jevit jako statický v rovnovážném bodu. Při ručním ovládání nastavte horní propust na VYPNUTO (nebo 0 Hz).
- Při použití filtrů typu dolní propusti (LPF) je zobrazení závislé na rychlosti. Nejlepší nastavení pro ruční ovládání je obvykle 100 Hz, ale je-li signál příliš zatížen šumem, může být zapotřebí hodnotu nastavení snížit. Pokud k tomu dojde, je třeba udržovat rychlost dostatečně nízkou, aby se nesnižovala velikost signálů.
- Prověřte zkušební povrch sondy. Může být poškozený nebo opotřebovaný. Hledejte vodiče s poškozenou izolací nebo jiné poškození. Kdykoli je to možné, opatřete čelní stranu sondy teflonovou páskou. Tím se snižuje opotřebení sondy a zabraňuje se případnému kontaktu s feritem, který často způsobuje šum.
- Pokud dochází k vysokým hodnotám poměru signálu k šumu (SRN), což se obvykle děje při použití sond pro rotační skener, osvědčilo se vložit malý kousek umělohmotné houby nebo pěnové pryže (mezi pružné konce sondy) pro zlepšení kontaktu cívky s vnitřním povrchem otvoru. Tento postup výrazně sníží
šum a zvýší citlivost.
Poznámky
Ruční skenery nemají všechny stejný výkon – sondy s většími průměry musí mít větší výkon, protože jinak jsou výsledky kontroly nespolehlivé. Máte-li pochybnosti týkající se vašeho rotačního skeneru, zavolejte nám a my vám poradíme.
Při testování otvorů s větším průměrem se cívka pohybuje přes vadu rychleji. Tím se změní doba trvání signálu, což znamená, že nastavení filtru v přístroji musí být případně nastavena na vyšší hodnoty. Filtr typu horní propusti (HPF), který za normálních okolností snižuje efekt změny proměnných, jako je například oválnost (změny způsobené oddálením sondy – liftoff), nebude příliš účinný a nastavená hodnota se bude muset zvýšit například ze 100 Hz na 200 Hz nebo více. Filtr typu dolní propusti (LPF) může odříznout část signálu vady. Opět je třeba se pokusit zvýšit hodnotu nastavení, a tím jev eliminovat, například z 200 Hz na 500 Hz nebo více. Filtry typu pásmové propusti (BP) jsou kombinací obou výše uvedených, k dispozici jsou jen v některých přístrojích. I tyto přístroje musí být znovu přenastaveny na vyšší hodnotu. Vždy upravte filtry na optimální poměr signálu k šumu. Některé přístroje nemusejí být vybaveny dostatečnými možnostmi nastavení filtrů na to, aby bylo možné využít všechny výhody sond s velkým průměrem.
