Общие сведения
Коррозия – это самопроизвольное разрушение металла в результате химического или
электрохимического взаимодействия с окружающей средой (водой и другими
элементами). Продукты коррозии не проводят электрический ток, поэтому мы будем
измерять утонение материала объекта.
Для выявления коррозии используется вихретоковый дефектоскоп и
преобразователь, а при выполнении специальной процедуры, возможно
количественное измерение.
Наиболее часто встречаются следующие виды коррозии металлов:
- Равномерная коррозия: охватывает всю поверхность равномерно
- Питтинговая коррозия: локальная коррозия металлов, ведущая к образованию язв (питтингов)
- Подповерхностная коррозия (расслаивание)
- Межкристаллитная коррозия: характеризуется разрушением металла по границам зерен
В промышленности (в частности, в аэрокосмической отрасли) очень часто
используются сплавы на основе алюминия, поэтому мы сконцентрируемся на контроле
данного вида материала. Коррозия в стали обычно не выявляется вихретоковым
методом контроля, но есть некоторые исключения, например использование метода
остаточного поля для контроля качества труб.
Выбор оборудования
• Приборы. Для выявления коррозии лучше всего использовать приборы с высоким
коэффициентом усиления и малым дрейфом, желательно работающим в режиме
отражение (передача-прием). Наличие фильтра нижних частот (ФНЧ) также необходимо,
поскольку он уменьшает фоновый шум, появляющийся при использовании некоторых
преобразователей и при установке высокого коэффициента усиления.
• Преобразователи. Лучше всего здесь использовать преобразователи
отражательного типа малого диаметра (менее 12 мм). Преобразователи большего
диаметра можно использовать для сканирования большей площади поверхности.
Доступны специальные преобразователи отражательного типа с низким уровнем шума
и высоким уровнем усиления, предназначенные для выявления коррозии в
алюминиевых сплавах.
• Стандартные образцы. Калибровка выполняется с использованием стандартных
ступенчатых образцов, проводимость и толщина которых аналогична
контролируемому объекту. Чаще всего, используются образцы с утонением на 10%, 20% и 30%.
Импедансная плоскость
Рассмотрим влияние толщины на кривую проводимости (движение точки на экране
прибора). На рис. 1 представлена типичная импедансная плоскость с координатными
прямыми XL (индуктивное сопротивление) и R (сопротивление, Ом). Когда
преобразователь поднят вверх, точка находится в самом верху кривой
проводимости; по мере приближения ПЭП к материалу (и увеличения проводимости),
точка двигается вниз по кривой до точки B. (Точка B представляет уровень
проводимости, когда ПЭП установлен на поверхности алюминиевого сплава).
На Рис. 2 мы повернули изображение (с помощью регулятора фазы) для установки сигнала отрыва в горизонтальное положение и увеличения усиления прибора, так чтобы выделенная прямоугольником зона была отображена на весь экран прибора. Если точка C на кривой толщины представляет утонение стенки на 20%, на импедансной плоскости точка будет перемещаться от B до C по мере продвижения преобразователя по очагу коррозии. |
Рис.1
Рис. 2 |
Выявление коррозии однослойных материалов
Это наиболее простая из всех возможных ситуаций. При контроле однослойного материала, можно достичь высокой чувствительности к обнаружению дефектов и выявить утонения стенок до 1 %. Однако, при использовании такого высокого коэффициента усиления можно наблюдать другие изменения (например, проводимости и даже прокатки алюминиевых листов), но, как правило, эти изменения медленные. Частота не критична, но принято устанавливать ее для стандартной глубины проникновения. Для данного контроля желательно иметь эталонный образец (из того же материала, что контролируемый объект) с участками, где наблюдается уменьшение толщины на 5, 10 и 20%, – это позволит обнаружить небольшую коррозию (см. Рис. 3). На Рис. 4 показаны отражатели вдоль кривой толщины, вызванные утонением материала. Оценка коррозии осуществляется путем сравнения показаний. После калибровки прибора с использованием образца, может потребоваться переобнуление прибора на материале объекта контроля, ввиду разницы электропроводимости. Значение усиления не редактируется. |
Рис. 3
Рис. 4 |
Выявление коррозии двухслойных материалов
Когда два алюминиевых листа соединены, выявить (а тем более измерить) коррозию становится сложнее. Главная проблема при измерении коррозии склеенных листов – воздушный зазор между слоями, который можно спутать с наличием коррозии. Воздушный зазор воспринимается преобразователем как уменьшение толщины, и даже если его траектория немного отличается, на практике этого недостаточно для точной идентификации отражателя. Это усложняется еще и тем, что продукты коррозии также создают воздушный зазор.
Следует выделить три метода выявления и измерения коррозии:
- Метод ограниченного проникновения
- Двухчастотный метод
- Метод переменной частоты
Метод ограниченного проникновения
Этот метод заключается в проникновении УЗ-лучей только до первого слоя, что позволяет избежать ошибочных показаний воздушных прослоек. Основным ограничением данного метода является малая плотность вихревых токов на противоположной стороне первого слоя, что ослабляет чувствительность к коррозии менее 10%. Уровень коррозии выше данного значения легко определяется. По мере увеличения частоты, значения толщины перемещаются по часовой стрелке. Рис. 5 отображает эффект перемещения преобразователя от двухслойного (B) до однослойного участка. В результате, частота достигает точки, когда сигнал от дефекта становится горизонтальным и нет разницы в вертикальной амплитуде между двумя точками (B и C). График отображает отношение между толщиной и частотой контроля. Рабочая точка соответствует приблизительно 1,5 x стандартной глубины проникновения (для ее расчета можно использовать счетную линейку вихревых токов Nortec®). Стандартная процедура выявления коррозии в руководствах по НК авиакомпаний основана на данном методе и использует калибровочные образцы с утонением на 10, 20 и 30% (Рис. 6). На Рис. 7 показан предполагаемый график с уменьшением горизонтального усиления на 6 дБ. По причине вариаций номинальной толщины слоя, изменения проводимости и различия преобразователей, следует проверить эхо-сигнал на объекте контроля. Для этого нужно поместить преобразователь сначала на двухслойный участок, затем на однослойный участок. Точка должна показывать одинаковое вертикальное положение для обоих участков, обеспечивая минимальные помехи от второго слоя. Значение усиления не редактируется. |
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7 |
Двухчастотный метод
Для выполнения данного контроля требуется двухчастотный прибор и преобразователь с широким диапазоном частот. Двухчастотный метод использует две отдельные частоты для подавления сигнала от воздушного зазора. Вторая частота, которая обычно в два раза больше рабочей частоты, обеспечивает достаточное проникновение для контроля обоих слоев. Помимо стандартного образца, требуется варьируемый воздушный зазор для калибровки (подойдут листы бумаги), как показано на Рис. 6. Сигнал от воздушного зазора, обнаруженный второй частотой F2, настраивается как можно ближе по амплитуде и фазе к сигналу, полученному с первой частотой. Оба сигнала затем вычитаются один из другого (F1-F2), минимизируя сигнал от воздушного зазора (Рис. 8). Несмотря на то, что подавление сигналов также уменьшает сигнал от коррозии, разности амплитуды и фазы достаточно для выявления этого сигнала. Коррозия на противоположной стороне второго слоя также может быть выявлена. Измерение степени коррозии осуществляется путем сравнения со стандартным образцом. Индикаторы коррозии будут выглядеть как на Рис. 9. Следует учитывать, что данный метод занимает много времени, а калибровка требует крайней аккуратности. Данный метод больше подходит для контроля тонких слоев. |
Рис. 8
Рис. 9 |
Метод переменной частоты
Этот метод используется только для измерения коррозии. Коррозия выявляется с использованием частоты, способной проникнуть через два слоя материала. Для этого, необходимо ввести обе толщины и использовать стандартную глубину проникновения (см. процедуру для одной толщины, описанную ранее). Если никакие подозрительные сигналы не выявлены, конструкция считается приемлемой. При подозрении на дефект, поверхность данного участка помечается для дальнейшего контроля путем сравнения с известным бездефектным участком, используемым в качестве нулевой точки. На этот раз, контроль должен выполняться как можно ближе к интересуемой точке, во избежание других отклонений (см. Рис. 10). С каждым шагом частоты, преобразователь обнуляется на бездефектном участке (сигнал отрыва устанавливается в горизонтальное положение), затем преобразователь помещается на отмеченный участок с потенциальным дефектом. При увеличении частоты, сигнал «дефектной» зоны перемещается по часовой стрелке (см. Рис. 11) до тех пор, пока не достигнет вертикальной амплитуды нулевой точки (на одном уровне и справа от линии отрыва). |
Рис. 10
Рис. 11 |
ПРИМЕЧАНИЕ:
Усиление нужно увеличить до нужного уровня для более четкой визуализации
сигнала «дефектного» участка, учитывая, что глубина проникновения уменьшается с
ростом частоты. Данный метод зависим только от фазы, поэтому амплитуды не
критичны.
При необходимости, этот метод можно также использовать для оценки утонения участков на противоположной стороне второго слоя, но точность измерения будет зависеть от равномерности воздушного зазора между двумя материалами.
При достижении нужной частоты, ее необходимо связать с толщиной бездефектного
материала. Это можно сделать двумя способами:
• С помощью счетной линейки вихревых токов Nortec®, установленной на 1,5 x глубины
проникновения, найдите соответствующую толщину.
• С помощью таблиц, используемых для расчета метода ограниченного проникновения,
выберите соответствующую толщину.
