Проектирование преобразователя для импульсного вихретокового контроля многослойных изделий

Abstract

Неразрушающий контроль состояния конструкций летательных аппаратов имеет важное значение в авиационной промышленности. Импульсный вихретоковый (ИВТ) метод активно используется для инспектирования многослойных металлических конструкций, в частности, крыла самолета, где дефекты, вызванные усталостью металла, как правило, возникают во внутренних слоях. Такие дефекты практически невозможно обнаружить с помощью традиционных методов контроля, таких как классический вихретоковый или ультразвуковой. Наличие дефектов в алюминиевых конструкциях ИВТ-методом определяется по характеру изменения сигнала приемной катушки во времени (отклика) от контролируемого изделия от поля, созданного импульсом напряжения на входной катушке. В работе проведен ряд численных (конечно-элементных) исследований потенциальных вариантов реализации контроля многослойных алюминиевых конструкций (0,4…4 мм) с помощью накладного преобразователя. Это позволило оценить влияние зазора и магнитной проницаемости используемого ферритового сердечника, а также обосновать выбор некоторых параметров спроектированного преобразователя, влияющих на результат в ходе выполнения контроля: число витков возбуждающей катушки, длину сердечника. Кроме того, на конечноэлементной модели удалось получить подтверждение экспериментально полученным зависимостям сигнала при использовании ИВТ-метода на реальных алюминиевых конструкциях с дефектами. Non-destructive testing of aircraft structures’ condition is of great importance in the aviation industry. The pulsed eddy current (PEC) method is actively used to inspect multilayer metal structures, in particular, aircraft wings, where defects caused by metal fatigue, as a rule, occur in the inner layers. Such defects are almost impossible to detect using traditional inspection methods such as classical eddy current or ultrasonic testing. The presence of defects in aluminum structures by PEC method is determined by the nature of change in receiving coil signal in time (response) from testing sample from the field created by voltage pulse on the input coil. In this work, a number of numerical (finite element) studies of potential options for implementing the testing of multilayer aluminum structures (0,4…4 mm) using an attached transducer were carried out. This made it possible to evaluate the effect of the gap and magnetic permeability of the ferrite core used, as well as to justify the choice of some parameters of designed transducer that affect the result during the test: the number of turns of the exciting coil, the length of the core. In addition, on the finite element model, it was possible to obtain confirmation of experimentally obtained dependences of signal when using PEC method on real aluminum structures with defects.