CS262297B1 - Method for flaw detection in narrow grooves of machine parts made of metallic materials - Google Patents

Abstract

Způsób kontroly úzkých drážek ve ls1erojníoh‘;souČástech na výskyt trhlin, vycházejících ze dna drážek. Zjištování sfeXprovádí metodou 'vířivých proudů pomocí kombinovaného sMfliače, složeného z cívky budicí a cívky šúímací s feritovým jádrem. Charakteristickým rysem způsobu je skutečnost, že snímač;.se nevkládá do drážky, ale pohybuje se po povrchu součásti ve směru kolmém k drážkám. Přínosem nového způsobu je zvýšení citlivosti a spolehlivosti kontroly při současném zvýšeni produktivity kontrolních prací.The method of inspection of narrow grooves in the 1sugger part for the occurrence of cracks emerging from the bottom of the grooves. Detection of X-rays is performed by the eddy current method using a combined filter composed of a coil of exciter and a coil with a ferrite core. A characteristic of the method is that the sensor is not inserted into the groove but moves along the surface of the component in a direction perpendicular to the grooves. The benefit of the new method is to increase control sensitivity and reliability while increasing control work productivity.

Description

Vynález se týká zjištování trhlin vycházejících ze dna úzkých hlubokých drážek ve strojních součástech z kovových materiálů metodou vířivých proudů s kombinovaným příložným snímačem složeným z cívky budicí a cívky snímací.The invention relates to the detection of cracks emerging from the bottom of narrow deep grooves in machine parts made of metallic materials by means of an eddy current method with a combined contact sensor composed of an excitation coil and a sensing coil.

Trhliny uvedeného typu se nacházejí převážně na dně drážek a jsou orientovány ve směru drážky. Takováto situace je typická např. při dlouhodobém provozu rotorů parních turbín ze žárupevných ocelí a to u soustav rovnoběžných obvodových drážek, v nichž jsou uchyceny labyrintové ucpávky. Trhliny jsou iniciovány koncentraci mechanického napětí ve dně drážek, které např. mají šířku 1,6 mm a hloubku 2,4 mm. Vznikají vlivem tepelné únavy při uvádění stroje do chodu a při jeho odstavování. Dno drážek je vzhledem ke konfiguraci drážek špatně přístupné. Proto je většina ze známých defektoskopických metod obtížně aplikovatelná a jejich spolehlivost je omezená. Platí to např. pro metodu magnetickou práškovou, kapilární i ultrazvukovou, u niž zejména je skupina sousedních drážek zdrojem silného rušivého signálu.The cracks of this type are predominantly at the bottom of the grooves and are oriented in the direction of the groove. Such a situation is typical, for example, in the long-term operation of heat-resistant steam turbine rotors in systems of parallel circumferential grooves in which labyrinth seals are attached. The cracks are initiated by the concentration of mechanical stress in the bottom of the grooves, for example having a width of 1.6 mm and a depth of 2.4 mm. They are caused by thermal fatigue when starting and shutting down the machine. The groove base is difficult to access due to the groove configuration. Therefore, most of the known defectoscopic methods are difficult to apply and their reliability is limited. This applies, for example, to the magnetic powder, capillary and ultrasonic methods, in which a group of adjacent grooves in particular is a source of a strong interfering signal.

Ani klasická metoda vířivých proudů s miniaturním snímačem typu příložné cívky nenachází možnost aplikace, nebot realizace extrémně malého snímače s feritovým jádrem je spojena se značnými obtížemi nejen výrobními ale i aplikačními. Takový snímač je nutno závidět do drážky a zajistit jeho precizní vedení po povrchu dna drážky. Šířka záběru snímače je v tomto případě rovněž nedostatečná a neobsáhne celou šířku dna drážky včetně koutů.Even the classic eddy current method with a miniature contact coil type sensor does not find the possibility of application, because the implementation of an extremely small ferrite core sensor is associated with considerable difficulties not only in production but also in application. Such a sensor must be envied in the groove and ensure its precise guidance over the bottom surface of the groove. The width of the sensor is also insufficient in this case and does not cover the entire width of the groove bottom including the corners.

Proto musí být aplikováno několik snímačů současně nebo kontrola prováděna několikrát a to při různých pozicích snímače v drážce. Snímač se v tomto případě pohybuje postupně celou délkou drážky, v případě turbinového rotoru po obvodu. Výstupní signál z příslušné vyhodnocovací části je zaznamenáván např. zapišovačem. Případná trhlina v drážce je tímto způsobem zjištěna, avšak málo výrazně, s malou strmostí a nedostačujícím odstupem od rušivého pozadí, které je způsobeno převážně strukturální nesourodostí materiálu podél drážky. Rušivé pozadí nelze potlačit ani fázovým výběrem obvyklým při zpracování signálů vířivých porudů. Popsaný způsob odpovídá současnému stavu techniky a je používán i v případech podobných, např. pří kontrole kořene závitů větších rozměrů, např. M 60 až M 140, na výskyt únavových trhlin spojovacích součástí nádob jaderných reaktorů.Therefore, several sensors must be applied at the same time or the control must be performed several times at different sensor positions in the groove. In this case, the sensor moves gradually along the entire length of the groove, in the case of a turbine rotor circumferentially. The output signal from the respective evaluation part is recorded, for example, by a recorder. A possible crack in the groove is detected in this way, but not significantly, with a small steepness and insufficient distance from the disturbing background, which is caused mainly by the structural inconsistency of the material along the groove. Nor can the suppressive background be suppressed by the phase selection common to eddy signal processing. The described process corresponds to the state of the art and is also used in similar cases, for example when inspecting the root of threads of larger sizes, eg M 60 to M 140, for the occurrence of fatigue cracks in the fasteners of nuclear reactor vessels.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob zjištování trhlin v úzkých drážkách strojních součástí z kovových materiálů podle vynálezu. Způsob používání metody vířivých proudů s kombinovaným příložným snímačem složeným z cívky budicí a cívky snímací, která je opatřena feritovým jádrem a je s cívkou budicí uspořádána souose. Podstata způsobu spočívá v tom, že'na oblast dna drážek se z povrchu součásti působí střídavým magnetickým polem budicí cívky snímače. Budicí cívka musí mít dostatečně velký průměr rovný nejméně pětinásobku šířky kontrolované drážky. Cívka snímací, která je souose umístěna uvnitř cívky budicí má naproti tomu malý průměr rovný nejvýše dvojnásobku šířky kontrolované drážky. Snímačem je při zkoušení pohybováno nad povrchem kontrolované součásti směrem kolmým k podélné ose drážky. Informaci o stavu dna drážky dostává snímací cívka nikoliv přímo nad drážkou, ale prostřednictvím vazby s původním povrchem součásti v těsném okolí drážky, tedy na přechodu mezi povrchem a drážkou, což je výrazně odlišná situace ve srovnání s běžným způsobem zkoušení vířivými proudy s příložným snímačem. Snímač v této konfiguraci budí vířivé proudy v oblasti několika sousedních drážek současně. Dosahuje se tak výhodného rozložení indukovaných vířivých proudů z hlediska získání potřebné výstupní informace ze snímací cívky.The above-mentioned disadvantages are eliminated by the method of detecting cracks in the narrow grooves of machine parts made of metallic materials according to the invention. A method of using an eddy current method with a combined contact sensor composed of an excitation coil and a sensing coil that is provided with a ferrite core and is coaxial with the excitation coil. The principle of the method consists in that an alternating magnetic field of the sensor excitation coil is applied to the groove bottom area from the surface of the component. The excitation coil must have a sufficiently large diameter equal to at least five times the width of the groove to be inspected. The sensing coil, which is coaxially located inside the excitation coil, on the other hand has a small diameter equal to at most twice the width of the groove to be inspected. During testing, the sensor is moved above the surface of the inspected part in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the groove. The condition of the bottom of the groove is received not directly above the groove, but through the bond with the original surface of the component in close proximity to the groove, i.e. at the transition between the surface and the groove. In this configuration, the sensor excites eddy currents in the region of several adjacent grooves simultaneously. An advantageous distribution of the induced eddy currents is thus obtained in terms of obtaining the required output information from the sensing coil.

Každý přechod mezi původní plochou a drážkou nebo naopak je zdrojem silného rušivého signálu v případě použití jiného typu snímače než shora uvedeného a to i při zavedení fázové selekce do vyhodnocovacího procesu.Each transition between the original surface and the groove or vice versa is a source of a strong interfering signal when using a different type of sensor than the above, even when introducing phase selection into the evaluation process.

Při způsobu podle PV s popsaným kombinovaným snímačem napájeným střídavým proudem optimálního kmitočtu je výrazně potlačen nežádoucí vliv jednotlivých drážek resp. přechodů na výstupní signál a současně je zvýšen účinek případné trhliny vycházející z oblasti dna drážky.In the PV process with the described combined sensor powered by alternating current of the optimum frequency, the undesired influence of the individual grooves or the respective slots is significantly suppressed. The effect of a possible crack coming from the groove bottom area is increased.

Indikace případné vady na dně drážky, vznikající při pohybu snímače nad povrchem ve směru kolmém k drážce je v tomto případě výrazná, strmá a tedy jednoznačná, a to i v případě kdy není při vyhodnocování signálu použita fázová selekce.In this case, the indication of a possible defect at the bottom of the groove resulting from the movement of the sensor above the surface in the direction perpendicular to the groove is significant, steep and therefore unambiguous, even if phase selection is not used in the signal evaluation.

Popsaný způsob je schematicky znázorněn na obr. 1, kde je znázorněn snímač 1_ tvořený budicí cívkou 2, uvnitř které je souose umístěna snímací cívka 3^ s feritovým jádrem _4.The described method is shown schematically in FIG. 1, in which a sensor 7 consisting of an excitation coil 2 is shown, inside which a sensor coil 3 with a ferrite core 4 is disposed coaxially.

Snímač 1. se pohybuje ve směru šipky nad zkoušeným výrobkem 5 v němž jsou drážky jj. Ve dně jedné z nich je trhlina Snímač dostává indikaci o stavu drážky, tj. o přítomnosti nebo nepřítomnosti trhliny ve dnu drážky při přechodu mezi povrchem výrobku a drážkou, to znamená v okamžiku, kdy přechází přes hranu í! drážky.The sensor 1 moves in the direction of the arrow above the test article 5 in which the grooves 11 are. There is a crack in the bottom of one of them. The sensor receives an indication of the condition of the groove, ie the presence or absence of a crack in the bottom of the groove when transitioning between the surface of the product and the groove. grooves.

Praktická kontrola probíhá za pohybu snímače po povrchu zkoušené součásti ve směru kolmém k drážce konstantní rychlostí po jednotlivých drahách s roztečemi cca 10 mm podle vyskytující se délky trhlin. Snímač je propojen s příslušnou elektronickou částí, na jejíž výstup obvykle navazuje liniový zapisovač nebo jiné zařízení pro záznam.Practical inspection is performed by moving the sensor on the surface of the tested component in a direction perpendicular to the groove at a constant speed over individual paths with a distance of approx. 10 mm according to the occurring crack length. The sensor is connected to an appropriate electronic part, the output of which is usually followed by a line recorder or other recording device.

Uvedeným způsobem lze provádět rychlou a spolehlivou kontrolu úzkých drážek ve strojních součástech, jako jsou např. turbínové rotory, na výskyt trhlin v oblasti dna. Podstatnou výhodou je zde strmá a jednoznačná indikace v případě výskytu trhliny a dále skutečnost, že není třeba realizovat a aplikovat snímač miniaturních rozměrů, který vyžaduje precizní vedení uvnitř drážky a je citlivý na jakoukoliv změnu geometrické konfigurace nebo změnu strukturního stavu v drážce. Snímač při zfisobu podle vynálezu není nutno vůbec do drážky zavádět. Dále vede tento způsob k podstatnému zvýšení citlivosti a ve srovnání s dosavadními způsoby je jednodušší a výrazně produktivnější.In this way, it is possible to quickly and reliably check narrow grooves in machine components, such as turbine rotors, for cracks in the bottom area. An essential advantage here is the steep and unambiguous indication in the event of a crack occurrence, and the fact that there is no need to realize and apply a miniature sensor that requires precise guidance within the groove and is sensitive to any change in geometric configuration or structural state in the groove. It is not necessary to introduce the sensor in the groove according to the invention at all. Furthermore, this method leads to a substantial increase in sensitivity and is simpler and significantly more productive compared to the prior art methods.

Claims (1)

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION Způsob zjištování trhlin vycházejících ze dna úzkých hlubokých drážek ve strojních součástech z kovových materiálů metodou vířivých proudů s kombinovaným příložným snímačem složeným z cívky budicí a cívky snímací, která je opatřena feritovým jádrem a je s cívkou budicí uspořádána souose vyznačený tím, že na oblast dna drážek se působí z povrchu součástí střídavých magnetickým polem budicí cívky snímače, která má průměr rovný nejméně pětinásobku šířky kontrolované drážky a jehož cívka snímací má průměr rovný nejvýše dvojnásobku šířky kontrolované drážky a to tak, že se pohybuje snímačem přes drážku nebo drážky v obou smyslech ve směru svírajícím s podélnou osou drážky úhel blízký 90°, přičemž informace o stavu dna drážky je snímací cívkou získávána mimo drážku a to v místě přechodu mezi drážkou a původním povrchem.Method of detecting cracks emerging from the bottom of narrow deep grooves in machine parts made of metal materials by means of eddy current method with combined contact sensor composed of excitation coil and sensing coil, which is provided with ferrite core and arranged coaxially with excitation coil is applied from the surface of alternating magnetic fields of the sensor excitation coil having a diameter equal to at least five times the width of the controlled groove and having a sensing coil having a diameter not more than twice the width of the controlled groove by moving the sensor across the groove or grooves in both senses forming an angle close to 90 [deg.] with the longitudinal axis of the groove, wherein the condition of the bottom of the groove is obtained by the pickup coil outside the groove at the transition point between the groove and the original surface. 1 výkres1 drawing IAND