זרמי ערבולת
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
פרק זה לוקה בחסר. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולהשלים אותו. ראו פירוט בדף השיחה.
טכנולוגיית הבדיקה בעזרת זרמי ערבולת (Eddy Current), הינה שיטת בדיקה לא הורסת המשתמשת בהשראת שדה מגנטי בפריט מתכתי, לצורך איתור אי רציפויות או שינויי מוליכות בחומר. כמו כן ניתן בעזרתה למדוד עובי חומרים או עובי ציפויים.
ייתרונות השיטה הן עלותה החד-פעמית (עלות הציוד), ניידות גבוהה, דיוק רב, מהירות תהליך הבדיקה, וקבלת תוצאות בזמן אמת.
תוכן עניינים |
[עריכה] עקרונות
שיטת הבדיקה מתבססת על מערכת בדיקה שתפקידה להשרות בפריט הנבדק שדה מגנטי, בצורת זרמים מערבולתיים, לקלוט את השינויים בשיווי המשקל בין השדה המושרה (שדה מגנטי משני) לשדה המשרה (שדה מגנטי ראשי), ולהציג לבודק חיווי על השינויים.
הזרמים מושפעים מגורמים רבים, המשפיעים על תוצאות הבדיקה, כגון: המוליכות חשמלית של הפריט, תכונותיו המגנטיות והחשמליות ועוד.
השדה המגנטי נוצר בעזרת זרם חילופין, וניתן להשריה בחומרים מוליכי חשמל בלבד. מערכת הבדיקה מורכבת משלושה חלקים: מחולל זרם חילופין, סליל בדיקה, ומערכת תצוגה.
למעשה, המערכת עובדת על השוואה בין המוליכות של האוויר למוליכות של המתכת אליה כויילה. אי רציפות משמעה אוויר שמפריד בין המתכת אל סליל הבדיקה.
כפועל ישיר מכך, בין המאפיינים החשובים המשפיעים על הבדיקה, נמצאים רמת הצימוד שבין גשיש הבדיקה לפני השטח, גאומטריית פני השטח, קיומם של ציפויים על החלק, סוגם ועוביים.
[עריכה] מגבלות
- לא ניתן לבדוק מעל ציפויים מוליכי חשמל, ויש להסירם לפני הבדיקה.
- חלקים העשויים חומרים בעלי יכולת להתמגנט ניתנים לבדיקה רק אם רמת המגנטיות שבהם מובאת לכדי רווייה רציפה - וזאת על ידי העברת זרם חשמלי בתוכם.
- פני שטח גבשושיים, כגון פני שטח של משטח שנוצר בתהליך יציקה, יגרמו לאינדיקציות שווא רבות, ולכן יש לבדקם בשיטות חלופיות.
[עריכה] מאפיינים והגדרות
[עריכה] מחולל זרם חילופין
- מחולל הזרם עומד בבסיס מערכת הבדיקה.
- עקב אופיו של הזרם - החלפת כיוון זרימת האלקטרונים ללא הפסק - גם זרמי הערבולת משנים את כיוון תנועתם בהתאם לתדירות הזרם.
- כתוצאה מכך ניתן באותו סליל גם להשרות את זרמי הערבולת, וגם למדוד את השינויים באיזון השדות המגנטיים.
[עריכה] סליל הבדיקה
- סליל הבדיקה הוא למעשה הגשיש (Probe) שבעזרתו מבוצעת הבדיקה.
- הגשיש מורכב מסליל מוליך חשמל, שמחובר אל מחולל זרם החילופין שבבסיס מערכת הבדיקה.
- זרם החילופין שזורם אל הסליל יוצר שדה מגנטי סביבו, שבתורו יוצר שדה מגנטי משני בעזרת זרמי הערבולת שיוצאים מקצה הסליל אל השטח הנבדק.
- תפקיד הגשיש הוא כפול: 1) השריית שדה מגנטי בחלק הנבדק. 2) העברת המידע על האיזון בין השדות הראשי והמשני אל מערכת התצוגה.
- עקב קיומו של אפקט הקצה, שעליו מפורט בהמשך, נוצרו שני סוגי גשישים כלליים - מסוככים (Shielded) ולא-מסוככים (Unshielded).
- הגשיש מגיע בתצורות רבות, בהתאם למאפייני השטח הנבדק וסוג הבדיקה עצמו.
[עריכה] זרמי ערבולת
- זרמים חשמליים, הנעים במעגלים סגורים, ומשנים את כיוון תנועתם בהתאם לכיוון תנועת זרם החילופין.
- תנועת הזרמים הינה תמיד במישור המקביל לפני השטח.
- הזרמים ניתנים להשריה בחומרים מוליכי חשמל בלבד.
- הזרמים ינועו בצורה אחידה - מעגלית ורציפה - כל עוד אין עיוותים בפני השטח הנבדק. שינוי בגאומטריית פני השטח (כגון סדק, בליטה וכדומה) יגרום לעיוות בתנועת הזרמים ושינויים בשיווי המשקל בין השדות, הניתנים למדידה.
- הזרמים נעים בצורת משפך, כאשר מסביב לסליל המשרה הם בעלי חתך רחב, ובמרחק מהסליל הם צרים.
- העלאת תדירות הזרם תקטין את עומק החדירה, והנמכתה תעלה את עומק חדירת הזרמים אל החלק הנבדק.
- רק 37 אחוזים מעומק חדירת הזרמים הינם אפקטיביים במדידת האיזון בין השדות המגנטיים - דבר המכונה עומק חדירה אפקטיבי סטנדרטי.
[עריכה] מערכת התצוגה
- מערכת התצוגה היא זאת שמראה את החיווי הסופי, והיא שווה בחשיבותה לסליל הבדיקה ולמחולל הזרם.
- למעשה, עם התקדמות הטכנולוגיה מערכת התצוגה הפכה להיות גם מערכת ניתוח הנתונים.
- ישנן שלוש תצורות תצוגה מסורתיות: מסך קרן קטודית, תצוגת גרף מודפס, וחיווי אנלוגי.
-
- תצוגה אנלוגית איפשרה לדעת האם ישנה אי רציפות, או לא. תצורת ההצגה הייתה לרוב תצוגת מד עם שנתות (בדומה למד מהירות).
- תצוגת גרף מודפס איפשרה לתעד את הפלט שהגיע מסליל הבדיקה. כל עוד הערכים היו בגדר הסביר, נרשם קו רציף. אי רציפות גרמה לקו "לקפוץ" בחדות מתנועתו.
- תצוגת CRT היוותה את ההתקדמות הגדולה בתחום. למעשה, היא אפשרה מדידה מדוייקת של אי הרציפויות, עקב היכולת הדיגיטלית "לזכור" את מצב האותות שהגיעו מהסליל קודם לכן, בנוסף - היא אפשרה כיול מדוייק בזמן אמת ללא סיבוכים מיותרים.
- ההתפתחות מתצוגת ה-CRT הייתה כמובן מעבר לצגי LCD, שאפשרו בתורם הקטנה משמעותית של מכשירי הבדיקה והארכת חיי הסוללות שלהם.
- עם השנים התפתחו מוסכמות לתצוגה וכיול סטנדרטיים, שנגזרו מעקרונות הפעולה של זרמי הערבולת.
[עריכה] מושגים ומונחים
[עריכה] Lift Off
ליפט אוף פירושו "קו ההרמה" - המעבר שנוצר ברגע הרמת הגשיש מעל פני השטח.
מערכות תצוגה מתקדמות, מהדור השני ואילך, יודעות להבחין בין האותות המתקבלים מאי רציפות רגילה בפני השטח, לבין הרמת גשיש חדה אל האוויר.
להבדיל ממקרה אי רציפות, שבו עדיין מושרה שדה מגנטי בפני השטח הצמודים לאי הרציפות ומאפשר קיום איזון כלשהו עם השדה הראשי, במקרה של הרמת גשיש לאוויר אין קיום של שדה מגנטי משני, וכתוצאה מכך ניתן להציג זאת בצורה שונה.
[עריכה] אפקט קצה
אפקט קצה הוא המונח שמתאר התקרבות של הגשיש - ואיתו השדות המגנטיים וזרמי הערבולת - אל קצה החלק הנבדק.
מערכת התצוגה, שחשה את האוויר שנמצא מעבר לקצה החלק הנבדק, מפרשת אותו כאי רציפות בשטח הפנים (להבדיל ממקרה הליפט אוף, כאן ישנו עדיין שדה מגנטי מושרה, וקיים איזון בין השדות).
על מנת למנוע אינדיקציות שווא מעין אלו, פותחו גשישים מסוככים, שבהם סליל הבדיקה מסוכך, ומרכז את זרמי הערבולת ישירות מתחת לפני השטח החיצוניים של הגשיש. כך ניתן להחזיק את הגשיש בצמוד לקצה חלק ללא קבלת חיווי קצה במערכת התצוגה.
[עריכה] עומק חדירה אפקטיבי סטנדרטי
מתוך עומק חדירת זרמי הערבולת אל מתחת לפני השטח הנבדק, רק 37% אפקטיביים למדידת האיזון בין השדות המגנטיים.
עומק החדירה (δ=דלתא) מושפע מתדירות הבדיקה (f), המוליכות החשמלית של החלק (σ=סיגמא), והפרמביליות שלו (μ=מיו).
[עריכה] שיטות השראת זרמי ערבולת
כיוון ופילוג זרמי הערבולת בחלק הנבדק הינם תוצאה ישירה של שיטת השראת הזרמים, על פי סוג סליל הבדיקה. הכרת השיטות הינה קריטית לצורך איתור אי רציפויות מתאימות.
[עריכה] סליל חיצוני (גשיש היקפי-טבעתי)
סליל חיצוני הינו סליל בדיקה בעל חתך גלילי, שבמרכזו מעבירים את הפריט הנבדק.
זרמי הערבולת ינועו בו על פי כיוון ליפוף הסליל, ותנועתם תהיה כלפי פנים החלק הנבדק. בשיטה זו ניתן לאתר אי רציפויות אורכיות בלבד, שנמצאות על פני השטח.
[עריכה] סליל פנימי
סליל זה הינו גליל שבתוכו מלופף הסליל. את הגליל מחדירים לתוך פריטים בעלי קדח פנימי.
הזרמים ינועו על פי כיוון ליפוף הסליל וכלפי חוץ, וכך ניתן יהיה לאתר סדקים אורכיים בלבד - אך גם כאלו הנמצאים מתחת לפני השטח.
[עריכה] סליל שטח (גשיש שטח)
השיטה הנפוצה ביותר כיום.
הסליל מלופף בתוך מוט צר, ופתח היציאה שלהם הינו בקצה המוט (ולא לכל אורכו, כמו בשיטות הקודמות). כך ניתן להשרות את פני השטח הנבדק בעזרת מגע ישיר בין הסליל לפני השטח, וגם לאתר כל אי רציפות במדוייק (אי הרציפות נמצאת בדיוק מתחת לגשיש, ובעזרת סריקה חכמה ניתן לאתר אותה לכל אורכה). על מנת לאתר אי רציפויות בתוך קדחים, משתמשים בגשיש שטח מסתובב - כיום נפוצות ידיות הפעלה הדומות למקדחה, שמסובבות במהירות קבועה גשיש ייחודי, הניתן להחדרה עד לעומק הקדח. עקב אופי הבדיקה, משתנה תצורת התצוגה.
ערך זה הוא קצרמר בנושא פיזיקה. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולהרחיב אותו.
| בדיקות לא הורסות בתעשייה |
|
בדיקות ויזואליות | רדיוגרפיה | אולטרסוניקה | בדיקת חלקיקים מגנטיים | זרמי ערבולת | שירוגרפיה | תרמוגרפיה | נוזלים חודרים | בדיקת הקשה |
