UvodZasniva se na principu elektromagnetske

indukcijeKoristi se za identifikaciju niza fizičkih,

strukturnih i metalurških stanja u elektroprovodljivim metalnim proizvodima

Faraday-ov zakon EM indukcijeFaraday je 1831 godine dokazao da

vremenski promjenjivo magnetsko polje stvara električnu struju.

Ispitivanje vrtložnim strujamaKada izmjenična struja protječe kroz zavojnicu, oko zavojnice se stvara promjenljivo magnetsko polje. Pod uticajem promjenljivog magnetskog polja u električnim vodljivom materijalu induciraju se vrtložne struje.

Ako na primjer zamislimo da imamo pukotinu u površini neposredno ispod zavojnice, to će prouzrokovati prekid ili smanjenje toka vrtložne strujeOvo će prouzrokovati pad napona na zavojnici i povećanje njene impedancijeMjereći impedanciju ili napon na zavojnici može se otkriti promjene u materijalu.

Faktori koji utiču na odziv sonde pri testiranju vrtložnim strujama

Provodljivost materijala σ ima direktan utjecaj na tok vrtložnih struja, i to tako što je veća provodljivost materijala veća je i jakost vrtložnih struja na površini, a time je i bolji odziv. Dubina prodiranja opada povećanjem električne provodljivosti ispitnog materijala.

Permeabilnost μ je različita za različite materijal. Dubina prodiranja opada povećanjem permeabilnosti materijala.

Frekvencija struje je vrlo važan faktor koji utječe uglavnom na dubinu prodiranja, i jedan je od faktora kojim se lako upravlja pri testiranju. Pri nižim frekvencijama prodiranje je dublje u materijal, a pri višim pliće.

Lift-off faktor predstavlja uticaj zračnosti između sonde i ispitivanog materijala. Naime udaljenost sonde od materijala je bitna, jer što je udaljenost veća, magnetski tok je manji, a time i inducirana vrtložna struja u materijalu, što uveliko utječe na odziv.

Odnos signal/šum je omjer između korisnog signala i šuma (nekorisnog signala). Šum i razne smetnje nastaju kao posljedica stanja površine (npr. hrapavost, neravnine površine) i homogenost materijala. Izvor elektromagnetskih smetnji čest su problem, a nastaju usljed rada različitih uređaja poput električnih motora, generatora itd. ili usljed mehaničkih vibracija (uzrokuju pomicanje testnog objekta ili sonde – lift-off ).

Fill faktor ekvivalentan je Lift-off faktoru , ali kod cilindričnih objekata.

Rubni efekat se javlja kada se sonda približi rubu objekta koji se ispituje, jer dolazi do izobličenja toka magnetskog polja

Dubina prodiranja vrtložnih struja Sa dubinom prodiranja u

materijal vrtložne struje i magnetski tok se prigušuju zbog tkz. skin efekta.

Standardna dubina prodiranja definisana je za vrijednost vrtložne struje 1/e (37%) od vrijednosti one na površini. . Dubina prodiranja se računa prema:

Preoblikovanje gornje formule može se jednostavno izračunati frekvencija struje ispitivanog materijala za potrebnu dubinu prodiranja.

Fazno kašnjenje između vrtložnih struja na površini materijala i na nekoj dubini d izvodi se prema izrazu:

Porast faznog kašnjenja s dubinom ima znatnog uticaja na impedanciju sustava odnosno na vektor impedancije.Mjerenje faznog kašnjenja može se odrediti dubina na kojoj se nalazi greška.

SenzoriSenzori na principu Hall-ovog efektaEdwin Herbert Hall 1879. godine je pokazao kako se

između bočnih rubova tanke trake protjecane strujom i postavljene okomito na smjer magnetskog polja, stvara razlika potencijala.

Hall-ov napon može se izmjeriti preciznim voltmetrom.

Mjerenjem Hall-ovog napona može se realizovati instrument baždaren u vrijednostima magnetske indukcije.

Sonde koje rade na principu Hall-ovog efekta veoma su korisne za mjerenje bilo gustoće struje ili magnetskog polja.

Senzori sa zavojnicom• Mjereći promjene u impedanciji zavojnice sonde dobiva se

informacija o ispitivanom materijalu. Te informacije su najčešće podaci o električnoj vodljivosti ili permeabilnosti materijala.

• Za prikazivanje podataka dobivenih testiranjem najčešće se koristi dijagram impedancije. Iz dijagrama impedancije mogu se očitati promjene impedancije pri testiranju za različite materijale i diskontinuitete unutar njih.

Uticaji pukotine, el. vodljivosti i lift-off–a na impedanciju sustava za feromagnetične i neferomagnetične materijale.

Izvedbe sondi za ispitivanje vrtložnim strujama

Površinske sonde služe za konvencionalno ispitivanje po površini testnog objekta. Površinske sonde izvode se u raznim veličinama za različite geometrije ispitivanog objekta. Te sonde mogu imati veliku rezoluciju pogotovo u odnosu na bobin ili prstenastu sondu.

Bobin sonde služe za ispitivanje šupljina u objektima odnosno dijelova koji sadrže unutrašnje promjere ili razne provrte, poput cijevi ili raznih šupljih profila.

Prstenaste odnosno rotirajuće sonde okružuju dio površine testnog objekta, ili drugim rječima, ispitivani objekt se umeće unutar sonde. Prednost im je što odjednom mogu testirati velik dio površine objekta i omogućuju veliku brzinu testiranja, ali imaju manju osjetljivost na određene vrste diskontinuiteta, manju rezoluciju u odnosu na površinske sonde.

Osim gornje podjele, sonde mogu biti apsolutne, diferencijale i hibridne – podjela prema načinu rada tj. sonde u odnosu na način na koji se želi mjeriti impedanciju zavojnice.

One se prvenstveno razlikuju po tome kako se spajaju u mosni spoj tj. na mjerne mostove poput Wheatston-ovog mosta ili Maxwell-Wien-ovog mosta.

Preko mostova se mjeri impedancija sustava tj. sonde, odnosno umjerava sonda.

Apsolutne sonde• U principu sadrže jednu zavojnicu koja služi

za indukciju vrtložnih struja unutar ispitivanog materijalu.

Prednosti:Osjetljivost na iznenadne i duge spore promjene u materijalu.jeftine za proizvodnjuNedostaci:Osjetljivost na lift-off varijacije

Diferencijalne sonde• U principu sadrže dvije zavojnice, od kojih je

jedna referentna, a druga se pomiče po ispitivanom materijalu.

• Električki se spajaju tako da su suprotstavljene jedna prema drugoj.

• Ako na obje zavojnice djeluju isti uvjeti, na izlazu ne daju nikakav odziv tj. nema signala.

• Izlazni signal će biti generiran samo u slučaju, ako jedna zavojnica dođe do neke vrste diskontinuiteta

Prednosti: Manja osjetljivost na lift-off

faktor. Velika osjetljivost na male

napukline.Nedostaci: Slabo otkriva veoma duge i

postepene promjene u materijalu.

Otkriva samo početak i kraj velike pukotine

Indikacije mogu biti teške za interpretiranje

Odašiljačko-prijemne(reflekcione)sondeOdašiljačko-prijemne sonde imaju dvije

zavojnice slično diferencijalnim sondama, s tim da se jedan zavojnica uzbudna, a druga prijemna koja registruje promjene unutar materijala.

Prednost reflekcionih sondih je ta što se uzbudna i prijemna zavojnica može odvojeno podesiti.

Hibridne sondePrimjer hibridne sonde je sonda koja ima

uzbudnu zavojnicu koja okružuje prijemnu zavojnicu u obliku dva D.

Ovaj tip sondi je veoma osjetljiv na površinske pukotine.

Ispitivanje pulsirajućom vrtložnom strujomTehnika ispitivanja pulsirajućom vrtložnom

strujom za uzbudu sonde, koristi step funkciju.

Prednost korišćenja step funkcije je ta što sadrži spektar frekvencija.

Pošto dubina prodiranja zavisi od frekvencije pobude kao odgovor na step funkciju mogu se dobiti informacije sa različitih dubina prodiranja.

Ova tehnika je najveću primjenu našla pri ispitivanju korozije između aluminijskih limova u avio industriji zavarenih difuzionim zavarivanjem.

Termografija vrtložnim strujamaTradicionalno ispitivanje termografijom

koristi direktno zagrijavanje metalne površine koristeći lampe za zagrijavanje.

Ovaj tip termografije ima određene nedostatke

Alternativa lampama za zagrijavanje može biti zagrijavanje vrtložnim strujama.

Termografija vrtložnim strujama kombinuje tehnike vrtložnih struja i termografije da bi osigurao brz i efikasan metod za otkrivanje grešaka i karakteristika na relativno velikoj površini.

Pošto pukotine izazivaju promjene inducirane vrtložne struje to uzrokuje temperaturne razlike u materijalu koje se mogu vidjeti na IR kameri.

Prikaz i indikacija rezultata ispitivanjaNajjednostavni instrument za ispitivanja

vrtložnim strujama sastoji se od zavojnice koja inducira vrtložne struje u ispitivanom materijalu, preciznog voltmetra koji mjeri promjenu napona uzrokovanu greškom u ispitivanom materijalu i displeja koji služi za grafički prikaz mjerenja.

Prikaz i indikacija rezultata može se vršiti pomoću

slijedećih naprava :svjetlosni indikatorzvučni alarmidigitalni uređaji za prikazXY osciloskopi i ploteri za crtanje grafika impedancijeZapisnici odziva (rekorderi) pomoću raznih medija za zapis

podatakakompjuteri sa akvizicijskim karticama i software-om.

Primjena ispitivanja vrtložnim strujamaZa mjerenja raznih svojstava materijala koji

provode el. struju, poput mjerenje magnetske permeabilnosti, električne vodljivosti, veličine zrna, stanja termičke obrade, dimenzije objekata, mjerenje debljine neprovodne obloge na metalu, itd.

Za detektiranje: pukotina, poroznosti i ostalih diskontinuiteta (defekata) u materijalu

Za sortiranje materijala i određivanja razlika u njihovom sastavu i mikrostrukturi i drugim svojstvima.

Referentni standardU ispitivanju vrtložnim strujama korišćenje

referentnog standarda pri kontroli opreme od velike je važnosti pošto na rezultat mjerenja utiče veliki broj varijabli i male promjene u opremi mogu značajno uticati na rezultat mjerenja.

Najkorisnije informacije se dobijaju poređenjem rezultata mjerenja nepoznatog objekata i rezultata mjerenja sličnog objekta sa dobro poznatim izgledom i greškom.