مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه‌سازی و بررسی آزمایشگاهی پالس ادی‌کارنت و اشباع مغناطیسی در آزمون فلزات فرومغناطیس دارای پیتینگ زیرسطحی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
چکیده
روش پالس ادی‌کارنت به‌طور متداول برای تشخیص عیوب زیرسطحی در فلزات رسانا به کار می‌رود. با این حال به‌دلیل عمق نفوذ محدود ادی‌کارنت، کاربرد پالس ادی‌کارنت برای تشخیص عیوب زیرسطحی در فلزات فرومغناطیس محدود است. به‌منظور تعمیم کاربرد پالس ادی‌کارنت برای تشخیص عیوب زیرسطحی در فلزات فرومغناطیس، عمق نفوذ ادی‌کارنت باید افزایش یابد. برای دست‌یابی به عمق نفوذ بالا اشباع مغناطیسی قطعه تحت آزمون راه حل مفیدی است. در حالت اشباع مغناطیسی، پرمابلیته مغناطیسی فلز فرومغناطیس کاهش یافته و یکنواخت می‌شود و در نتیجه عمق نفوذ ادی‌کارنت در ماده افزایش می‌یابد. در این مقاله از طریق مدل‌سازی المان محدود و آزمون‌های آزمایشگاهی، عملکرد روش پالس ادی‌کارنت برای تشخیص عیوب پیتینگ زیرسطحی در قطعه مغناطیس‌شده بررسی می‌شود. قطعه تحت آزمون، یک صفحه فولادی با ضخامت ۱۰میلی‌متر است و در آن عیوب پیتینگ زیرسطحی با عمق‌های متفاوت ایجاد شده‌اند. پروب پالس ادی‌کارنت شامل کویل تحریک، کویل تشخیص و هسته فریتی بوده و برای به‌دست‌آوردن سیگنال‌های زمانی استفاده می‌شود. سپس ویژگی‌های زمانی از سیگنال‌های تفاضلی پالس ادی‌کارنت استخراج شده و برای تشخیص پیتینگ‌های زیرسطحی استفاده می‌شوند. نتایج نشان می‌دهد که روش پالس ادی‌کارنت همراه با اشباع مغناطیسی می‌تواند به‌طور موثری عیوب پیتینگ زیرسطحی را تشخیص دهد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Modeling and Experimental Investigation of Pulsed Eddy Current and Magnetic Saturation for Testing of Ferromagnetic Metals with Sub-surface Pitting

نویسندگان English

T. Azizzadeh
M.S. Safizadeh
Mechanical Engineering Department, Mechanical Engineering School, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Pulsed eddy current (PEC) technique is commonly used for the detection of sub-surface defects in electrically conductive metals. However, due to the limited penetration depth of eddy currents, the detection of sub-surface defects in ferromagnetic metals is limited while using PEC technique. In order to extend the application of PEC technique for the detection of sub-surface defects in ferromagnetic metals, the penetration depth of eddy currents needs to be increased. For deeper penetration of eddy currents in the material, magnetic saturation of the tested specimen is a useful solution. In magnetic saturation state, the magnetic permeability of the ferromagnetic metal is decreased and stabilized and, as a result, the penetration depth of eddy currents is increased. In this paper, the performance of the PECT for detection of sub-surface pitting defects in the magnetized ferromagnetic specimen has been investigated through finite element modeling (FEM) and experimental studies. The tested specimen is a 10mm-thick steel plate, in which sub-surface pitting defects with various depths have been modeled. A probe consisting of a driver coil, a pickup coil, and a ferrite core is used to measure the time-varying PEC signals. Then, the time domain features of the differential PEC signals are extracted and used to detect the sub-surface pittings. The results indicate that PEC technique together with magnetization can effectively detect sub-surface pitting defects.

کلیدواژه‌ها English

Finite Element Modeling
Time-varying Signals
Pitting
Pulsed Eddy Current
Magnetic Saturation
1- Schweitzer PA. Metallic materials: Physical, mechanical, and corrosion properties. Boca Raton: CRC Press; 2003. [Link] [DOI:10.1201/9780203912423]
Rosado LS, Santos TG, Ramos PM, Vilaça P, Piedade M. A differential planar eddy currents probe: Fundamentals, modeling and experimental evaluation. NDT & E International. 2012;51:85-93. [Link] [DOI:10.1016/j.ndteint.2012.06.010]
Park DG, Sekar Angani C, Rao BPC, Vértesy G, Lee DH, Kim KH. Detection of the subsurface cracks in a stainless steel plate using pulsed eddy current. Journal of Nondestructive Evaluation. 2013;32(4):350-353. [Link] [DOI:10.1007/s10921-013-0188-6]
Sophian A, Tian G, Fan M. Pulsed eddy current non-destructive testing and evaluation: A review. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2017;30(3):500-514. [Link] [DOI:10.1007/s10033-017-0122-4]
He Y, Pan M, Luo F, Tian G. Pulsed eddy current imaging and frequency spectrum analysis for hidden defect nondestructive testing and evaluation. NDT & E International. 2011;44(4):344-352. [Link] [DOI:10.1016/j.ndteint.2011.01.009]
Preda G, Rebican M, Hantila FI. Integral formulation and genetic algorithms for defects geometry reconstruction using pulse eddy currents. IEEE Transactions on Magnetics. 2010;46(8):3433-3436. [Link] [DOI:10.1109/TMAG.2010.2044143]
Morozov M, Tian GY, Withers PJ. Noncontact evaluation of the dependency of electrical conductivity on stress for various Al alloys as a function of plastic deformation and annealing. Journal of Applied Physics. 2010;108(2):024909. [Link] [DOI:10.1063/1.3456996]
Whalen P. Transient eddy current inspection in the presence of ferrous fasteners in multi-layered aluminum structures. NDT Can. 2010;(2010-12). [Link]
Horan P, Underhill PR, Krause TW. Pulsed eddy current detection of cracks in F/A-18 inner wing spar without wing skin removal using modified principal component analysis. NDT & E International. 2013;55:21-27. [Link] [DOI:10.1016/j.ndteint.2013.01.004]
Tian GY, Sophian A, Taylor D, Rudlin J. Multiple sensors on pulsed eddy-current detection for 3-D subsurface crack assessment. IEEE Sensors Journal. 2005;5(1):90-96. [Link] [DOI:10.1109/JSEN.2004.839129]
Angani CS, Park DG, Kim CG, Leela P, Kollu P, Cheong YM. The pulsed eddy current differential probe to detect a thickness variation in an insulated stainless steel. Journal of Nondestructive Evaluation. 2010;29(4):248-252. [Link] [DOI:10.1007/s10921-010-0083-3]
Tai CC, Rose JH, Moulder JC. Thickness and conductivity of metallic layers from pulsed eddy-current measurements. Review of Scientific Instruments. 1998;67(11):3965. [Link] [DOI:10.1063/1.1147300]
Safizadeh MS, Lepine BA, Forsyth DS, Fahr A. Time-frequency analysis of pulsed eddy current signals. Journal of Nondestructive Evaluation. 2001;20(2):73-86. [Link] [DOI:10.1023/A:1012244208475]
He Y, Luo F, Pan M, Hu X, Gao J, Liu B. Defect classification based on rectangular pulsed eddy current sensor in different directions. Sensors and Actuators A Physical. 2010;157(1):26-31. [Link] [DOI:10.1016/j.sna.2009.11.012]
Smith RA, Hugo GR. Transient eddy-current NDE for ageing aircraft - capabilities and limitations. Insight Non Destructive Testing and Condition Monitoring. 2001;43(1):14-20. [Link]
Plotnikov YA, Nath SC, Rose CW. Defect characterization in multi-layered conductive components with pulsed eddy current. AIP Conference Proceedings. 2002;615(1):1976. [Link] [DOI:10.1063/1.1473035]
Giguère JSR, Lepine BA, Dubois JMS. Detection of cracks beneath rivet heads via pulsed eddy current technique. AIP Conference Proceedings. 2002;615(1):1968. [Link] [DOI:10.1063/1.1473034]
Harrison DJ. Transient eddy currents - are they here to stay?. Insight Non Destructive Testing and Condition Monitoring. 2005;47(3):144-152. [Link] [DOI:10.1784/insi.47.3.144.61310]
De Hann VO, De Jong PA. Analytical expressions for transient induction voltage in a receiving coil due to a coaxial transmitting coil over a conducting plate. IEEE Transactions on Magnetics. 2004;40(2):371-378. [Link] [DOI:10.1109/TMAG.2004.824100]
Li Y, Tian GY, Simm A. Fast analytical modeling for pulsed eddy current evaluation. NDT & E International. 2008;41(6):477-483. [Link] [DOI:10.1016/j.ndteint.2008.02.001]
Tsuboi H, Seshima N, Sebestyen I, Pavo J, Gyimothy S, Gasparics A. Transient eddy current analysis of pulsed eddy current testing by finite element method. IEEE Transactions on Magnetics. 2004;40(2):1330-1333. [Link] [DOI:10.1109/TMAG.2004.825009]
Fan M, Huang P, Ye B, Hou D, Zhang G, Zhou Z. Analytical modeling for transient probe response in pulsed eddy current testing. NDT & E International. 2009;42(5):376-383. [Link] [DOI:10.1016/j.ndteint.2009.01.005]
Xie S, Chen Z, Wang L, Takagi T, Uchimoto T. An inversion scheme for sizing of wall thinning defect from pulsed eddy current testing signals. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 2012;39(1-4):203-211. [Link]
Xie S, Chen Z, Chen HE, Wang X, Takagi T, Uchimoto T. Sizing of wall thinning defects using pulsed eddy current testing signals based on a hybrid inverse analysis method. IEEE Transactions on Magnetics. 2013;49(5):1653-1656. [Link] [DOI:10.1109/TMAG.2012.2236827]
Cheng W. Pulsed eddy current testing of carbon steel pipes' wall-thinning through insulation and cladding. Journal of Nondestructive Evaluation. 2012;31(3):215-224. [Link] [DOI:10.1007/s10921-012-0137-9]
Grenier M, Demers-Carpentier V, Rochette M, Hardy F. Pulsed eddy current: New developments for corrosion under insulation examinations. WCNDT. 2016. [Link]
Safizadeh MS, Hasanian M. Gas pipeline corrosion mapping using pulsed eddy current technique. International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology. 2011;5(1):11-18. [Link]
Halmshaw R. Non-destructive testing. London: Edward Arnold; 1987. [Link]
Bray DE, Stanley RK. Nondestructive evaluation: A tool in design, manufacturing, and service. Boca Raton: CRC Press; 1996. [Link]
Zhang O, Wei X, Yan S. Numerical analysis of magnetic flux leakage of transverse defects of sucker rod. Journal of Testing and Evaluation. 2018;46(5):JTE20160543. [Link] [DOI:10.1520/JTE20160543]