Введение к работе
-
Актуальность.
В Интернациональном термоядерном экспериментальном реакторе (ИТЭР) обмотки катушек, создающих тороидальное магнитное поле, выполняются из низкотемпературных сверхпроводников на основе соединения Nb3Sn российского производства. В связи с жесткими требованиями к качеству стоит задача 100% неразрушающего контроля сверхпроводников в процессе их производства. В соответствии с действующим планом обеспечения качества (Quality Assurance Plan as foreseen for the whole of the LHC Project) необходимо контролировать отношение "медь/не медь" в сверхпроводнике и обеспечить выявление дефектов типа пор и включений. Из-за особенностей российской технологии внешний диаметр проводника остается неизменным и составляет, в зависимости от модификации, величину порядка 0,8...1,2 мм. В связи с этим, повышение объемной доли стабилизирующей меди приводит к уменьшению размера сверхпроводящей сердцевины. С другой стороны, уменьшение доли стабилизирующей меди приводит к недопустимому перегреву при защитном выводе тока через медную оболочку. Следовательно, имеется оптимум отношения объемных долей медной и не медной составляющих сверхпроводящего провода. В соответствии с существующими требованиями величина отношения кт="медь/не медь" должна лежать в пределах 1,0±0,1. В настоящее время объем поставок сверхпроводящей проволоки российской стороной измеряется сотнями километров. Таким образом, задача вихретокового контроля сверхпроводящего провода в процессе эксплуатации весьма актуальна.
-
Состояние проблемы.
В настоящее время вихретоковым методом проводится дефектоскопия сверхпроводящего провода с применением проходных вихретоковых преобразователей, однако не существует вихре- токовой аппаратуры, обеспечивающей измерение отношения "медь/не медь" с приемлемой погрешностью в процессе производства. Это приводит к необходимости выборочного контроля отношения "медь/не медь" электрическим методом путем измерения электрического сопротивления провода по схеме двойного моста на участке заданной длины.
-
Цель работы и задачи исследования.
Цель данной работы - повышение информативности и производительности вихретокового контроля качества сверхпроводящего проводника на основе соединения Nb3Sn путем одновременного измерения отношения "медь/не медь" и дефектоскопии в процессе производства. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
разработать математическую модель, для определения взаимосвязи между выходными сигналами вихретокового преобразователя (ВТП) и отношением "медь/не медь" сверхпроводящего проводника на основе соединения Nb3Sn , а также характерных дефектов в нем;
разработать конструкцию ВТП, позволяющего одновременно измерять отношение "медь/не медь" и выявлять опасные дефекты;
провести анализ выходных характеристик ВТП при его взаимодействии с контролируемым объектом и на его основе выбрать рациональные размеры ВТП, режим его работы и информативные параметры сигналов;
обеспечить необходимую стабильность измерений в течение изготовления бухты сверхпроводящей проволоки;
разработать, изготовить и испытать вихретоковое устройство для одновременного измерения отношения "медь/не медь" и выявления опасных дефектов в процессе производства сверхпроводниковой проволоки;
разработать программное обеспечение для обработки сигналов, накопления и представления информации по результатам контроля;
разработать метрологическое обеспечение вихретокового устройства для контроля качества сверхпроводящей проволоки на основе соединения Nb3Sn.
-
Методы исследования:
Для теоретических исследований применялось математическое моделирование на основе метода конечных элементов. Экспериментальные исследования проводились с помощью компьютеризированной вихретоковой системы «КОМВИС ЛМ».
-
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана математическая модель для определения взаимосвязи между выходными сигналами проходного ВТП и отношением "медь/не медь" сверхпроводящего проводника на основе соединения Nb3Sn, а также параметрами характерных дефектов в нем;
разработана конструкция проходного ВТП, позволяющего одновременно измерять отношение "медь/не медь" и выявлять опасные дефекты, и состоящего из намотанных бифилярно соленоидальных возбуждающей катушки и измерительной катушки абсолютного канала (измеряющего отношение "медь/не медь"), а также идентичных дифференциально включенных измерительных катушек дефектоскопического канала;
на основе анализа выходных характеристик ВТП при его взаимодействии с контролируемым объектом установлено:
o для измерения отношения "медь/не медь", так и для выявления дефектов целесообразно выбрать рабочую частоту f = 60 кГц;
o для ВТП целесообразно выбрать коэффициент заполнения п в диапазоне П = 0,35...0,4;
o расстояние между центрами измерительных катушек дефектоскопического канала целесообразно выбирать равным их эквивалентному диаметру;
-
Практическая ценность работы заключается в том, что:
разработана технология изготовления ВТП и конструкция пассивного компенсатора, обеспечивающие необходимую стабильность измерений в течение производства бухты сверхпроводящей проволоки;
разработано, изготовлено и испытано вихретоковое устройство «БОЗОН» для одновременного измерения отношения "медь/не медь" и выявления опасных дефектов в процессе производства сверхпроводниковой проволоки;
разработано программное обеспечение для обработки сигналов, накопления и представления информации по результатам контроля;
разработано метрологическое обеспечение вихретокового устройства для контроля качества сверхпроводящей проволоки на основе соединения Nb3Sn.
-
Реализация и внедрение результатов работы:
На основании выполненных исследований разработано и внедрено на предприятии ОАО «ВНИИНМ» вихретоковой устройство «БОЗОН» для контроля качества сверхпроводящей проволоки в процессе ее производства
-
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены и обсуждены на XXI Международном научно- техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», г. Алушта, 2012 г , XV Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения и информатики», г. Лорнака, 2012 г., 2-ой Международной научной конференции «Фундаментальные исследования и инновационные технологии в машиностроении», г. Москва, 2012 г.
-
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них 2 - в журналах из перечня ВАК ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук, 4- без соавторов. Список работ приведен в автореферате.
-
Структура и объем диссертации.
