ما هو التيار الدوامي - Eddy Current؟

تعريف التيار الدوامي:

تيار إيدي أو التيار الدوامي، في الكهرباء، هو حركة شحنة كهربائية مستحثة بالكامل داخل مادة موصلة بواسطة مجال كهربائي أو مغناطيسي متغير أو عن طريق الموجات الكهرومغناطيسية. تمثل تيارات إيدي المستحثة في قلب محول الطاقة، الطاقة المفقودة وغير مرغوب فيها، تمثل التيارات الدوّامة المستخدمة لإنتاج الحرارة للطبخ أو لأفران التعدين تطبيقات مفيدة لهذه الظاهرة.

يتم إنتاج القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في الملف عندما يكون هناك تغيير في التدفق المغناطيسي المرتبط بهذا الملف. تم تسمية تيارات إيدي بهذا الإسم لأنّ التيار يشبه الدوامات (eddies or whirlpools). عندما يتم وضع موصل في المجال المغناطيسي المتغير، فإنّ التيار المستحث في الموصل يسمى تيارات إيدي. يمكننا تعريفه على أنّه:

“تيارات إيدي عبارة عن حلقات من التيار الكهربائي مستحثة داخل الموصلات بواسطة مجال مغناطيسي متغير في الموصل وفقًا لقانون “فاراداي” للحث. تتدفق تيارات إيدي في حلقات مغلقة داخل الموصلات، في مستويات متعامدة مع المجال المغناطيسي”.

شرح التيار الدوامي:

تيارات إيدي هي التيارات التي تدور في الموصلات مثل الدوامات التي تدور في مجرى مائي. يتم تحفيزها عن طريق تغيير المجالات المغناطيسية وتدفقها في حلقات مغلقة، متعامدة على مستوى المجال المغناطيسي. يمكن إنشاؤها عندما يتحرك الموصل خلال مجال مغناطيسي، أو عندما يتغير المجال المغناطيسي المحيط بموصل ثابت، أي أنّ أي شيء ينتج عنه تغيير في شدة أو اتجاه المجال المغناطيسي يمكن أن ينتج عنه تيارات إيدي.

يتناسب حجم تيار الدوامة مع حجم المجال المغناطيسي، ومنطقة الحلقة ومعدل تغير التدفق المغناطيسي، ويتناسب عكسياً مع مقاومة الموصل، مثل أي تيار يتدفق عبر موصل، فإنّ التيار الدوامي سينتج مجاله المغناطيسي الخاص به. ينص قانون “لينز” على أنّ اتجاه التيار المستحث مغناطيسياً، مثل التيار الدوامي، سيكون بحيث يعارض المجال المغناطيسي الناتج تغير المجال المغناطيسي الذي أنشأه.

يتم استغلال هذه المقاومة التي تم إنشاؤها بواسطة المجالات المغناطيسية المتعارضة في فرملة التيار الدوامي، والتي تُستخدم عادةً كطريقة لإيقاف الأدوات الكهربائية الدوارة والأفعوانية.

اختبار التيار الدوامي:

اختبار تيار إيدي (ECT): هو شكل من أشكال طريقة الاختبار الكهرومغناطيسي (ET) التي تستخدم عادة للكشف عن عيوب تكسر السطح أو بالقرب من السطح في المواد. يتم استخدامه عادةً لإجراء فحص المعادن غير المغناطيسية، على الرغم من أنّ المادة قيد الاختبار يمكن أن تكون معدناً مغناطيسياً حديدياً. كما أنّ استخدام العلاج بالصدمات الكهربائية أقل شيوعاً لفحص المواد المركبة مثل البوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP).

يستخدم اختبار التيار الدوامي على نطاق واسع في صناعة الطيران وفي بيئات التصنيع والخدمات الأخرى التي تتطلب فحص المعدن الرقيق بحثاً عن المشاكل المحتملة المتعلقة بالسلامة أو الجودة. بالإضافة إلى اكتشاف التشققات في الصفائح المعدنية والأنابيب، يمكن استخدام التيار الدوامي لإجراء قياسات معينة لسمك المعدن مثل تحديد التآكل تحت جلد الطائرة، وقياس الموصلية ومراقبة تأثيرات المعالجة الحرارية، ولتحديد سماكة الطلاءات غير الموصلة.

اختبار التيار الدوامي والحث الكهرومغناطيسي:

يعتمد اختبار تيار إيدي على الظاهرة الفيزيائية للحث الكهرومغناطيسي. في مجس فحص التيار الدوامي، يتدفق التيار المتردد عبر ملف سلكي ويولد مجالاً مغناطيسياً متذبذباً. إذا تم تقريب مجس الفحص وحقله المغناطيسي من مادة موصلة مثل قطعة اختبار معدنية، فإنّ التدفق الدائري للإلكترونات المعروف باسم التيار الدوامي سيبدأ في التحرك عبر المعدن مثل الماء الملتف في تيار.

سيولد تيار الدوامة الذي يتدفق عبر المعدن بدوره مجاله المغناطيسي الخاص به، والذي سيتفاعل مع الملف ومجاله من خلال الحث المتبادل.

التغييرات في سماكة المعدن أو العيوب مثل التكسير القريب من السطح سوف يقطع أو يغير سعة ونمط تيار الدوامة والمجال المغناطيسي الناتج. وهذا بدوره يؤثر على حركة الإلكترونات في الملف عن طريق تغيير المعاوقة الكهربائية (electrical impedance) للملف. ترسم أداة التيار الدوامة التغييرات في سعة الممانعة وزاوية الطور، والتي يمكن استخدامها من قبل عامل مدرب لتحديد التغييرات في قطعة الاختبار.

كثافة تيار إيدي هي الأعلى بالقرب من سطح الجزء، لذلك هذه هي المنطقة ذات أعلى دقة اختبار. يتم تعريف العمق القياسي للاختراق على أنّه العمق الذي تبلغ فيه كثافة تيار الدوامة 37٪ من قيمة سطحه، والتي يمكن حسابها بدورها من تردد الاختبار والنفاذية المغناطيسية وموصلية مادة الاختبار.

وبالتالي، فإنّ الاختلافات في موصلية مادة الاختبار، ونفاذيتها المغناطيسية، وتكرار نبضات التيار المتردد التي تحرك الملف، وهندسة الملف، سيكون لها تأثير على حساسية الاختبار، والدقة، ومدى الاختراق.

العوامل المؤثرة على فحص التيار الدوامي:

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على إمكانيات فحص التيار الدوامي. ستكون تيارات إيدي التي تنتقل في مواد ذات قيم موصلية أعلى أكثر حساسية لعيوب السطح ولكن سيكون لها اختراق أقل في المادة، مع اعتماد الاختراق أيضاً على تردد الاختبار. تزيد ترددات الاختبار الأعلى من دقة السطح القريبة ولكنّها تحد من عمق الاختراق، بينما تزيد ترددات الاختبار الأقل من الاختراق.

تفحص الملفات الأكبر حجماً أكبر من المواد من أي موضع معين، حيث يتدفق المجال المغناطيسي بشكل أعمق في قطعة الاختبار، بينما تكون الملفات الأصغر أكثر حساسية للعيوب الصغيرة. تؤدي الاختلافات في نفاذية مادة ما إلى حدوث ضوضاء يمكن أن تحد من دقة الخلل بسبب الاختلافات الكبيرة في الخلفية. في حين أنّ الموصليّة والنفاذيّة هي خصائص مادة الاختبار التي تقع خارج سيطرة المشغل، يمكن اختيار تردد الاختبار ونوع الملف وحجم الملف بناءً على متطلبات الاختبار.

في اختبار معين، سيتم تحديد الدقة حسب نوع مجس الفحص بينما سيتم التحكم في قدرة الكشف عن طريق خصائص المواد والمعدات. تتضمن بعض عمليات الفحص التجريف عبر ترددات متعددة لتحسين النتائج، أو الفحص باستخدام مجسات متعددة للحصول على أفضل دقة واختراق مطلوبين لاكتشاف جميع العيوب المحتملة. من المهم دائماً تحديد مجس الفحص الصحيح لكل تطبيق من أجل تحسين أداء الاختبار.

متى وكيف يجب استخدام Eddy Current Technology؟

• تقنية مثاليّة لفحص المعادن غير المغناطيسية.

• للكشف عن عيوب تكسر السطح أو بالقرب من السطح مثل التشقق والتآكل والمسامية وما إلى ذلك.

• لقياس سمك الطلاء وغلاف الطلاء غير الموصلين.

• لاكتشاف وتحديد التغيرات في خصائص المواد أو البنية المجهرية.

• عندما لا يمكن أن يكون مجس الفحص على اتصال مباشر مع المادة.

• عندما يكون الحد الأدنى من إعدادات السطح مرغوباً فيه.

• عندما يكون استخدام المواد الكيميائية لطرق الاختبار غير الإتلافي التقليدية الأخرى غير مرغوب فيه.