奥氏体不锈钢涡流阵列C扫成像检测技术的仿真研究与应用

为了解探头设计参数对涡流阵列C扫成像效果的影响和涡流阵列C扫成像检测技术对奥氏体不锈钢材料典型缺陷定性能力,采用CIVA软件仿真方法建立奥氏体不锈钢试样上平底孔、刻槽试样的涡流阵列C扫模型,研究涡流阵列探头的设计参数如探头工作模式、线圈外径和阵列排数对涡流阵列C扫成像的影响,并通过试验分析了裂纹、圆形缺陷等典型表面开口缺陷的涡流阵列C扫成像特征。结果表明,对于涡流阵列探头,绝对发射-接收式工作模式对缺陷方向敏感,不利于涡流阵列C扫成像,而绝对桥式工作模式对缺陷不敏感,有利于涡流阵列C扫成像;涡流阵列探头的线圈外径越小,阵列排数越多,涡流阵列C扫成像的纵向分辨力越小,更有利于涡流阵列C扫成像;奥氏体不锈钢均匀表面对涡流阵列C扫成像技术干扰少,涡流阵列C扫成像技术能够反映表面开口缺陷形状特征,可在一定程度上对表面开口缺陷进行定性。     

高分辨率TMR传感器阵列磁场成像涡流检测探头

提出了一种基于高分辨率隧道效应磁阻(TMR)传感器阵列和双排圆形三相激励线圈磁场成像的新型涡流检测探头。由相位相差120°的三相电流激励的线圈在空间上交替排列,因此对应感应涡流在导电样品中交替变化,从而宏观上产生在空间移动的涡流和磁场。TMR阵列可对磁场成像检测出样品中存在的缺陷。TMR传感器阵列含64个传感器,测得的磁场图像具有0.5 mm的空间分辨率。基于压缩磁矢势方程,建立三维有限元仿真模型来研究该阵列探头的工作原理,并仿真预测该探头对不同方向和尺寸缺陷的检测图像;还制作了一个探头样机,用来检测含有人工缺陷的铝样品。结果表明该探头能有效检出不同方向的缺陷和尺寸为1 mm×0.2 mm×1 mm深的微小缺陷。     

旋转磁场阵列式传感器设计及管道缺陷的仿真研究

管道内壁腐蚀具有不同的形状和取向,需要对不同的缺陷产生相对的横向的涡流场,方能有效地检测到相应的涡流产生的二次磁场的扰动信号。基于涡流检测技术,提出了一种用于在役检测管道内壁腐蚀状况的新型阵列式传感器探头设计方法,该探头使用相隔60°的3组绕组并通以三相电流来产生旋转磁场,对管道进行励磁;使用新型的高灵敏度巨磁阻(GMR)传感器芯片代替传统的线圈检测器来提取管道缺陷信号。通过有限元分析研究了三相电流激励频率、传感器提离以及激励电流对检测效果的影响,结果表明所设计的探头能够准确地识别并定位不同取向的管道缺陷,设计方法具有一定的可靠性。     

基于U形磁轭探头的交流漏磁检测法机理研究

交流漏磁检测法常采用U形磁轭探头,但由于正弦波励磁信号引起了涡流,缺陷区域的漏磁场和扰动涡流场共同作用使其检测机理易导致混淆。建立了直流漏磁检测有限元模型,提出了评判检测原理的信号准则。在此基础上,对U形磁轭探头进行了仿真和试验。结果表明,当探头的一次磁场方向、探头移动方向与裂纹走向平行时,裂纹中心处的磁感应强度的水平分量比无缺陷处小,该分量与信号频率和励磁强度无关。依据评判准则,U形磁轭探头检测纵向裂纹时其机理并非源于交流漏磁效应。     

脉冲涡流无损检测中腐蚀缺陷边缘的识别

对腐蚀缺陷的边缘进行准确识别是无损检测领域的一个难点,直接影响着腐蚀成像的效果。采用阵列脉冲涡流对腐蚀缺陷进行检测,针对传统无损检测中只从时域提取特征造成识别正确率较低的问题,根据脉冲涡流具有丰富频率成分的特点,从时域和频域分别提取特征量,提出一种基于主成分分析的阵列脉冲涡流腐蚀缺陷边缘识别方法,提高缺陷边缘识别的正确率,理论分析与试验结果相一致,验证了所采用方法的正确性。     

基于TMR传感器阵列的蒸汽发生器换热管检测探头设计

文中设计了一种用于核电站蒸汽发生器换热管检测的涡流探头,该探头使用高分辨率、高灵敏度的隧道效应磁阻(TMR)传感器阵列对涡流电流产生的磁场成像,通过分析磁场图像数据,来快速准确地定位换热管中存在的缺陷。文中建立了基于压缩磁矢势方程的有限元仿真模型,来模拟缺陷检测的物理过程;研制并测试了由磁场激励线圈、TMR传感器阵列和数据采集系统组成的实验探头,对带有缺陷的换热管样品(Inconel 690)进行了检测,观察传感器输出的电压信号变化即可直观的反应出被测样品的缺陷情况。     

脉冲涡流无损检测中缺陷定量化技术研究

脉冲涡流检测广泛应用于工业设备的无损检测中,针对当前脉冲涡流无损检测中仍存在缺陷定量化难的问题,采用新一代磁阻传感器—隧道磁阻传感器设计阵列化脉冲涡流检测探头,对圆形缺陷开展了检测实验,并采用BP神经网络算法定量化评估圆形缺陷,最后验证了该定量化方法对非圆形缺陷的适用性。研究表明阵列化脉冲涡流检测探头差分信号峰值服从高斯分布,且高斯分布标准差与缺陷宽度之间以及差分信号峰值时间、上升时间与缺陷深度之间都存在一定的映射关系,因此可建立BP神经网络估计缺陷宽度和深度,且估计精度较高,这为更复杂缺陷的定量化检测研究提供了一定的参考。     

燃料元件表面质量阵列涡流检测研究

介绍了阵列探头的原理及系统,研发出8通道品字形阵列探头,设计出标准试样,对阵列探头的覆盖能力、多通道信号统一评价方法、检出能力等开展了试验并进行分析。结果表明,阵列探头能够保证足够的覆盖率;采用多通道信号统一评价方法后,能够对不同通道的涡流信号进行有效的评价;能够检出燃料元件表面0.03mm深人工槽伤。验证试验表明,采用文中所述检测技术,能够有效发现不同深度的缺陷,检出误差0.01mm。     

脉冲涡流矩形差分探头缺陷检测机理

为了进一步提升脉冲涡流的缺陷检测能力,提出了脉冲涡流矩形差分探头的检测方法。建立了脉冲涡流矩形探头的三维检测模型,分析了矩形线圈激励时试件上感应电流的分布,比较了铁磁性材料和非铁磁性材料的试件表面涡流方向和值的大小。根据试件上涡流X分量和Y分量呈对称分布的特性,提出了两种金属材料的脉冲涡流矩形差分探头设计方法。制作了相应的脉冲涡流矩形差分探头来获取磁场分量,仿真与实验结果表明,对于铁磁性材料和非铁磁性材料缺陷检测,脉冲涡流矩形差分探头测量的磁场X分量、Y分量比Z分量检测灵敏度更高。     

一种新型环向偏心涡流探头及其在小径管缺陷检测中的应用

针对小径管缺陷的检测,传统检测方法基本为Bobbin探头,但这种方法具有不能检出缺陷的环向信息的缺点.基于涡流检测的研究,为达到检出小径管缺陷的多重信息的目的,提出并开发一种新型的环向偏心Bobbin探头.该探头兼具轴向扫描和偏心环向扫描的功能,能够对小径管缺陷的多重信息进行有效检测.具体研究内容基于涡流检测的方法,设计出适用于小径管的可偏心、可环向旋转的Bobbin探头,并建立模型进行模拟计算;通过整合获得的模拟数据,验证新型探头对于小径管缺陷的轴向、环向扫描相比于传统探头的优越性;制作探头并搭建试验系统,对所开发探头检测小径管缺陷的功能进行验证,进一步确立了该新型探头的优越性和高效性.     

GMR array uniform eddy current probe for defect detection in conductive specimens

The usage of eddy current probes (ECP) with a single magnetic field sensor represents a common solution for defect detection in conductive specimens but it is a time consuming procedure that requires huge amount of scanning steps when large surface specimens are to be inspected. In order to speed-up the nondestructive testing procedure, eddy current probes including a single excitation coil and an array of sensing coils present a good solution. The solution investigated in this paper replaces the sensing coils for giant magneto-resistors (GMRs), due to their high sensitivity and frequency broadband response. Thus, the ECP excitation coil can be driven at lower frequencies than the traditional ones allowing defects to be detected in thicker structures.In this work an optimized uniform eddy current probe architecture including two planar excitation coils, a rectangular magnetic field biasing coil and a GMR magnetometer sensor array is presented. An ac current is applied to the planar spiral rectangular coil of the probe, while a set of GMR magnetometer sensors detects the induced magnetic field in the specimens under test. The rectangular coil provides the DC uniform magnetic field, assuring appropriate biasing of the GMR magnetometers of the probe, setting-up the functioning point on the linear region and at the same branch of the GMR static characteristics. The differences on the images obtained for the same specimen for each GMR are reduced if all sensors are biased on the same working point. Elements of the automated measurement system used to inspect the plate under test using the proposed eddy current probe, including a validation procedure based on a 2D template matching algorithm and the corresponding experimental results are included in the paper.     

Eddy current detection of subsurface defects for additive/subtractive hybrid manufacturing

In this study, an eddy current (EC) detector is integrated in an additive/subtractive hybrid manufacturing (ASHM) process. The detector facilitates in-process inspection and repair operations through material deposition, defect detection, and removal processes layer by layer. A feasibility test is carried out on eddy current detection of subsurface defects in additively manufactured parts by using an EC detector. The study compares the results obtained from the EC detection with those by the X-ray computed tomography and the destructive methods. Experiments and simulations are conducted to investigate the effect of excitation frequency on intensity of the eddy current signal. The effects of residual heat of an additively manufactured specimen and lift-off distance of an EC probe on impedance changes are also investigated. In addition, the effect of defect width on EC signal is analyzed. The study shows that the EC method is capable of detecting subsurface defects in the ASHM parts. It is promising to integrate the EC detection and subtractive manufacturing into additive manufacturing to produce parts with improved quality and better performances.     

复合材料曲面构件缺陷超声三维成像方法

针对目前复合材料曲面结构缺陷检测技术存在的检测结果不直观、效率低等问题,提出一种基于超声相控阵的缺陷三 维成像方法。 使用三维激光扫描仪获取曲面的点云模型,通过平行截面法规划检测路径,然后使用相控阵轮式探头采集超声图 像数据。 利用均匀三次 B 样条函数拟合检测路径与曲面,根据扫查步长和图像序列关系计算超声图像数据点的空间位置以生 成超声点云集。 最后利用体素化降采样方法对超声检测结果进行重建,实现复合材料内部缺陷的三维成像。 实验结果表明,本 文方法的缺陷成像结果与 CT 检测结果的平均误差为 1. 14 mm,能够快速准确地重建缺陷的位置、形状与尺寸信息,实现复合材 料曲面样件内部缺陷的精确表征。     

三维远场涡流探头的设计与实验研究

远场涡流检测技术能检测导电管材整个管壁缺损而不受集肤效应和提离效应的影响。但是，由同轴的激励线圈和检测线圈构成的传统远场涡流探头只能检测管壁周向缺损的平均情况而不能确定其缺损的周向具体位置。本文设计了一种新型内通过式三维远场涡流探头，实验证实了其远场效应的存在并确定了甲型探头结构。以油田实际的采抽钢管为检测对象对管壁的对称缺损和不对称缺损进行了对比检测实验，证明了新型探头对缺损的三维位置的可确定性，同时也证明了局部磁场变化对管壁周向其他位置的磁场也有影响。     

Lock-in Amplifier Based Eddy Current Instrument for Detection of Sub-surface Defect in Stainless Steel Plates

For detection of sub-surface defects using eddy current (EC) method, increasing the depth of penetration of ECs is essential. This can be achieved through strengthening of the primary magnetic field from the EC probe. This can be accomplished by using low-frequency high amplitude excitation current, precise phase lag measurement and high throughput probes. Working on these lines, the paper presents development of lock-in amplifier based EC instrument and cup-core send-receive type probe. Experiment results indicate that the proposed instrument and probe is able to detect sub-surface defects located at 8.0 mm below surface and classify sub-surface as well as surface defects in stainless steel plate.     

焊接缺陷磁光成像动态检测与识别

为了实现焊接缺陷的自动检测,研究一种交变磁场激励下焊缝表面及亚表面缺陷的磁光成像动态无损检测方法。分析了基于法拉第磁致旋光效应的焊接缺陷磁光成像机理,并结合交变磁场原理推导出励磁变化与动态磁光成像的关系。探索低碳钢板的亚表面焊缝磁光成像特征试验,验证了所提方法可用于检测焊缝亚表面的未熔合缺陷。最后对高强钢焊缝特征的动态磁光图像进行分析,采用主成分分析法和支持向量机(PCA-SVM)模式识别方法建立了焊接缺陷分类模型。试验结果表明,所提方法可以识别高强钢焊件中的焊缝特征(未熔透、裂纹、凹坑和无缺陷),缺陷分类模型的整体识别率达到92.6%,能够实现焊缝表面及亚表面缺陷的自动检测。     

基于频谱分析的脉冲涡流缺陷检测研究

脉冲涡流检测技术是涡流检测技术的一个新兴分支.研究利用激励脉冲频率成分丰富的特点,创新性地提出了一种新的脉冲涡流差分信号特征值——频谱幅值.通过研究,得到频谱幅值与表面缺陷深度均成近似线性关系,与亚表面及厚度减薄缺陷深度成指数关系.从而提供了一种有效的基频分量频谱幅值对飞机内部隐藏缺陷识别的原理及方法,这对于飞机多层导电结构内部隐藏缺陷检测极为有效.     

高速漏磁检测过程中管道内外壁缺陷定位方法研究

管道内外壁缺陷的有效区分是对缺陷进行有效量化的前提,提出一种基于动生涡流的高速漏磁检测过程中管道内外壁缺陷的定位区分方法,利用涡流磁场与外磁场的耦合作用时内外壁磁场信号的变化差异特征区分缺陷位置。首先建立高速漏磁检测数学模型,分析了涡流分布特点以及涡流磁场与外磁场耦合作用规律,利用有限元方法计算分析不同位置时,耦合作用规律对管道内外壁磁化状态影响及内外壁缺陷漏磁场信号差异特征;设计高速漏磁检测实验平台,对不同运行速度、不同检测位置处钢管内外壁缺陷区分效果进行实验研究。结果表明,接近磁化线圈位置时,管壁内产生的涡流磁场方向与管道外壁磁场方向相同、与管道内壁磁场方向相反,在离开磁化线圈位置时,涡流磁场方向与管道外壁磁场方向相反、与管道内壁磁场方向相同;不同检测位置处,管壁磁场变化规律相反,且速度越快,磁化状态影响受影响程度越大,内外壁漏磁场信号差异特征越明显,高速检测时可有效对管道内外壁缺陷进行定位区分,实验结果和理论分析具有很好的一致性。     

缺陷散射对相控阵超声全聚焦成像的影响研究

相控阵超声全聚焦成像充分利用了检测信号,具有成像精度高、可进行缺陷识别等特点,是未来最具应用前景的相控阵成像算法之一。然而,目前相控阵超声全聚焦成像仍不能实现缺陷的高分辨率成像,无法对缺陷进行准确的定性、定量分析。为此,采用有限元仿真相控阵传感器的全阵列采集(FMC)过程,在全矩阵数据的基础上设计全聚焦成像程序,对圆孔和裂纹两种典型缺陷进行TFM成像,研究典型缺陷的TFM成像规律,从缺陷散射的角度分析影响相控阵超声全聚焦成像的因素。结果表明,实际检测中相控阵超声传感器只能接收到缺陷的部分散射信息,而相控阵超声在缺陷处的散射场分布与缺陷的类型、尺寸、角度及入射波类型、入射角度等因素有关,因此能否接收到缺陷散射的主要能量是影响全聚焦成像精度的关键。