下表面腐蚀定量中的低频脉冲涡流检测技术

由于受集肤效应的影响,传统的涡流检测技术很难对多层结构中的腐蚀缺陷进行有效检测。为解决飞机结构中下表面缺陷的定量检测问题,通过研究低频涡流与脉冲涡流检测技术原理,结合两者的优点,设计研制了一套完整的无损检测系统。在对检测信号进行瞬态分析的基础上,通过峰值、过零时间等特征量,实现了下表面腐蚀缺陷体积与深度的定量检测。而且通过对峰值曲线的分析,实现了缺陷长度的定量检测。试验结果表明,低频脉冲涡流检测技术在飞机无损检测行业中具有广阔的应用前景。     

脉冲涡流检测技术的研究

脉冲涡流检测技术作为当前无损检测的一种新技术,能够快速方便地检测金属导体构件中的缺陷。与传统的单频涡流技术相比,宽频谱的脉冲信号激励使得响应信号中包含了更丰富的缺陷信息。对不同深度的表面缺陷进行了检测,分析了差分信号的特征值与缺陷深度之间的关系,试验表明利用峰值不仅可以判断缺陷位置,而且还与缺陷的深度之间呈线性关系。并对一阶微分信号的特征进行了分析,结果发现,采用一阶微分信号分析可提高脉冲涡流检测系统的线性度。     

脉冲漏磁检测中的涡流效应

为了解脉冲漏磁检测中涡流效应的特点,奠定进一步分析脉冲漏磁检测信号的基础,建立了脉冲漏磁检测的有限元仿真模型,观察了检测中瞬态磁场和感生涡流的分布,分析了感生涡流特征量的特点及影响因素。结果表明,脉冲漏磁检测中,瞬态磁场和感生涡流总体上符合集肤效应并相互影响,其中感生涡流具有渗透深度浅、感应强度大的特点,涡流密度峰值时间在深度方向上有较强的分辨率。电导率和磁导率影响感生涡流的渗透深度和密度峰值时间在深度方向上的分辨率;脉冲激励上升时间常数只影响感生涡流的渗透深度,而和密度峰值时间在深度方向上的分辨率无关。     

表面裂纹的激光超声深度测量

采用激光超声检测技术对不同深度的铝合金6061表面微裂纹进行了检测。通过搭建激光超声检测试验平台,得到不同缺陷深度的表面裂纹的缺陷信号,分析了缺陷信号的时域信号特征。研究表明:利用反射回波的震荡时间差可以定量评估裂纹深度,从而实现金属表面微裂纹深度的定量检测;通过检测不同深度的Q235钢的表面缺陷,证明了利用震荡时间差定量检测表征缺陷深度的正确性,研究结果具有一定的应用价值。     

近表面裂纹的低频涡流检查

1　不同的裂纹对涡流线圈阻抗的影响涡流探伤主要检查工件表面和近表面裂纹 ,裂纹对线圈阻抗的影响可视为电导率和几何形状两个参数的综合效应 ,同时 ,裂纹的大小、方向、埋藏深度和裂纹本身宽度的差异 ,对阻抗影响也不同 (图 1 )。下面我们用同种型号的放置式低频反射探头和同种测试程序对表面开口裂纹及不同埋深裂纹进行测试 ,以弄清裂纹在平面阻抗中的显示情况。图 1　不同埋深的裂纹及其阻抗由图可以看出 ,裂纹的长度和宽度恒定时 ,表面裂纹信号最强 ,随着裂纹埋藏深度的不同 ,信号幅度逐渐减少 ,导体中的涡流和表面涡流的相位不同 ,表…     

基于频谱特征的淬硬层深度脉冲涡流检测仿真分析与试验

对淬火材料表面淬硬层深度进行无损检测是当前的研究热点之一。但目前在利用脉冲涡流检测技术定量检测淬硬层深度的研究中,主要关注的是时域,这种方法容易受到干扰,为此提出基于频谱特征的淬硬层深度脉冲涡流检测方法。该方法首先在脉冲涡流检测淬硬层深度原理的基础上,建立了两层仿真模型;分别在时域和频域分析了不同深度下的检测信号,提出在频域下对淬硬层深度定量检测的频谱新特征量——频率;使用频率特征量计算了淬硬层深度,结果显示频率特征量与淬硬层深度具有良好的线性关系;最后,采用试验的方法对仿真结果进行验证,试验结果证明了所提出的频率特征量的正确性。     

金属构件缺陷的脉冲涡流近-远场复合定量检测

鉴于脉冲涡流检测和脉冲远场涡流检测在金属构件损伤检测中的优势,提出一种非铁磁性金属构件缺陷的脉冲涡流近-远场复合定量检测探头。通过数值仿真,在系统分析电磁场能流密度的基础上,研究脉冲涡流近-远场检测信号特性及其对构件腐蚀减薄缺陷的响应灵敏度,剖析检测信号特征与缺陷尺寸参数间的关联规律。同时,搭建试验平台,进一步探究基于脉冲涡流近-远场复合定量检测的非铁磁性金属构件腐蚀减薄缺陷定量检测方法。仿真及试验结果表明,所提集成磁场直接和间接耦合分量的新探头构型可同时对金属构件腐蚀减薄缺陷实施脉冲涡流检测和脉冲远场涡流检测,增强了缺陷定量信息的有效拾取。     

铝合金构件R角缺陷的涡流检测探头设计及试验研究

针对传统的涡流检测探头难以检测L型铝合金构件R角区域裂纹问题,研制了铝合金裂纹涡流检测探头。根据现场检测工况,设计了与R角区域有效贴合的探头外壳,并且结合R角区域裂纹的分布特点,提出了适用于检测铝合金表面及近表面裂纹的绝对式探头;通过ANSYS仿真软件建立涡流检测有限元模型,分析激励频率对涡流场强度分布的影响规律;进行了检测工艺参数的优化试验,确定了最佳激励参数。仿真和试验结果表明,激励频率与涡流场强度、信号幅值之间的整体变化规律一致;在200 kHz激励频率下,信号幅值与裂纹深度之间存在良好的线性关系;现场检测结果和原位金相分析结果证实了所研制铝合金裂纹涡流检测探头的有效性和可靠性。     

铝合金焊缝裂纹涡流检测系统设计及试验研究

针对铝合金焊缝表面及近表面裂纹缺陷涡流检测时缺陷信号难于识别问题,开发了基于ARM的铝合金焊缝裂纹涡流检测系统,设计研制了铝合金焊缝涡流检测探头,开展了带有预制裂纹的铝合金焊缝涡流检测试验。试验结果表明:利用研发的铝合金焊缝涡流检测系统及探头能够有效实现对铝合金焊缝表面及近表面裂纹的检测和判别,其中噪声信号阻抗图平行于实部分量轴线,缺陷信号阻抗图呈现"8字"形且和噪声信号具有较大的相位差,具有较高的信噪比。对非铁磁性材料焊缝的涡流检测系统的开发和探头的研制具有一定的工程应用价值。     

飞机多层金属结构脉冲涡流检测提离效应的抑制

探头提离造成的信号畸变是脉冲涡流检测中主要干扰之一。本研究针对飞机多层铆接结构脉冲涡流检测中的提离效应进行抑制,采用一种基于提离数据库的峰值补偿方法对探头提离效应进行了一定程度的抑制。通过线性阵列探头获取提离补偿后的信号峰值,组成幅值矩阵,实现成像检测。对比探头提离的抑制效果,实验结果表明,该方法能够有效地运用于多层金属结构近表面及深层缺陷的提离检测。     

激励参数对脉冲涡流缺陷检测的仿真分析

脉冲涡流检测技术是一种新兴的电磁无损检测技术,激励参数与脉冲涡流检测灵敏度、涡流渗透深度密切相关,选择合适的激励参数十分必要。采用COMSOL有限元仿真软件建立了脉冲涡流圆柱型探头的有限元模型,分析了不同幅值、不同占空比以及幅值与时间的乘积相同的情况下,对金属部件表面下缺陷检测的影响。通过有限元仿真分析,提出增大激励幅值可以提高检测的灵敏度,增大占空比可以提高涡流的渗透深度的结论。该结论为工程实践金属内部缺陷检测提供了一定的参考价值。     

脉冲涡流圆柱型探头参数的优化设计

介绍了脉冲涡流检测的工作原理。通过有限元对圆柱型探头不同参数的线圈周围磁场和被检试件中感生涡流的分布进行了仿真,得出了扁平型的激励线圈产生的磁通量能够有效地渗透到被检试件的内部,有利于系统检测灵敏度的提高。通过不同激励频率在试件中的涡流密度、渗透深度的分析,能够根据脉冲涡流检测对象,得到探头中所用的最佳工作频率,为脉冲涡流探头的实际检测奠定基础。     

Quantitative evaluation of angular defects by pulsed eddy current thermography

Pulsed eddy current (PEC) thermography employs a combination of PEC and thermographic non-destructive testing (NDT) techniques. This study considers the capabilities of PEC thermography for obtaining quantitative information about cracks set at an angle to the surface. The investigation is implemented by simulating the transient thermal distribution for angular slots, via time-stepping 3D finite element analysis (FEA), with the experimental work undertaken for verification. A slope inclination feature of the transient temperature distribution has been extracted and presented for estimating the angle of slots that is independent of slot depth and length inside the sample. With the identification of the slot angle, quantification of the length/depth of the slot inside the sample can then be made through a maximum temperature amplitude feature. Experimental studies have been undertaken for evaluation of the numerical simulation and transient feature extraction methods.     

基于功率谱密度分析的脉冲涡流缺陷分类法

在巨磁阻脉冲涡流传感器(GMR-PEC)上实现平板导体表面和次表面裂纹缺陷以及孔缺陷进行精确分类。在频率分析基础上,提出了一种新的缺陷特征量——涡流差分响应信号的功率谱密度。由于主成分分析具有良好的降维特性,采用主成分分析结合线性判别分类(PCALDA)和贝叶斯分类(PCA-Bayes)进行缺陷的分类。结果表明,基于新的特征量的分类方法能实现导体表面和次表面的裂纹和孔缺陷的精确分类,在脉冲涡流自动测量领域具有潜在的意义。     

Study on defect classification in multi-layer structures based on Fisher linear discriminate analysis by using pulsed eddy current technique

Pulsed eddy current (PEC) is an emerging non-destructive testing technique with wide application potential. In this study, defect parameter identification in multi-layer structures is examined by using the PEC technique, and a Fisher linear discriminate analysis (FLDA)-based defect classification method is proposed. Defect localization and shape identification are investigated, and defects on the surface and subsurface of the third layer are discriminated. The time domain characterization method is introduced and researched by using the peak time and zero-crossing time of PEC response signals, the principal component analysis algorithm and the FLDA method. The feature extraction results of the three methods are used as the input values of support vector machine for defect classification and feature extraction, and the classification methods are compared. Theoretical analysis and experimental results show that the proposed method can contribute to effective classification for defect parameter identification.     

一种基于DDS技术的脉冲涡流信号源的实现

脉冲涡流检测技术是近几年新兴的无损检测方法。与传统涡流检测法不同,它以一定占空比的方波脉冲为激励,此信号经过傅里叶变换可分解为无限多个谐波分量之和,所以在采集的磁场信号中含有更多信息。根据脉冲涡流检测法自身的特点,基于DDS技术,设计了一种参数可调式脉冲波形发生器。通过试验验证,此波形发生器性能稳定、参数设置方便,能满足涡流检测系统激励信号的要求,有很好的推广应用价值。     

曲面零件裂纹缺陷脉冲涡流热成像检测的仿真

脉冲涡流无损检测已成为零件表面和亚表面缺陷检测的重要手段之一。文章应用数值仿真方法,在COMSOL平台上模拟研究了复杂曲面零件的裂纹缺陷的脉冲涡流热特性,给出了在脉冲涡流作用下的裂纹缺陷周边温度场分布与变化规律。仿真结果表明,脉冲涡流热成像技术能有效检测复杂曲面零件的裂纹缺陷。研究成果可供检测系统设计作为参考。     

Pulse-modulation eddy current inspection of subsurface corrosion in conductive structures

Due to corrosive and hostile environment, in-service conductive structures are prone to subsurface corrosion which has posed a severe threat to structural integrity and safety. Although Pulsed eddy current testing (PEC) has been found advantageous over other Electromagnetic Non-destructive Evaluation (ENDE) techniques particularly in detection and characterisation of subsurface defects in conductive structures, it is subject to technical drawbacks. In light of this, in this paper, Pulse-modulation eddy current technique (PMEC) is proposed in an effort to enhance the inspection sensitivity to subsurface corrosion and quality of corrosion imaging. Closed-form expressions of PMEC responses to subsurface corrosion are formulated via the Extended Truncated Region Eigenfunction Expansion (ETREE) modelling. A series of simulations are subsequently conducted to analyse the characteristics of PMEC signals and inspection sensitivity. Following this, experiments of PMEC for evaluation and imaging of subsurface corrosion are carried out. Through theoretical and experimental investigation, it has been found that PMEC is advantageous over PEC in terms of evaluation sensitivity and quality of corrosion imaging.     

飞机发动机叶片裂纹的交变磁场非接触原位探测

飞机发动机叶片基体出现裂纹时表面反映不明显,孔探仪检查表面裂纹实际判别的难度较大,因此用交变磁场非接触式探测法探测。介绍探伤原理、特点以及与其它无损检测方法的比较,最后给出了发动机叶片的检测实例。检测结果表明,该方法检出的大小裂纹的波形与实际裂纹相符甚好,因此较传统涡流法和孔探仪法更具优越性,具有实际应用价值。