小径管周向裂纹脉冲涡流检测仿真和试验研究

针对小径管周向裂纹缺陷,通过有限元仿真及试验,研究了利用磁导体环形激励脉冲涡流检测技术检测小径管周向裂纹缺陷的问题。仿真给出了管道在有缺陷和无缺陷状态下磁场分布、涡流分布以及接收线圈的电压值。从仿真结果可以观察出,周向裂纹端头处的磁场分布以及涡流分布会发生明显变化,产生沿管壁法向的磁场,检测线圈位于裂纹端头处正上方时检测灵敏度最高。实际检测结果与仿真结果一致,表明磁导体环形激励轴向涡流对小径管周向缺陷具有显著的检测效果。     

基于暂态磁场梯度信号的脉冲涡流无损检测和定量评估技术

脉冲涡流检测技术是目前对多层金属结构实施有效检测和定量评估的无损检测方法之一。传统脉冲涡流检测技术基于电磁感应原理,采用感应线圈或磁场传感器采集暂态磁场信号,以实现对多层金属结构内部缺陷的定位、识别以及量化评估。文章提出一种新型脉冲涡流检测技术,该技术主要基于已在核磁共振成像(MRI)领域得到应用的磁场梯度测量技术,将磁场梯度信号测量与脉冲涡流检测相结合,以实现对多层金属结构脉冲涡流检测灵敏度的提高。基于ETREE解析法,建立了所提方法的理论模型,推导了脉冲涡流检测磁场梯度信号理论表达式。通过仿真和试验,证明了该方法在多层金属结构亚表面材质劣化检测中的优势。     

核反应堆控制棒涡流检测仿真

采用CIVA软件对核反应堆控制棒磨损、裂纹缺陷的涡流检测信号进行仿真与分析。结果表明:涡流信号的幅值和相位分别与缺陷截面损失、缺陷深度线性相关,可对缺陷进行定量表征。构造了缺陷-幅值-相位图,其可以作为缺陷类型判定的重要依据。该研究结果为控制棒涡流检测的缺陷评估提供了参考。     

基于TMR的平面电磁传感器仿真设计

针对螺栓孔埋深裂纹缺陷的检测问题,设计了一款基于隧道磁阻(TMR)元件的新型平面电磁传感器。重点阐述了利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件中的电磁场模块建立螺栓孔孔周径向埋藏裂纹检测物理模型的方法。根据对缺陷所引起的涡流、磁场分布及扰动仿真结果的分析,确定了平面电磁传感器的结构。最后通过试验验证了所设计的平面电磁传感器对螺栓孔埋深裂纹缺陷的检测能力。     

金属亚表面腐蚀缺陷的脉冲调制涡流磁场梯度成像

由于工况复杂,在役金属构件极易产生亚表面腐蚀缺陷,严重影响其安全运行。脉冲调制涡流检测技术是一种新型脉冲涡流检测技术。相较传统脉冲涡流检测技术,其在金属构件缺陷检测和评估中具有优势;将其与磁场梯度测量技术有效结合,探究其在金属构件亚表面腐蚀缺陷检测中的成像方法和技术优势。通过有限元分析,发现相较脉冲涡流磁场梯度信号,脉冲调制涡流磁场梯度信号对金属亚表面腐蚀缺陷边缘识别具有更高的灵敏度。并且,搭建了相关试验系统,通过试验验证了仿真分析结论。试验结果表明,脉冲调制涡流磁场梯度检测信号对金属构件亚表面腐蚀缺陷成像具有更高的精度,有利于缺陷的检测。     

新型脉冲远场涡流传感器检测性能的仿真分析

远场涡流技术由于不受集肤效应的限制,其可实现原位检测的优点成为解决大厚度非磁性金属平板的有效途径。在前期研究工作基础上,介绍了新型非磁性平板构件脉冲远场涡流传感器的设计原理,并仿真分析了基于连通磁路传感器对不同走向缺陷及不同厚度平板的检测能力。结果表明:将脉冲远场涡流技术应用至非磁性金属平板检测时,检测信号所受扰动主要是缺陷对感应涡流的扰动,而非缺陷对磁场的扰动,这与其检测铁磁性材料存在根本的区别,同时,其可检测的板材厚度达到了25 mm,研究结果为脉冲远场涡流技术在航空领域的应用提供了有益的探索。     

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。     

涡流效应对脉冲漏磁检测信号的影响

为了研究脉冲漏磁检测中涡流效应对漏磁信号的影响,应用有限元分析软件建立了脉冲漏磁检测仿真模型,对被测样本内磁场与涡流分布随时间变化的情况进行了分析,进而研究了基于不同激励电压和磁芯磁导率仿真模型的漏磁信号波形。仿真结果表明,当磁场激励较小时,漏磁信号在脉冲激励电压的上升阶段存在过冲现象,随后达到稳态。搭建了检测平台进行检测试验,检测结果与仿真结果相一致,研究表明在缺陷检测中应用检测信号峰值特征评估缺陷深度的方法具有更高的精度。     

铁磁材料表面裂纹的涡流热成像检测

针对铁磁材料表面裂纹缺陷,采用新型涡流热成像方法进行了检测。分析了感应涡流激励引起裂纹处生热的机理,设计了基于串联谐振的涡流激励装置,构建了高频低功率激励的涡流热成像检测试验系统,利用该系统对铁磁材料试件进行了检测。针对裂纹图像序列存在的"横向模糊"效应,采用高通滤波和锐化等方法对原始热图进行了增强处理,基于直方图双峰法、迭代法和数学形态学的分水岭等方法对裂纹图像进行了分割,实现了裂纹长度参数的定量识别。结果表明:涡流热成像能够快速、高效、直观地检测出铁磁材料的裂纹缺陷,当裂纹长度为5mm时,误差不超过15%。     

脉冲涡流检测信号的同步采样方法

为了有效利用脉冲涡流信号的低频成分检测钢板内部裂纹缺陷,提出了脉冲涡流同步采样方法。介绍了该方法的工作原理;采用在钢板上加工不同规格矩形槽的方法模拟钢板的裂纹缺陷;设计了由激励线圈和检测线圈构成的传感器,实现脉冲涡流信号的提取;采用数据采集卡采集信号,以Labview为平台,实现同步采样方法的软件设计。对钢板缺陷的检测和试验数据的分析,证明了脉冲涡流同步采样方法在钢板内部裂纹缺陷检测中具有较高的灵敏度,可以有效识别钢板内部裂纹缺陷。     

脉冲涡流检测技术的进展

脉冲涡流检测技术主要用于检测亚表面及多层金属结构缺陷。脉冲激励与金属结构缺陷之间发生相互作用,在探头中引起的瞬态响应信号包含大量的缺陷信息,使之具有快速定量检测缺陷的潜力,但也增加了对响应信号解释的难度。评述了脉冲涡流瞬态响应的计算、提离噪声抑制等方面的国内外研究进展,分析了脉冲涡流检测技术的发展方向。     

基于聚焦探头的带包覆层管道复杂结构部位脉冲涡流检测研究

脉冲涡流检测技术在带包覆层管道腐蚀缺陷检测中展现出优势而引起广泛关注。本研究设计了一种脉冲涡流聚焦探头,通过有限元仿真与试验,研究其在复杂结构部位中的检测能力。仿真结果显示,设计的脉冲涡流聚焦探头能有效聚集磁场与涡流场能量,有利于对局部缺陷与复杂结构中的缺陷进行检测。通过探究聚焦探头在提离10~50 mm下对管道焊缝及各种尺寸局部缺陷的检测灵敏度,分析其检测能力与提离检测极限,以及在检测过程中的信号特征。结果表明,聚焦探头在提离50 mm下仍能检出尺寸为40 mm×40 mm×1 mm（长×宽×深）的方形局部腐蚀缺陷,焊缝信号的凸起特征、缺陷信号的下凹特征与仿真结果相印证。     

基于LabVIEW的远场涡流管道检测系统

为了提高管道无损检测的精度,实现管道内外壁缺陷的检测,采用远场涡流的检测方法,依据检测线圈接收到的信号是激励线圈产生磁场两次穿过管壁后的信号,携带了管壁内外缺陷信息的原理,设计了远场涡流传感器、检测信号处理电路。对检测线圈接收信号进行放大、滤波处理,信号采集;采用LabVIEW编程计算检测信号幅值,互相关算法计算检测信号相位,确定缺陷深度。对内径36mm的有伤管道进行了试验。结果表明,所设计的仪器能检测出管道上深度为0．5mm及以上缺陷。利用LabVIEW对相位差计算提高了检测精度,为实际应用提供参考。     

Rapid flaw depth estimation from SQUID-based eddy current nondestructive evaluation

A scheme to rapidly estimate the depth of an unknown flaw from finite element two dimensional calculations using sheet inducer geometry is described. The linear relationship between the phase of the defect magnetic field (difference between the magnetic field arising from eddy currents in flawed and unflawed regions of a plate) and the depth of a flaw is utilized along with two experimental SQUID-based eddy current nondestructive evaluation line scans—one with a flaw at a known depth for reference and the other with the unknown flaw. The results are in good agreement with experimental data obtained with a double-D coil.     

带保温层管道腐蚀缺陷的脉冲涡流检测技术仿真

脉冲涡流检测技术是近几年发展起来的一种新型无损检测技术,可以应用于金属管道和金属板的内腐蚀检测。以低碳无缝钢管的内壁腐蚀作为检测对象,建立了针对脉冲涡流检测的ANSYS有限元仿真模型,分析了磁场仿真的理论基础,列出了仿真分析的具体步骤。为ANSYS有限元仿真软件在脉冲涡流检测中的应用提供了参考,为脉冲涡流检测设备的研制提供了依据。     

大口径管道远场涡流缺陷检测仿真建模

利用有限元分析软件ANSYS对大口径油气管道的远场涡流检测进行了仿真研究。根据远场涡流的特点,采取局部法进行三维仿真,即先对无缺陷的二维轴对称远场涡流模型做仿真,得到缺陷外围区域的磁场分布,再以此为边界条件对缺陷区域做三维仿真。该方案显著降低了模型的规模,提高了远场涡流缺陷检测仿真的效率和准确性,使得对大口径油气管道的远场涡流仿真得以在PC机上完成。     

基于有限元仿真的核电站传热管涡流检测

核电是公认的清洁能源,但核电安全问题日益引起人们的高度关注。采用有限元仿真的方法研究了核电站蒸汽发生器传热管缺陷特征与涡流阻抗信号之间的关系。利用内穿式差动Bobbin线圈对传热管缺陷进行了数值模拟检测。研究了缺陷形状结构对缺陷信号特征的影响,分析了检测频率、裂纹宽度和裂纹深度对缺陷信号特征的影响。通过对仿真试验结果的分析,发现不同缺陷结构、不同缺陷宽度、不同缺陷深度及不同检测频率对涡流阻抗信号影响具有各自明显的规律。该研究成果对核电站在役管道的涡流无损检测具有重要的实用价值和理论意义。     

一种具有聚焦作用的线圈涡流问题解析解

为检测导体内更深处的缺陷，提出用8字形线圈作为涡流检测线圈，得到了8字形线圈在半无限大线性导体上方时涡流问题的解析解。仿真计算表明，与平行于导体表面放置的圆环形线圈相比，8字形线圈所激励的涡流密度峰值更大，能量分布更集中。试验验证了斜置线圈的阻抗表达式。研究结果可用于指导涡流检测探头的设计。