磁光成像技术在航空构件涡流检测中的应用

近年来迅速发展的磁光成像（MOI）技术使涡流检测技术得到了新的进展,运用磁光／涡流成像的有限元模型可以对典型的飞机构件缺陷（如连接飞机表面两个铝层的紧固件下面的裂纹）进行模拟,模拟结果表明,其磁场垂直分量的变化对这种结构来说是相当灵敏的,采用MOI技术可以用来探测隐藏在紧固件帽下面的缺陷。     

飞机紧固件孔周裂纹检测远场涡流传感器设计及优化

飞机多层金属紧固结构作为飞机重要承力部件在连续受地-空-地循环载荷作用,使铆钉、高锁螺栓等紧固件孔周产生应力集中从而萌生疲劳裂纹。传统无损检测方法难以在在役情况下进行检测,而远场涡流检测技术在原理上突破集肤效应限制,对深层隐藏缺陷检测具有巨大优势。设计研发了与传统平面远场涡流传感器结构不同的新型平面远场涡流传感器,采取激励线圈与检测线圈同轴放置,大幅缩小了传感器尺寸,检测线圈位于激励线圈内部,且在检测线圈与激励线圈之间设计有磁场分流结构。通过有限元仿真对激励线圈尺寸、磁场分流结构材料及其组成方式进行系统的分析,得出最优的传感器设计方案。试验结果表明,设计研发的新型远场涡流传感器可以检测埋深4 mm、尺寸为(长×宽×深) 2×0. 2×4 mm的紧固件孔周裂纹,且随着缺陷长度的增大,信号幅值也随之增大。     

飞机多层结构中裂纹的定量检测及分类识别

对飞机机身多层结构中的缺陷进行定量检测是无损检测领域的一个难点,脉冲涡流是目前有效的能对这种类型缺陷进行定量检测的技术。采用时频分析的方法实现了对飞机结构中出现的裂纹的定量检测。针对脉冲涡流在裂纹分类中存在的识别正确率较低的问题,提出一种新的称为频谱分离点的缺陷识别方法,提高了缺陷分类识别的正确率,理论分析与试验结果相一致,验证了所采用方法的正确性。     

孔边裂纹的旋转涡流检测

将调幅旋转涡流检测技术用于叶片气膜孔边任意方向裂纹的无损检测。首先,开发了调幅旋转涡流检测信号数值模拟方法和程序,计算结果表明调幅旋转涡流方法可有效检测孔边裂纹。其次,开发了旋转涡流检测探头和检测实验系统,对含孔边裂纹的气膜孔模拟试件进行了检测实验。检测实验与理论分析的结果一致,验证了所提数值模拟方法和调幅旋转涡流检测技术对孔边裂纹检测的有效性。     

内燃机车主发电机磁极螺栓超声波探伤

螺栓在使用过程中受到交变载荷的作用,在螺纹部位容易产生疲劳性裂纹,而由于内燃机车主发电机磁极螺栓进行不拆卸检修,无法采用磁粉探伤的方法验证螺栓螺纹的表面状态。为保证磁极螺栓螺纹表面质量,本文采用10MHzΦ8纵波直探头在螺栓螺帽端面进行超声波检测,能发现螺栓螺纹部位1mm以上的裂纹类缺陷,获得了很好的检测效果。     

钢桥疲劳裂纹几何特征对涡流检测信号影响规律研究

针对常规钢桥面板疲劳裂纹检测手段只能贴合表面进行检测的问题,引入涡流检测方法,实现对钢桥面板表面疲劳裂纹的检测。搭建了涡流检测实验平台,设计研发了涡流检测探头,对不同尺寸疲劳裂纹进行横向扫查,研究了不同长度、宽度和深度特征的疲劳裂纹对检测信号的影响规律。并建立有限元仿真模型,模拟疲劳裂纹扫查过程,验证了钢桥面板疲劳裂纹涡流检测方法的可靠性,为后续疲劳裂纹尺寸精准测量提供依据。实验结果显示：设计的空心圆柱形检测探头能够实现最小尺寸为长度60 mm、宽度0.2 mm、深度5 mm的表面裂纹缺陷的定位检测;检测信号的幅度变化值与裂纹长度、宽度、深度在一定范围内均成正相关,裂纹长度和深度对检测信号影响较大,裂纹宽度对检测信号影响较小。     

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。     

孔挤压强化工艺对7A12铝合金组织及疲劳性能影响的研究

研究了孔挤压强化工艺对7A12铝合金锻件的疲劳增益效果,并通过透射电镜、扫描电镜及X 射线衍射仪等设备,研究了疲劳断口的形貌特征、微观组织变化以及孔壁表层的残余应力场分布。研究结果表明,挤压过盈量为5%时,孔挤压疲劳寿命增益效果最好,是未强化的13.5倍;孔挤压后,孔壁强化层内形成了深度＆gt;9 mm 的残余压应力层,强化层内形成的位错胞状结构可以有效延缓疲劳裂纹的扩展速率,从而提高材料的疲劳寿命。     

基于脉冲涡流技术的柔性平面差分探头设计北大核心CSCD

针对涡流探头对导电材料的表面和内部裂纹检测能力的不足,基于脉冲涡流检测技术设计了柔性平面差分探头,结合脉冲涡流检测的宽频谱和柔性平面差分线圈高信噪比的特点,可以在较大提离下检测表面缺陷以及检测更大埋深的内部缺陷。对铝试件表面及内部缺陷检测进行了仿真与试验研究。仿真结果表明柔性平面探头产生的涡流能够有效渗透至试件底部,缺陷造成的涡流扰动产生时间随缺陷深度增加而增大。检测信号的电压峰值大小与峰值时间仍可用于识别缺陷深度,时间剖面曲线的正负相反峰波形信号特征可用于识别裂纹。实验结果表明柔性平面探头能够检测8.55 mm提离下的表面裂纹以及无提离下埋深4.8 mm的内部裂纹。同时,检测电压信号峰值对不同试件的裂纹深度进行定量,仿真与试验结果一致。     

超声相控阵技术在大厚度铝锻件无损检测中的应用

利用超声波相控阵环阵探头,采用动态聚焦技术对大厚度铝锻件内部缺陷开展无损检测技术研究。通过对法国M2M相控系统进行二次软件开发进行数据采集,并利用美国Parker公司ACR9000控制器,开发自动扫查及成像系统,结果表明,可以实现大厚度铝锻件自动超声波C扫描检测,能够检出埋深180 mm,大小为φ0.4 mm以上的平底孔当量缺陷。     

某涡扇发动机篦齿盘均压孔损伤容限分析方法

大修记录表明,某小涵道比涡扇发动机第9级篦齿盘发生多起均压孔疲劳裂纹萌生。为了估计该篦齿盘均压孔边失效风险,发展了一种基于有限元计算裂纹扩展的损伤容限评估方法。首先,研究了孔边初始缺陷的Monte Carlo模拟方法,得到孔边含制造缺陷的深度分布数据;其次,利用AC 33.70-2推荐的电涡流检测法给出的缺陷检测概率曲线,讨论了缺陷检出模拟方法。在此基础上,针对AC 33.70-2给出的钛合金压气机偏心孔案例,采用Abaqus/Franc3D对偏心孔角裂纹和表面裂纹扩展进行了数值模拟,并结合初始缺陷的Monte Carlo模拟结果和缺陷检出模拟,评估了压气机轮盘偏心孔风险,验证了方法的准确性。最后,针对某涡扇发动机篦齿盘均压孔进行了裂纹扩展模拟、损伤容限及风险评估。     

基于强化磁记忆的螺栓联接件损伤在位监测研究

针对螺栓联接结构中螺栓孔位置处裂纹损伤实时监测的需求,采用强化磁记忆检测技术,搭建了基于GMR传感器的环螺栓孔阵列的低周疲劳裂纹产生和扩展监测装置,对螺栓孔孔边的状态进行实时在位监测,并通过分析监测信号对拉伸试件的损伤断裂位置进行定位。结果表明,该装置可以有效预测裂纹萌生及试件断裂的位置,并且在损伤出现的早期阶段磁异变信号更加敏感。     

面向涡流热成像的双路正交激励电源系统

针对涡流热成像中常规单路激励存在对裂纹方向依赖性强和检测灵敏度低等问题,提出一种双路正交激励电源系统,在试样表面感应出旋转涡流场以满足对任意方向裂纹的热激励。首先阐述了涡流热成像检测原理,在此基础上提出双路正交激励电源系统;然后基于旋转磁场理论引入复合式双U型激励探头结构,利用ANSYS软件对其参数进行优化;最后研制了一套以AVR和FPGA来实现数字锁相环的双路激励电源系统,对其性能进行测试并将其应用于不同走向裂纹的热激励实验中,实验结果表明:该电源系统在涡流热成像中可有效降低对裂纹方向的依赖性和提高缺陷裂纹检测灵敏度。     

镍基高温合金深小孔的旋转冷挤压强化工艺优化

采用多级凸包硬质合金挤压工具对镍基高温合金平板中的深小孔进行旋转冷挤压及无旋转冷挤压(主轴转速为0)试验,研究了挤压率(2.4%,3.0%,3.6%)与主轴转速(0,66,200 r·min^-1)对孔壁表面完整性及试样疲劳寿命的影响,确定了旋转冷挤压优化工艺。结果表明：与无旋转冷挤压强化工艺相比,旋转冷挤压强化后孔壁表面微裂纹较少,随着主轴转速的增加,微裂纹增多,表面粗糙增大,且相同主轴转速下,挤压率越大,粗糙度越小,表面硬度越高,残余压应力和压应力层厚度越大。优化旋转冷挤压工艺参数为主轴转速66 r·min^-1、挤压率3.0%,该工艺下的孔壁表面微裂纹少,塑性变形层较厚(约30μm),表层硬度提升(硬度峰值为515 HV),表面粗糙度较低(R_a为0.298μm),沿深度方向形成了厚度约为450μm、应力峰值为498 MPa的周向残余压应力层;在优化工艺下孔强化后试样的疲劳寿命约为未强化试样的6.6倍,疲劳裂纹源由孔壁表面向内部偏移了约45μm。     

一种自调零平切型电涡流探头及其在碳纤维复合材料细观成像中的应用

针对碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)弱导电性和异质多相结构特点,通过设计开发高分辨率涡流线圈探头结合空频域信号处理方法,实现对碳纤维复合材料板中10-6～10-3m细观尺寸范围内的纤维分布以及纤维缺失、褶皱和空隙过大等缺陷的涡流成像.主要从线圈探头耦合特性建模仿真和图像特征参数提取两个方面对碳纤维复合材料的电涡流细观尺度成像技术进行研究,建立分离式线圈探头耦合阻抗信号模型和点扩散函数数学模型,综合考虑这两方面影响因素设计一种自调零涡流探头并确定了其结构参数.对多方向CFRP层合板进行了检测并研究了图像的特征参数提取方法,基于复平面相位旋转的方法确定每个扫描点的像素值,得到了清晰的纤维纹路分布和缺陷图像,进一步提高检测的分辨率.     

TOFD方法在薄壁堆焊层裂纹类缺陷检测中的应用

针对薄壁堆焊结构中裂纹类缺陷定位、定量检测的需要,采用TOFD(Time Of Flight Diffraction)超声检测技术对裂纹类缺陷进行了检测.研究了其超声衍射时间差法的检测特征,对获得的B、D扫描图像的特征进行了分析和解释.结果表明,该方法可以检测到表面下2 mm～10 mm内的垂直裂缝,结合A扫描信号和B、D扫描图像的特征,能够有效地对裂纹状缺陷进行识别、定位和定量.该技术能为堆焊质量评价提供比较可靠准确的信息.     

轻型商用车少片钢板弹簧疲劳裂纹扩展研究

通过商用车实车道路试验,对少片钢板弹簧型疲劳裂纹扩展进行研究.经减速带冲击工况试验得到板簧应力和疲劳裂纹扩展速率最大处,用此位置和距中心螺栓孔16mm处粘贴的应变片实时采集板簧应力,同时使用位移传感器实时采集中心螺栓孔相对车架位移.基于裂纹尖端附近应力场及应力强度因子的方法对数据进行分析,最终完成7种工况的实车道路试验.结果表明:距中心螺栓孔116mm处的疲劳裂纹扩展速率较大,与此类钢板弹簧容易发生疲劳故障的位置吻合.通过理论分析与试验验证此方法可以应用于板簧裂纹扩展速率预测.     

基于方向调制涡流热成像的防腐漆下裂纹检测

针对传统涡流热成像检测技术中防腐漆层下金属表面裂纹检测信噪比低的问题,提出一种基于方向调制的涡流热成像裂纹检测方法。首先介绍了方向调制涡流热成像的检测原理,介绍了方向调制检测系统;然后根据方向调制方法的数学模型,分析了该方法的可行性,并通过有限元仿真的方法确定调制频率;最后对0.8 mm漆层厚度下不同尺寸裂纹的实验结果进行分析,并且与大功率脉冲涡流热成像方法的检测结果相对比。实验结果表明:方向调制方法对防腐漆下裂纹检测是可行的,并能够有效提高成像信噪比。     

各向异性碳纤维复合材料的方向性涡流检测

根据碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer,简称CFRP)的层合结构和电各向异性,提出一种基于A-Φ(矢量磁位-标量电位)的电磁有限元数值分析方法。采用COMSOL多物理场仿真软件对数值方法实现并建立各向异性复合材料层合板分析模型,利用仿真得到感应出的涡流密度在平面和厚度方向的分布规律,以及复合材料板铺层方向、裂纹缺陷以及激励电流频率对涡流线圈阻抗幅值和相位的影响,并通过实验进行了验证。结果表明,一定范围内裂纹缺陷越大、频率越高,线圈阻抗变化就越大,涡流检测效果更好,且正交铺层复合材料板的检测效果明显优于单向铺层复合材料板。