阵列涡流和低频电磁检测技术对管道裂纹缺陷的有效性分析

阵列涡流和低频电磁作为新的涡流检测技术,常被用于检测工件裂纹缺陷。为了研究其在工业管道检验中对裂纹类缺陷的有效性,采用阵列涡流和低频电磁检测系统对管子上预制的裂纹缺陷进行检测。结果发现：阵列涡流可以直观地显示缺陷的位置、形貌,得到缺陷相对的大小,对表面裂纹类缺陷较为敏感,可以检测出与探头移动方向垂直2mm长的裂纹缺陷;低频电磁能有效发现内壁较大的裂纹缺陷,在本试验条件下,可发现5mm长,3mm深以上的裂纹缺陷,检测结果受管件规格、裂纹缺陷的长度和深度影响。     

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。     

铝薄板模拟分层缺陷的阵列涡流检测仿真

采用阵列涡流检测方法对4mm厚铝薄板进行检测,用不同孔径、不同埋深的平底孔模拟分层缺陷,通过Ansys仿真和试验检测工艺参数、缺陷大小与埋深对阵列涡流信号的影响。结果表明:阵列涡流检测在探头以标称频率工作时灵敏度最高,在缺陷直径8~12mm范围内,相同尺寸的缺陷,埋深越小,感应电压越大,相位滞后角减小;埋深相同的缺陷,缺陷尺寸对相位值影响较小,可以通过感应信号相位来确定分层缺陷埋深。     

管道腐蚀脉冲涡流检测的三维仿真与试验

脉冲涡流检测技术具有非接触、对大面积腐蚀检测灵敏度高等特点,适合通过非开挖外检测方式对埋地管道腐蚀状况作出评价。利用ANSYS MAXWELL有限元分析软件建立脉冲涡流检测仿真模型,分析不同壁厚管道的信号变化规律,结合仿真结果制作了试验装置,并通过该装置对管径为108mm,壁厚分别为6,10mm的管道进行检测。结果表明:不同壁厚的脉冲涡流信号衰减曲线与仿真曲线基本重合。仿真结果为实际非开挖管道腐蚀检测器的设计、远场涡流探头的优化和腐蚀量化评估提供了有效参考。     

金属埋地管道被动式弱磁检测技术研究

在埋地金属管道检测领域中,常规检测手段多采取接触式的,检测前需要先对管道进行开挖或是停运,难以满足工业检测要求。而被动式弱磁检测技术可以实现对埋地管道的非开挖检测。本研究在介绍被动式弱磁检测技术原理的基础上,通过改变测磁传感器与管道垂直方向之间的距离来模拟管道的实际埋深,通过试验数据的分析可以得出磁场强度、管道埋深和腐蚀深度之间存在指数关系。在此基础上,结合磁场梯度变化和概率统计的原理可以得出缺陷判断的依据,即当磁场梯度在(μ-2σ,μ+2σ)区间外变化时可判定为缺陷。与常规检测手段相比,被动式弱磁检测技术无需人为对管道进行磁化。在管道非开挖条件下,可以对埋地金属管道腐蚀状况进行科学评估,并实现二维成像。     

包覆层管道内壁腐蚀脉冲涡流检测

应用脉冲涡流检测方法,对不同厚度包覆层铁磁性管道内壁腐蚀缺陷进行了检测.对两组不同类型的腐蚀缺陷进行了试验,分析了检测灵敏度的变化.试验结果表明,对内壁面积型腐蚀有很好的检测能力,通过对探头结构与参数优化设计,对裂纹型腐蚀也有较好的检测能力,很好地抑制了噪声,提高了检测分辨率.     

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。     

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。     

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。     

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。     

承压类管道内壁损伤缺陷的低频电磁检测

通过仿真优化与试验,研制了一套用于承压类管道内壁损伤检测的系统,系统由低频电磁传感器模块、信号发生模块、功率放大模块以及信号调理模块构成。通过低频电磁传感器磁化管道并采集管道的电磁信号,由信号发生和功率放大模块完成对激励线圈的励磁,信号调理模块完成数据放大和滤波,最终实现管道内部缺陷检测。试验结果表明,该低频电磁检测系统灵敏度高,可以实现对直径为152 mm,厚度为16 mm,埋深为12.8 mm的304不锈钢承压管道内部缺陷的有效检测,且其最佳检测频率为100 Hz～200 Hz。     

脉冲扰动电磁场检测非表面缺陷埋深的识别算法

交流电磁场检测技术是一种新型的电磁无损检测技术,但由于趋肤效应的存在,其对表面裂纹检测具有较高的敏感性,但对于非表面缺陷检测存在着技术瓶颈。借助脉冲激励源在工件中产生的感应电流渗透深度大的特点,进行非表面缺陷的脉冲扰动电磁场检测技术仿真与试验,提出了基于小波熵理论的非表面缺陷埋深识别算法。试验结果表明,所构建的脉冲扰动电磁场缺陷识别算法可有效识别和区分不同埋深缺陷。     

钢管内壁缺陷涡流检测的机理研究

钢管涡流检测多采用磁饱和技术以抑制磁导率波动引起的信号噪声,检测实践中发现此时内壁缺陷被检出,这与趋肤效应原理相矛盾。建立了含内壁刻槽的钢管磁饱和下的仿真和试验模型,剖析了内壁缺陷检出机理。仿真和试验结果表明:钢管缺陷漏磁场在探头内引起低频响应经相敏检波后被滤除,对信号无作用贡献,内壁缺陷在钢管外壁引起的磁导率畸变是影响信号的真正根源。研究结果明确了磁饱和下钢管涡流检测机理,可望指导钢管的工程实践检测。     

飞机多层结构内层腐蚀损伤的远场涡流检测与评估

飞机多层结构的内部腐蚀具有隐蔽性强的特点,因而难以及时发现,严重威胁飞行安全。利用远场涡流检测技术,针对飞机多层结构的内层损伤,研究了硬铝合金多层结构内层模拟腐蚀缺陷的涡流检测。结果表明:对相位进行分析可以判断缺陷的埋藏深度;结合飞机蒙皮的单层厚度,可以确认缺陷所在蒙皮的层数,根据埋深和层数调用相应的公式,可以获得缺陷的准确信息;远场涡流检测的灵敏度高,可以实现对腐蚀缺陷的定位检测和定量检测。     

基于固态磁场传感器的脉冲涡流检测铁磁性构件腐蚀缺陷

脉冲涡流检测技术是一种新兴的电磁无损检测技术,该技术可用于铁磁性材料腐蚀缺陷的检测和评估。目前国内外铁磁性材料腐蚀缺陷的脉冲涡流检测多采用盘式检出线圈拾取感应电压信号,但对采用固态磁场传感器拾取磁场信号的分析尚存不足。通过解析建模仿真和试验发现,与传统感应电压信号相比,磁场信号对铁磁性构件腐蚀缺陷深度的响应更为灵敏,有利于铁磁性构件腐蚀缺陷检出率和评估精度的提升。     

铁磁性平板构件腐蚀缺陷的脉冲涡流检测

为检测铁磁性平板构件背部的小型点腐蚀缺陷,使用脉冲涡流检测的方法实现缺陷的检测与识别。基于脉冲涡流检测技术,设计脉冲涡流传感器,在激励频率为32、16、8、4 Hz的低频下对厚度为3、6、9 mm的平板上的腐蚀缺陷点进行了试验。检测结果表明,使用脉冲涡流检测技术可检测到深度1 mm、直径2 mm的圆形点腐蚀缺陷,能有效检测出铁磁性平板表面及背部的小型点蚀缺陷。     

基于磁致伸缩效应低频导波在高温工业管道腐蚀检测的应用

低频导波检测技术在针对工业管道腐蚀检测方面有着良好的应用前景;研究中分析了3种不同类型低频导波检测技术的各自特点,介绍了导波检测的基本原理,采用美国西南研究院MsSR3030R磁致伸缩导波检测系统,对不同环境条件下的高温工业管道进行了低频超声导波检测,结果表明:与传统压电式低频超声导波检测方法不同,磁致伸缩效应导波检测技术可以有效检测出高温工业管道腐蚀缺陷,并通过观察特征信号表可实现对缺陷的准确定位;同时,磁致伸缩效应超声导波检测也存在一定范围的盲区。     

飞机铆接结构的远场涡流传感器设计及试验研究

飞机的结构件在铆接时存在铆接误差与应力集中,且在疲劳载荷的作用下容易产生疲劳裂纹,影响飞机的飞行安全性。针对铆接结构的隐藏缺陷,现有技术难以检测,而远场涡流检测技术不受集肤效应的限制,对铆接结构缺陷的检测具有潜在优势。本研究对铆接结构的隐藏缺陷开展远场涡流检测试验研究,从远场涡流检测理论出发,研究激励/检测线圈距离、匝数与检测频率、灵敏度的关系,在此基础上优化远场涡流传感器的激励参数。结果表明:当激励线圈的匝数为1 000,可感生出较强的涡流场;由于检测线圈采用的是差分形式,当检测线圈距离为7 mm时,检测信号幅值最大,且根据幅值特性或相位特性任一个信号,可准确对缺陷进行定位。