涡流无损评价的理论与实验方法

本文通过两个重要实例：１任意形状的线圈产生的涡流场分布的计算和磁场测定；２金属管壁中缺陷的再现，介绍了涡流无损评价技术中的正向问题和逆向问题以及一些有关的理论和实验方法。     

涡流无损评价的理论与实验方法

本文通过两个重要实例,阐明涡流无损评价技术的正向问题和逆向问题以及一些有关的理论和实验方法。     

智能型涡流无损检测仪的研制

针对传统涡流无损检测仪硬件复杂、对操作人员要求较高的缺点，研究了智能型涡流无损检测仪，设计了相应的软件和硬件。研制的仪器软件功能完善，采用流行的虚拟仪器形式，利用NI公司的CVI平台开发了基于Windows9x的工控机控制、数据处理、通讯和显示等部分的软件。与传统的涡流无损检测仪相比，具有硬件简单、调试方便的特点，极大地降低了硬件成本。     

管材涡流探伤最佳频率数值模拟与试验验证

目前广泛采用的确定涡流探伤频率的方法主要是特征频率法和试验法,两种方法得出的频率通常不是最佳频率。采用ANSYS数值计算方法对人工标准缺陷的信号进行数值模拟,从而找出对内外壁缺陷信号的幅度都比较大,并且内外壁缺陷信号的相位差接近极大的激励频率。经过试验验证,计算结果与试验结果完全符合。结论认为,用ANSYS信号模拟方法可以找出最佳的激励频率,既能兼顾内外壁缺陷的检测灵敏度,又能从相位上区分内外壁缺陷的激励频率。     

连铸结晶器内钢液涡流现象的水模型观察和数值模拟

利用水模型观察连铸结晶器内导致钢坯质量下降的涡流现象。提出蛇型结构结晶器水模型，撒入黑芝麻以显示结晶器内自由液面流谱。用可调曝光时间的照相机记录涡流图案。实验中观察到较为稳定的单个涡和偶尔出现的两个对称涡现象。在数值模拟中。将浸入式水口移离中心位置，从而可产生偏流和涡流。实验与模拟的结果表明：结晶器内三维偏流导致涡流的出现，涡流位于水口较低流速一侧，涡流强度取决于拉速和水口偏离中心的程度。     

第九专题 远场涡流无损检测技术

远场涡流技术是基于远场涡流效应的一种管道检测技术,它除了具有一般涡流检测的优点以外,对非铁磁性和铁磁性导电管的内外壁缺损具有相同的灵敏度而不受集肤效应的限制,一个探头能同时检测凹坑、裂纹和壁厚变薄等缺损,因此被认为是一种最有发展前途的管道检测技术。远场涡流技术早在40年代就被提出,50～60年代起有局限性应用。但当时由于机理不清楚,所以发展缓慢,直到80年代中期才又在若干发达国家引起重视,美、加、日等国相继投入了大量人力、物力进行研究和开发。1984年远场涡流技术先驱Schmidt TR依据实验,提出远场涡流现象中能量耦合     

铁磁材料电磁超声无损检测数值模拟

电磁超声无损检测由于具有无需耦合剂、检测速度快、效率高等优点而被应用于众多工程领域。文章研究了碳素钢电磁超声无损检测数值模拟中的重点问题——磁性材料内部磁场分布的数值模拟方法。以麦克斯韦方程组为理论基础,基于等效磁极化法开发了铁磁材料内部的磁化强度计算方法和程序。数值模拟中采用有限元-边界元混合方法,并采用等效电流模型计算永磁体磁场分布,以实现铁磁性材料内部三维静态磁场数值模拟。通过对数值模拟结果的分析及与ANSYS计算结果进行比对,验证了方法的有效性。     

用均匀涡流探头对焊接区域进行无损探伤的研究

介绍一种新型涡流探头，此探头可在试件上感应出均匀的涡流，这种探头在原理上具有自比差动、无提离噪声和自归零等特性。实验结果表明该探头用于焊接区域的涡流探伤的发展前景看好。     

涡流脉冲热像技术中传热学分析与数值模拟

涡流脉冲热像技术中,对含裂纹被测试件施加短时高频电流激励,裂纹面因涡流积聚会产生瞬时热量,进而由热传导引起试件表面温度分布的变化。为了分析裂纹传热特性,建立了涡流分布模型和简化传热模型,探索了试件表面温度分布的特点。制作了一系列含不同长度的贯穿疲劳裂纹金属试件,深入研究了裂纹区域热响应和裂纹长度之间的关系。数值模拟和实验结果表明:在特定的检测条件下,裂纹区域热响应与裂纹长度接近线性关系,满足正相关性,从而证明了简化传热模型的正确性。研究成果丰富了涡流脉冲热像技术的传热理论,为该技术的工程实践奠定了理论基础。     

钢材硬度涡流无损检测技术的研究

讨论当前钢材硬度涡流无损检测面临的两个难点，提出了一个新的检测方法，即使用Ｆｏｕｒｉｅｒ系数的均方差构成决策图，并用多频涡流的方法，对钢材硬度进行分类检测。     

基于ANSYS仿真分析的管材涡流检测频率优化研究

针对传统的涡流检测激励频率确定方法存在与实际情况不符和难以得到最佳检测频率的问题,基于大型通用有限元软件ANSYS建立了外径19 mm、壁厚2 mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢管材涡流检测内插式探头和穿过式探头的仿真模型,根据差动探头的特性,通过计算距人工缺陷不同距离时检测线圈电流的实部I_REAL、虚部I_IMAG和线圈的阻抗差ΔZ,进而得到缺陷仿真信号,通过比较不同频率下缺陷信号的幅值和相位,确定穿过式探头的最佳检测频率为50 kHz.     

阵列涡流成像技术数值仿真及应用

阵列涡流检测技术可以根据工件外形来设计探头,检测方式灵活多变,并能将检测结果成像显示,成为了涡流检测的发展趋势。数值仿真方法可以对实际检测情形进行模拟,辅助检测工艺的制定,提高检测的准确性。     

涡流过滤器数值仿真及试验研究

针对涡流过滤器内复杂的流场,选用MIXTURE模型和RSM湍流模型,对涡流过滤器内的油液和颗粒两相流动进行了数值模拟研究,得到了油液的切向速度,轴向速度和压力的分布规律,并基于油液分析的方法对涡流过滤器的分离性能进行了试验研究。试验结果表明:分离效率与流量呈非线性正相关关系,流量较大时,分离效率增长速度会变慢;压力降随着流量的增大而增加;温度的增长会导致分离效率的增加,但温度对压力降的影响不大。     

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。     

铝合金焊缝裂纹的阵列涡流检测仿真研究

为了分析阵列涡流传感器扫查不同位置表面横向裂纹时的线圈输出信号特征,以及焊缝受热区金属材质变化对线圈输出信号的影响,建立铝合金焊缝裂纹的阵列涡流检测的三维有限元模型。结果表明:当裂纹长度分别为1.6、3.0、4.5 mm时,裂纹长度与线圈感应电动势的波峰幅值呈单调递增关系,探头扫查侧面裂纹时的线圈感应信号总是大于正上方裂纹;焊接所引起的5A06铝合金材料电导率减小会使线圈的感应电动势幅值增大,且当裂纹长度分别为1.6、3.0、4.5 mm时,裂纹长度越大,电导率减小在裂纹检测时对线圈输出信号的影响越小。     

脉冲激励远场涡流管道检测技术的有限元仿真

研究了脉冲激励下的远场涡流管道检测技术,采用有限元仿真的方法对检测系统参数对检测结果的影响做了详细的分析。表明该技术将远场涡流和脉冲激励的优势有效结合,能提取较多检测信息,可同时测量管道内径和内、外壁缺陷信息,且具有信号幅值高,功耗低的优点。     

脉冲涡流检测中传感器空间位置变化对检测结果影响规律的仿真分析

在脉冲涡流检测中,为了研究传感器空间位置变化对检测结果的影响规律,通过AN—SYS有限元仿真的方法,分析了传感器水平和垂直位置变化对感应电压信号及缺陷附近电磁场分布的影响。仿真结果表明,传感器位于水平及垂直方向的不同检测位置时,前者可通过感应电压得到峰值时的检测位置,实现对缺陷的边缘检测,后者的感应电压信号具有提离交叉点。仿真结果为试验研究传感器空间位置变化对检测结果的影响提供了理论指导。     

脉冲涡流矩形传感器的方向特性仿真分析

脉冲涡流检测技术是一种新兴的电磁无损检测技术。目前广泛使用的圆柱型涡流探头在各向异性金属材料检测方面存在一定限制,而矩形探头对各向异性金属材料的电导率检测优势明显。采用COMSOL有限元仿真软件,建立了矩形探头有限元仿真模型,对矩形探头的方向特性,即竖直放置和水平放置检测效果进行了仿真分析。通过对比不同方向的检测灵敏度,得出矩形传感器的放置方式体现了它的方向特性的结论,为使用脉冲涡流矩形探头实际检测缺陷或应力提供了参考价值。     

基于LabVIEW的脉冲涡流检测系统

脉冲涡流检测技术采用频谱丰富的脉冲作为激励信号,响应信号中包含多个频率的分量,从而增强了脉冲涡流检测的抗干扰能力,增加了检测的深度。采用虚拟仪器技术,研制了一套基于LabVIEW的脉冲涡流检测系统。系统由脉冲涡流检测硬件电路、上位计算机、数据采集卡以及相关软件组成。重点介绍了硬件电路中的激励源、前置滤波和传感器模块的设计。通过对标准试样进行检测试验,表明该系统具备良好的检测性能。