基于频率扫描技术的裂纹深度检测方法研究

　　1　引　　言

　　在各种无损检测方法中,利用涡流进行深度测量是效率最低的一种方法,这是因为对感应电磁场和缺陷的相互作用缺乏足够的认识,而且没有精确的数学模型[1],因此利用该方法对缺陷进行定量分析就受到了很大的限制。

　　交变磁场测量技术是在传统涡流无损检测技术的基础上发展起来的。由于无须与被测工件接触,对工件的表面要求不高,不需要标定,因此利用该方法可以很容易得出缺陷的长度信息和定位信息。但是,利用该方法对深度进行测量需要利用很复杂的数学模型进行求解,这样不利于进行快速检测[122]。本文提出一种基于频率扫描技术的缺陷深度测量方法,把　　垂直工件表面的磁场强度在该点处的总磁场强度中的比率作为特征值,利用特征值曲线的“拐点”频率实现了裂纹深度的定量检测。

　　2　常见的裂纹深度检测方法

　　2.1　超声波检测法

　　虽然超声方法是无损检测领域中最成熟、最可靠的检测方法,但利用超声波对裂纹深度的测量远比利用该法测量其长度要困难得多,所测裂纹的深度也只是裂纹的当量深度,在测量深度较小的裂纹时准确度更差。

　　2.2　涡流检测法

　　在采用涡流检测法时,通常将选定某一频率并带有一定功率的交变信号输送到检测探头的激励线圈,使之在被检材料中感应出涡流。此涡流产生一个与原来磁场相反的交变磁场,使检测探头的测量线圈的阻抗和感应电压发生变化,实现对裂纹深度的测量。

　　2.3　电位降检测法

　　该方法用于对电为良导体的表面出现裂纹时,从表面开始与缺陷垂直的方向将直流电或交流电接通,根据缺陷始端与末端的电压变化求得缺陷的深度。在保证激励和检测电极的位置关系合理,并且电压电极与试件之间的接触良好的基础上,测得的电压降与裂纹的深度呈线性关系。

　　2.4　交变磁场测量法

　　交变磁场测量法可以对焊缝表面裂纹的长度与深度进行非接触式的测量。采用特殊设计的激励线圈可以在工件中感应出交流电流,该电流受集肤效应的影响均匀分布在工件的表面上,同时也在表面以上的空间中产生均匀的交流电磁场。如果工件表面有缺陷,　则电流的均匀分布受到破坏,其空间电磁场也产生变形。利用该方法可以根据磁场的特性对缺陷的长度做　　出较准确的判断,但是磁场的特性与缺陷的深度并没有直接的关系,要得到裂纹的深度需要经过较复杂的计算[3]。

　　3　激励信号频率对裂纹深度检测的影响分析

　　该方法的基础是交变磁场测量法。激励信号在待测工件中产生的涡流的渗透深度,与激励频率有关。在其他条件不变的情况下,改变信号频率实现对工件深度方向的扫描,根据信号在扫描过程的表现,　就可以对裂纹深度进行定量分析。理论上,一般是利用一定频率范围内的信号作为激励,结合麦克斯韦方程组进行求解的。裂纹深度与涡流渗透深度的关系模型如图1所示,图1中所画的是裂纹的横截面,d代表裂纹深度,δ代表涡流的渗透深度。