用变频扫描励磁方法定量检测裂纹

　　0　引　言

　　涡流检测是近年来发展较快的一种无损检测技术,检测表面缺陷的灵敏度较高,较适宜于检测普通薄壁管及棒材外表面的缺陷,其不足之处是由于有高频激励信号存在,给信号处理带来一定困难,容易引起信号相互干扰,并且探头零电势也较难调低[1].但是,计算机技术和信息处理技术的发展,上述不足是完全可以克服的.由于涡流检测是以电磁感应原理为基础,当导电工件位于高频磁场中时,导体中产生涡流,涡流的大小、相位、路径与工件材料特性有关,根据上述特性,在改变磁场交变频率时,导体中产生的涡流将随之发生变化,利用这一特性,有可能实现对疵病的定量检测和对材料的定性检测.

　　1　裂纹定量检测原理

　　涡流检测是以电磁感应原理为基础的.当载有交变电流的检测线圈置于金属材料上,金属材料在载流线圈感应的交变磁场的作用下会产生涡流,涡流的大小及分布受材料性能及有无缺陷的影响.因而,通过检测线圈感拾出金属材料内涡流的变化就能判断出材料中有无缺陷.在采用涡流检测法时,通常都是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.此涡流也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.使用贴合式点探头时,传感器(即探头)接受到的裂纹信号增量为一个阻抗复数ΔZ.其表达式可以写成

　　式中　ΔXL裂纹对探头引起的感抗增量;

　　ΔR2裂纹对探头引起的电阻增量;

　　ΔZ复数阻抗改变量的模数.

　　由于ΔXL为频率的函数,即ΔXI(jω)=jωL,即使同一疵病,当频率发生变化时,ΔXL也发生变化,引起ΔZ(jω)变化.因此,检测ΔZ(jω),可以对疵病进行定量检测.

　　2　电磁传感器的检测原理

　　为了对裂纹进行标定,作者制作了实验试件.该试件材料为T8,用切线机切割为不同深度的人工裂纹缺陷.采用一个特制的涡流传感器,它由一个呈∏形的磁芯和两个线圈组成,其中绕在磁芯上的线圈称为激励线圈,另一线圈称为感应线圈,两线圈轴线共面并相互垂直,感应线圈靠近磁芯的开口中点处,磁芯的开口中点处称为感应端.当涡流传感器沿着试件表面移动,变频扫描信号在金属表面产生变频磁场和变频涡流.由于不同频率的磁场具有不同的趋肤深度.当有裂纹时,感应线圈上就会相应出现裂纹信号,变频磁场产生的涡流对裂纹的深度进行了扫描.

　　检测时,传感器感应端贴近被测构件的表面,激励线圈上加以几个伏特,几十千赫兹的交变电压.当被测件无裂纹时,激励线圈在激励的作用下,在磁芯中产生一交变磁势,该磁势通过由磁芯和被测件构成的闭合磁路产生主磁通Φ0,Φ0包括穿过构件的磁通Φ1和少量的漏磁通,如图1所示.当有Φ1穿过构件时,在构件内部,Φ1的周围就产生了许多小的环形电流即涡流.由楞次定律可知,涡流产生的磁场方向总是要逆着Φ1的方向,如图1中Φ2的方向.此时,Φ2的方向与感应线圈平行,感应线圈中无磁力线通过,故传感器的输出为零.