基于频率扫描技术的缺陷深度测量方法研究

　　1　引言

　　在所有的无损检测方法中,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。

　　交变磁场测量技术无需与被测工件接触、对工件的表面要求不高、不需要标定,利用该方法可以很容易给出缺陷的长度信息和定位信息,但是对于深度的测量需要经过很复杂的数学模型进行求解,这样不利于进行快速检测[2]。提出了利用频率扫描技术,把垂直工件表面的磁场强度在该点处的总的磁场强度中的比率作为特征量,利用特征值曲线的“拐点”频率进行深度的定量检测的方法。

　　2　常见的裂纹深度测量方法

　　2.1　超声波检测

　　超声方法是无损检测领域中最成熟、最可靠的裂纹深度检测方法。常见的有最大回波高度比较法、最大波高衰减修正法、散射法、时延法、顶端峰值回波法、参考试块。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　电涡流法测量

　　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,实现对裂纹深度测量。利用涡流方法对缺陷进行定量分析可以依靠标准试件对裂纹进行标定,也可以通过裂纹的深度和裂纹的长度之间保持的一种固定的比例关系进行推导。

　　2.3　电位降检测

　　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来求得缺陷的深度。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

　　交流电位降测量法的缺点是需要有电的接触点,但受它的启示,20世纪80年代初开发出无触点的交流电磁场测量技术(ACFM),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结论,但是对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。和交流电压降法一样,交变磁场测量适合用来检测磁性材料的表面裂纹,该方法经常用于水下检测。