基于涡流阵列传感器的高强度螺栓扫描检测成像系统设计

　　高强度螺栓是汽车、机床和钢结构等机械构件中的重要紧固件。在制造过程中,高强度螺栓经过淬火、回火等热处理工艺,使其会产生淬火裂纹,尤其是在螺栓头杆结合部位,因其特殊的结构和复杂的交变应力,出现淬火裂纹的概率极大。在工业应用中,特别是汽车、机床等动态使用的高强度螺栓,不允许出现任何淬火裂纹和锻造裂纹。因此,高强度螺栓头杆结合部位的裂纹检测非常重要。传统的螺栓检测方法是荧光磁粉检测法,该方法的局限在于速度慢、劳动强度大、对头杆结合部裂纹不敏感以及人工观察增加了人为误差因素等。采用涡流检测方法能有效解决上述问题,但因高强度螺栓几何尺寸公差很大,选择常用的涡流动态检测方式,会造成涡流探头磨损很快,机械展开机构也比较复杂,不易实际应用。

　　研制的涡流阵列传感器扫描检测成像系统通过电子控制涡流阵列探头的激励和接收信号,可有效地将单探头动态扫查检测转变成涡流阵列探头静态扫查检测,并将裂纹缺陷以图像形式显示,显示直观、缩减了检测时间并降低了机械展开机构的复杂性。

　　1　阵列式涡流探头检测原理[1]

　　阵列式涡流探头是将许多小探头线圈按照特定的结构密布在敞开(或封闭)的平面或曲面上构成阵列。工作时采用电子学方法,按照设定的逻辑程序,对阵列单元分时切换,将各单元获取的涡流响应信号接入仪器的信号处理系统中,完成一个阵列的巡回检测。阵列式探头的一次检测过程相当于传统单个涡流探头对部件的往返步进扫描的过程(图1)。

　　涡流信号的响应时间极短,只需激励信号的几个周期,高频时主要由信号处理系统的响应时间决定,因此,线阵涡流传感器的单元切换速度可以很快,使得探头整体允许的(手动或机械式驱动)扫描速度也可以很快。这是传统的探头机械扫查(无论是旋转扫查或二维平面扫查)系统所无法比拟的。与传统的涡流检测系统相比,线阵涡流传感器系统主要增加了逻辑切换部件,这部分电路模块可内置于探头中,也可装在仪器里。模拟切换可以是简单的线圈单元切换,也包含对某些类型线圈进行组合,以克服检测盲区。其主要特点有:

　　(1)能够对被检工件展开的或封闭的被检面进行大面积的高速扫描检测。

　　(2)对被测面(含近表面)有与传统点探头同样的分辨率,并且不存在对某一走向缺陷和长裂纹的盲区问题。

　　(3)能用于扫描检测任何固定形状的检测面,如各种异型管、棒、条、板材以及飞机机体、轮毂、发动机涡轮盘榫齿、外环和涡轮叶片等构件的表面(含近表面)。

　　(4)能变换线圈的结构类型,以形成特殊的阵列能力。可以采用多频和混频的方法[2],调节渗透深度,抑制干扰,提高信噪比。