螺栓裂纹的涡流自动探伤技术和系统

　　涡流无损检测因干扰因素多,需要特殊的信号处理。在螺栓的检验中,由于其规格种类繁多,表面较复杂,用常用的穿过式线圈或光杆处的探头定位扫描无法检测出螺栓各部位的缺陷,特别是头杆结合部及光杆和螺杆结合部的横向裂纹。目前,国内引进的美国某公司的螺栓分选仪与美国另一公司的涡流电磁探伤系统都存在上述检测盲区,从而使涡流探测技术在螺栓探伤中的应用受到很大限制。在某些工业应用中,特别是飞机和汽车等动态使用的螺栓绝不允许出现淬火裂纹和锻造裂纹(缺陷比率应为零)。针对该问题设计出一套全新的专用全自动螺栓涡流检测系统。

　　1　涡流探伤原理

　　通有频率为f交变电流的检测线圈置于导电试件上时,试件会感应出涡电流,涡电流又产生一个阻碍原磁场变化的磁场,使线圈产生一个反射阻抗Z₁₁′,线圈测得的视在阻抗Z=Z ₁₁+Z ₁₁′(Z₁₁为线圈原有的自阻抗) ^[1] 。检测线圈的特性是用阻抗的两个分量电抗X和电阻R来表示

         X =2πfL

　　式中　L———线圈的电感

　　在阻抗平面中,以纵坐标代表电抗X,横坐标代表电阻R。检测线圈阻抗Z由阻抗平面上的两个垂直分量X和R所决定的点ρ表示(图1)。在没有试件的情况下,空载的检测线圈阻抗特性坐标由X ₀和R ₀,即在阻抗平面中用空载点ρ ₀表示。将试样置于检测线圈的磁场中,则因涡流场产生的反向磁场叠加作用,改变了检测线圈的阻抗,根据线圈阻抗特性的变化,便能确定试样对磁场的影响情况,检测线圈视在阻抗因该影响而位移至ρ ₁,其坐标为X ₁和R ₁。

　　然而,在涡流检测中还存在相位滞后效应,亦即离表面不同深度的涡流滞后于表面涡流的相位,且滞后值随深度线性增加。采用阻抗平面显示技术^[2] 的涡流检测仪器就能在显示屏上同时描绘出检测信号的幅度与相位变化以供正确判断。

　　螺栓表面形状较复杂,其高低变化会形成提离效应,干扰信号有时会比缺陷引起的阻抗变化大得多。任何螺栓都是中心轴对称的,若让其以中心为轴进行旋转,其表面高低变化的提离效应干扰将是周期性的杂波,且其相位与缺陷相位不同,采用阻抗平面显示技术就能去除。此外,采用探头的倾斜移动,可改变探头与裂纹的夹角,实现整个螺杆的纵横向裂纹检测。对头杆结合部的缺陷,使用头部呈锥角的自比差分点探头^[3] ,极大地缩小检测点,并以倾斜的方式(图2)检测倒角处的盲区部位,其交角呈35°最理想(经验数据)。

　　2　机械结构设计