電渦流無損檢測技術(shù)分析論文
【摘要】無損檢測是工業(yè)發(fā)展必不可少的有效工具，也是機械工程的重要組成部分。電渦流無損檢測技術(shù)作為一種傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)，具有線性度高、分辨率高、響應速度快、結(jié)構(gòu)簡單且能靜態(tài)及動態(tài)的進行測量等特點。本文簡述電渦流無損檢測技術(shù)的的研究現(xiàn)狀，指出電渦流無損檢測的發(fā)展趨勢，為今后研究電渦流無損檢測提供可以借鑒的研究方向。
【關(guān)鍵詞】無損檢測；電渦流；柔性線圈
1前言
電渦流檢測技術(shù)是一種基于電渦流效應的無損、非接觸式檢測技術(shù)，具有線性度高、分辨率高、響應速度快、結(jié)構(gòu)簡單且能靜態(tài)及動態(tài)的進行測量等特點。同時由于電渦流效應的限制，電渦流檢測只能用于探測金屬材料的無損檢測，如管、棒、線、板材及零部件缺陷檢測；金屬焊縫質(zhì)量的檢測；飛行器的疲勞老化維護以及管道系統(tǒng)的腐蝕檢查等。與其他無損檢測方法相比，電渦流檢測技術(shù)的主要優(yōu)點有：（1）對導電材料的近表面及表面缺陷有較高的靈敏度；（2）對影響渦流特性的各種物理和工藝因素均能實施檢測，適用范圍廣，測量范圍大，靈敏度高；（3）在一定條件下，可提供裂紋深度的信息；（4）結(jié)構(gòu)簡單、對成型的'被測件容易實現(xiàn)自動化檢測、安裝方便不需要耦合劑；（5）可用于高溫、薄壁管、細線、零件內(nèi)孔表面等其它檢測方法難以進行檢測的特殊場合。同時，由于渦流效應的限制，電渦流檢測技術(shù)只能檢測導電材料表面及近表面缺陷，其檢測結(jié)果會受到檢測對象形狀、材料特性以及檢測對象在加工過程中形成的殘磁效應的影響，同時，電渦流檢測的最高溫度一般不超過180攝氏度。
2電渦流檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀
電渦流檢測技術(shù)最早可追溯到19世紀末，D.E.Hughes首次利用渦流效應的感生電流實現(xiàn)了對不同金屬和合金的判斷。而電渦流檢測技術(shù)的快速發(fā)展是基于20世紀50年代，德國Forster發(fā)表的一系列關(guān)于消除渦流檢測中干擾因素的論文，其提出的阻抗分析法理論，為現(xiàn)代渦流檢測理論和設(shè)備研究打下了堅實的基礎(chǔ)[1]。而現(xiàn)階段電渦流檢測技術(shù)的主要向非常規(guī)電渦流檢測技術(shù)及柔性電渦流檢測技術(shù)這兩個方向發(fā)展。
2.1非常規(guī)電渦流檢測技術(shù)
為解決常規(guī)電渦流檢測結(jié)果存在對深層損傷檢測靈敏度不高、提取的信息量較少、檢測效率較低等局限性，逐漸發(fā)展出使用非單頻正弦電流作為激勵信號的非常規(guī)電渦流檢測技術(shù)，根據(jù)激勵信號種類的不同，主要包括多頻電渦流檢測技術(shù)、脈沖電渦流檢測技術(shù)、遠場電渦流檢測技術(shù)。多頻渦流（Multi-frequencyEddyCurrent）檢測技術(shù)是采用含有多種頻率成分的信號作為激勵信號的檢測技術(shù)。其激勵信號的頻率根據(jù)所需的檢測的參數(shù)進行選擇，當需檢測的參數(shù)為n時，就需要激勵信號包括n個頻率成分，將響應信號按各自頻譜分別進行解調(diào)，最后將各個解調(diào)信號以指定的方式進行混頻，最后綜合分析處理數(shù)據(jù)。由于多頻電渦流檢測技術(shù)能夠抑制多個干擾因素，所以其檢測的靈敏性、可靠性和準確性均得到提高。可以看到，多頻檢測技術(shù)的關(guān)鍵問題為多頻信號選擇以及響應信號的分析和處理[2]。脈沖渦流（PulsedEddycurrent，PEC）檢測與多頻渦流檢測的工作原理基本相同，作為激勵信號的方波可以看做是衰減型的多頻信號，多頻渦流檢測可以看做具有高頻諧波加權(quán)補償?shù)拿}沖渦流。相比較而言，脈沖渦流的檢測速度更快、檢測效率更高、且包含的信息更多，設(shè)備成本也更低。由于脈沖信號產(chǎn)生的渦流衰減更慢，可以用來分辨多層金屬結(jié)構(gòu)分辨及更深層的缺陷檢測。當前，脈沖渦流檢測技術(shù)多用在檢測多層金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕與裂紋缺陷以及評估金屬底層上導電涂層的厚度、電導率及磁導率等物理特性等方面[3]。遠場渦流（RemoteFieldEddyCurrent）檢測技術(shù)是一種能穿透金屬管壁的低頻渦流檢測技術(shù)。其探頭由一個激勵線圈和一個設(shè)置在與激勵線圈相距2~3倍管內(nèi)徑處的較小的檢測線圈構(gòu)成，由于檢測線圈能有效地接收穿過管壁后返回管內(nèi)的磁場，所以可以有效的檢測金屬管道的內(nèi)壁缺陷與管壁厚薄。但在最近的研究中發(fā)現(xiàn)，導電板材中同樣存在著遠場渦流現(xiàn)象[4]。
2.2柔性電渦流檢測技術(shù)
由于生產(chǎn)、控制系統(tǒng)的復雜性越來越高，需要檢測的缺陷尺寸很小或檢測部位難以接近以及檢測對象具有復雜的表面形貌時，傳統(tǒng)的柱狀線圈探頭已經(jīng)無法滿足檢測需求。為滿足這些特殊結(jié)構(gòu)的測試需求，需要傳感器具有不受被測物體形狀限制，能貼附于各種規(guī)則或不規(guī)則曲面，且依舊能實現(xiàn)正常的傳感功能等特點。伴隨著印刷電路板（PCB）、半導體制作（IC）及微電子加工（MEMT）技術(shù)水平的提高，柔性電渦流傳感器應運而生。柔性電渦流檢測技術(shù)主要指是使用制作在柔性/可延性塑料或薄金屬基底板上的柔性探頭的電渦流檢測技術(shù)，其最大特點是能夠被折疊或卷曲，對被測對象表面形貌的彎曲具有一定的適應性，且其結(jié)構(gòu)簡單、封裝方便，可以根據(jù)測試要求任意布置，具有比普通傳感器更加廣闊的應用前景。柔性電渦流檢測技術(shù)使用的探頭主要有兩種結(jié)構(gòu)形式：平面線圈和MWM陣列（MeanderingWindingMagnetometerArray,MWM-Array）。其中，如圖1所示，平面線圈可以是矩形、圓形或多邊形螺旋線圈，其結(jié)構(gòu)可以是單層線圈或雙層線圈。柔性電渦流檢測技術(shù)主要受制于撓性印刷電路板（FlexiblePrintedCir-cuitBoard，F(xiàn)PCB）技術(shù)的制作工藝和技術(shù)水平。MWM陣列是1999年由JENTEKSensors公司研發(fā)出的一種新型探頭結(jié)構(gòu)。如圖2所示，MWM陣列探頭的基本結(jié)構(gòu)是由一個蜿蜒的激勵線圈繞組和多個穿插于激勵繞組之間的檢測繞組組成，MWM陣列探頭產(chǎn)生的電場在導電材料中的滲透深度除激勵頻率外，在激勵頻率較低（<1MHz）時還和i有關(guān)[5]。現(xiàn)階段，柔性電渦流檢測技術(shù)在日本、美國、法國等均有實際運用，國外的Olympu、eddyfi、zetec及JENTEKSensors等公司也推出了一系列的基于柔性電渦流檢測技術(shù)的商業(yè)化商品。國內(nèi)的清華大學和空軍大學[6]也對柔性電渦流檢測技術(shù)也開展了一系列的研究，取得了一定的研究成果。
3電渦流檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢
隨著電磁渦流檢測技術(shù)的研究、開發(fā)及其應用領(lǐng)域的不斷擴展，電渦流檢測已從單一的渦流方法發(fā)展到包括渦流、漏磁、微波、磁記憶、電流擾動等以電磁基本原理為基礎(chǔ)的無損檢測技術(shù)，如磁光/渦流成像檢測（Magneto-opticEddyCurrentImaging，MOI）技術(shù)和將巨磁阻元件和電渦流線圈進行一體化的檢測方法。其中MOI做為一新興渦流無損檢測方法，可以實現(xiàn)快速、精確的大面積實時檢測，并可將本來非可視的亞表面細小缺陷可視化，檢測結(jié)果直觀準確。目前，MOI技術(shù)目前主要用于航空部門對飛機的維修檢查中[7]。而將巨磁阻元件和電渦流線圈相結(jié)合的檢測方法特別適用于強磁性材料的檢測[8]。
4結(jié)論
本文總結(jié)了電渦流無損檢測技術(shù)的特點及應用，并概述了電渦流無損檢測的發(fā)展現(xiàn)狀及各種電渦流檢測技術(shù)的特點，闡述了電渦流無損檢測今后將會發(fā)展成以電磁原理為基礎(chǔ)的囊括多種檢測技術(shù)的檢測方法。作為一種傳統(tǒng)的無損檢測方法，電渦流檢測亦將在機械設(shè)備的無損檢測上繼續(xù)發(fā)揮其作用。
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