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孔周裂纹的柔性阵列旋转涡流检测

杨懿帆, 陈洪恩, 乔亮, 王鑫, 陈振茂

杨懿帆, 陈洪恩, 乔亮, 王鑫, 陈振茂. 孔周裂纹的柔性阵列旋转涡流检测[J]. 无损检测, 2024, 46(9): 28-35. DOI: 10.11973/wsjc240036
引用本文: 杨懿帆, 陈洪恩, 乔亮, 王鑫, 陈振茂. 孔周裂纹的柔性阵列旋转涡流检测[J]. 无损检测, 2024, 46(9): 28-35. DOI: 10.11973/wsjc240036
YANG Yifan, CHEN Hongen, QIAO Liang, WANG Xin, CHEN Zhenmao. Flexible array rotating eddy current detection for cracks at edge of holes[J]. Nondestructive Testing, 2024, 46(9): 28-35. DOI: 10.11973/wsjc240036
Citation: YANG Yifan, CHEN Hongen, QIAO Liang, WANG Xin, CHEN Zhenmao. Flexible array rotating eddy current detection for cracks at edge of holes[J]. Nondestructive Testing, 2024, 46(9): 28-35. DOI: 10.11973/wsjc240036

孔周裂纹的柔性阵列旋转涡流检测

基金项目: 

国家科技重大专项 2019-VII-0019-0161

详细信息
    作者简介:

    杨懿帆(1998—),男,硕士研究生,研究方向为电磁无损检测技术应用,yyifan@stu.xjtu.edu.cn

    通讯作者:

    陈振茂(1964—),男,教授、博士研究生导师,主要研究方向为电磁无损检测理论、技术及其在核电/特种设备/航天航空等关键结构中的应用,chenzm@mail.xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TM154;TG115.28

Flexible array rotating eddy current detection for cracks at edge of holes

  • 摘要:

    针对具有复杂型面的涡轮叶片微小气膜孔周裂纹检测问题,设计制作了新型旋转涡流柔性阵列检测探头,搭建了调幅旋转涡流阵列检测系统,并提出了基于阵列调幅旋转涡流检测信号相位信息的缺陷识别方法。所设计的新型旋转涡流柔性阵列检测探头激励部分采用双层并联电路线圈构型,并使用柔性电路板设计制作,该构型可形成均匀涡流场并减小线圈面积,便于实现检测探头的柔性化和小型化。基于阵列调幅旋转涡流检测信号建立阵列气膜孔的李萨如和极坐标分析图,利用李萨如分析图中的相位信息和极坐标分析图中的幅值信息判断孔周内壁裂纹的信息。通过数值计算和试验,验证了所提出的新型旋转涡流柔性阵列检测探头和孔周背面裂纹识别方法的有效性。

    Abstract:

    In order to solve the detection problem of crack at the edge of tiny cooling holes in turbine blades with complex profiles, a novel flexible array rotating eddy current probe was designed and fabricated in this paper. A modulated rotating eddy current array detection system was built, and a defect identification method based on the phase information of the array modulated rotating eddy current detection signal was proposed. The excitation part of the novel flexible array rotating eddy current probe adopted double-layer parallel circuit coil configuration and was designed and fabricated using flexible circuit board printing technology. This configuration can create a uniform eddy current field and reduce the coil area, facilitating the flexibility and miniaturization of the detection probe. Based on the array modulation rotating eddy current detection signal, a Lissajous and polar coordinate analysis diagram of the array cooling holes was established to judge the information of inner wall cracks at the edge of cooling hole based on the phase information in the Lissajous analysis diagram and the amplitude information in the polar coordinate analysis diagram. The effectiveness of the proposed novel flexible array rotating eddy current probe and the defect identification method for inner wall cracks was validated through numerical calculations and experiments.

  • 图  1   涡轮叶片气膜冷却孔实物

    图  2   柔性阵列检测探头的激励线圈

    图  3   涡轮叶片气膜孔简化多孔板模型

    图  4   小孔附近网格和气膜孔简化多孔板的数值模拟模型

    图  5   各工况气膜孔周内壁裂纹尺寸、位置示意

    图  6   柔性阵列旋转涡流检测探头实物及结构示意

    图  7   各工况示意图、差分信号李萨如图和相位图

    图  8   各工况差分信号极坐标图

    图  9   柔性阵列旋转涡流检测探头实物

    图  10   调幅旋转涡流阵列检测试验系统

    图  11   试验试件正面

    图  12   试验验证得到的工况二差分电压信号李萨如图、相位图及幅值极坐标图

    Table  1   涡轮叶片气膜孔简化多孔板模型参数

    项目参数
    孔数8
    孔径/mm0.5
    孔间距/mm3
    板厚/mm1.2
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    Table  2   各工况裂纹参数

    项目裂纹位置长度/mm宽度/mm深度/%
    工况一5号孔10.250
    工况二3号孔10.250
    工况三1号孔10.250
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    Table  3   柔性阵列旋转涡流检测探头参数

    项目上层激励线圈下层激励线圈饼式检出线圈
    内径/mm0.25
    外径/mm2.5
    长度/mm39.439.4
    宽度/mm3030
    提离/mm1.21.20.1
    电流I0/A1
    激励频率/kHz200200
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    Table  4   柔性阵列旋转涡流检测探头参数

    线圈类型项目参数
    并联电路激励线圈激励频率/kHz200
    电抗/mΩ413.37
    阻抗/mΩ609.55
    θ/(°)42.70
    饼式检出线圈内径/mm0.5
    外径/mm2.5
    提离/mm1.2
    线径/mm0.05
    电阻/Ω17
    匝数416
    下载: 导出CSV
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图(12)  /  表(4)
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-01-23
  • 刊出日期:  2024-09-09

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