Page 52 - 无损检测2021年第七期

张华宇, 等:

汽轮机叶片叶身的涡流检测

1 探头支撑结构 果的标定, 利用电火花线切割加工了两个人工缺陷
手持式涡流探头主要由手持部件、 线圈支架和 试件。试件 的 材 料 为 2Cr12NiMoWV 不 锈 钢。其
支撑轮等组成, 其结构如图 1 所示。图 1 中检测线 中, 1 被测试件上有等深不等宽的人工缺陷, 2 被
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圈的漆包线缠绕在线圈支架上, 线圈半径为r 。支 测试件上有等宽不等深的人工缺陷, 其具体尺寸如
撑轮可以方便检测部件在被测试件表面移动, 并保 图 2 所示。 3 为无缺陷的被测试件, 无缺陷被测试
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证检测线圈与被测表面提离在检测过程中 保持不 件的尺寸为 100 mm×30 mm×16 mm ( 长 × 宽 ×

变, 支撑轮半径为 R 。 高)。采 用 COMSOL Multi p h y sics 软 件 对 上 述 3
种类型的被测试件进行电磁仿真( 见图 3 )。

图 1 手持式涡流探头结构示意
检测线圈是涡流检测传感器的重要组成部分。
线圈除了具有电感外, 其导线中存在电阻, 各匝线圈
之间存在耦合电容, 从理论上来说, 线圈可以用有电 图 2 被测试件上的人工缺陷尺寸示意
感、 电阻和电容串联的电路来表示, 由于线圈之间的
分布电容通常比较小, 所以在实际情况中, 忽略线圈
间的分布电容 [ 5 ] 。
结合文献[ 6 ] 可知, 传感器检测线圈的电感 L
如式( 1 ) 所示。
(
L = f x ,, , ω ) ( 1 )
ρμ
式中: x 为 传 感 器 检 测 线 圈 和 目 标 之 间 的 提 离 间

隙; 为目标的电阻率; 为目标的磁导率; ω 为传
μ
ρ
感器检测线圈中电流的角频率。
当被测试件选定后, 和 μ 的值就已经确定了。
ρ
当调理电路确定后, ω 的值也就确定了。此时等效

电感就只与提离距离有关。 图 3 COMSOL Multi p h y sics软件中检测线圈和
L = f x ) ( 2 ) 被测试件的几何模型
(
由图 1 可知, 检测线圈与被测物体之间的x 为 检测线圈模型是 10 mm 宽的空心圆柱体, 内

x =R - r ( 3 ) 径为5mm , 外径为6mm 。空气域长为150mm , 宽

由式( 2 ) 和( 3 ) 可知, 当此手持装置制作完成之 为 50 mm , 高 为 50 mm 。 被 测 试 件 域 的 材 料 是
后, 即检测线圈半径和支撑轮半径都已确定后, 在检 2Cr12NiMoWV 不锈钢, 检测线圈域的材料是铜, 其
测过程中, 探头只有经过被测物体存在缺陷的地方 他域是 空 气。 2Cr12NiMoWV 不 锈 钢 的 电 导 率 为

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时, 电感才会出现明显变化。 1.64×10 S · m , 铜的电导率为5.998×10 S · m 。
在 COMSOL Multi p h y sics软件的 AC / DC ( 交

2 检测线圈的电磁仿真
流电 / 直流电) 模块物理场中添加线圈用以模拟检测

为了方便检测线圈的电磁仿真以及后续检测结 线圈, 线圈匝数为 120 匝, 电流为 4.4×10 -5 A 。对
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2021 年 第 43 卷 第 7 期

无损检测