Page 84 - 无损检测2023年第二期

王 健, 等:

核燃料包壳管涡流检测的相位特性

不同深度的外壁平底孔人工缺陷在不同激励频
率下的相位滞后曲线如图5所示。

图3 试件缺陷信号相位的变化趋势
由图2 , 3可见, 随着频率的增大, 缺陷信号幅值
图5 不同深度外壁平底孔不同激励频率下的相位滞后曲线
逐渐减小, 相位逐渐滞后。由涡流检测原理可知, 随
由图5可知, 激励频率越高, 4 个深度分别为
着频率增大, 管材表面的磁场强度和涡流密度增大,
20%~80%壁厚的 ϕ 0.3mm 平底孔的相位滞后越
位于管材外壁的某一当量缺陷的信号幅值达到最
明显。 100kHz时, 相位主要在35°~40° ; 300kHz
高。而随着管壁深度的增加, 磁场强度和涡流密度
时, 相位主要在12°~35° ; 600kHz时, 相位主要在
迅速衰减, 导致管材内壁同一当量缺陷的信号幅值
0°~28° 。
减小。
不同深度内环槽人工缺陷在不同频率下的相位
锆合金属于非铁磁性材料, 磁导率 μ =4π×
变曲线化如图6 , 7所示。
10 H · m , 电导率σ =1.467×10 S · m , 锆合金标
-7
6
准渗透深度与激励频率的关系如表2所示。
表2 锆合金不同频率下的标准渗透深度
频率 / kHz
参数
100 200 300 400 600
渗透深度 / mm 1.31 0.93 0.76 0.66 0.54
实际检测中, 通常定义 2.6 倍的标准渗透深度 图6 10%壁厚深度内环槽的相位变化曲线

为涡流的有效渗透深度。
利用表2中的标准渗透深度, 根据式( 4 ) 可得到
不同频率下的锆合金包壳管涡流密度变化曲线( 见

图4 )。

图7 20%壁厚深度内环槽的相位变化曲线

从图6 , 7 可知, 2 个深度分别为 10% 壁厚,
20%壁厚的内环槽相位与激励频率存在线性关系,
且深度变化对相位趋势影响很小。当激励频率为

100~600kHz时, 10% 壁厚深度的内环槽相位为
54°~99° , 20%壁厚深度的内环槽相位为51°~92° 。
图4 不同频率下的锆合金包壳管涡流密度变化曲线 根据不同类型的缺陷相位变化, 结合涡流密度
采用外穿过式线圈检测包壳管时, 将通孔信号 变化曲线, 得到的不同频率下的锆合金包壳管相位
的相位设置为与水平坐标轴呈 40° 夹角, 管材内壁 滞后曲线如图8所示。
缺陷和外壁缺陷信号的相位理论上为40°~170° 和 由图8可知, 相位随深度增加会无限趋近90°~
0°~40° 。试验结果表明, 包壳管缺陷信号的相位为 100° 。在实际检测过程中, 包壳管壁较薄, 当管材内
0°~100° 。 壁存在缺陷时, 其相位滞后角度往往会更接近90° 。
0
5
2023年 第45卷 第2期
无损检测