Page 93 - 无损检测2023年第九期
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任延钊, 等:

   双层异质金属构件界面损伤的暂态涡流定量检测

   接器件, 其主要用于确保母线引下线与电气设备出
   线端子的连接, 可有效避免电气工程中常见的电导                           1 暂态涡流检测的数值仿真及结果分析
   问题和电化学腐蚀问题           [ 1 ] 。然而, 由于焊接控制条           1.1 有限元仿真模型的建立
   件不稳定等因素, 搭接式铜铝过渡线夹的焊接界面                             铜铝过渡线夹所构成的暂态涡流检测系统结构
   处可能出现金属层减薄等界面缺陷, 严重影响构件                           示意如图1所示, 该系统包括① 由双边翼折叠的平

   结构完整性, 引发电力传输安全事故                [ 2 ] 。因此, 对诸    面电流线圈( 用于激发均匀入射磁场) 和固态磁
                                                                                        [ 10 ]
   如搭接式铜铝过渡线夹等双层异质金属构件焊接界                            场传感器( 用于拾取磁场信号, 放置于平面电流线圈

   面缺陷实施有效的无损定量检测对确保重要工程设                            中心处, 与线圈表面相距 0.5mm ) 组成的检测探

   施的安全运行至关重要。                                       头; ② 铜铝过渡线夹, 其为双层金属板结构, 上层板
       目前, 针对金属构件缺陷无损检测的常规检测                         和下层板材料分别为铜合金和铝合金。检测过程
   方法主要包括涡流检测           [ 3 ] 、 超声检测 [ 4 ] 等, 但这些方   中, 探 头 放 置 于 线 夹 铜 合 金 层 表 面 ( 提 离 为

   法在双层异质金属构件焊接界面缺陷, 特别是搭接                           0.7mm ), 扫查检测铜 - 铝焊接界面可能存在的金属
   式铜铝过渡线夹焊接界面金属层减薄缺陷检测方面                            层减薄缺陷。
   存在技术局限性, 例如, 常规涡流检测对构件亚表
   面 / 内部缺陷存在检测灵敏度低等劣势                [ 5 ] ; 超声检测
   虽可检出构件内部缺陷, 但针对焊接界面缺陷, 其超
   声回波信号易淹没于幅值、 脉宽更大的界面回波信

   号中, 导致缺陷响应灵敏度较低。
       暂态涡流检测是基于电磁感应原理, 在被测体                             图1 铜铝过渡线夹的暂态涡流检测系统结构示意
   内部激发时变涡流场, 通过磁场测量手段, 拾取涡流                              针对检测系统的有限元仿真, 为减小仿真计算量,
   激发磁场信号来推知被测体内部缺陷信息的无损定                            鉴于探头激发的电磁场在磁场传感器放置区域小范围
   量检测方法, 其优点在于检测设备简便, 检测前无需                         内存在   y  方向均匀性, 因此, 以传感器位置为中心, 截
   清理被测工件表面, 检测中无需耦合剂等。相较常                           取检测系统三维示意图的x-z 剖面作为建模平面, 建
   规涡流检测, 暂态涡流检测对金属构件亚表面缺陷                           立暂态涡流检测二维有限元仿真模型( 见图2 ), 用于定
   响应灵敏度高, 可获取用来综合描述缺陷特性及参                           性分析暂态涡流检测信号对缺陷的响应特性及其特征
   数的丰富信号特征, 缺陷成像及定量精度高, 有望成                         与缺陷参数间的映射关系。模型参数如表1所示, 检
   为搭接式铜铝过渡线夹焊接界面金属层减薄缺陷检                            测探头的激励信号( 基频为100Hz , 占空比为50% , 最


   测的有力手段之一。 LIU 等           [ 6 ] 研究了脉冲调制涡          大幅值为1A ) 如图3所示。值得一提的是: 由于平面

   流检测双层金属板界面损伤的可视化定量评估手                             电流线圈两个边翼部分折叠90° , 其对应的局部入射磁
   段。 XIE 等  [ 7 ] 提出了一种新颖的选频暂态涡流检测                  场距离线夹较远, 因此在模型中忽略线圈边翼, 仅引入
   方法, 用于检测一定深度范围内的局部壁薄缺陷。                           了线圈平面部分, 线圈内部通入的方波激励电流方向
   LIU 等 [ 8 ] 采用旋转暂态涡流检测技术对非铁磁材                     垂直于建模平面。为分析铜 - 铝焊接界面处的金属层
   料和铁 磁 材 料 中 不 同 走 向 的 裂 纹 进 行 了 表 征。              减薄缺陷对检测信号的影响规律, 在模型试件域的异
   CHEN 等   [ 9 ] 实现了对带外绝缘层和剩磁不均匀的                   质材料边界处设置体积型损伤, 其宽度d 和深度h 可
   铁磁元件相对厚度的暂态涡流检测评估。然而, 上                           变( d 为20~40mm ; h 为1.5~3.0mm )。


   述暂态涡流检测研究中涉及的检测对象多为单层金
   属构件或多层同质金属被测体, 对于多层异质金属
   的暂态涡流检测研究尚存空白。鉴于此, 文章聚焦
   于搭接式铜铝过渡线夹的无损定量检测, 通过系列
   仿真和试验, 探究线夹焊接界面金属层减薄缺陷暂
   态涡流可视化定量检测的可行性, 明确了相关的技
   术实施关键。
                                                           图2 暂态涡流检测二维有限元仿真模型示意

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                                                                                     无损检测
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