Page 36 - 无损检测2023年第十期
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苏冰洁, 等:

   金属构件缺陷的脉冲涡流近 - 远场复合定量检测

   金属构件及关键结构定期进行无损定量检测非常重                            面, 张超等    [ 15 ] 对金属套管腐蚀缺陷的脉冲涡流近 -
   要。在众多金属构件无损检测方法中, 涡流检测具                           远场复合检测进行了探究, 研究发现该方法可有效
   有显著技术优势, 如检测无需耦合剂, 灵敏度高, 适                        提升套管腐蚀缺陷的检测灵敏度和分类识别精度,
   用于高温检测等, 然而, 常规涡流检测局限于构件表                         然而, 相关研究未涉及金属板件。
   面缺陷的检测       [ 1 ] 。为了弥补常规涡流检测的缺点,                     文章聚焦于非铁磁性金属板件缺陷的无损定量
   衍生出了多种暂态涡流检测方法, 包括脉冲涡流检                           检测, 集中探究脉冲涡流近 - 远场复合检测方法的技
   测 [ 2-4 ] 、 脉冲 远 场 涡 流 检 测 [ 5-11 ] 、 脉 冲 调 制 涡 流 检  术关键。针对被测板件, 在剖析检测机理, 明晰磁场
   测 [ 12 ] 等。                                       直接耦合分量和间接耦合分量分布的基础上, 设计
       脉冲涡流检测( PEC ) 采用脉冲方波信号作为激                     可同时拾取近场和远场检测信号的脉冲涡流近 - 远
   励信号, 激励能量强, 其检测信号蕴含丰富的频谱信                         场复合检测探头新构型, 在分析检测信号特征的同
   息, 从中可提取多种信号特征用于构件损伤的综合                           时, 结合近场与远场检测信号特征提出信号特征融
   定量评估, 从而利于构件深层缺陷的检测                  [ 2-4 ] 。在脉  合方法, 对比3种信号特征对腐蚀缺陷的响应灵敏
   冲涡流检测探头中, 检测信号拾取单元 / 传感器距激                        度, 着力探讨所提方法在非铁磁性金属板件腐蚀缺
   励线圈较近, 主要拾取磁场直接耦合分量, 因此, 脉                        陷检测中的有效性。
   冲涡流检测可认为是一种近场涡流检测方法。                              1 脉冲涡流复合检测探头构型及检测原理
       脉冲远场涡流检测( PRFEC ) 采用占空比低于
                                                          基于金属构件脉冲涡流检测和脉冲远场涡流检
   50%的脉冲方波信号作为激励信号, 在继承脉冲涡
                                                     测的检测原理及典型探头构型, 提出非铁磁性金属
   流检测部分优势的基础上, 利用距激励线圈相对较
                                                     板件脉冲涡流近 - 远场复合检测的探头新构型, 其结
   远的检测信号拾取单元 / 传感器对磁场间接耦合分
                                                     构和原理如图1所示。
   量进行拾取, 形成检测信号以用于对构件表面及亚
                                                          由图1可见, 检测探头包括由磁屏蔽和电屏蔽
   表面缺陷实施定量检测           [ 5-6 ] 。该方法受趋肤效应制
                                                     材料构成的屏蔽罩、 激励线圈和磁场传感器( 包括拾
   约小, 对试件表面及背面损伤具有相同的检测灵敏
                                                     取磁场直接耦合分量的近场传感器、 拾取磁场间接
   度, 且相较传统远场涡流检测, 可对试件表面和背面
                                                     耦合分量的远场传感器)。在实施金属板件脉冲涡
   缺陷实现分类识别, 检测耗能和探头尺寸更小                    [ 7-12 ] 。
                                                     流近 - 远场复合检测时, 向激励线圈中通入脉冲方波
   针对金属管件的脉冲远场涡流检测, 张超等                    [ 5 ] 探究
                                                     电流信号( 占空比小于 50% ) 用于在线圈周围激发
   了双层异质航空金属套管的脉冲远场涡流检测机
                                                     出线圈磁场, 该线圈磁场以两条耦合路径向外传播,
   理, 优化了远场检测探头的屏蔽层, 提升了探头的检                         一路在试件内部感生出涡流, 并与涡流激发的蕴含
   测灵敏度。徐志远等          [ 13 ] 提出了利用脉冲远场涡流             缺陷信息的二次磁场相叠加, 形成磁场直接耦合分
   检测原理在管道外对缺陷进行检测的方法, 通过仿                           量并被近场传感器所拾取; 另一路穿透试件并在空
   真及试验验证了该方法可以区分内外壁缺陷并对缺                            气中传播一段距离后, 再一次穿透试件在试件表面
   陷深度进行定量评估。 SHE 等            [ 14 ] 优化了金属管道        与涡流产生的二次磁场相叠加, 形成磁场间接耦合分
   缺陷的远场涡流检测探头, 运用有限元法证明了在                           量并被远场传感器所拾取。检测探头所拾取的磁场
   激励线圈与检测线圈之间设置屏蔽板可以大大缩短                            直接耦合分量和间接耦合分量分别对应脉冲涡流检
   二者之间的距离, 并且在检测线圈附近安装铁磁环                           测与脉冲远场涡流检测, 将近场检测信号和远场检测
   可以增强检测信号。相比于金属管件脉冲远场涡流                            信号结合形成复合检测信号, 融合近场和远场检测信
   检测, 金属板件脉冲远场涡流检测的相关研究报道                           号特征, 从而实现非铁磁性金属板件的脉冲涡流近 -
   较少。                                               远场复合定量检测及评估。
       通过综合分析脉冲涡流检测和脉冲远场涡流检                               检测探头结构中的屏蔽罩是实现金属板件脉冲
   测的检测原理, 可以发现二者在激励方式、 检测信号                         涡流近 - 远场复合定量检测的关键部件。文献[ 6 ] 指
   拾取、 探头构型等方面存在相似性, 两种检测方法的                         出, 当被测试件为管道时, 管壁涡流场对磁场直接耦
   一体化集成具备可行性, 所形成的脉冲涡流近 - 远场                        合分量的抑制作用强于对间接耦合分量的抑制, 所
   复合检测方法( NRPEC ) 可为金属构件定量检测提                       以更易 形 成 远 场 效 应; 而 对 于 非 铁 磁 性 金 属 板
   供有力支撑。在脉冲涡流近 - 远场复合检测研究方                          件, 涡流场对磁场直接耦合分量和间接耦合分量的
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          2023年 第45卷 第10期
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