Page 63 - 无损检测2024年第九期

杨懿帆，等：

孔周裂纹的柔性阵列旋转涡流检测

旋转涡流方法来产生伪旋转交流磁场。激励电流是
调幅电流，该方法显著提升了对任意方向深裂纹的
检测灵敏度。通过调制旋转涡流，LIU等 [17] 提出了
一个新的特征参数来表征非铁磁性和铁磁性材料中
所有具有不同分布角的裂纹。朱玉龙等 [18] 基于有限
元-边界元 （Finite element-boundary element，FEM-
BEM）混合代码开发出了调幅旋转涡流（Amplitude
modulation rotating eddy current testing，AMRECT）
的数值模拟方案，发现AMRECT对于检测单孔边
缘不同尺寸和方向的裂纹非常有效。实际的涡轮叶
片有着复杂的曲率结构且气膜冷却孔数量多达数十
图 1 涡轮叶片气膜冷却孔实物
至上百个，因此研究适合涡轮叶片表面密集气膜冷
纹缺陷会导致应力集中，使得涡轮叶片在恶劣的工作
却孔周表面及背面裂纹的柔性阵列检测探头十分
环境中更加容易损坏，甚至引发飞行事故。涡轮叶片
必要。
的结构完整性很大程度上决定着叶片的使用寿命 。
[3]
文章探究了基于调幅旋转涡流检测技术的柔性
基于涡流方法的无损检测技术在涡轮叶片完整性评
阵列检测探头及阵列信号缺陷识别方法，通过分析
价中发挥着关键作用，在其加工制造环节，通过涡流
不同工况下气膜冷却孔的阵列检测信号数值模拟结
检测方法对有加工缺陷的叶片及时地进行检测与控
果，提出了基于阵列检测信号相位与幅值信息的微
制，可最大限度地避免缺陷导致的叶片失效。
小孔周背面裂纹识别方法。通过搭建试验系统和开
涡流检测（Eddy current testing，ECT）广泛用
展验证试验，验证了旋转涡流柔性阵列检测探头及
于检测金属材料表面和亚表面的裂纹，近年来，多种
阵列信号缺陷识别方法的有效性，实现了对于微小
类型的差分涡流检测探头被用来检测涡轮叶片的表
孔周背面裂纹的有效检测。
面裂纹 [4-6] ，但是由于气膜冷却孔的干扰，ECT对于
孔周裂纹的检测具有很大的难度。工业CT技术是 1 调幅旋转涡流检测原理及裂纹检测仿真
解决精确测量单晶叶片壁厚所面临的技术问题的有
1.1 调幅旋转涡流检测原理
[7]
效方法，但其不能在役工作 。红外热成像（Infrared
柔性阵列检测探头的激励线圈如图2所示，激励
thermography，IRT）具有单次检测面积大、快速、安
线圈采用双层柔性电路板，上下两层激励线圈互相
全和非接触检测等优点，适合检测涡轮叶片冷却通
垂直，两层激励线圈分别通入的激励电流表达式为
道的堵塞情况 [8-9] 。同样受制于气膜冷却孔对于孔 I t I ω t ω t
周裂纹检测的干扰，IRT不能用于检测冷却孔边缘 1 ( )= sin 1 cos 0 （1）
0
It I ω t cos ω t
( )= cos
的裂纹。旋转涡流检测方法（Rotating eddy current 2 0 1 0 （2）
I
testing，RECT）由两个正交矩形线圈作为激励线圈， 式中： 与I 分别为上下两层激励线圈中的激励电流；
2
1
相比于传统的涡流检测线圈，其对任意方向的裂纹 sin ω t与cos ω t是两个相位差为90°的低频调制函
1
1
缺陷都具有高灵敏度，因此更加适用于气膜冷却孔 数，用以提供旋转涡流的旋转场； ω 为旋转涡流场的
1
孔周裂纹的检测。 旋转频率； ω 为旋转涡流的激励频率；I 为旋转涡流
0
0
HOSHIKAWA 等 [10-11] 提出了旋转涡流法，当两 的激励电流幅值，其中 。
个正交的励磁线圈载有90°相位的电流时，会产生一 当激励线圈中通入式（1），（2）的调制激励信号
个均匀方向的旋转磁场。YE等 [12-15] 提出了一种用于 时，感应涡流将在被检试件表面以频率ω 1 进行周期
蒸汽发生器管道的新型旋转涡流探头，该探头对轴 性旋转，因此该线圈会对任意方向的裂纹敏感，当裂
向和周向缺陷都很敏感，且在较宽频率范围内仍具 纹的长度方向与感应涡流的方向垂直时所产生的涡
有高灵敏度。然而，在RECT的检测过程中，涡流的 流扰动最大。为了检测拾取孔周裂纹所产生的涡流
旋转速度过快，与激励电流的频率相同，而激励频率 扰动，将水平布置的饼式线圈均匀布置在激励线圈
解调时，一个扫描点中仅能获得一个数据。为了控 的下方且与孔同轴。
制涡流的旋转速度，HAMIA等 [16] 提出了一种新的 对于调幅旋转涡流检测技术来说，两个互相垂
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2024 年 第 46 卷 第 9 期
无损检测