Page 64 - 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

图 3 涡轮叶片气膜孔简化多孔板模型
表1 涡轮叶片气膜孔简化多孔板模型参数
项目 参数
孔数 8
孔径/mm 0.5
孔间距/mm 3
板厚/mm 1.2
性，对小孔附近局部区域的有限元网格进行细化处
理，同时对小孔附近的网格节点进行了局部调整。
小孔附近网格和建立的涡轮叶片气膜孔简化多孔板
图 2 柔性阵列检测探头的激励线圈
的数值模拟模型如图4所示。
直的激励线圈同时激励一个检出线圈后同时接收，
可以等效为两个激励线圈分别激励同一检出线圈接
收电压信号然后叠加的问题。由于调制函数的旋转
频率ω 远小于线圈的激励频率ω ，可以忽略涡流旋
1 0
转频率对检波频率的影响。根据叠加原理，检出线
圈的检测电压信号为
V =V sin ω t +V cos ω t （3）
1 1 2 1
式中：V 和V 分别为两互相垂直的激励线圈通入I
1 2 1
与I 的激励信号时，检出线圈的检测电压信号，其中 图 4 小孔附近网格和气膜孔简化多孔板的数值模拟模型
2
I 与I 的幅值为I ，频率为ω 。 1.3 孔周内壁裂纹旋转涡流阵列检测数值模拟
0
0
1
2
基于A‒φ 方程的有限元-边界元（FEM-BEM） 在不同位置孔的边缘设置孔周内壁裂纹来模拟
混合方法高效适用于非铁磁性材料的涡流检测问题 叶片冷却气膜孔的边缘内壁裂纹，所设置的不同工
的数值模拟 [19] 。电压信号 V 和 V 可通过FEM- 况的裂纹参数如表2所示。
1
2
BEM混合方法计算，调幅旋转涡流检测方法在一个 表2 各工况裂纹参数
周期内的电压信号可以通过式（3）计算。 项目 裂纹位置 长度/mm 宽度/mm 深度/%
1.2 阵列孔周裂纹检测数值计算模型 工况一 5号孔 1 0.2 50
建立了一个简化的涡轮叶片冷却气膜孔周背面 工况二 3号孔 1 0.2 50
裂纹多孔板模型，如图3所示。8个孔沿板的y方向 工况三 1号孔 1 0.2 50
均匀分布，孔的参数如表1所示。Inconel 718板材的 各工况的气膜孔周内壁裂纹位置及尺寸示意如
尺寸（长×宽×高）为100 mm×100 mm×1. 2 mm， 图5所示，图中灰色矩形为气膜冷却孔的侧视图，黑
电导率为1. 0 MS/m，相对磁导率为1. 0。 色矩形为孔周内壁裂纹。
为优化网格质量提升仿真计算的效率和准确 新型柔性阵列旋转涡流检测探头实物及结构示

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2024 年 第 46 卷 第 9 期
无损检测