Page 65 - 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

进行数值计算时，首先将激励线圈中心置于8个
无裂纹阵列孔对照组的对称轴上方，使用饼式检出线
圈依次在每个孔的轴线进行检测，通过式（3） 计算电
压信号，逐一获得每个阵列孔的参考电压信号实部和
虚部；然后分别对有孔周裂纹缺陷的对照组重复上述
操作，得到每个阵列孔的检测电压信号实部和虚部；
最后将检测电压信号实部和虚部与参考电压信号实
部和虚部进行差分计算，得到各阵列孔的差分电压信
图 5 各工况气膜孔周内壁裂纹尺寸、位置示意
号实部与虚部。为提取阵列检测信号的相位信息，将
意如图6所示，该探头由柔性并联激励线圈、饼式检
各阵列孔的差分电压信号实部与虚部编号后绘制成
出线圈和柔性硅胶垫板3部分组成，其中柔性硅胶
李萨如图，提取各孔的相位值如图7所示。
垫板上的挖槽用于固定激励线圈和检出线圈的连接
从图7中各工况的李萨如图可以看出，裂纹所
电路。柔性并联激励线圈由上下两层激励线圈构成，
在孔及其相邻孔的差分信号实部与虚部的最大值远
检出线圈由8个饼式线圈按照 “一”字形排布。
大于其他远离裂纹的孔位的，这是由于裂纹会对涡
流场产生扰动，饼式检出线圈越靠近裂纹其检测信
号受到的涡流扰动也就越大，所获得的差分检测信
号实部与虚部的值就越大。从图7中各工况的差分
信号相位图可以看出，所提取的李萨如图中各个孔
的差分检测信号相位值会在裂纹所在孔附近发生突
变，差分检测信号相位值在裂纹指向孔处发生相位
的骤减，裂纹所在孔处的差分检测信号相位值相较
于裂纹指向孔处的相位值有所增加，然后差分检测
信号相位值在裂纹背离孔处再次减小，即差分检测
信号相位值在裂纹所在孔处表现为局部极值。
检测信号的相位信息反映被检试件的深度信
息，由于被检裂纹缺陷为孔周背部内壁裂纹，涡流场
的扰动是被检试件深度尺度上内部的裂纹缺陷导致
的，这就使得有裂纹缺陷的检测信号相位与无裂纹
缺陷的对照组相位有较大差异。
对比工况一、二的差分信号李萨如图和相位图
图 6 柔性阵列旋转涡流检测探头实物及结构示意
可知，裂纹分别位于5，3号孔时，各个孔的差分信
探头的参数如表3所示。激励线圈的激励频率 号相位值分别在4，5，6号孔和2，3，4号孔处发生突
为200 kHz，旋转涡流的旋转频率为10 Hz，远小于
变。在突变的孔位中，差分信号相位值先增大后减小；
激励频率，因此可以忽略涡流转速的影响。在检测
在裂纹所在孔处，差分信号相位值为局部极大值。

过程中，孔的轴线与饼式检出线圈的轴线同轴。
图5（c）中裂纹位于边缘1号孔，使得差分信号相位
表3 柔性阵列旋转涡流检测探头参数 值仅在1和2号孔处发生突变，其中1号裂纹所在孔
项目 上层激励线圈 下层激励线圈 饼式检出线圈 处的差分信号相位值大于2号孔处的。
内径/mm — — 0.25
在同一工况下，计算每个气膜孔在一个旋转周
外径/mm — — 2.5
期内各时刻的幅值，绘制一个旋转周期内的差分检
长度/mm 39.4 39.4 —
测信号幅值极坐标图，结果如图8所示。由图8可以
宽度/mm 30 30 —
看出，在3种工况下裂纹所在孔的差分检测信号幅
提离/mm 1.2 1.2 0.1
电流I 0 /A 1 — — 值最大值的连线与实际的裂纹长度方向一致，均与
激励频率/kHz 200 200 — 水平方向的夹角为0°。这是由于在一个旋转周期内，

31
2024 年 第 46 卷 第 9 期
无损检测