Page 84 - 无损检测2025年第三期

蒋元元，等：

17-4PH 不锈钢轮轴的多通道涡流检测

小相关显示的漏判，因此需要寻求其他检测方法对 式中： σ 为材料电导率；μ 为磁导率；x为探测深度；f
该类工件进行有效、可靠检测。据资料显示，针对 为激励频率。
17-4PH不锈钢材料部件的无损检测，相关学者与工 检测过程中，I 在轮轴中产生与激励磁场H 方
x
0
程人员做过众多研究与尝试。李乾武等 利用非线 向相反的感应磁场H 。根据电磁感应定律，无缺陷
[5]
x
性超声技术评估核电厂17-4PH不锈钢隔离阀阀杆 时线圈内的磁场强度矢量和∆H（∆H=H -H ）为
0 x
热老化脆化问题，结果表明非线性超声对时效过程 固定值，线圈两端输出电压变化量∆V=0；当存在不
中17-4PH不锈钢的显微组织变化敏感，可有效评估 连续时，∆H为变量值，线圈两端输出电压∆V≠0。
阀杆的热脆化程度。刘松等 采用荧光磁粉检测方 因此，通过分析线圈输出端的电信号关系特性即可
[6]
法对17-4PH钢涡轮轴进行检测，发现轮轴端面存在 分析轮轴中是否存在材料不连续 。
[9]
裂纹缺陷，进一步进行理化检验与缺陷诊断分析，得 1.2 阻抗分析法
出磁痕为镀铬工艺中产生的氢脆裂纹，其研究有效 涡流探头的检测线圈两端可看作不含电源的端
[7]
避免了不合格产品的流转。褚英杰等 建立了神经 口电路，电路的激励电流i 的向量表达式可表示为
t
网络方法对17-4PH不锈钢热老化的磁参数进行无
损评估，为沉淀马氏体不锈钢热老化的无损评估提 （2）
供了可靠精确的方法。
式中： ω 为角频率； φ i 为初始相位角。
文章针对17-4PH不锈钢轮轴轴身大面积磁痕
电路端口的输出电压u 及其向量表达式可表
显示进行了深入探讨，分析其形成原因和该类显示 t
示为
组织对轮轴性能的影响，并提出采用涡流检测技术
对轮轴表面细微缺陷进行检测。首先，分析磁粉检
（3）
测过程中形成磁痕的金属区域的成分以及其对于涡
流检测的影响；然后，设计轮轴专用涡流检测探头， 式中： φ u 为初始相位角。
通过试验优化探头设计参数；再制定涡流检测工艺 二者的比值阻抗Z及其代数表达式为
并开展检测试验，最终形成了高效、可靠、环保的涡 U 
R
流检测工艺 。 Z =  = +jX （4）
[8]
I
1 检测原理 式中：R为电阻；X为电抗。
据上述分析可知阻抗Z受检测工艺参数、待检
1.1 涡流检测原理
材料连续性的综合因素影响，其变化规律可采用涡
涡流检测原理示意如图1所示。涡流检测过程
流检测阻抗图（见图2）进行表示。由图2可知，当
中，线圈内电流i t 产生激励磁场H 0 ，当线圈靠近轮轴
提离高度L不变而特征参数P 发生变化时，其阻抗
c
表面并发生相对运动时，激励磁场H 在轮轴中感应
0 沿实线方向变动；当特征参数P 不变而提离高度L
c
出旋涡状电流I 。根据Maxwell方程可推导出轮轴 变化时，其阻抗沿虚线方向变动。故降低提离高度
x
不同深度处的电流I ，其可表示为 可扩大阻抗的变化范围，有利于提高检测信号信噪
x
I
f
I x = e - π μσ x （1） 比并提升小缺陷检出率；保持特征参数P 数值在实
c
0
线的拐点处可使得有效磁导率μ 达到最大
e
∆R
（ μ = ），此时涡流检测灵敏度最高，可通过设
e ωL
0
计探头制作参数和调试检测工艺参数改善涡流检测
效果 [10] 。
2 试验过程及结果分析
2.1 磁痕显示分析
现场采用荧光磁粉检测技术对17-4PH不锈钢
图 1 涡流检测原理示意 轮轴进行检测时出现类似于裂纹显示的大面积磁

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2025 年 第 47 卷 第 3 期
无损检测