Page 86 - 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

阻抗发生变化时，电桥失去平衡，输出电压不为零， 仿真得到不同内径线圈的磁场分布如图7所示，
因此可通过监测输出电压的变化判断构件是否存在 可知随着内径增加，线圈空心部位的磁场强度逐渐
不连续 [11] 。 降低。提取线圈下端部径向距离线圈中心5 mm区
2.3 线圈参数优化
域内的磁场强度并绘制磁场强度变化曲线，如图8
为进一步分析线圈的电磁特性，采用ANSYS 所示，可知线圈端部磁场最强区域为线圈内壁，线圈
软件建立模型并进行仿真试验，分析不同参数的线 内径r与径向磁场强度H 径 的衰减速度呈反比。提取
圈空间磁场强度分布和数值变化，设定线圈内径r分 线圈轴线下方钢板不同深度处的磁场强度数值并绘
别为0. 5，1. 0，1. 5 mm，线圈匝数、线径、壁厚、高度
制成曲线，如图8所示，可知线圈内径r与钢板不同
相等，检测材料为17-4PH钢，提离高度L为0. 2 mm，
深度处的磁场强度H 轴 呈正比。
其余各项参数如表 1 所示，正弦激励信号频率f为
100 kHz。
表1 仿真时的材料属性设置
－1
材料 电导率/（S · m ） 相对磁导率
17-4PH钢 9.93×10 6 500
铜导线 5.88×10 7 1
空气 1 1 图 7 不同内径线圈的磁场强度分布

图 8 不同内径线圈的径向及轴向磁场强度变化曲线

综上可知，如果对埋深缺陷检测要求不高则选 励频率分别设置为50，100，200，300 kHz。针对深
择内径较小的线圈，该类线圈具有很高的表面检测灵 度为0. 1~0. 5 mm的一组刻槽进行扫查，提取仿真
敏度，可针对细微缺陷进行检测；如果需要兼顾近表 检测数值绘制成曲线，结果如图9所示，可知频率增
面区域的埋深缺陷，则需要增加线圈内径，提升工件 加有利于提高缺陷检测灵敏度，但频率超过200 kHz
内磁场强度。轮轴作为关键部件，其表面不允许存 时检测信号幅值变化不明显，且高频率会导致噪声
在夹杂、裂纹、折叠等影响使用的缺陷，因此内径为
50 激励频率 50 kHz
0. 5 mm的线圈最合适，但实际检测中内径为0. 5 mm 激励频率100 kHz
激励频率200 kHz
的线圈覆盖面太小，会导致检测效率低下，综合考虑 40 激励频率300 kHz
下，文章选择内径为1. 0 mm的线圈制作涡流探头。 30
2.4 检测工艺参数优化 幅值/mV
2
由特征参数公式P c =ωfμσr 可知，激励频率f的 20
变化会直接影响线圈阻抗的扰动，且理论分析表明， 10
当μ e 达到最大值时涡流检测灵敏度最高，即在阻抗
0
图拐点处所对应的激励频率为最佳频率。进一步采
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
用仿真分析技术优化激励频率，采用上述论证得出 缺陷深度/mm
的探头结构及线圈参数构建涡流检测探头模型，激 图 9 不同深度缺陷的频率 - 检测信号幅值对应关系
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2025 年 第 47 卷 第 3 期
无损检测