陣列渦流檢測性能驗(yàn)證技術(shù)研究

尹利，尤永洪，路鳳玲，林先海，王芬，王振

中車長江車輛有限公司 湖北武漢 430212

1 序言

渦流陣列檢測主要通過合理的傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使渦流探頭陣列化，并利用數(shù)字信號處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)完成信號的激勵、運(yùn)放、采集、調(diào)理及顯示等功能，實(shí)現(xiàn)對被檢對象的快速、高效、數(shù)字化檢測[1，2]。

國內(nèi)外通常采用槽形校準(zhǔn)試塊對渦流檢測靈敏度進(jìn)行設(shè)定。槽形校準(zhǔn)試塊包含4個不同切割深度的矩形槽，不同槽深對應(yīng)不同的靈敏度基準(zhǔn)。該試塊不能反映靠近端面的缺陷顯示情況，也不能反映相鄰缺陷的分辨效果。渦流檢測存在較嚴(yán)重的邊緣效應(yīng)，使靠近邊緣的區(qū)域存在檢測效果不良的情況[3-5]；同時，相鄰缺陷能否有效分辨，直接影響缺陷評定的結(jié)果。國內(nèi)外沒有相關(guān)試塊可以參照使用，對于陣列渦流檢測的效果，通常僅使用單一的人工缺陷類型進(jìn)行模擬，因此效果一般。

2 陣列渦流檢測性能驗(yàn)證試塊設(shè)計(jì)制作

由于陣列渦流檢測分辨力及渦流檢測邊緣效應(yīng)會極大地影響陣列渦流檢測效果，因需設(shè)計(jì)性能驗(yàn)證試塊，用以識別陣列渦流檢測系統(tǒng)在一定設(shè)置條件下的分辨力和邊緣效應(yīng)。人工缺陷分別為槽和孔：通過槽模擬線狀缺陷、孔模擬非線狀缺陷。相同矩形槽組合的人工缺陷間隔呈現(xiàn)梯度增加，用以對分辨力進(jìn)行定量；不同矩形槽組合的深度也呈現(xiàn)梯度增加，用以表征不同深度對顯示顏色及大小的影響。

陣列渦流檢測性能驗(yàn)證試塊由母材、矩形槽組合、矩形槽-圓孔組合和基準(zhǔn)面組成，母材的材質(zhì)與被檢工件材質(zhì)相同，形狀為組織均勻的長方體（見圖1）。

圖1 驗(yàn)證試塊結(jié)構(gòu)

針對試塊中各組合設(shè)計(jì)尺寸說明如下。

1）試塊母材的邊長為100mm，厚度≥5mm?；鶞?zhǔn)面上設(shè)置三個矩形槽組合和一個矩形槽-圓孔組合。

2）矩形槽組合設(shè)置3 個或以上矩形槽，呈左右分布，左側(cè)第一個矩形槽至左端面距離1～5mm，各相鄰矩形槽的間距呈遞增狀態(tài)，間距為1～5mm，槽深均為2.5～3mm，槽長相同，均為3～

10mm。

3）矩形槽組合二設(shè)置3個或以上矩形槽，呈左右分布，左側(cè)第一個矩形槽至左端面距離1～5mm，各相鄰矩形槽的間距呈遞增狀態(tài)，間距為1～5mm，槽深均為1.5～2mm，槽長相同，均為3～10mm。

4）矩形槽組合三設(shè)置呈左右分布，左側(cè)第一個矩形槽至左端面距離1～5mm，各相鄰矩形槽的間距呈遞增狀態(tài)，間距為1～5mm，槽深均為0.5～1mm，槽長相同，均為3～10mm。

5）矩形槽-圓孔組合設(shè)置3個或以上間隔排列的矩形槽和圓孔，呈上下分布，上部第一個圓孔至上端面距離1～5mm，各相鄰矩形槽和圓孔的間距呈遞增狀態(tài)，間距為1～5mm，槽深和孔深均為1.5～2.5mm，槽長相同，均為3～10mm，圓孔直徑相同，均為φ3～φ10mm。

采用上述結(jié)構(gòu)后，由于具有矩形槽組合和矩形槽-圓孔組合，因此能夠快速進(jìn)行陣列渦流檢測的邊緣效果驗(yàn)證和相鄰不同形狀缺陷的分辨力測試。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

邊緣區(qū)域檢測效果及一般區(qū)域檢測分辨力測試如圖2所示。首先確認(rèn)陣列渦流檢測性能驗(yàn)證試塊狀態(tài)良好，然后將陣列渦流探頭放置在母材的基準(zhǔn)面上，分別沿水平和垂直方向進(jìn)行掃查，掃查區(qū)域覆蓋整個試塊表面。矩形槽組合三表示較淺刻槽的情況，模擬較淺的條形缺陷；矩形槽組合二表示略深刻槽的情況，模擬略深的條形缺陷；矩形槽組合一表示較深刻槽的情況，模擬較深的條形缺陷。矩形槽-圓孔組合分別模擬條形缺陷和圓形缺陷。通過各型渦流檢測儀的圖像顯示，可以直觀地看出檢測效果。

圖2 為陣列渦流掃查方向

連接陣列探頭和渦流儀，設(shè)置頻率、電壓、增益等參數(shù)。提離設(shè)定結(jié)束后，按照圖中的掃查路徑對試塊進(jìn)行掃查，掃查過程中控制掃查速度恒定。

矩形槽組合與矩形槽-圓孔組合顯示狀態(tài)如圖3、圖4所示。雖然圖3中三組矩形槽組合左部區(qū)域顯示清晰可辨，但相鄰兩個缺陷顯示之間有粘連，分辨效果較低，說明缺陷間隔較小時，該檢測系統(tǒng)的分辨效果較差；右部區(qū)域顯示清晰可辨，相鄰兩個缺陷顯示之間呈現(xiàn)較明顯的間隔，說明缺陷間隔較大時，該系統(tǒng)的分辨效果較好。由于三組矩形槽的刻槽深度不同，故其阻抗幅值也不同，圖像顯示的色彩略有區(qū)別，顯示大小類似。圖4中矩形槽-圓孔組合的顯示清晰可辨，且顯示出明顯的間隔，說明分辨力較高。圖4中也清晰地顯示了由于邊緣效應(yīng)造成的信號顯示（圖中藍(lán)色區(qū)域），受邊緣效應(yīng)影響，靠近試塊邊緣區(qū)域的阻抗與基體有明顯區(qū)別，故有較強(qiáng)烈的對比顯示。

圖3 矩形槽組合顯示示意

圖4 矩形槽-圓孔組合顯示示意

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了陣列渦流檢測性能驗(yàn)證試塊，由母材、矩形槽組合、矩形槽-圓孔組合和基準(zhǔn)面組成，母材的材質(zhì)與被檢工件材質(zhì)相同。基準(zhǔn)面上設(shè)置3個矩形槽組合和1個矩形槽-圓孔組合。各矩形槽組合的矩形槽呈左右分布，相鄰矩形槽的間距呈遞增狀態(tài)。矩形槽-圓孔組合呈上下分布，各相鄰矩形槽和圓孔的間距呈遞增狀態(tài)。該驗(yàn)證試塊能夠測試陣列渦流檢測的邊緣區(qū)域檢測情況，以及一般區(qū)域的分辨力，可以準(zhǔn)確反映相鄰缺陷的分辨效果。通過檢測試驗(yàn)，驗(yàn)證了某設(shè)置條件下的陣列渦流的檢測性能。實(shí)施效果顯示，在該檢測條件下顯示清晰可辨，同時呈現(xiàn)出一定的邊緣效應(yīng)。通過該陣列渦流檢測性能驗(yàn)證試塊可以較好地反映陣列渦流檢測系統(tǒng)及設(shè)置的效果。