渦流檢測狀態對線棒材檢測的影響

李鵬程 胡家壯 錢健清

摘 要：本文以帶有人工缺陷的銅棒為例，應用渦流探傷儀，使用外穿過式探頭對銅棒進行檢測，采用控制變量法，通過改變激勵頻率、缺陷來改變渦流檢測的狀態，從而得出渦流檢測狀態對線棒材檢測的影響。基于本課題的研究，我們得出了激勵頻率、缺陷這些影響渦流檢測狀態的主要因素對線棒材檢測的具體影響的結論。

關鍵詞：渦流檢測；激勵頻率；缺陷

Effect of Eddy Current Testing on the Inspection of Wire Bars

LI Peng-cheng Hu Jia-zhuang Qian Jian-qing

（AnHui University of Technology AnHui Maanshan 24300）

Abstract：This article takes a copper rod with artificial defects as an example， uses an eddy current flaw detector， uses a through-type probe to detect copper rods， and adopts a control variable method to change the state of eddy current testing by changing the excitation frequency， and defects. The influence of the eddy current testing state on the detection of the wire bar was obtained. Based on the research of this topic， we have reached the conclusion that the main factors affecting the state of eddy current testing， such as excitation frequency， and defects， have a specific effect on the detection of wire rods.

Key words： Eddy current testing； Excitation frequency；Defect

渦流無損檢測是五大常規無損檢測技術之一，其已經在機械制造、管道運輸、航空航天、建筑工程、海洋工程等領域得到了廣泛的應用[1]。渦流探傷是以電磁感應理論為基礎的，當載有高頻交變電流的線圈接近導電材料表面時，在材料的表面感應出渦流，渦流又產生出自己的磁場與線圈激勵磁場相互作用，當材料表面及近表面有缺陷時，渦流磁場就發生變化，從而引起檢測線圈磁場的變化，據此來判斷材料有無缺陷的無損檢測方法[2]。所以原則上來說，所有與電磁感應渦流有關的影響因素，都會影響渦流檢測的狀態，進而對線棒材檢測結果產生影響，在實際檢測中應根據檢測工件的規格、材質、內外表面狀態等具體情況，正確選擇相位、填充系數、檢測速度、激勵頻率、磁飽和電流或檔位等檢測參數，最大限度地改善信噪比，從而提高檢測靈敏度[3]。本文所研究的就是渦流檢測的狀態，如以上的檢測參數，檢測工件內外表面狀態等對線棒材檢測的影響。

1 實驗方案的制定及實驗準備

1.1 研究方案

我們簡單了解了渦流檢測狀態對線棒材檢測的影響受多種因素干擾，其中較為主要的影響因素分別為激勵頻率，檢測速度，相位，填充系數，和被檢測工件本身的缺陷等。對于這些影響因素，如何能夠相對準確的得出結論，就需要我們嚴格按照控制變量的方法來進行試驗操作，以保證獲得相對準確的實驗數據。

1.2 實驗設備

A.EEC-20+智能全數字式多用途渦流探傷儀主機

B.液晶顯示屏

C.外穿過式探頭

1.3 實驗材料

因為本實驗是渦流檢測狀態對線棒材檢測的影響，所以實驗材料是線棒材，我們實際實驗中采用的實驗材料是一根有人為缺陷的銅棒，標號如下：1-圓周槽（寬度3 mm，深0.2 mm）2-圓孔（直徑5 mm，深0.2 mm，4個圓孔360度對稱分布）3-圓孔（直徑5 mm，深0.5 mm）4-圓孔（直徑3 mm，深0.5 mm）5-圓孔（直徑2 mm，深0.8 mm）6-圓孔（直徑2 mm，深1 mm）

7-圓孔（直徑1 mm，深1 mm）8-內部減薄區（減薄0.2 mm）。

2 基于實驗數據的分析

根據前面的實驗設計方案，我們通過具體的實驗，獲得了大量的數據，并且我們會以圖片數據的形式展現激勵頻率、缺陷影響因素對線棒材檢測的影響，基于這些數據，逐一進行分析，并得出渦流檢測狀態對線棒材檢測的影響。

2.1 激勵頻率對線棒材檢測的影響

實驗數據如下圖2-1所示，激勵頻率按照以下從左往右的順序排列：

我們可以從數據中看出，當激勵頻率較小時，所有缺陷都能反映在我們的時基掃描圖中，圖中的不同正弦曲線就是不同缺陷所反映的缺陷信息，隨著激勵頻率的增加，我們發現對于所有缺陷對應的正弦曲線的幅度逐漸降低，當增加到80KHz時，缺陷7和缺陷8的檢測出現了明顯的變化，增加到200KHz時，所有缺陷信號的幅度都降到了一個很低的值，甚至對于缺陷6，7，8，缺陷信號已經無法被檢測，缺陷信號消失。

2.2 缺陷對線棒材檢測的影響

我們可以從以上的數據中看出，因為缺陷影響阻抗值的變化，不同的缺陷類型對應不同的阻抗值，反應在阻抗平面圖中也是不同的圖像，同樣的在時基掃描圖中不同的缺陷，缺陷信號的波形也是完全不同。從不同缺陷的阻抗平面圖中，我們可以發現人工缺陷的相對大小有一個特點，當缺陷相對較大時，阻抗平面圖中的圖像的面積也會相應的變大，比如缺陷1，2，3，4，8；當缺陷相對較小時，阻抗平面圖中的圖像的面積也會相應的變小，最明顯的如缺陷 7。從不同的時基掃描圖中，我們可以發現人工缺陷對應的缺陷信號最明顯的變化是缺陷信號的幅度的差異，當缺陷相對較大時，相應的缺陷信號的幅值也相對較大，當缺陷相對較

小時，相應的缺陷信號的幅值也相對較小，比如缺項1和缺陷7的缺陷信號。

3 結 論

本文主要圍繞渦流檢測狀態對線棒材檢測的影響進行討論，根據渦流檢測的原理及相關的理論知識，我們確立了激勵頻率和缺陷這二個影響渦流檢測狀態的主要影響因素，緊接著設計實驗方案，借助具體的實驗展開，研究了激勵頻率和缺陷對線棒材檢測的影響，并做了相應的分析，通過分析，我們得出了以下結論：

激勵頻率對線棒材檢測的影響，主要是影響檢測滲入深度和檢測的靈敏度，由于趨膚效應的作用，激勵頻率的大小和滲入深度成反比關系，和靈敏度成正比關系，也就是說，在一定有效檢測范圍內，激勵頻率越大，滲入深度越小，對外表面的探測靈敏度越高，反之，激勵頻率越小，滲入深度越大，對外表面的探測靈敏度越低。因此，選用合適的激勵頻率對于線棒材檢測極為重要。

缺陷對線棒材檢測的影響，主要是影響渦流檢測過程中的阻抗值的變化，在探傷儀的操作界面中對應的是阻抗平面圖的不同，不同的缺陷有不同的阻抗平面圖，沒有一定的明確的規律，在同一探傷儀，相同的設置參數下，相對大的缺陷對應的阻抗平面圖的面積也會相對較大，反之，相對小的缺陷對應的阻抗平面圖的面積也會相對較小。對于某一缺陷的檢測和缺陷類型的判斷，我們通過實驗采集相關缺陷數據，可以作為日后分析缺陷類型的判斷依據，從而分析缺陷產生的原因。因此，缺陷的檢測和缺陷類型的判斷對于棒線材檢測極為重要。

參考文獻：

[1] 李林凱，蹇興亮，張澄宇.一種渦流探頭響應與缺陷大小的關系研究[J].傳感技術學報2017，3（6）：847-854.

[2] 蔣衛東，顧永祥.渦流探傷在銅管生產中的應用[J].銅加工 2006，1：58-61

[3] 姚睿智，寧玉林.淺析影響鋼管渦流檢測的因素[C].檢測技術與設備：300-303