陣列渦流檢測性能驗證技術研究

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構設計，使渦流探頭陣列化，并利用數字信號處理技術和計算機技術完成信號的激勵、運放、采集、調理及顯示等功能，實現對被檢對象的快速、高效、數字化檢測[1，2]。

國內外通常采用槽形校準試塊對渦流檢測靈敏度進行設定。槽形校準試塊包含4個不同切割深度的矩形槽，不同槽深對應不同的靈敏度基準。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。渦流檢測存在較嚴重的邊緣效應，使靠近邊緣的區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果。國內外沒有相關試塊可以參照使用，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行模擬，因此效果一般。

2 陣列渦流檢測性能驗證試塊設計制作

由于陣列渦流檢測分辨力及渦流檢測邊緣效應會極大地影響陣列渦流檢測效果，因需設計性能驗證試塊，用以識別陣列渦流檢測系統在一定設置條件下的分辨力和邊緣效應。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梯度增加，用以對分辨力進行定量；不同矩形槽組合的深度也呈現梯度增加，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證試塊由母材、矩形槽組合、矩形槽-圓孔組合和基準面組成，母材的材質與被檢工件材質相同，形狀為組織均勻的長方體（見圖1）。

圖1 驗證試塊結構

針對試塊中各組合設計尺寸說明如下。

1）試塊母材的邊長為100mm，厚度≥5mm。基準面上設置三個矩形槽組合和一個矩形槽-圓孔組合。

2）矩形槽組合設置3 個或以上矩形槽，呈左右分布，左側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，間距為1～5mm，槽深均為2.5～3mm，槽長相同，均為3～

10mm。

3）矩形槽組合二設置3個或以上矩形槽，呈左右分布，左側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，間距為1～5mm，槽深均為1.5～2mm，槽長相同，均為3～10mm。

4）矩形槽組合三設置呈左右分布，左側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，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，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。

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

3 試驗驗證

邊緣區域檢測效果及一般區域檢測分辨力測試如圖2所示。首先確認陣列渦流檢測性能驗證試塊狀態良好，然后將陣列渦流探頭放置在母材的基準面上，分別沿水平和垂直方向進行掃查，掃查區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，設置頻率、電壓、增益等參數。提離設定結束后，按照圖中的掃查路徑對試塊進行掃查，掃查過程中控制掃查速度恒定。

矩形槽組合與矩形槽-圓孔組合顯示狀態如圖3、圖4所示。雖然圖3中三組矩形槽組合左部區域顯示清晰可辨，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，該檢測系統的分辨效果較差；右部區域顯示清晰可辨，相鄰兩個缺陷顯示之間呈現較明顯的間隔，說明缺陷間隔較大時，該系統的分辨效果較好。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造成的信號顯示（圖中藍色區域），受邊緣效應影響，靠近試塊邊緣區域的阻抗與基體有明顯區別，故有較強烈的對比顯示。

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 結束語

本文設計了陣列渦流檢測性能驗證試塊，由母材、矩形槽組合、矩形槽-圓孔組合和基準面組成，母材的材質與被檢工件材質相同。基準面上設置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。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。該驗證試塊能夠測試陣列渦流檢測的邊緣區域檢測情況，以及一般區域的分辨力，可以準確反映相鄰缺陷的分辨效果。通過檢測試驗，驗證了某設置條件下的陣列渦流的檢測性能。實施效果顯示，在該檢測條件下顯示清晰可辨，同時呈現出一定的邊緣效應。通過該陣列渦流檢測性能驗證試塊可以較好地反映陣列渦流檢測系統及設置的效果。