方向性脉冲涡流无损检测机理与应用研究

残余应力是造成零件疲劳、断裂的重要因素和表征构件早期质量的重要参量，有效评价应力变形状态对于金属关键部件早期失效预测十分必要。本项目提出一种方向性的脉冲涡流无损检测技术，以实现各向异性金属关键部件早期诊断的目的，就以下几个方面开展研究工作：（1）建立基于方向性脉冲涡流无损检测系统解析模型，实现三维磁场对各向异性金属部件响应信号快速且精确的计算；（2）提出一种新的脉冲涡流信号特征量，使得应力检测灵敏度更高、检测深度更深；（3）建立方向性脉冲涡流信号特征与拉伸应力的定量化关系，提出一种残余应力的评估方法；（4）通过金属弯曲应力试验，提出一种方向性脉冲涡流检测不同深度应力评估的新方法。

通过三年研究工作，本项目实现了预期研究目标，主要成果包括：. 1）仿真分析了脉冲涡流矩形传感器不同放置方式下的涡流分布，得出水平放置方式下的涡流密度更大，有利于检测微小缺陷；矩形探头相对于圆柱型探头具有方向特性，在水平放置与竖直放置两种方式下，各个方向的传感器灵敏度不同。深入探究了方向性脉冲涡流无损检测系统中脉冲涡流矩形传感器的灵敏度，通过仿真与实验证实，脉冲涡流矩形传感器长、宽、高对检测灵敏度的最佳比值为2:1:1.5。. 2）脉冲涡流信号特征提取技术研究，对脉冲涡流信号进行了时域与频域分析，提出了功率谱幅度在脉冲涡流检测中灵敏度最高。. 3）针对激励参数中不同幅值、不同占空比以及幅值与时间的乘积相同情况下，对金属部件表面下缺陷检测的影响，提出增大激励幅值可以提高检测效果，脉冲宽度（占空比）可以决定渗透深度，而减小占空比，可以提高脉冲涡流传感器的灵敏度。. 4）脉冲涡流信号增强技术研究，采用铝作为屏蔽材料将霍尔传感器与外界环境屏蔽，通过有限元仿真与实验相结合，证实该种屏蔽方式能有效增强铁磁性构件表面缺陷检测的信号强度与灵敏度。. 5）方向性脉冲涡流差分探头设计，仿真分析了方向性脉冲涡流各向异性导电材料的涡流分布，比较了方向性脉冲涡流差分探头与非差分探头的性能，提出方向性脉冲涡流差分探头的设计方法。通过实验证实，设计的方向性脉冲涡流差分探头能够有效提高各向异性导电材料及其他金属导电材料的检测灵敏度，且无需参考信号。. 6）通过标准的电导率脉冲涡流信号创造性建立了参考的电导率平面，并采用此平面对不同厚度、不同电导率的多层导电结构进行检测，证实了所建电导率平面的有效性。通过弯曲应力的实验进行了验证，证明了所提出参考电导率平面测量不同深度应力分布的有效性，可以采用参考电导率平面测量导电材料的电导率不均匀分布而逆推出导电材料弯曲应力不同深度的分布。. 7）基于方向性脉冲涡流无损检测试验平台：采用模块化设计，结合有限元仿真、PCB技术等，搭建了方向性脉冲涡流无损检测系统，通过试验研究，验证了所提出的方向性脉冲涡流无损检测技术的相关新方法的有效性。. 在以上研究中，共发表期刊论文14篇，其中SCI检索2篇，国内期刊论文12篇，会议论文4篇。