曲面金属构件脉冲涡流无损检测关键技术研究

曲面金属构件大量存在于石油、化工、能源、运输、航空航天等领域，其无损检测对实现大型、复杂结构和装备长期安全运行非常重要。本项目提出一种基于柔性线圈的脉冲涡流无损检测技术，以实现曲面金属构件脉冲涡流检测为目的，就以下几个方面开展研究工作：（1）建立柔性线圈脉冲涡流检测信号解析计算理论，实现曲面金属构件脉冲涡流检测信号的快速和高精度仿真；（2）采用模块化设计，结合柔性激励线圈阵列、磁场传感器阵列等技术，实现柔性线圈脉冲涡流检测系统；（3）研究在柔性线圈贴附于曲面金属构件表面时，磁场响应信号及其特征与构件结构和材料特性间的相互关联规律；（4）建立系统信号反演模型，实现曲面多层金属构件结构及各层材料特性的定量分析；（5）利用所建立的理论和方法，对实际曲面金属构件（如核电站管道、发动机/汽轮机叶片、焊缝、钢轨踏面等）中的自然缺陷进行识别、可视成像及量化评估，验证其有效性。

通过三年研究工作，本项目实现了预期研究工作目标。主要成果包括：.1）大型燃气轮机叶片热障涂层系统的定量评估：基于ETREE，建立了脉冲涡流检测大型燃气轮机叶片热障涂层的理论解析模型，探究了检测信号中各频率分量与涂层各层材质/厚度的关联规律；结合正问题求解模型，建立了基于Levenberg-Marquardt算法的高效反演模型，实现了对热障涂层结构中陶瓷层、粘接层的减薄以及粘接层材质劣化的定量评估；.2）核电站蒸汽管道自然腐蚀缺陷的定量评估：结合ETREE，建立了脉冲涡流检测核电站蒸汽管道自然腐蚀缺陷（缺陷导电率非零）的理论模型，探究了检测信号及其特征与腐蚀缺陷深度和导电率的关联规律，建立了基于三维磁场信号峰值和峰值时间的反演模型，实现了对核电站蒸汽管道自然腐蚀缺陷的定量评估；.3）石油钻井套管壁厚减薄的分类识别和定量评估：基于ETREE解析法，建立了脉冲涡流检测石油钻井套管壁厚减薄缺陷的解析模型，推导了石油钻井套管壁厚减薄缺陷脉冲涡流信号的理论表达式。提出时域切片积分（Time Slice Integration，TSI）作为脉冲涡流信号特征，探究了该信号特征与双层套管壁厚减薄缺陷的关联规律。通过分析，采用基于TSI的权函数对缺陷进行分类识别和定量评估；.4）核聚变反应堆内部线圈套管导体偏心的定量评估：结合快速三维有限元仿真方法（Ar法），建立了多频/脉冲涡流检测核聚变反应堆内部线圈套管导体偏心的三维仿真模型，探究了检测信号与套管导体偏心程度的关联规律；提出了一种核聚变反应堆内部线圈套管导体偏心的反演模型，实现了对磁体套管导体偏心方向和偏心大小的有效评估；.5）基于柔性线圈的脉冲涡流无损检测试验平台：采用模块化设计，结合柔性线圈加工技术、传感器阵列技术、三维磁场测量技术和磁场梯度测量技术等，搭建了曲面金属构件脉冲涡流检测系统，通过试验研究，验证了所提出的曲面金属构件脉冲涡流检测技术正问题和逆问题求解模型；.6）新型脉冲涡流信号特征和磁场测量技术：提出了脉冲涡流检测差分信号提离交汇点特征，不仅有效抑制了提离噪声，而且提升了检测灵敏度和定量精度；提出了基于磁场梯度测量的脉冲涡流检测技术，实现了对金属构件亚表面腐蚀缺陷和层间腐蚀缺陷的量化评估和可视成像。.在以上研究中，共发表期刊论文14篇，其中SCI国际期刊论文4篇，国内期刊论文10篇，国际会议论文11篇。