多頻渦流技術(shù)在鋁合金型材裂紋檢測(cè)中的應(yīng)用

王傳剛 單清群

(中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 山東 青島 266041 )

隨著車輛運(yùn)行速度的提高和車輛輕量化要求的實(shí)施，鋁合金型材已在車輛制造企業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如動(dòng)車車體、客車車體等，鋁合金型材質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到機(jī)車車輛的檢修周期和行車安全。由于材質(zhì)不良或熱處理工藝不當(dāng)?shù)仍颍X合金型材會(huì)存在一些固有缺陷和晶粒粗大現(xiàn)象，同時(shí)因受到交變彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、沖擊應(yīng)力等應(yīng)力長(zhǎng)期作用，鋁合金型材在機(jī)車車輛運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋。目前，鋁合金表面裂紋采用滲透檢測(cè)能夠檢測(cè)出，但滲透檢測(cè)對(duì)表面狀況要求較高，需要完全去除板材表面的油漆等非金屬覆蓋層，且檢測(cè)時(shí)人為因素影響較大，而且只能對(duì)裂紋位置和長(zhǎng)度進(jìn)行確定，裂紋深度無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。

普通的渦流檢測(cè)技術(shù)采用單個(gè)頻率的激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，然而由于它只有一個(gè)頻率，所以很難去除一些外在的干擾信號(hào)。而多頻渦流檢測(cè)則是在探頭上加2個(gè)或2個(gè)以上的激勵(lì)頻率信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)幅度、相位和波形可以消去一些外在不必要的干擾信號(hào)，這一點(diǎn)對(duì)于檢測(cè)一些有支撐架或者結(jié)構(gòu)變形的型材效果特別明顯，檢測(cè)結(jié)果也更為精確。因此，可以采用多頻渦流技術(shù)對(duì)新制和檢修車輛的鋁合金型材進(jìn)行缺陷檢測(cè)。

1 檢測(cè)原理

在渦流檢測(cè)中，缺陷信號(hào)和干擾信號(hào)對(duì)探頭的反應(yīng)是相互獨(dú)立的，2種共同作用時(shí)的反應(yīng)為獨(dú)立作用時(shí)的矢量疊加。利用這一特點(diǎn)，可以通過(guò)改變檢測(cè)頻率來(lái)改變渦流在被檢材料中的大小和分布，使同一缺陷或干擾在不同頻率下對(duì)渦流產(chǎn)生不同反應(yīng)。通過(guò)矢量運(yùn)算，消去干擾的影響，僅保留缺陷信號(hào)。多頻渦流檢測(cè)技術(shù)就是用幾個(gè)不同頻率同時(shí)激勵(lì)探頭線圈，根據(jù)不同頻率對(duì)不同的參數(shù)變化所取得的檢測(cè)結(jié)果，通過(guò)上述方法分析處理提取所需信號(hào)，抑制不需要的干擾信號(hào)[1]。

2 試驗(yàn)系統(tǒng)

多頻渦流檢測(cè)系統(tǒng)有2種工作模式，它們的區(qū)別在于為渦流傳感器提供的多頻激勵(lì)信號(hào)是同步的還是異步的，如圖2所示。多頻渦流檢測(cè)系統(tǒng)一般由多頻渦流檢測(cè)模塊、微機(jī)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和外部設(shè)備4部分組成，構(gòu)成一個(gè)整體。系統(tǒng)的外部設(shè)備包括鍵盤、顯示器、報(bào)警器、傳感器等。系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)操作軟件、缺陷檢測(cè)、分析、記錄和評(píng)價(jià)管理軟件等。系統(tǒng)軟件一般基于Windows系統(tǒng)，操作十分簡(jiǎn)便[2]。

(a)同步工作模式 (b)異步工作模式 圖1 多頻渦流檢測(cè)系統(tǒng)的工作模式

3 試驗(yàn)結(jié)果

在厚度為8 mm的鋁型材上加工了3組人工裂紋進(jìn)行試驗(yàn)，每組人工缺陷共4條，長(zhǎng)度均為5 mm，寬度均為0.15 mm，深度分別為0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm和0.4 mm；3組人工裂紋分別為橫向分布、縱向分布和沿邊界分布，如圖2所示。

圖2 鋁合金型材人工裂紋示意圖

3.1 人工裂紋的檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)探頭在試件上無(wú)裂紋區(qū)域掃描時(shí)，檢測(cè)探頭沒(méi)有感應(yīng)信號(hào)；當(dāng)探頭沿著裂紋長(zhǎng)度方向和垂直于裂紋長(zhǎng)度方向掃描時(shí)，檢測(cè)探頭出現(xiàn)了明顯的感應(yīng)信號(hào)。人工裂紋深度越大，信號(hào)幅度越大。表1為不同深度人工裂紋的檢測(cè)結(jié)果。

表1 不同深度人工裂紋的信號(hào)幅度

圖3是深度為0.1 mm的邊沿裂紋檢測(cè)信號(hào)圖。從人工裂紋的檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，多頻渦流對(duì)鋁合金型材檢測(cè)具有較高的靈敏度，能發(fā)現(xiàn)深度為0.1 mm的人工裂紋。同時(shí)從圖3可以看到，缺陷信號(hào)比較干凈，沒(méi)有明顯的干擾雜波。

3.2 裂紋深度定量

制作人工裂紋試塊，試塊上刻有0.1 mm至2.0 mm或者5.0 mm已知深度的人工裂紋，對(duì)人工裂紋進(jìn)行檢測(cè)。分別以人工裂紋的深度和信號(hào)幅度為橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)制作裂紋深度曲線，在渦流檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)裂紋后從各個(gè)方向找到最大信號(hào)，與裂紋深度曲線進(jìn)行比較，對(duì)裂紋深度進(jìn)行定量。

對(duì)一個(gè)已發(fā)現(xiàn)的裂紋進(jìn)行深度定量，與裂紋深度曲線對(duì)比得到的裂紋深度為0.3 mm，對(duì)該裂紋進(jìn)行解剖后在顯微鏡下觀察，測(cè)得其深度為0.28 mm，如圖4所示。

圖3 深度為0.1 mm的邊沿裂紋檢出信號(hào)

圖4 裂紋截面圖

4 結(jié)論

采用多頻渦流檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)鋁合金型材進(jìn)行裂紋檢測(cè)及深度定量，多頻渦流對(duì)干擾抑制能力較強(qiáng)，對(duì)橫向、縱向以及在型材邊緣的裂紋都具有較高的檢測(cè)靈敏度，且信號(hào)比較明顯、噪聲很小。用于深度定量時(shí)，首先根據(jù)已知深度的人工裂紋制作裂紋深度曲線，然后根據(jù)檢測(cè)缺陷的最大信號(hào)幅度值與曲線對(duì)比進(jìn)行深度定量。多頻渦流檢測(cè)技術(shù)在新制和檢修機(jī)車車輛的鋁合金型材檢測(cè)上有很好的應(yīng)用效果和明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 林俊明.第一專題 多頻渦流檢測(cè)原理及應(yīng)用[J].無(wú)損檢測(cè)，1996(1)：23-26.

[2] 林俊明.聲脈沖/多頻渦流檢測(cè)儀的研制[J].華北電力技術(shù)，2000(5)：23-24.□