軌道車(chē)輛焊縫缺陷遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究

徐德衍，丁亞萍，孟 鶴，郭永康，宋 凱

(1.中車(chē)南京浦鎮(zhèn)車(chē)輛有限公司，江蘇 南京 210031; 2.南昌航空大學(xué) 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330063)

0 引 言

軌道車(chē)輛車(chē)體主要由鋁合金焊接構(gòu)件和不銹鋼焊接構(gòu)件組成[1-2]如圖1所示。由于長(zhǎng)期工作在惡劣環(huán)境下，焊接構(gòu)件焊縫區(qū)域內(nèi)部極易形成疲勞裂紋和應(yīng)力腐蝕裂紋，為行車(chē)安全埋下隱患[3-5]。為保證軌道車(chē)輛工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，確保軌道車(chē)輛安全行駛，研發(fā)一種快速、可靠的軌道車(chē)輛焊縫區(qū)域埋深缺陷無(wú)損檢測(cè)方法具有重要意義[6-7]。

圖1 軌道車(chē)輛焊縫結(jié)構(gòu)圖

近年來(lái)，眾多學(xué)者以及研究人員在焊縫缺陷檢測(cè)評(píng)估領(lǐng)域做了很多研究，采用相關(guān)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)開(kāi)展了焊縫的檢測(cè)工作。邢艷亮等[8]基于超聲檢測(cè)法開(kāi)展了鋼襯墊單面焊雙面成形焊縫的檢測(cè)工作，通過(guò)辨別反射回波的來(lái)源，分析回波的傳播路徑和反射特性，提出了判斷真假回波信號(hào)的方法，對(duì)鋼襯墊焊縫的超聲波檢測(cè)具有一定的指導(dǎo)意義。但超聲檢測(cè)存在一定盲區(qū)且需要耦合劑。Hamade等[9]采用基于X射線(xiàn)的計(jì)算機(jī)斷層攝影（CT）和Otsu閾值處理方法，實(shí)現(xiàn)了鋁合金攪拌摩擦焊搭接接頭的缺陷檢測(cè)，成功識(shí)別了焊縫缺陷的位置和類(lèi)型，通過(guò)提取的3D模型可確定缺陷的體積。然而射線(xiàn)檢測(cè)對(duì)人體的危害限制了其應(yīng)用場(chǎng)合。

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)（remote field eddy current testing，RFECT）是可實(shí)現(xiàn)埋深缺陷檢測(cè)的渦流檢測(cè)新技術(shù)，具有操作便捷，無(wú)需耦合劑等優(yōu)點(diǎn)[10-11]，適用于軌道車(chē)輛車(chē)體鋁合金焊縫和不銹鋼焊縫表面及埋深缺陷的檢測(cè)。鄒建偉等[12]使用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)開(kāi)展了小徑管對(duì)接焊縫檢測(cè)工作，總結(jié)了不同缺陷的信號(hào)特征和相應(yīng)的規(guī)律，研究表明對(duì)于壁厚為5 mm的管焊縫最佳激勵(lì)頻率范圍為70～300 Hz。隨著傳統(tǒng)渦流和新興渦流檢測(cè)方法的發(fā)展和應(yīng)用，一些學(xué)者也開(kāi)展了多頻渦流、脈沖渦流等方法的焊縫缺陷檢測(cè)工作[13-14]，但使用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流方法開(kāi)展焊縫缺陷檢測(cè)工作的并不多見(jiàn)。

本文首先分析了RFECT的原理，搭建了焊縫缺陷RFECT系統(tǒng)，開(kāi)展了軌道車(chē)輛車(chē)體不銹鋼焊縫和鋁合金焊縫埋深缺陷RFECT試驗(yàn)研究，為使用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)焊縫埋深缺陷提供理論和技術(shù)支持。

1 RFECT原理

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)與渦流檢測(cè)相似，基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)缺陷的檢測(cè)。如圖2所示，屏蔽層阻斷了直接耦合通道的磁場(chǎng)傳播，檢測(cè)單元無(wú)法拾取到激勵(lì)單元激發(fā)的近場(chǎng)區(qū)域的磁場(chǎng)信號(hào)。由激勵(lì)單元激發(fā)的穿過(guò)被檢構(gòu)件的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的磁場(chǎng)信號(hào)，通過(guò)間接耦合通道被檢測(cè)單元拾取。遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的磁場(chǎng)信號(hào)攜帶有被檢構(gòu)件的內(nèi)部信息，以此實(shí)現(xiàn)金屬構(gòu)件埋深缺陷的檢測(cè)。

圖2 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)原理圖

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流激勵(lì)頻率較低，時(shí)變渦旋電場(chǎng)產(chǎn)生的位移電流可忽略。圖2中激勵(lì)單元的空間電磁場(chǎng)可用麥克斯韋方程進(jìn)行概括：

式中：H——磁場(chǎng)強(qiáng)度；

J——電流密度；

E——電場(chǎng)強(qiáng)度；

B——磁感應(yīng)強(qiáng)度；

D——電通密度。

引入矢量磁位A可得：

將式（5）代入式（2）可得：

將式（6）代入式（1）可得：

式（8）描述了激勵(lì)單元附近的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流擴(kuò)散現(xiàn)象，其中μ和σ為被檢構(gòu)件的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率。

對(duì)于時(shí)諧磁場(chǎng)，式（8）可簡(jiǎn)化為：

在軸對(duì)稱(chēng)情況下，式（9）可簡(jiǎn)化為：

式中：r、z——圓柱坐標(biāo)系的基矢量；

ω——角頻率。

根據(jù)式（5）、（10）可求出磁感應(yīng)強(qiáng)度B，再由電磁感應(yīng)定律可求得感應(yīng)單元的電壓值，則根據(jù)感應(yīng)單元電壓值的變化可實(shí)現(xiàn)金屬構(gòu)件的缺陷檢測(cè)。

2 焊縫遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探頭設(shè)計(jì)

焊縫缺陷遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度主要取決于所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探頭。為了檢測(cè)焊縫構(gòu)件埋深缺陷，激勵(lì)線(xiàn)圈激發(fā)的磁場(chǎng)就必須滲透至構(gòu)件內(nèi)部，因此激勵(lì)線(xiàn)圈的放置方式非常重要。檢測(cè)線(xiàn)圈主要拾取與其垂直的磁場(chǎng)，在檢測(cè)線(xiàn)圈參數(shù)已定的情況下，檢測(cè)信號(hào)和檢測(cè)線(xiàn)圈的放置方式密切相關(guān)。激勵(lì)線(xiàn)圈平行于構(gòu)件放置，這種放置方式下激勵(lì)磁場(chǎng)將垂直于構(gòu)件向下滲透從而有利于增加滲透深度。檢測(cè)線(xiàn)圈立放有利于減小由焊縫魚(yú)鱗紋所引起的噪聲信號(hào)。設(shè)計(jì)焊縫缺陷遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探頭如圖3所示。

圖3 焊縫缺陷遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探頭設(shè)計(jì)圖

焊縫遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探頭采用硅鋼和鐵氧體PC40分別作為檢測(cè)線(xiàn)圈和激勵(lì)線(xiàn)圈的磁芯。其激勵(lì)線(xiàn)圈及檢測(cè)線(xiàn)圈的參數(shù)如表1所示。

表1 線(xiàn)圈參數(shù)

2.1 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探頭檢測(cè)靈敏度驗(yàn)證

為驗(yàn)證所研制探頭的檢測(cè)靈敏度，在對(duì)焊縫缺陷檢測(cè)前對(duì)與母材材質(zhì)相同的試塊進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)對(duì)象為厚度6 mm的鋁合金平板，平板表面加工有5 mm×0.13 mm×1 mm的裂紋，試塊如圖4、5所示。將探頭放置在缺陷背面進(jìn)行檢測(cè)，得到檢測(cè)信號(hào)的幅值如圖6所示。對(duì)比無(wú)缺陷處信號(hào)與缺陷處信號(hào)可清晰識(shí)別缺陷信號(hào)特征，所研制的焊縫遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探頭具備檢測(cè)6 mm埋深下，尺寸為5 mm×0.13 mm×1 mm裂紋的能力。

圖4 鋁合金平板試塊設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

圖5 鋁合金平板試塊實(shí)物圖

圖6 檢測(cè)信號(hào)

為確認(rèn)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)探頭對(duì)不銹鋼埋深缺陷的檢測(cè)能力，開(kāi)展不銹鋼平板埋深缺陷的檢測(cè)試驗(yàn)，不銹鋼平板試塊示意圖如圖7、8所示。不銹鋼平板試塊的尺寸為：長(zhǎng)度350 mm、寬度200 mm、厚度5 mm，平板表面加工有尺寸20 mm×1mm×1 mm的裂紋，將探頭放置在缺陷背面進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖9所示。結(jié)合圖9可知，探頭具備對(duì)不銹鋼試塊埋深4 mm，尺寸20 mm×1 mm×1 mm裂紋的檢測(cè)能力。

圖7 不銹鋼平板試塊設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

圖8 不銹鋼平板試塊實(shí)物圖

圖9 檢測(cè)信號(hào)

3 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)

焊縫缺陷遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)如圖10所示，主要由硬件系統(tǒng)、檢測(cè)探頭、軟件系統(tǒng)組成。

圖10 焊縫缺陷遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)主要包括激勵(lì)模塊，信號(hào)調(diào)理模塊和信號(hào)采集模塊。激勵(lì)模塊用于產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)檢測(cè)探頭，主要由信號(hào)發(fā)生器和功率放大器組成。其中信號(hào)發(fā)生器基于AD9854芯片設(shè)計(jì)，功率放大器基于LM6321設(shè)計(jì)。信號(hào)調(diào)理模塊用于檢測(cè)信號(hào)的放大和實(shí)部分量、虛部分量的獲取，主要由前置放大器、相敏檢波模塊、可調(diào)增益放大模塊、信號(hào)采集模塊組成。其中相敏檢波電路基于AD630芯片和運(yùn)算放大器OPA2111搭建，可調(diào)增益放大電路基于儀表放大器AD623搭建。信號(hào)采集模塊用于檢測(cè)信號(hào)的采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換，并通過(guò)串口方式將數(shù)字信號(hào)傳輸至上位機(jī)軟件，該模塊主要由USB-4711A型采集卡組成。檢測(cè)探頭為遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探頭，可實(shí)現(xiàn)焊縫埋深缺陷的檢測(cè)，檢測(cè)對(duì)象為含有埋深缺陷的焊縫試塊。軟件系統(tǒng)可完成檢測(cè)信號(hào)波形顯示及信號(hào)相關(guān)處理，處理后的檢測(cè)信號(hào)以阻抗圖的形式顯示。軟件基于NI公司的LabVIEW2016編制，可根據(jù)實(shí)部分量、虛部分量計(jì)算信號(hào)的幅值和相位，并具有智能回零、相位旋轉(zhuǎn)、閾值報(bào)警、實(shí)部虛部比例設(shè)置、數(shù)字濾波等功能。軟件前面板界面如圖11所示，主要由以下6個(gè)模塊組成：波形顯示、數(shù)據(jù)顯示、濾波參數(shù)、閾值報(bào)警、參數(shù)設(shè)置、控制模塊。

圖11 軟件前面板界面

軟件的后面板程序設(shè)計(jì)是整個(gè)軟件的核心部分，決定了前面板界面各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行LabVIEW程序后，軟件處于待機(jī)狀態(tài)，完成參數(shù)設(shè)置后可開(kāi)始檢測(cè)任務(wù)。檢測(cè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)波形顯示，數(shù)據(jù)顯示以及閾值報(bào)警。完成檢測(cè)任務(wù)后可根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存，下面主要介紹后面板程序中3個(gè)主要功能的實(shí)現(xiàn)結(jié)果。

1）智能回零功能

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)通過(guò)缺陷與無(wú)缺陷信號(hào)的差別來(lái)識(shí)別缺陷，通常先將檢測(cè)探頭放置在已知的無(wú)缺陷處，并以無(wú)缺陷處的檢測(cè)信號(hào)為基準(zhǔn)。為了將無(wú)缺陷處的檢測(cè)信號(hào)設(shè)為基準(zhǔn)，在后面板程序中添加了智能回零功能。

智能回零功能程序代碼包括布爾控件、條件結(jié)構(gòu)、運(yùn)算函數(shù)等。智能回零按鈕為布爾控件，按下的一瞬間其值為真，其他時(shí)刻均為假。智能回零鍵按下時(shí)刻，系統(tǒng)選定此時(shí)的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)。

如表2所示，假設(shè)有連續(xù)的3個(gè)采樣時(shí)刻為時(shí)刻1、時(shí)刻2、時(shí)刻3，且其采集的原始數(shù)據(jù)分別為a、b、c。若時(shí)刻1智能回零鍵按下，則時(shí)刻1的采集數(shù)據(jù)設(shè)為基準(zhǔn)，時(shí)刻2和時(shí)刻3的采集數(shù)據(jù)分別為b-a、c-a，且在時(shí)刻1采樣數(shù)據(jù)強(qiáng)制恢復(fù)為0，阻抗圖光點(diǎn)回到原點(diǎn)；若在時(shí)刻2智能回零鍵按下，則時(shí)刻2的采集數(shù)據(jù)設(shè)為基準(zhǔn)，時(shí)刻1采集到的數(shù)據(jù)仍為a，時(shí)刻3采集到的數(shù)據(jù)為c-b，且在時(shí)刻2采樣數(shù)據(jù)強(qiáng)制恢復(fù)為0，阻抗圖光點(diǎn)回到原點(diǎn)；若在時(shí)刻3智能回零鍵按下，則時(shí)刻3的采集數(shù)據(jù)設(shè)為基準(zhǔn)，時(shí)刻1和時(shí)刻2的采集數(shù)據(jù)分別為a、b，且在時(shí)刻3采樣數(shù)據(jù)強(qiáng)制恢復(fù)為0，阻抗圖光點(diǎn)回到原點(diǎn)。后續(xù)的采樣時(shí)刻4至采樣時(shí)刻N(yùn)的采樣數(shù)據(jù)都將減去時(shí)刻3的基準(zhǔn)，然后進(jìn)行其他處理。通過(guò)智能回零功能可實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)點(diǎn)的選取和阻抗圖中光點(diǎn)回零的效果，在進(jìn)行缺陷檢測(cè)時(shí)有利于識(shí)別出缺陷信號(hào)。

表2 智能回零功能結(jié)果

2）實(shí)部虛部比例設(shè)置功能

使用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流進(jìn)行缺陷檢測(cè)時(shí)，同一缺陷所引起的實(shí)部變化量和虛部變化量不相同。實(shí)部虛部的比例設(shè)置會(huì)影響阻抗圖的顯示效果，設(shè)置合適的實(shí)部虛部比例有利于區(qū)分缺陷信號(hào)與由焊縫魚(yú)鱗紋引起的噪聲信號(hào)，減小缺陷誤判率。

實(shí)部虛部比例設(shè)置功能包括比例值輸入控件、阻抗圖X軸和Y軸的調(diào)用節(jié)點(diǎn)。通過(guò)人為設(shè)定的實(shí)部虛部比例數(shù)值來(lái)達(dá)到更改阻抗圖中X軸和Y軸的數(shù)據(jù)范圍的效果，定義增益比=m/l，m為實(shí)部比例系數(shù)，l為虛部比例系數(shù)，其中坐標(biāo)軸數(shù)據(jù)范圍為實(shí)部或虛部比例系數(shù)與缺陷信號(hào)幅值的乘積，當(dāng)缺陷信號(hào)幅值不變時(shí)，實(shí)部或虛部比例系數(shù)放大或縮小n倍，則阻抗圖顯示的坐標(biāo)軸數(shù)據(jù)范圍相應(yīng)的縮小或放大n倍，從而達(dá)到“放大”實(shí)部虛部分量的目的。在不同增益比下對(duì)同一缺陷進(jìn)行檢測(cè)，具體結(jié)果如圖12所示。

圖12 不同增益比時(shí)缺陷檢測(cè)結(jié)果

當(dāng)增益比為1/1時(shí)，阻抗圖中X軸和Y軸最大值均為2 500，缺陷信號(hào)較小不利于缺陷的識(shí)別；當(dāng)增益比為3/3時(shí)，阻抗圖中X軸和Y軸最大值均變?yōu)?33.3，缺陷信號(hào)相比較為明顯，更容易識(shí)別缺陷；當(dāng)增益比為5/1時(shí)，阻抗圖中X軸最大值變?yōu)?00，Y軸最大值為2 500，雖然可以識(shí)別出缺陷信號(hào)，但信噪比非常低，容易造成缺陷的漏判；當(dāng)增益比為1/5時(shí)，阻抗圖中X軸最大值為2 500，Y軸最大值變?yōu)?00，此時(shí)缺陷信號(hào)較為明顯，信噪比最高，有利于識(shí)別出缺陷。

3）相位旋轉(zhuǎn)功能

對(duì)于不同的檢測(cè)對(duì)象、不同的缺陷種類(lèi)，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)信號(hào)的初始相位有較大的差別，將缺陷信號(hào)的相位調(diào)整到合適的位置，可以更好地區(qū)分缺陷信號(hào)與噪聲信號(hào)。

相位旋轉(zhuǎn)功能主要包括相位旋轉(zhuǎn)輸入按鈕、角度與弧度轉(zhuǎn)換函數(shù)、正弦與余弦計(jì)算函數(shù)、程序連接線(xiàn)。通過(guò)設(shè)定合適的相位旋轉(zhuǎn)角度，即可達(dá)到調(diào)節(jié)阻抗圖中檢測(cè)信號(hào)相位的目的。在實(shí)部、虛部比例相同，相位不同和實(shí)部、虛部比例不同，相位不同的情況下對(duì)同一缺陷進(jìn)行檢測(cè)，具體結(jié)果如圖13所示。

由圖13可知，在實(shí)部、虛部比例相同的情況下，相位為0°和90°時(shí)的檢測(cè)信號(hào)特征相同，但相位為90°時(shí)更容易區(qū)分缺陷信號(hào)和噪聲信號(hào)，有利于識(shí)別缺陷；在實(shí)部、虛部比例不同的情況下，相位為0°時(shí)雖然可以區(qū)分出缺陷信號(hào)，但信噪比較低，相位為90°時(shí)，缺陷信號(hào)非常明顯，信噪比最高，可以很好地識(shí)別出缺陷。由上述分析可知，根據(jù)缺陷信號(hào)的特征設(shè)置合適的相位旋度數(shù)，有利于識(shí)別缺陷信號(hào)，提高檢測(cè)信噪比。

圖13 不同相位時(shí)缺陷檢測(cè)結(jié)果

4 焊縫缺陷RFECT試驗(yàn)研究

4.1 鋁合金焊縫試驗(yàn)研究

鋁合金焊縫區(qū)域除了存在焊縫余高的，熔合區(qū)內(nèi)材料屬性會(huì)發(fā)生變化，并且存在殘余應(yīng)力，這些因素都會(huì)對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)結(jié)果造成影響?；赗FECT檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)展了鋁合金焊縫埋深缺陷檢測(cè)試驗(yàn)研究。鋁合金焊縫試塊如圖14、15所示，試塊長(zhǎng)度為350 mm、寬度為200 mm、厚度為3 mm。焊縫區(qū)域存在魚(yú)鱗紋，試塊背面通過(guò)電火花加工有尺寸為10 mm×1 mm×1 mm的裂紋。將探頭放置在焊縫正面，平行于焊縫掃查，如圖16所示。采用焊縫平面遠(yuǎn)場(chǎng)渦流分別檢測(cè)焊縫試塊無(wú)缺陷處和帶缺陷處，結(jié)果如圖17所示。

圖14 鋁合金焊縫試塊

圖15 鋁合金焊縫加工圖紙（單位：mm）

圖16 探頭掃查方式示意圖

圖17 鋁合金焊縫試塊檢測(cè)結(jié)果

分析圖17可知，無(wú)缺陷處檢測(cè)信號(hào)的實(shí)部和虛部均有一定的變化，焊縫余高的存在會(huì)對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)信號(hào)造成一定的干擾。無(wú)缺陷處檢測(cè)信號(hào)機(jī)缺陷處檢測(cè)信號(hào)存在明顯的幅值及相位差異，所研制的焊縫遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探頭具備檢測(cè)試塊上埋深3 mm，尺寸為10 mm×1 mm×1 mm裂紋的能力。

4.2 不銹鋼焊縫試驗(yàn)研究

不銹鋼的焊接性相對(duì)較差，焊縫熔合區(qū)更易發(fā)生較大的材料特性轉(zhuǎn)變。基于RFECT檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)展了不銹鋼焊縫埋深缺陷檢測(cè)試驗(yàn)研究。不銹鋼焊縫試塊如圖18所示，試塊長(zhǎng)300 mm、寬210 mm、厚度為5 mm，焊縫區(qū)域存在魚(yú)鱗紋，試塊背面焊縫區(qū)域通過(guò)電火花加工有尺寸為20 mm×1 mm×2 mm的裂紋。將探頭放置在焊縫正面進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖19所示。

圖18 不銹鋼焊縫試塊

圖19 不銹鋼焊縫試塊檢測(cè)結(jié)果

分析圖19可知，無(wú)缺陷處檢測(cè)信號(hào)的實(shí)部分量和虛部分量都有相應(yīng)的變化，不銹鋼焊縫熔合區(qū)和焊縫余高的共同作用，對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)信號(hào)造成干擾。所研制的探頭可實(shí)現(xiàn)焊縫處埋深為5 mm，尺寸為20 mm×1 mm×1 mm裂紋的檢測(cè)。

4.3 焊縫余高對(duì)檢測(cè)的影響

焊縫余高存在使探頭無(wú)法緊貼被檢構(gòu)件焊縫區(qū)域，同時(shí)為了降低焊縫余高對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，需要在檢測(cè)探頭有一定的提離高度時(shí)開(kāi)展焊縫檢測(cè)試驗(yàn)。為了驗(yàn)證探頭提離高度對(duì)靈敏度的影響，開(kāi)展了不同提離高度下的相同缺陷的檢測(cè)試驗(yàn)研究，對(duì)不銹鋼焊縫試塊進(jìn)行檢測(cè)，具體結(jié)果如圖20所示。

圖20 不同提離高度時(shí)缺陷檢測(cè)結(jié)果

分析上圖可知，探頭提離高度為0～8 mm時(shí)，均可識(shí)別出缺陷信號(hào)，隨著提離高度的增加，電壓值的變化量減小，靈敏度降低。探頭提離高度為0 mm（無(wú)提離）時(shí)，電壓值變化量為0.039 V；探頭提離高度為2 mm時(shí)，電壓值變化量為0.033 V，與無(wú)提離時(shí)相比靈敏度下降了15%；探頭提離高度為4 mm時(shí)，電壓值變化量為0.023 V，與無(wú)提離時(shí)相比靈敏度下降了41%；探頭提離高度為6 mm時(shí)，電壓值變化量為0.017 V，與無(wú)提離時(shí)相比靈敏度下降了56%；探頭提離高度為8 mm時(shí)，電壓值變化量為0.01 V，與無(wú)提離時(shí)相比靈敏度下降了74%。為了充分發(fā)揮檢測(cè)探頭本身的檢測(cè)靈敏度，結(jié)合被檢焊縫的余高尺寸，確定開(kāi)展焊縫檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)，探頭提離高度范圍為 0～2 mm。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)原理，研制了遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)。硬件電路模塊實(shí)現(xiàn)了探頭的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)信號(hào)的處理；上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)信號(hào)的波形顯示，并具有相位旋轉(zhuǎn)、智能回零、實(shí)部虛部比例設(shè)置等功能。開(kāi)展了軌道車(chē)輛鋁合金焊縫、不銹鋼焊縫埋深缺陷檢測(cè)試驗(yàn)研究。研究表明，基于遠(yuǎn)場(chǎng)渦流焊縫缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)鋁合金焊縫埋深3 mm、尺寸為10 mm×1 mm×1 mm裂紋檢測(cè)與不銹鋼焊縫埋深5 mm、尺寸為20 mm×1 mm×2 mm裂紋檢測(cè)。對(duì)于不銹鋼焊縫檢測(cè)，由于受焊縫余高的影響，檢測(cè)時(shí)探頭可在0～2 mm范圍內(nèi)提離。