CN105181788A - 一种无损检测结构表面裂纹工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无损检测结构表面裂纹工艺，包括四个步骤：第一步：特征信号提取，在交流电磁场检测中，裂纹附近的磁场分布是一个空间矢量，把磁感应强度信号按照裂纹的长度分量、宽度分量和深度分量进行分解，在三个分量分析中，假定其他两个分量恒定，逐一分析每个分量裂纹，建立磁场与裂纹的对应关系，筛选出裂纹外形尺寸特征量；第二步：灵敏度计算，包括长度灵敏度计算、宽度灵敏度计算和深度灵敏度计算；第三步：裂纹外形尺寸特征量提取；第四步，裂纹量化算法。本发明对含任意形状裂纹构件的电磁场分布进行了数值模拟分析，获得了磁场分布与裂纹尺寸形状之间的转化规律。

Description

一种无损检测结构表面裂纹工艺

技术领域

本发明涉及一种无损检测方法，具体涉及一种无损检测结构表面裂纹工艺。

背景技术

交流电磁场检测技术是一种新兴的无损检测技术,具有非接触测量、受工件材料影响小、无需标定等独特优点,在覆盖有防腐涂层的结构表面裂纹检测领域有良好的应用前景。利用ACFM技术检测表面裂纹时,激励探头在工件表面感应出均匀电流,当有裂纹存在时,电流从裂纹的两边和底部绕过,引起表面电磁场扰动,记录电磁场信号并分析处理,可获得描述裂纹状态的尺寸信息,从而达到定量分析的目的，裂纹尺寸的反演一直是ACFM技术的核心,不仅直接影响着交流电磁场检测的精度,而且对后续的结构安全评估和寿命预测等方面有着显著的影响。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出了一种无损检测结构表面裂纹工艺，所述算法对含任意形状裂纹构件的电磁场分布进行了数值模拟分析,获得了磁场分布与裂纹尺寸形状之间的转化规律。

本发明的技术方案为：一种无损检测结构表面裂纹工艺，包括四个步骤：

第一步：特征信号提取

在交流电磁场检测中,裂纹附近的磁场分布是一个空间矢量,把磁感应强度信号按照裂纹的长度分量、宽度分量和深度分量进行分解，在三个分量分析中，假定其他两个分量恒定，逐一分析每个分量裂纹，建立磁场与裂纹的对应关系，筛选出裂纹外形尺寸特征量；

第二步：灵敏度计算

1）长度灵敏度计算，计算长度分量的信号幅值与无裂纹时的对应分量信号幅值之比，结果定义为长度灵敏度；

2）宽度灵敏度计算，计算宽度分量的信号幅值与无裂纹时的对应分量信号幅值之比，结果定义为宽度灵敏度；

3）深度灵敏度计算，计算深度分量的信号幅值与无裂纹时的对应分量信号幅值之比，结果定义为深度灵敏度；

第三步：裂纹外形尺寸特征量提取

依据交流电磁场理论，计算深度分量波形峰谷间距d,在距离裂纹两倍d距离的测点处计算长度分量信号幅值，与长度分量信号幅值的最小值一起组成裂纹外形尺寸信息特征向量；

第四步，裂纹量化步骤

1）输入深度分量峰值间距和长度灵敏度；

2）由深度分量峰值间距和长度灵敏度，经过差值计算，得到裂纹长度；

3）依据得到的裂纹长度和深度灵敏度，进行插值计算，得到深度分量；

4）依据得到的裂纹深度和宽度灵敏度，进行插值计算，得到宽度分量。

本发明具有如下有益效果：

1）本发明对含任意形状裂纹构件的电磁场分布进行了数值模拟分析,获得了磁场分布与裂纹尺寸形状之间的转化规律。

2）本发明性能可靠、工作稳定；

3）本发明信噪比高，缺陷分辨能力强；

4）系统配置简单灵活，以达到更多通道的要求；

5）本发明可靠性高，数据准确。

具体实施方式

在本发明算法中，依据磁场信号的数学模型为：

在交流电磁场检测中,检测电流的产生方式包括注入式和感应式两种,不管是用哪种方式激励,工件表面的电流均为匀强电流,因此它所产生的感应磁场是匀强磁场,当工件表面有裂纹存在时,这个匀强磁场受到扰动,引起与裂纹信息相关的磁场信号畸变,这就是用于ACFM分析和反的原始信号。

由于检测环境和待测工件表面条件的限制,ACFM技术多以感应式激励产生均匀电流。为了方便计算裂纹引起的电磁场的扰动,可以将表示磁场分布的矢量磁位ψ分为两部分

ψ(x,y,z，t)=ψO(x,y,z，t)+ψP(x,y,z，t)(1)

式中,ψO为检测电流感应的矢量势函数;ψP为裂纹引起的电场扰动感应的矢量势函数，t为裂纹引起时刻。

根据电磁感应,矢量势函数ψO和ψP都满足

Laplace方程

（2）

其中,满足无裂纹状态的边界条件

（3）

式中,μr为材料的相对磁导率;δ为电流趋肤层厚度。

ψP满足含裂纹状态的边界条件

（4）

电流趋肤层厚度δ可由下式求出

（5）

式中,μ0为真空磁导率;μ为材料的磁导率,μ=μrμ0;σ为

电导率;f为电流频率;ω为电流的角频率。

本发明包括以下四个步骤：

第一步：特征信号提取

在交流电磁场检测中,裂纹附近的磁场分布是一个空间矢量,把磁感应强度信号按照裂纹的长度分量、宽度分量和深度分量进行分解，在三个分量分析中，假定其他两个分量恒定，逐一分析每个分量裂纹，建立磁场与裂纹的对应关系，筛选出裂纹外形尺寸特征量；

第二步：灵敏度计算

1）长度灵敏度计算，计算长度分量的信号幅值与无裂纹时的对应分量信号幅值之比，结果定义为长度灵敏度；

2）宽度灵敏度计算，计算宽度分量的信号幅值与无裂纹时的对应分量信号幅值之比，结果定义为宽度灵敏度；

3）深度灵敏度计算，计算深度分量的信号幅值与无裂纹时的对应分量信号幅值之比，结果定义为深度灵敏度；

第三步：裂纹外形尺寸特征量提取

依据交流电磁场理论，计算深度分量波形峰谷间距d,在距离裂纹两倍d距离的测点处计算长度分量信号幅值，与长度分量信号幅值的最小值一起组成裂纹外形尺寸信息特征向量；

第四步，裂纹量化步骤

1）输入深度分量峰值间距和长度灵敏度；

2）由深度分量峰值间距和长度灵敏度，经过差值计算，得到裂纹长度；

3）依据得到的裂纹长度和深度灵敏度，进行插值计算，得到深度分量；

4）依据得到的裂纹深度和宽度灵敏度，进行插值计算，得到宽度分量。

Claims (1)

1.一种无损检测结构表面裂纹工艺，其特征是：包括四个步骤：

第一步：特征信号提取

在交流电磁场检测中,裂纹附近的磁场分布是一个空间矢量,把磁感应强度信号按照裂纹的长度分量、宽度分量和深度分量进行分解，在三个分量分析中，假定其他两个分量恒定，逐一分析每个分量裂纹，建立磁场与裂纹的对应关系，筛选出裂纹外形尺寸特征量；磁场分布的矢量磁位ψ分为两部分

ψ(x,y,z，t)=ψO(x,y,z，t)+ψP(x,y,z，t)(1)

式中,ψO为检测电流感应的矢量势函数;ψP为裂纹引起的电场扰动感应的矢量势函数，t为裂纹引起时刻；

第二步：灵敏度计算

1）长度灵敏度计算，计算长度分量的信号幅值与无裂纹时的对应分量信号幅值之比，结果定义为长度灵敏度；

2）宽度灵敏度计算，计算宽度分量的信号幅值与无裂纹时的对应分量信号幅值之比，结果定义为宽度灵敏度；

3）深度灵敏度计算，计算深度分量的信号幅值与无裂纹时的对应分量信号幅值之比，结果定义为深度灵敏度；

第三步：裂纹外形尺寸特征量提取

依据交流电磁场理论，计算深度分量波形峰谷间距d,在距离裂纹两倍d距离的测点处计算长度分量信号幅值，与长度分量信号幅值的最小值一起组成裂纹外形尺寸信息特征向量；

第四步，裂纹量化步骤

1）输入深度分量峰值间距和长度灵敏度；

2）由深度分量峰值间距和长度灵敏度，经过差值计算，得到裂纹长度；

3）依据得到的裂纹长度和深度灵敏度，进行插值计算，得到深度分量；

4）依据得到的裂纹深度和宽度灵敏度，进行插值计算，得到宽度分量。