【文章內(nèi)容簡介】 法主要有分光束顯微法、重量法、渦流法 等等。 復(fù)合金屬覆層厚度的測量方法主要有金相法、 X 熒光法、容量法、 X 射線光譜測量法等。在 以上所述的 方法中 ,能夠無損檢測覆蓋層厚度的方法為非磁性金屬基體上非導(dǎo)電覆蓋層厚度測量的渦流方法、磁性金屬基體上非磁性覆蓋層厚度測量的磁性方法、 X 射線光譜測量法和β射線反向散射法。但是在 X 射線光譜儀和β射線反向散射法應(yīng)用上 ,因為 檢測設(shè)備價 格 太高 ,往往作為檢測的高檔設(shè)備供實驗室使用 ,而在現(xiàn)場大量使用基于磁 性方法和電渦流方法的測厚儀。 國內(nèi)外渦流測厚技術(shù)主要 有 分為兩大類應(yīng)用，一是覆蓋層厚度測量 ,另一個是金屬管板箔厚度測量。 在 國外，渦流測厚技術(shù)已 經(jīng) 被廣泛 的 運用，其中頗有代表性的美國 CMI 公司由最初通過對電導(dǎo)率的測量來測金屬鍍層的厚度，發(fā)展到后來測鍍層阻抗值的方法來對金屬鍍層進行測量，精度 達到 了 177。 6%，測量范圍為 150μ m。 在國內(nèi)測厚領(lǐng)域，渦流法也 經(jīng) 已被廣泛運用，但測量對象皆為非磁性或磁性金屬基體上絕緣層或非磁性覆層厚度。分辨率達 1μ m177。 3%測量值，測量范圍最小為 0200μ m。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 5 課題研究的主 要內(nèi)容 1. 了解國目前內(nèi)外渦流測厚技術(shù)。 2．理解了隨著涂層厚度的增加，提離值也隨之增加。 3. 結(jié)合渦流檢測的方法原理，理解和掌握渦流測厚的方法。 4. 了解到雖然是同樣一塊試塊，但由于涂層厚度的不均勻性，各點的提離值都不一樣。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 6 2. 渦流法測厚技術(shù)理論基礎(chǔ) 渦流檢測 技術(shù) 作為 以 電磁感應(yīng)原理 為基礎(chǔ)的 無損檢測方法 ，它 已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在 導(dǎo)電材料的無損檢測中， 當(dāng) 在交變磁場中放置一塊導(dǎo)體材料 時 ，由于電磁感應(yīng)的作用就會在導(dǎo)體材料內(nèi)部感應(yīng)出旋渦狀的電流， 即 渦流。 而 同時也將產(chǎn)生一個相同頻 率的磁場，但這個磁場的方向與原磁場的方向相反，這個反相磁場就會使得檢測線圈的阻抗發(fā)生 變化 ，渦流檢測技術(shù)就是通過利用阻抗分析法進行渦流定量分析來進行 工件檢測的。 渦流檢測原理 渦流檢測是 在 電磁感應(yīng)原理 上 為基礎(chǔ)的一種常規(guī)無損檢測方法。 它的基本原理可描述為： 如果 載有交變電流的試驗線圈靠近導(dǎo)體試件，由于線圈產(chǎn)生的交變磁場的作用 就 會在導(dǎo)體中感生出渦流。渦流的大小、相位及流動形式受到試件性能 以 及有無缺陷的影響，而渦流的反作用磁場又 會 使線圈的阻抗發(fā)生變化。因此， 當(dāng) 通過測定試驗線圈阻抗 發(fā)生 變化，就可以推出被檢試件性 能的變化及有無缺陷的結(jié)論 。 阻抗分析法 在進行渦流法檢測時， 因為 在檢測過程中 有 存在著多種影響因素的干擾，為 了 能夠排除干擾因素并 且 有效的提取有用的檢測信號， 國內(nèi)外 許多學(xué)者提出了一些信號分析方法，但都沒有能夠成功實現(xiàn)抑制干擾因素的影響，直到德國學(xué)者福斯特提出消除渦流檢測儀器中干擾因素的理論分析，即阻抗分析法，才使得這一 世界 難題得了關(guān)鍵性的突破。 阻抗分析法是建立在相位變化與線圈阻抗變化之間關(guān)系的基礎(chǔ)之上的一種提取有用信號并 且 排除干擾信號的有效信號分析方法。在進行渦流檢測 的 時 侯 ，渦流信號不同的相位延遲 反映 出 電磁波在被檢導(dǎo)體中傳播深度和時間，通過分析 它 與線圈阻抗之間的關(guān)系就能達到鑒別抑制干擾因素并 且 提取有用信號的目的。 這種 有效方法的提出在渦流檢測技術(shù)的發(fā)展過程中起到了突破性作用，為渦流檢測法 很好的 提供了一整套完整、系統(tǒng)的理論體系。 線圈阻抗的影響因素 渦流檢測在實際 檢測 過程中，材料磁導(dǎo)率、材料電導(dǎo)率、檢測頻率、探頭提離等南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 7 因素 的變化都會引起探頭線圈阻抗的變化， 同時 他們的變化方向 也 互不相同。因此將干擾因素與有用的檢測信號區(qū)分開來是比較復(fù)雜 并 且難以實現(xiàn)的，如果能夠有效抑制其他一些干擾因素的影響，那 么就能夠 很好的 實現(xiàn)比較準(zhǔn)確的渦流無損檢測評價。影響探頭檢測線圈阻抗的主要因素 主要 如下所述： （ 1）材料磁導(dǎo)率 對于鐵磁性材料 來說 ，在進行材料檢測時其磁導(dǎo)率 并 不是常數(shù)， 它的 大小通常可以達到幾百亨利 /米， 因此 即使是比較微小的磁導(dǎo)率變化都 有 可能導(dǎo)致很大的噪聲產(chǎn)生，噪聲就會將有用的檢測信號淹沒， 導(dǎo)致 檢測失效。而非鐵磁性材料的磁導(dǎo)率通常為常數(shù) 并 且約等于 1，因此，為了消除磁導(dǎo)率對檢測線圈阻抗的 巨大 影響，通常通過高強度磁化材料至磁飽和狀態(tài) 并 使其磁導(dǎo)率趨于常數(shù)的條件下來抑制材料磁導(dǎo)率的影響。 （ 2）材料電導(dǎo)率 材料電導(dǎo)率對渦流檢測線圈有著直接 的 影響，渦流法對于缺陷的檢測就是利用缺陷部分與母材電導(dǎo)率 的 不同所產(chǎn)生的檢測信號存在差異 的 這個特點。而且由于材料電導(dǎo)率不同將會導(dǎo)致檢測線圈阻抗 的 大小不同，因此根據(jù)渦流的這個特點就可以利用渦流法進行熱處理狀態(tài)檢測以及材料 的 篩選工作。 （ 3）探頭提離效應(yīng) 探頭的提離 指的是 探頭檢測線圈與工件之間的距離，當(dāng)探頭檢測線圈的提離距離有 發(fā)生變化時 ， 被檢工件內(nèi)部的磁通密度就必然會 發(fā)生 改變，基于電磁感應(yīng)的作用，檢測線圈的阻抗也將 會發(fā)生改變 ，這種 改變就 稱之為提離效應(yīng)。探頭的提離效應(yīng) 能很大程度 的影響 渦流檢測 的 信號， 因此 在利用渦流進行探傷 時 需要盡量抑制提離效應(yīng)的發(fā)生， 所以 在測量電導(dǎo)率時需要盡量避免在人為操作過程中探頭與被檢試件接觸不緊密 和 探頭晃動的情況發(fā)生，從而避免因提離效應(yīng)對探頭檢測線圈阻抗的影響而導(dǎo)致 的電導(dǎo)率的測量的不準(zhǔn)確。然而在某 一 些特殊場合如涂鍍層厚度測量時又可以利用 它的提離效應(yīng)進行高精度測量。 （ 4）檢測頻率 在渦流法檢測過程中 有 存在渦流趨膚效應(yīng)，而渦流趨膚深度直接與選擇的檢測頻率 有關(guān) ， 當(dāng) 檢測頻率越高，趨膚深度 就 越小， 就越 利于表面缺陷的檢測，而當(dāng)檢測頻率越小時，趨膚深度 就 越大， 就不 利于 近表面缺陷的檢測。 因此 通過調(diào)節(jié)檢測頻率的大小 就 可以控制渦流檢測深度。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 8 3. 試驗研究 特種碳纖維復(fù)合材料 的 涂層厚度實施渦流法測量在理論上是可行的。為了 能 更好的驗證理論研究分析結(jié)果的正確性，需要進行相應(yīng)的特種碳纖維復(fù)合材料涂層厚度渦流法測量試驗 ,在 依據(jù)理論模型初步提出設(shè)計原則研制渦流探頭，利用提供的試樣開展特種 碳纖維復(fù)合材料涂層厚度渦流檢測可行性實驗。 試驗 儀器及工件 工件 圖 ：實驗所用試塊 圖中： 圓形 1 試塊 為特種碳纖維復(fù)合材料基體試塊 圓形 2 、 3 為帶未知 SiC 涂層厚度的特種碳纖維復(fù)合材料試塊 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 9 4 為特種碳纖維復(fù)合材料基體矩形試塊 5 為帶未知 SiC 涂層厚度的特種碳纖維復(fù)合材料矩形試塊 半月形 2 、 3 試塊為 特種碳纖維復(fù)合材料試塊 儀器與探頭 （ 1） 用 SMART2097 渦流檢測儀 和 ECC2020 電磁檢測儀 （ 2） 專用的 DP 式平面渦流探頭 圖 ： 改進的 EEC 智能渦流檢測儀 圖 ： ECC2020電磁檢測儀 實驗研究內(nèi)容 用 SMART2097 渦流檢測儀的實驗 研究內(nèi)容 （ 1） 以 4工件為基體，測試基體上的不均勻度 （ 2） 在基體上每次以兩張塑料薄膜遞增，測試基體上膜層厚度的提離值 （ 3） 測試 5試塊不同點的膜層提離值 （ 4） 交叉測試 3試塊 （ 5） 4試塊多少厚度的薄膜能分辨 用 EEC2020 電磁檢測儀的實驗研究內(nèi)容 （ 1） 以半圓形試塊的 a 面為帶涂層面， b 面為基體面，測試最佳檢測參數(shù)試驗 （ 2） 測厚對比試驗 （ 3） 塑料薄膜模擬涂層厚度測量試驗 （ 4） 涂層厚度試驗 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 10 實驗研究方案 用 SMART2097 渦流檢測儀的實驗研究方案 （ 1） 利用提離效應(yīng)測量在基底試塊和帶有 碳化硅 涂層試塊上的渦流信號，比較不同試塊上測量所得渦流信號的提離點的距離點數(shù)差異，并且通過反復(fù)調(diào)節(jié)，尋找最佳測量工作頻率，相位，增益等。 （ 2） 基于最佳檢測參數(shù)的條件下，分別比較特種碳纖維復(fù)合材料基體試塊與帶 碳化硅 涂層的試塊之間的提離點的差異、兩塊帶未知厚度的 碳化硅 涂層特種碳纖維復(fù)合材料試塊之間的提離點的差異以及帶 碳化硅 涂層特種碳纖維復(fù)合材料試塊與覆蓋多張薄膜（厚度為一張 5μ m）的特種碳纖維復(fù)合材料基體 試塊之間的提離點的差異。 （ 3） 基于最佳檢測參數(shù)的條件下，利用厚度已知的超薄絕緣膜層（如厚度為 20μ m 的超薄塑料膜層），在 4特種碳纖維復(fù)合材料基體上進行模擬涂層測厚靈敏度試驗，研究渦流法實施特種碳纖維復(fù)合材料 碳化硅 涂層測厚的靈敏度大小。 （ 4） 利用厚度已知的絕緣標(biāo)準(zhǔn)薄層（如厚度為 100μ m 的超薄絕緣膜層），在特種碳纖維復(fù)合材料基體上進行模擬涂層測厚試驗，分析不同厚度的薄膜下提離點之間距離的規(guī)律。 （ 5） 利用厚度已知的薄膜層（取厚度為 80μ m 的薄膜）在 4特種碳纖維復(fù)合材料基體上進行模擬涂層測厚試 驗，分析 4工件與 5工件的提離點距離點數(shù)的規(guī)律。 （ 6） 基于最佳檢測參數(shù)的條件下，在 4工件上不同位置反復(fù)進行模擬涂層測厚試驗，分析基體上的不均勻度。 用 EEC2020 電磁檢測儀的實驗研究方案 （ 1） 在以半圓形試塊 b 面為基體的前提下， 利用提離效應(yīng)測量在基底試塊和帶有 碳化硅 涂層試塊上的渦流信號，比較不同試塊上測量所得渦流信號的提離點的距離點數(shù)差異，并且通過反復(fù)調(diào)節(jié)，尋找最佳測量工作頻率，相位，增益等。 （ 2） 以 B3b 面為基體， 基于最佳檢測參數(shù)的條件下， 與不同試塊對比，得到不同提離值，同時將得到的數(shù)據(jù)通 過 origin 軟件進行分析。 用 SMART2097 渦流檢測儀 的實驗研究 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 11 基于特種碳纖維復(fù)合材料最佳檢測參數(shù)試驗 為了 能 方便觀察，所有試驗均通過調(diào)節(jié)相位使渦流信號的提離 信號 處于水平 方向 ，增益均為 28 dB。首先分別在特種碳纖維復(fù)合材料基底試塊（ 4 ）和帶有 碳化硅 涂層的特種碳纖維復(fù)合材料試塊（ 5 ）上進行渦流提離效應(yīng)試驗，可得到下圖中標(biāo)出的兩者的提離軌跡曲線，圖中渦流提離 點即提離距離為 0（探頭緊貼被測試塊）時的渦流信號點，二點之間的距離即為基底試塊和帶有涂層試塊上的渦流信號提離點之間的距離。使用儀器自帶的標(biāo)定工具，先調(diào)節(jié)標(biāo)定線 1 讓其同時通過兩個提離點，然后調(diào)節(jié)儀器使標(biāo)定線 2 和標(biāo)定線 3 分別經(jīng)過一個提離點，由于標(biāo)定線 3 同時垂直標(biāo)定線 1，兩個提離點信號之間的距離點數(shù)即為標(biāo)定線 3 間的距離點數(shù)，該距離點數(shù)可以從儀器上直接讀出，即 A 值。 標(biāo)定線 1 標(biāo)定線 2 標(biāo)定線 3 圖 ：測量結(jié)果解析 按照上述方法，分別多次測量不同頻率條件下特種碳 纖維復(fù)合材料基底試塊和帶有 碳化硅 涂層的試塊上的渦流信號提離點信號的距離點數(shù)，測量最佳頻率。如下圖 : 圖 ： 頻率為 100kHz 的測量結(jié)果圖 圖 ： 頻率為 416kHz 的測量結(jié)果圖 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 ： 頻率為 625kHz 的測量結(jié)果圖 根據(jù)測量最佳頻率實驗得到如下表 ： 表 ：不同頻率條件下的實驗距離點數(shù) 根據(jù)圖表 制作曲線圖 如下： 圖 ：頻率 /距離點數(shù)平均值關(guān)系曲