【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(cè)量方法主要有金相法、 X 熒光法、容量法、 X 射線光譜測(cè)量法等。在 以上所述的 方法中 ,能夠無(wú)損檢測(cè)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(cè)量的渦流方法、磁性金屬基體上非磁性覆蓋層厚度測(cè)量的磁性方法、 X 射線光譜測(cè)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?yàn)?檢測(cè)設(shè)備價(jià) 格 太高 ,往往作為檢測(cè)的高檔設(shè)備供實(shí)驗(yàn)室使用 ,而在現(xiàn)場(chǎng)大量使用基于磁 性方法和電渦流方法的測(cè)厚儀。 國(guó)內(nèi)外渦流測(cè)厚技術(shù)主要 有 分為兩大類(lèi)應(yīng)用，一是覆蓋層厚度測(cè)量 ,另一個(gè)是金屬管板箔厚度測(cè)量。 在 國(guó)外，渦流測(cè)厚技術(shù)已 經(jīng) 被廣泛 的 運(yùn)用，其中頗有代表性的美國(guó) CMI 公司由最初通過(guò)對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)量來(lái)測(cè)金屬鍍層的厚度，發(fā)展到后來(lái)測(cè)鍍層阻抗值的方法來(lái)對(duì)金屬鍍層進(jìn)行測(cè)量，精度 達(dá)到 了 177。 6%，測(cè)量范圍為 150μ m。 在國(guó)內(nèi)測(cè)厚領(lǐng)域，渦流法也 經(jīng) 已被廣泛運(yùn)用，但測(cè)量對(duì)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(dá) 1μ m177。 3%測(cè)量值，測(cè)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(guó)目前內(nèi)外渦流測(cè)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(cè)的方法原理，理解和掌握渦流測(cè)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(diǎn)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(cè)厚技術(shù)理論基礎(chǔ) 渦流檢測(cè) 技術(shù) 作為 以 電磁感應(yīng)原理 為基礎(chǔ)的 無(wú)損檢測(cè)方法 ，它 已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在 導(dǎo)電材料的無(wú)損檢測(cè)中， 當(dāng) 在交變磁場(chǎng)中放置一塊導(dǎo)體材料 時(shí) ，由于電磁感應(yīng)的作用就會(huì)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(shí)也將產(chǎn)生一個(gè)相同頻 率的磁場(chǎng)，但這個(gè)磁場(chǎng)的方向與原磁場(chǎng)的方向相反，這個(gè)反相磁場(chǎng)就會(huì)使得檢測(cè)線圈的阻抗發(fā)生 變化 ，渦流檢測(cè)技術(shù)就是通過(guò)利用阻抗分析法進(jìn)行渦流定量分析來(lái)進(jìn)行 工件檢測(cè)的。 渦流檢測(cè)原理 渦流檢測(cè)是 在 電磁感應(yīng)原理 上 為基礎(chǔ)的一種常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法。 它的基本原理可描述為： 如果 載有交變電流的試驗(yàn)線圈靠近導(dǎo)體試件，由于線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的作用 就 會(huì)在導(dǎo)體中感生出渦流。渦流的大小、相位及流動(dòng)形式受到試件性能 以 及有無(wú)缺陷的影響，而渦流的反作用磁場(chǎng)又 會(huì) 使線圈的阻抗發(fā)生變化。因此， 當(dāng) 通過(guò)測(cè)定試驗(yàn)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(wú)缺陷的結(jié)論 。 阻抗分析法 在進(jìn)行渦流法檢測(cè)時(shí)， 因?yàn)?在檢測(cè)過(guò)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(cè)信號(hào)， 國(guó)內(nèi)外 許多學(xué)者提出了一些信號(hào)分析方法，但都沒(méi)有能夠成功實(shí)現(xiàn)抑制干擾因素的影響，直到德國(guó)學(xué)者福斯特提出消除渦流檢測(cè)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(hào)并 且 排除干擾信號(hào)的有效信號(hào)分析方法。在進(jìn)行渦流檢測(cè) 的 時(shí) 侯 ，渦流信號(hào)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(shí)間，通過(guò)分析 它 與線圈阻抗之間的關(guān)系就能達(dá)到鑒別抑制干擾因素并 且 提取有用信號(hào)的目的。 這種 有效方法的提出在渦流檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中起到了突破性作用，為渦流檢測(cè)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(cè)在實(shí)際 檢測(cè) 過(guò)程中，材料磁導(dǎo)率、材料電導(dǎo)率、檢測(cè)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(huì)引起探頭線圈阻抗的變化， 同時(shí) 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(cè)信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)是比較復(fù)雜 并 且難以實(shí)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(shí)現(xiàn)比較準(zhǔn)確的渦流無(wú)損檢測(cè)評(píng)價(jià)。影響探頭檢測(cè)線圈阻抗的主要因素 主要 如下所述： （ 1）材料磁導(dǎo)率 對(duì)于鐵磁性材料 來(lái)說(shuō) ，在進(jìn)行材料檢測(cè)時(shí)其磁導(dǎo)率 并 不是常數(shù)， 它的 大小通?？梢赃_(dá)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(huì)將有用的檢測(cè)信號(hào)淹沒(méi)， 導(dǎo)致 檢測(cè)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(duì)檢測(cè)線圈阻抗的 巨大 影響，通常通過(guò)高強(qiáng)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(lái)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(duì)渦流檢測(cè)線圈有著直接 的 影響，渦流法對(duì)于缺陷的檢測(cè)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(cè)信號(hào)存在差異 的 這個(gè)特點(diǎn)。而且由于材料電導(dǎo)率不同將會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)線圈阻抗 的 大小不同，因此根據(jù)渦流的這個(gè)特點(diǎn)就可以利用渦流法進(jìn)行熱處理狀態(tài)檢測(cè)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(cè)線圈與工件之間的距離，當(dāng)探頭檢測(cè)線圈的提離距離有 發(fā)生變化時(shí) ， 被檢工件內(nèi)部的磁通密度就必然會(huì) 發(fā)生 改變，基于電磁感應(yīng)的作用，檢測(cè)線圈的阻抗也將 會(huì)發(fā)生改變 ，這種 改變就 稱(chēng)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(cè) 的 信號(hào)， 因此 在利用渦流進(jìn)行探傷 時(shí) 需要盡量抑制提離效應(yīng)的發(fā)生， 所以 在測(cè)量電導(dǎo)率時(shí)需要盡量避免在人為操作過(guò)程中探頭與被檢試件接觸不緊密 和 探頭晃動(dòng)的情況發(fā)生，從而避免因提離效應(yīng)對(duì)探頭檢測(cè)線圈阻抗的影響而導(dǎo)致 的電導(dǎo)率的測(cè)量的不準(zhǔn)確。然而在某 一 些特殊場(chǎng)合如涂鍍層厚度測(cè)量時(shí)又可以利用 它的提離效應(yīng)進(jìn)行高精度測(cè)量。 （ 4）檢測(cè)頻率 在渦流法檢測(cè)過(guò)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(cè)頻率 有關(guān) ， 當(dāng) 檢測(cè)頻率越高，趨膚深度 就 越小， 就越 利于表面缺陷的檢測(cè)，而當(dāng)檢測(cè)頻率越小時(shí)，趨膚深度 就 越大， 就不 利于 近表面缺陷的檢測(cè)。 因此 通過(guò)調(diào)節(jié)檢測(cè)頻率的大小 就 可以控制渦流檢測(cè)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(yàn)研究 特種碳纖維復(fù)合材料 的 涂層厚度實(shí)施渦流法測(cè)量在理論上是可行的。為了 能 更好的驗(yàn)證理論研究分析結(jié)果的正確性，需要進(jìn)行相應(yīng)的特種碳纖維復(fù)合材料涂層厚度渦流法測(cè)量試驗(yàn) ,在 依據(jù)理論模型初步提出設(shè)計(jì)原則研制渦流探頭，利用提供的試樣開(kāi)展特種 碳纖維復(fù)合材料涂層厚度渦流檢測(cè)可行性實(shí)驗(yàn)。 試驗(yàn) 儀器及工件 工件 圖 ：實(shí)驗(yàn)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(cè)儀 和 ECC2020 電磁檢測(cè)儀 （ 2） 專(zhuān)用的 DP 式平面渦流探頭 圖 ： 改進(jìn)的 EEC 智能渦流檢測(cè)儀 圖 ： ECC2020電磁檢測(cè)儀 實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容 用 SMART2097 渦流檢測(cè)儀的實(shí)驗(yàn) 研究?jī)?nèi)容 （ 1） 以 4工件為基體，測(cè)試基體上的不均勻度 （ 2） 在基體上每次以?xún)蓮埶芰媳∧みf增，測(cè)試基體上膜層厚度的提離值 （ 3） 測(cè)試 5試塊不同點(diǎn)的膜層提離值 （ 4） 交叉測(cè)試 3試塊 （ 5） 4試塊多少厚度的薄膜能分辨 用 EEC2020 電磁檢測(cè)儀的實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容 （ 1） 以半圓形試塊的 a 面為帶涂層面， b 面為基體面，測(cè)試最佳檢測(cè)參數(shù)試驗(yàn) （ 2） 測(cè)厚對(duì)比試驗(yàn) （ 3） 塑料薄膜模擬涂層厚度測(cè)量試驗(yàn) （ 4） 涂層厚度試驗(yàn) 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 10 實(shí)驗(yàn)研究方案 用 SMART2097 渦流檢測(cè)儀的實(shí)驗(yàn)研究方案 （ 1） 利用提離效應(yīng)測(cè)量在基底試塊和帶有 碳化硅 涂層試塊上的渦流信號(hào)，比較不同試塊上測(cè)量所得渦流信號(hào)的提離點(diǎn)的距離點(diǎn)數(shù)差異，并且通過(guò)反復(fù)調(diào)節(jié)，尋找最佳測(cè)量工作頻率，相位，增益等。 （ 2） 基于最佳檢測(cè)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)的差異。 （ 3） 基于最佳檢測(cè)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(jìn)行模擬涂層測(cè)厚靈敏度試驗(yàn)，研究渦流法實(shí)施特種碳纖維復(fù)合材料 碳化硅 涂層測(cè)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(jìn)行模擬涂層測(cè)厚試驗(yàn)，分析不同厚度的薄膜下提離點(diǎn)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(jìn)行模擬涂層測(cè)厚試 驗(yàn)，分析 4工件與 5工件的提離點(diǎn)距離點(diǎn)數(shù)的規(guī)律。 （ 6） 基于最佳檢測(cè)參數(shù)的條件下，在 4工件上不同位置反復(fù)進(jìn)行模擬涂層測(cè)厚試驗(yàn)，分析基體上的不均勻度。 用 EEC2020 電磁檢測(cè)儀的實(shí)驗(yàn)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(cè)量在基底試塊和帶有 碳化硅 涂層試塊上的渦流信號(hào)，比較不同試塊上測(cè)量所得渦流信號(hào)的提離點(diǎn)的距離點(diǎn)數(shù)差異，并且通過(guò)反復(fù)調(diào)節(jié)，尋找最佳測(cè)量工作頻率，相位，增益等。 （ 2） 以 B3b 面為基體， 基于最佳檢測(cè)參數(shù)的條件下， 與不同試塊對(duì)比，得到不同提離值，同時(shí)將得到的數(shù)據(jù)通 過(guò) origin 軟件進(jìn)行分析。 用 SMART2097 渦流檢測(cè)儀 的實(shí)驗(yàn)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(cè)參數(shù)試驗(yàn) 為了 能 方便觀察，所有試驗(yàn)均通過(guò)調(diào)節(jié)相位使渦流信號(hào)的提離 信號(hào) 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(jìn)行渦流提離效應(yīng)試驗(yàn)，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(diǎn)即提離距離為 0（探頭緊貼被測(cè)試塊）時(shí)的渦流信號(hào)點(diǎn)，二點(diǎn)之間的距離即為基底試塊和帶有涂層試塊上的渦流信號(hào)提離點(diǎn)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(shí)通過(guò)兩個(gè)提離點(diǎn)，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(guò)一個(gè)提離點(diǎn)，由于標(biāo)定線 3 同時(shí)垂直標(biāo)定線 1，兩個(gè)提離點(diǎn)信號(hào)之間的距離點(diǎn)數(shù)即為標(biāo)定線 3 間的距離點(diǎn)數(shù)，該距離點(diǎn)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(cè)量結(jié)果解析 按照上述方法，分別多次測(cè)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(hào)提離點(diǎn)信號(hào)的距離點(diǎn)數(shù)，測(cè)量最佳頻率。如下圖 : 圖 ： 頻率為 100kHz 的測(cè)量結(jié)果圖 圖 ： 頻率為 416kHz 的測(cè)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(cè)量結(jié)果圖 根據(jù)測(cè)量最佳頻率實(shí)驗(yàn)得到如下表 ： 表 ：不同頻率條件下的實(shí)驗(yàn)距離點(diǎn)數(shù) 根據(jù)圖表 制作曲線圖 如下： 圖 ：頻率 /距離點(diǎn)數(shù)平均值關(guān)系曲