【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 新。 早在50年代，福斯特就在基礎(chǔ)試驗(yàn)和理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上發(fā)表了大量有關(guān)渦流檢測(cè)的論文，并且創(chuàng)辦了福斯特研究所。他的渦流檢測(cè)技術(shù)與設(shè)備由此推動(dòng)了全世界渦流檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。除前西德以外，美國(guó)、法國(guó)、前蘇聯(lián)、英國(guó)、等國(guó)家也先后做了大量的開(kāi)發(fā)性工作，發(fā)表了大量論文，由此今天也都能生產(chǎn)高水平的渦流檢測(cè)設(shè)備。 我國(guó)于20世紀(jì)60年代才開(kāi)始開(kāi)展渦流檢測(cè)的研究工作，70年代中期成功研制了FQR7503型和FQR7504型膜層測(cè)厚儀、FQR7501型和FQR7502型渦流電導(dǎo)儀以及FQR7505型渦流探傷儀等一系列渦流檢測(cè)設(shè)備。從初期的YY11型管材探傷儀，到后來(lái)相繼研制成功的YY1YSWTS100、NE30等多種渦流檢測(cè)儀器，到了20世紀(jì)90年代，研制生產(chǎn)了EEC96型數(shù)字渦流檢測(cè)設(shè)備。這些設(shè)備在我國(guó)的航空航天、電力、化工、核能等領(lǐng)域中正在發(fā)揮著愈來(lái)愈重要的作用。 目前，在金屬和非金屬覆蓋層厚度測(cè)量方面,應(yīng)用方法很多。例如:金屬覆蓋層厚度的測(cè)量方法主要有X射線(xiàn)光譜測(cè)量法、β射線(xiàn)反向散射法、橫斷面厚度顯微鏡測(cè)量方法、磁性法等等。 針對(duì)鋁和鋁合金陽(yáng)極氧化膜厚度的測(cè)量方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(xiàn)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(xiàn)光譜測(cè)量法和β射線(xiàn)反向散射法。但是在X射線(xiàn)光譜儀和β射線(xiàn)反向散射法應(yīng)用上,因?yàn)闄z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，177。6%，測(cè)量范圍為150μm。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)1μm177。3%測(cè)量值，測(cè)量范圍最小為0200μm。 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。 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(xiàn)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(xiàn)圈靠近導(dǎo)體試件，由于線(xiàn)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(xiàn)圈的阻抗發(fā)生變化。因此，當(dāng)通過(guò)測(cè)定試驗(yàn)線(xiàn)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)樵跈z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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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、探頭提離等因素的變化都會(huì)引起探頭線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)圈與工件之間的距離，當(dāng)探頭檢測(cè)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。 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 ：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 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 ECC2004電磁檢測(cè)儀（2）專(zhuān)用的 DP 式平面渦流探頭 ：改進(jìn)的 EEC 智能渦流檢測(cè)儀 ：ECC2004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EEC2004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) 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5μm）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20μm 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 100μm 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 80μm 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EEC2004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 為了能方便觀(guān)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