一种线阵式阵列涡流传感器及涡流检测方法

摘要

本发明公开了一种线阵式阵列涡流传感器及涡流检测方法，包括若干用于激励涡流信号的第一线圈以及用于接收涡流响应信号的第二线圈，其中，第一个第二线圈接收第一个第一线圈激励的涡流信号所形成的涡流响应信号，第i个第二线圈及第i+1个第二线圈接收第i+1个第一线圈激励的涡流信号所形成的涡流响应信号，其中，i大于等于1，该传感器及方法能够识别水轮机叶片的裂纹类缺陷。

说明书

技术领域

本发明属于无损检测领域，涉及一种线阵式阵列涡流传感器及涡流检测方法。

背景技术

水轮机叶片作为水电机组关键设备，其安全性直接影响水电站的安全经济运行。水轮机叶片长期受到水流、砂石等介质的冲刷腐蚀，导致金属表面凹凸不平，在冲蚀过程中快速减薄。近年来，多个单机容量从60MW至600MW的水电机组均发现了水轮机叶片存在裂纹缺陷，甚至部分机组的叶片基体发生脱落情况，使机组产生强烈的振动及负荷波动，导致机组不能安全稳定运行。为尽早发现水轮机叶片的裂纹等缺陷，对常规无损检测方法的有效性进行了梳理，常规超声检测是目前应用较广的一种检测方法，主要用于金属的内部缺陷检测，但对于铸件材料，由于晶粒粗大，超声波衰减严重，检测效果不佳；磁粉检测应用于铁磁性零部件的表面及近表面检测，但水轮机叶片的碳化钨(WC)喷涂层属于弱磁性，采用磁粉检测时灵敏度不高；渗透检测仅适合表面开口的裂纹检测，对涂层下裂纹无法检测；射线检测适用于较薄工件的内部缺陷检测，但水轮机叶片因空间受限和结构不规则等原因，射线底片无法与部件贴合，因此无法对水轮机叶片的裂纹类缺陷进行检测。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种线阵式阵列涡流传感器及涡流检测方法，该传感器及方法能够识别水轮机叶片的裂纹类缺陷。

为达到上述目的，本发明所述的线阵式阵列涡流传感器包括若干用于激励涡流信号的第一线圈以及用于接收涡流响应信号的第二线圈，其中，第一个第二线圈接收第一个第一线圈激励的涡流信号所形成的涡流响应信号，第i个第二线圈及第i+1个第二线圈接收第i+1个第一线圈激励的涡流信号所形成的涡流响应信号，其中，i大于等于1。

一种水轮机叶片线阵式阵列涡流检测方法包括下述步骤：

取线阵式阵列涡流传感器，并将所述线阵式阵列涡流传感器与测量仪器相连接；

设定测量仪器的检测频率；

调节涡流响应信号的阻抗图相位；

设定测量仪器的灵敏度；

测量仪器激励第一线圈发出涡流信号，并通过第二线圈接收涡流响应信号；

对接收到的涡流响应信号进行识别及分析，以判断水轮机叶片是否存在缺陷，完成水轮机叶片线阵式阵列涡流检测。

第一线圈及第二线圈的内半径、中心距离控制在检测灵敏度最大处。

第一线圈及第二线圈的外半径为1.5mm，内半径为0.6mm，第一线圈及第二线圈的高度均为0.12mm，第一线圈及第二线圈的提离距离为0.2mm，相邻第一线圈之间的中心距离为8mm，相邻第二线圈之间的中心距离为8mm。

设定检测频率的过程为：

取试块，在试块上制作人工缺陷，通过线阵式阵列涡流传感器检测所述人工缺陷，同时调节检测频率，使得人工缺陷对应的涡流响应信号达到最大幅值，再将当前的检测频率设定为测量仪器的检测频率。

设定的测量仪器的检测频率为300kHz～1000kHz。

调节涡流响应信号的阻抗图相位的具体过程为：

将提离信号的相位调节为水平方向，人工缺陷的涡流响应信号与提离信号之间的相位差调节至最大；

其中，通过改变检测频率，同时调节提离信号的相位，使提离信号的相位处于水平方向；

通过调节人工缺陷的涡流响应信号的垂直、水平比，以增大人工缺陷的涡流响应信号与提离信号之间的相位差。

设定测量仪器的灵敏度的具体过程为：

在试块上制作长度为5mm的矩形槽人工缺陷，再利用测量仪器通过线阵式阵列涡流传感器对所述矩形槽人工缺陷进行检测，通过调节测量仪器的灵敏度，使得矩形槽人工缺陷的涡流响应信号的幅值大于等于满屏的45％，噪声信号小于满刻度的20％。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的线阵式阵列涡流传感器及涡流检测方法在具体操作时，所述线阵式阵列涡流传感器包括若干用于激励涡流信号的第一线圈以及若干用于接收涡流响应信号的第二线圈，其中，通过各第一线圈及各第二线圈形成多个传感器模块，所述多个传感器模块可以根据被测试件的结构进行排布，实现快速、灵敏的检测，不仅能够检测平整金属表面的缺陷，同时由于具有灵活的排布方式和多个方向检测的优点，也可对较小的复杂零件表面进行检测，能够有效识别水轮机叶片长5mm的裂纹类缺陷，操作简单，结果可靠，能够实时检测水轮机叶片涂层下裂纹，具有较高的工程使用价值。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明中线阵阵列涡流传感器的原理图；

图3为本发明中裂纹信号识别的结果图；

图4为本发明中热影响区固有信号图；

图5为本发明中水轮机叶片的裂纹图。

其中，1为第一线圈1、2为第二线圈2。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图2，本发明所述的线阵式阵列涡流传感器包括若干用于激励涡流信号的第一线圈1以及用于接收涡流响应信号的第二线圈2，其中，第一个第二线圈2接收第一个第一线圈1激励的涡流信号所形成的涡流响应信号，第i个第二线圈2及第i+1个第二线圈2接收第i+1个第一线圈1激励的涡流信号所形成的涡流响应信号，其中，i大于等于1。

第一线圈1及第二线圈2的内半径、中心距离控制在检测灵敏度最大处，线圈的提离距离尽量小，有利于提高传感器的检测灵敏度；

具体的，针对水轮机叶片的检测，第一线圈1及第二线圈2的外半径为1.5mm，内半径为0.6mm，第一线圈1及第二线圈2的高度均为0.12mm，第一线圈1及第二线圈2的提离距离为0.2mm，相邻第一线圈1之间的中心距离为8mm，相邻第二线圈2之间的中心距离为8mm。

参考图1，本发明所述的水轮机叶片线阵式阵列涡流检测方法包括下述步骤：

1)取权利要求1所述的线阵式阵列涡流传感器，并将所述线阵式阵列涡流传感器与测量仪器相连接；

2)设定测量仪器的检测频率；

具体的，取试块，在试块上制作人工缺陷，通过线阵式阵列涡流传感器检测所述人工缺陷，同时调节检测频率，使得人工缺陷对应的涡流响应信号达到最大幅值，再将当前的检测频率设定为测量仪器的检测频率。

另外，在实际使用时，可以在试块上制作校验缺陷，并根据制作的校验缺陷验证设定的测量仪器的检测频率是否有效。

为提高检测可靠性及缺陷检出率，采用2种频率同时检测的方法，通过对比不同频率下缺陷信号的幅值或阻抗平面轨迹，综合判断缺陷特征。

针对水轮机叶片材质及涂层厚度，检测频率选择范围在300kHz～1000kHz内进行优选。

3)调节涡流响应信号的阻抗图相位，具体过程为：

将提离信号的相位调节为水平方向，人工缺陷的涡流响应信号与提离信号之间的相位差调节至最大，有利于区分与识别缺陷响应信号与提离干扰信号；

其中，通过改变检测频率，同时调节提离信号的相位，使提离信号的相位处于水平方向；

通过调节人工缺陷的涡流响应信号的垂直、水平比，以增大人工缺陷的涡流响应信号与提离信号之间的相位差。

4)设定测量仪器的灵敏度，具体过程为：

在试块上制作长度为5mm的矩形槽人工缺陷，再利用测量仪器通过线阵式阵列涡流传感器对所述矩形槽人工缺陷进行检测，通过调节测量仪器的灵敏度，使得矩形槽人工缺陷的涡流响应信号的幅值大于等于满屏的45％，噪声信号小于满刻度的20％。

5)测量仪器激励第一线圈1发出涡流信号，并通过第二线圈2接收涡流响应信号；

6)对接收到的涡流响应信号进行识别及分析，以判断水轮机叶片是否存在缺陷，完成水轮机叶片线阵式阵列涡流检测，具体操作为：

61)水轮机叶片基体裂纹信号

水轮机叶片基体裂纹信号表现为明显的连续线性突出、信号幅值高，在三维图中表现为窄间隙、高幅值及涡流信号突变明显。

62)水轮机叶片补焊区域热影响区固有信号

水轮机叶片补焊区域热影响区固有信号表现为具有一定宽度、信号幅值相比裂纹信号低，涡流信号的三维图形状与补焊区形状相对应。

63)水轮机叶片补焊区域热影响区裂纹信号

发现热影响区固有信号时，则通过调整相位，判断热影响区固有信号内是否存在缺陷信号，经相位调整后，热影响区内裂纹信号与基体裂纹信号类似。

64)水轮机叶片近表面体积型缺陷信号

水轮机叶片近表面体积型缺陷信号幅值和缺陷尺寸成比例，缺陷投影形状与检测图谱相似。

实施例一

在某水电站现场进行检测，该水轮机叶片共有15只，其中，15号叶片存在裂纹，3号叶片进行过焊接修复处理，采用线阵式阵列涡流检测技术对该水轮机叶片进行检测，发现裂纹叶片和焊接修复叶片存在响应信号，应用水轮机叶片线阵式阵列涡流检测方法可准确识别出裂纹与焊缝区信号，结果如图3、图4及图5所示，识别结果非常准确。