王傳剛 單清群

(中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 山東 青島 266041 )

隨著車輛運(yùn)行速度的提高和車輛輕量化要求的實施，鋁合金型材已在車輛制造企業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如動車車體、客車車體等，鋁合金型材質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到機(jī)車車輛的檢修周期和行車安全。由于材質(zhì)不良或熱處理工藝不當(dāng)?shù)仍颍X合金型材會存在一些固有缺陷和晶粒粗大現(xiàn)象，同時因受到交變彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、沖擊應(yīng)力等應(yīng)力長期作用，鋁合金型材在機(jī)車車輛運(yùn)行過程中會產(chǎn)生疲勞裂紋。目前，鋁合金表面裂紋采用滲透檢測能夠檢測出，但滲透檢測對表面狀況要求較高，需要完全去除板材表面的油漆等非金屬覆蓋層，且檢測時人為因素影響較大，而且只能對裂紋位置和長度進(jìn)行確定，裂紋深度無法準(zhǔn)確測量。

普通的渦流檢測技術(shù)采用單個頻率的激勵信號進(jìn)行檢測，然而由于它只有一個頻率，所以很難去除一些外在的干擾信號。而多頻渦流檢測則是在探頭上加2個或2個以上的激勵頻率信號，通過調(diào)節(jié)信號幅度、相位和波形可以消去一些外在不必要的干擾信號，這一點對于檢測一些有支撐架或者結(jié)構(gòu)變形的型材效果特別明顯，檢測結(jié)果也更為精確。因此，可以采用多頻渦流技術(shù)對新制和檢修車輛的鋁合金型材進(jìn)行缺陷檢測。

1 檢測原理

在渦流檢測中，缺陷信號和干擾信號對探頭的反應(yīng)是相互獨立的，2種共同作用時的反應(yīng)為獨立作用時的矢量疊加。利用這一特點，可以通過改變檢測頻率來改變渦流在被檢材料中的大小和分布，使同一缺陷或干擾在不同頻率下對渦流產(chǎn)生不同反應(yīng)。通過矢量運(yùn)算，消去干擾的影響，僅保留缺陷信號。多頻渦流檢測技術(shù)就是用幾個不同頻率同時激勵探頭線圈，根據(jù)不同頻率對不同的參數(shù)變化所取得的檢測結(jié)果，通過上述方法分析處理提取所需信號，抑制不需要的干擾信號[1]。

2 試驗系統(tǒng)

多頻渦流檢測系統(tǒng)有2種工作模式，它們的區(qū)別在于為渦流傳感器提供的多頻激勵信號是同步的還是異步的，如圖2所示。多頻渦流檢測系統(tǒng)一般由多頻渦流檢測模塊、微機(jī)系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和外部設(shè)備4部分組成，構(gòu)成一個整體。系統(tǒng)的外部設(shè)備包括鍵盤、顯示器、報警器、傳感器等。系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)操作軟件、缺陷檢測、分析、記錄和評價管理軟件等。系統(tǒng)軟件一般基于Windows系統(tǒng)，操作十分簡便[2]。

(a)同步工作模式 (b)異步工作模式 圖1 多頻渦流檢測系統(tǒng)的工作模式

3 試驗結(jié)果

在厚度為8 mm的鋁型材上加工了3組人工裂紋進(jìn)行試驗，每組人工缺陷共4條，長度均為5 mm，寬度均為0.15 mm，深度分別為0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm和0.4 mm；3組人工裂紋分別為橫向分布、縱向分布和沿邊界分布，如圖2所示。

圖2 鋁合金型材人工裂紋示意圖

3.1 人工裂紋的檢測結(jié)果

試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)探頭在試件上無裂紋區(qū)域掃描時，檢測探頭沒有感應(yīng)信號；當(dāng)探頭沿著裂紋長度方向和垂直于裂紋長度方向掃描時，檢測探頭出現(xiàn)了明顯的感應(yīng)信號。人工裂紋深度越大，信號幅度越大。表1為不同深度人工裂紋的檢測結(jié)果。

表1 不同深度人工裂紋的信號幅度

圖3是深度為0.1 mm的邊沿裂紋檢測信號圖。從人工裂紋的檢測試驗結(jié)果可以看出，多頻渦流對鋁合金型材檢測具有較高的靈敏度，能發(fā)現(xiàn)深度為0.1 mm的人工裂紋。同時從圖3可以看到，缺陷信號比較干凈，沒有明顯的干擾雜波。

3.2 裂紋深度定量

制作人工裂紋試塊，試塊上刻有0.1 mm至2.0 mm或者5.0 mm已知深度的人工裂紋，對人工裂紋進(jìn)行檢測。分別以人工裂紋的深度和信號幅度為橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)制作裂紋深度曲線，在渦流檢測時，發(fā)現(xiàn)裂紋后從各個方向找到最大信號，與裂紋深度曲線進(jìn)行比較，對裂紋深度進(jìn)行定量。

對一個已發(fā)現(xiàn)的裂紋進(jìn)行深度定量，與裂紋深度曲線對比得到的裂紋深度為0.3 mm，對該裂紋進(jìn)行解剖后在顯微鏡下觀察，測得其深度為0.28 mm，如圖4所示。

圖3 深度為0.1 mm的邊沿裂紋檢出信號

圖4 裂紋截面圖

4 結(jié)論

采用多頻渦流檢測技術(shù)可以對鋁合金型材進(jìn)行裂紋檢測及深度定量，多頻渦流對干擾抑制能力較強(qiáng)，對橫向、縱向以及在型材邊緣的裂紋都具有較高的檢測靈敏度，且信號比較明顯、噪聲很小。用于深度定量時，首先根據(jù)已知深度的人工裂紋制作裂紋深度曲線，然后根據(jù)檢測缺陷的最大信號幅度值與曲線對比進(jìn)行深度定量。多頻渦流檢測技術(shù)在新制和檢修機(jī)車車輛的鋁合金型材檢測上有很好的應(yīng)用效果和明顯的優(yōu)點，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 林俊明.第一專題 多頻渦流檢測原理及應(yīng)用[J].無損檢測，1996(1)：23-26.

[2] 林俊明.聲脈沖/多頻渦流檢測儀的研制[J].華北電力技術(shù)，2000(5)：23-24.□