邢曉軍 左憲章 王建斌 張玉華

摘 要：為分析不同激勵(lì)條件下不同材料感應(yīng)加熱特性，采用有限元仿真軟件分析鐵磁性材料45#鋼和非鐵磁性材料不銹鋼感應(yīng)加熱時(shí)的渦流分布和溫度分布，發(fā)現(xiàn)45#鋼趨膚深度很小，裂紋邊沿感應(yīng)電流密度較大；不銹鋼趨膚深度受激勵(lì)電流頻率影響很大。隨激勵(lì)電流頻率的增大，趨膚深度減小，裂紋邊沿感應(yīng)電流密度增大。渦流的分布和裂紋對熱擴(kuò)散的阻礙作用共同決定裂紋附近溫度的分布，并通過實(shí)驗(yàn)對仿真結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證，確定兩種材料表面裂紋的最佳激勵(lì)條件。

關(guān)鍵詞：金屬材料；趨膚深度；渦流分布；熱成像

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-5124（2016）09-0139-06

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無損檢測在質(zhì)量保證系統(tǒng)中越來越顯示出它的重要性和必要性，成為保障產(chǎn)品質(zhì)量和控制在役設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段[1-2]。脈沖渦流熱成像無損檢測技術(shù)與常規(guī)無損檢測技術(shù)相比，具有非接觸測量、靈敏度高、反應(yīng)速度快、信號處理速度快、檢測面積大等特點(diǎn)，非常適合現(xiàn)場以及在線檢測[3-4]。

目前，國內(nèi)對于感應(yīng)加熱趨膚效應(yīng)對渦流場和熱場的影響研究較少，大多集中在檢測機(jī)理以及熱圖的處理上[5-9]。奧地利學(xué)者Beate Oswald-Tranta等對鐵磁性材料和非鐵磁性材料進(jìn)行了感應(yīng)加熱實(shí)驗(yàn)，比較了兩種材料裂紋附近溫度分布的差異[10-11]。在實(shí)際檢測中，由于激勵(lì)電流頻率不同，不同材料的物理特性不同，會(huì)使導(dǎo)體試件趨膚深度相差很大；而且隨著加熱時(shí)間的持續(xù)，熱擴(kuò)散影響不容忽視，使得工件表面的溫升比受到較多因素的影響，呈現(xiàn)復(fù)雜的變化規(guī)律。本文針對常用的45#鋼和不銹鋼兩種材料，分析趨膚效應(yīng)對其渦流場和溫度場分布的影響以及在不同激勵(lì)電流頻率下加熱時(shí)間發(fā)生變化時(shí)的溫升比，為脈沖渦流熱成像無損檢測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供技術(shù)參考。

4 結(jié)束語

1）由于45#鋼和不銹鋼趨膚深度相差很大，感應(yīng)加熱時(shí)的渦流場和溫度場呈現(xiàn)不同的分布規(guī)律：45#鋼渦流緊貼裂紋流動(dòng)，加熱后裂紋邊沿為高溫分布；不銹鋼渦流被推離裂紋邊沿，加熱后裂紋邊沿為低溫分布。

2）對于45#鋼試件，增大激勵(lì)電流頻率和感應(yīng)加熱時(shí)間能夠提高溫升比，但頻率大于250 kHz時(shí)溫升比變化不明顯，而且加熱時(shí)間過長時(shí)熱擴(kuò)散作用加劇， 激勵(lì)電流頻率為250 kHz，加熱時(shí)間為200 ms時(shí)裂紋識別效果比較好。

3）對于不銹鋼試件，激勵(lì)電流頻率較小且加熱時(shí)間較短時(shí)裂紋邊沿溫升比較低，有利于缺陷的識別。隨激勵(lì)電流頻率的增加，趨膚深度變小，裂紋邊沿溫度升高。激勵(lì)電流頻率為50 kHz，加熱時(shí)間為50 ms時(shí)裂紋識別效果較好。

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（編輯：李妮）