通电式交流电场和磁场扰动无损检测方法

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有色金属、铁氧体、碳纤维增强树脂基等材料的探伤需求广泛。这些材料通入交流电后,理论上缺陷会产生扰动的电场和磁场,与非接触线圈感应式形成涡电流相比,通电式激励方法电流强度更高,可以达到饱和电流,从而在探伤的信号激发和测量上具有新的特点。已有的研究主要集中在非饱和电流下缺陷产生的磁场扰动分析和测量方法,本论文着重研究缺陷能否产生扰动电场和饱和电流下扰动磁场的特点,探索一种新的电磁无损检测方法。首先研究了扰动电场产生的可能性,对通入交流电后的金属中方形凹坑产生的扰动电场进行三维有限元仿真分析。方形凹坑引起的扰动电场由两部分组成:变化磁场产生的非保守电场(有旋场)和自由电荷产生的保守电场(无旋场)。仿真结果表明:对高电导率的有色金属,与变化磁场引起的非保守电场相比,当激励电流频率大于60KHz时,自由电荷产生的保守电场非常微弱并可以忽略。采用自制的共面电容电场检测探头进行扰动电场测量试验,实验结果与仿真结果较吻合。由于交变扰动电场微弱,目前没有合适的传感器对其实施测量,故提出研究基于共面电容探头的交变扰动电场测量方法,研制出采用共面电容电场敏感探头的测量系统,开展系列实验,观测和分析通交流电后扰动电场的特性,具体分析了槽宽、通孔直径、平底孔深度、电流频率及绝缘层厚度对电场拾取信号的影响。为开展通电式交流电场扰动检测新方法的工程应用,对超低电导率镍型铁氧体及碳纤维增强树脂基两类材料的缺陷产生的交流磁场扰动和交流电场扰动进行仿真与实验的对比分析,结果表明这两类材料的磁场扰动检测方法失效,而电场扰动检测方法具有良好效果。超低电导率材料的探伤困难,缺少探伤手段,因此,通电式交流电场扰动检测新方法有望解决这类材料的探伤难题。最后,对高电导率的铝板、铜板及不锈钢管三种试件的探伤实验发现,通电式交流测量磁场扰动的方法具有更高的灵敏度。与涡流检测方法比较,通入交流大电流的磁场扰动检测方法具有更优的应用价值。
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