尹利，尤永洪，路凤玲，林先海，王芬，王振

中车长江车辆有限公司 湖北武汉 430212

1 序言

涡流阵列检测主要通过合理的传感器结构设计，使涡流探头阵列化，并利用数字信号处理技术和计算机技术完成信号的激励、运放、采集、调理及显示等功能，实现对被检对象的快速、高效、数字化检测[1，2]。

国内外通常采用槽形校准试块对涡流检测灵敏度进行设定。槽形校准试块包含4个不同切割深度的矩形槽，不同槽深对应不同的灵敏度基准。该试块不能反映靠近端面的缺陷显示情况，也不能反映相邻缺陷的分辨效果。涡流检测存在较严重的边缘效应，使靠近边缘的区域存在检测效果不良的情况[3-5]；同时，相邻缺陷能否有效分辨，直接影响缺陷评定的结果。国内外没有相关试块可以参照使用，对于阵列涡流检测的效果，通常仅使用单一的人工缺陷类型进行模拟，因此效果一般。

2 阵列涡流检测性能验证试块设计制作

由于阵列涡流检测分辨力及涡流检测边缘效应会极大地影响阵列涡流检测效果，因需设计性能验证试块，用以识别阵列涡流检测系统在一定设置条件下的分辨力和边缘效应。人工缺陷分别为槽和孔：通过槽模拟线状缺陷、孔模拟非线状缺陷。相同矩形槽组合的人工缺陷间隔呈现梯度增加，用以对分辨力进行定量；不同矩形槽组合的深度也呈现梯度增加，用以表征不同深度对显示颜色及大小的影响。

阵列涡流检测性能验证试块由母材、矩形槽组合、矩形槽-圆孔组合和基准面组成，母材的材质与被检工件材质相同，形状为组织均匀的长方体（见图1）。

图1 验证试块结构

针对试块中各组合设计尺寸说明如下。

1）试块母材的边长为100mm，厚度≥5mm。基准面上设置三个矩形槽组合和一个矩形槽-圆孔组合。

2）矩形槽组合设置3 个或以上矩形槽，呈左右分布，左侧第一个矩形槽至左端面距离1～5mm，各相邻矩形槽的间距呈递增状态，间距为1～5mm，槽深均为2.5～3mm，槽长相同，均为3～

10mm。

3）矩形槽组合二设置3个或以上矩形槽，呈左右分布，左侧第一个矩形槽至左端面距离1～5mm，各相邻矩形槽的间距呈递增状态，间距为1～5mm，槽深均为1.5～2mm，槽长相同，均为3～10mm。

4）矩形槽组合三设置呈左右分布，左侧第一个矩形槽至左端面距离1～5mm，各相邻矩形槽的间距呈递增状态，间距为1～5mm，槽深均为0.5～1mm，槽长相同，均为3～10mm。

5）矩形槽-圆孔组合设置3个或以上间隔排列的矩形槽和圆孔，呈上下分布，上部第一个圆孔至上端面距离1～5mm，各相邻矩形槽和圆孔的间距呈递增状态，间距为1～5mm，槽深和孔深均为1.5～2.5mm，槽长相同，均为3～10mm，圆孔直径相同，均为φ3～φ10mm。

采用上述结构后，由于具有矩形槽组合和矩形槽-圆孔组合，因此能够快速进行阵列涡流检测的边缘效果验证和相邻不同形状缺陷的分辨力测试。

3 试验验证

边缘区域检测效果及一般区域检测分辨力测试如图2所示。首先确认阵列涡流检测性能验证试块状态良好，然后将阵列涡流探头放置在母材的基准面上，分别沿水平和垂直方向进行扫查，扫查区域覆盖整个试块表面。矩形槽组合三表示较浅刻槽的情况，模拟较浅的条形缺陷；矩形槽组合二表示略深刻槽的情况，模拟略深的条形缺陷；矩形槽组合一表示较深刻槽的情况，模拟较深的条形缺陷。矩形槽-圆孔组合分别模拟条形缺陷和圆形缺陷。通过各型涡流检测仪的图像显示，可以直观地看出检测效果。

图2 为阵列涡流扫查方向

连接阵列探头和涡流仪，设置频率、电压、增益等参数。提离设定结束后，按照图中的扫查路径对试块进行扫查，扫查过程中控制扫查速度恒定。

矩形槽组合与矩形槽-圆孔组合显示状态如图3、图4所示。虽然图3中三组矩形槽组合左部区域显示清晰可辨，但相邻两个缺陷显示之间有粘连，分辨效果较低，说明缺陷间隔较小时，该检测系统的分辨效果较差；右部区域显示清晰可辨，相邻两个缺陷显示之间呈现较明显的间隔，说明缺陷间隔较大时，该系统的分辨效果较好。由于三组矩形槽的刻槽深度不同，故其阻抗幅值也不同，图像显示的色彩略有区别，显示大小类似。图4中矩形槽-圆孔组合的显示清晰可辨，且显示出明显的间隔，说明分辨力较高。图4中也清晰地显示了由于边缘效应造成的信号显示（图中蓝色区域），受边缘效应影响，靠近试块边缘区域的阻抗与基体有明显区别，故有较强烈的对比显示。

图3 矩形槽组合显示示意

图4 矩形槽-圆孔组合显示示意

4 结束语

本文设计了阵列涡流检测性能验证试块，由母材、矩形槽组合、矩形槽-圆孔组合和基准面组成，母材的材质与被检工件材质相同。基准面上设置3个矩形槽组合和1个矩形槽-圆孔组合。各矩形槽组合的矩形槽呈左右分布，相邻矩形槽的间距呈递增状态。矩形槽-圆孔组合呈上下分布，各相邻矩形槽和圆孔的间距呈递增状态。该验证试块能够测试阵列涡流检测的边缘区域检测情况，以及一般区域的分辨力，可以准确反映相邻缺陷的分辨效果。通过检测试验，验证了某设置条件下的阵列涡流的检测性能。实施效果显示，在该检测条件下显示清晰可辨，同时呈现出一定的边缘效应。通过该阵列涡流检测性能验证试块可以较好地反映阵列涡流检测系统及设置的效果。