PDF《第X卷第 X 期应用力学学报 Vol.XNo.X》

2 所示.考虑到实际容器庞大,不宜在实验室开展研究,本研究基于实际容器特征,采用模拟容器 壁试件开展钢衬厚度评价研究. 图2大型容器横截面图 Fig.2 Cross-sectional drawing 由于探头尺寸远远小于大型容器尺寸, 大型容器表面曲率对检测结果的影响可忽略不计, 故 采用双层板结构模型替代真实形状为圆柱形或球形的大型容器;

实际工况下, 大型容器基体与不 锈钢衬通过爆炸焊焊接为一个整体, 涡流检测对二者之间的界面变化情况反映不灵敏, 在实验研 究中,可忽略爆炸焊对界面的影响.因此,为了在保证实验结果能够真实反应实际检测效果的前 提下,尽可能简化整个实验操作,本研究将大型容器简化为双层板模型,试件示意图如图 3(a) 所示,两层板直接叠放在一起,并通过四角螺钉固定使其紧密接触(如图 3(b) ) . (a)简化模型(单位:mm) (a)Simplified sample model (b)实验试件外观 (b)Photograph of inspectionsample 第X卷第 X 期仪器仪表学报 Vol.XNo.X 201X 年X月Chinese Journal of Scientific Instrument 图3检测试件 Fig.3Sample utilized in ECT experiments

316 不锈钢和 Q345R 钢分别为大型容器常用的钢衬材料和基体材料,因此,实验中同样采 用316 不锈钢和 Q345R 钢作为钢衬和基体材料.通过探头获取实际不锈钢衬厚度的检出信号, 而这些检测信号存在差异的关键在于不锈钢衬和钢材基体材料参数不同 (主要的影响参数是相对 磁导率和电导率) ,其材料参数如表

1 所示.由表

1 可知,尽管两种材料的电导率差别不大,但 是相对磁导率差别显著(Q345R 钢的相对磁导率是

316 不锈钢的

895 倍) ,因此,当探头激发磁 场时, 不锈钢衬和钢材基体内部的感应涡流存在差异, 故不锈钢层厚度的不同将导致探头检出信 号的变化. 表1316 不锈钢和 Q345R 钢的材料参数 Table1 Parameters of Stainless steel

316 and Q345R steel

316 不锈钢 (stainless steel 316) Q345R 钢(Q345R steel) 相对磁导率 (relative permeability) 1.0 850.0 电导率 (conductivity)/*

106 S ・m?1 1.4 1.6 检测实验中,探头垂直设置于试件上表面,与不锈钢衬上表面直接接触,当在探头中施加正 弦电压激励时,不锈钢衬和钢材基体中均感应出涡流.图4为探头布置和涡流分布示意图. 图4涡流检测示意图(单位:mm) Fig.4Schematic figure of practical eddy current testing 实验研究中,共制作了四个标定试件和一个待测试件.除不锈钢衬厚度外,试件的其余参数 均与图

3 相同,具体检测点和试件几何参数如表

2 所示. 表2实验试件几何尺寸 Table2 The geometry of experimental samples 试件 (sample) 横截面积 (cross-sectional area) /mm*mm 检测点 (measuring point) 钢衬厚度 (cladding thickness)/mm 基体厚度 (matrix thickness) /mm 标定试件

1 (sample 1) 100*100 A 1.430 9.919 B 1.431 9.945 C 1.431 9.921 D 1.429 9.907 标定试件

2 (sample 2) 100*100 A 1.796 9.922 B 1.798 9.923 C 1.796 9.919 D 1.797 9.923 标定试件

3 (sample 3) 100*100 A 2.402 9.944 B 2.399 9.926 第X卷第 X 期仪器仪表学报 Vol.XNo.X 201X 年X月Chinese Journal of Scientific Instrument C 2.399 9.926 D 2.398 9.940 标定试件

4 (sample 4) 100*100 A 3.451 9.929 B 3.520 9.939 C 3.438 9.950 D 3.403 9.942 待测试件 (measuring sample) 100*100 ― 2.801 9.929 需要说明的是, 由于机械加工精度可能导致基体材料厚度可能略有差异, 因此我们分析了基 体材料厚度对涡流检测信号的影响.涡流趋肤深度计算公式为: (1) 式中,为??为相对磁导率,?0为真空中的磁导率,?为电导率,f 为激励频率.可知在本次实验 中,不同激励频率(本次实验中所采用的激励频率为 20kHz,30kHz,40kHz,50kHz,55kHz 和60kHz)下,钢衬的趋肤深度在 1.74mm~3.01mm 范围内,而对于铁磁性材料的基体,其趋肤深 度远小于这一值(不考虑上面钢衬) ,更何况基体上面还有一层不锈钢钢衬.因此,在该实验条 件下,尽管基体厚度略有不同,但涡流不能到达基体底面,况且基体厚度相差不大并位于不锈钢 衬下层,因此可忽略基体厚度对涡流检测结果的影响.