基于脉冲涡流的多层异种金属材料内部缺陷检测研究

摘要

多层异种金属粘接结构具有许多优点，比如比强度高，比模量高，抗疲劳和减震性能强，该种结构被广泛应用在航空航天、国防、核工业等领域，检测并保证结构的质量安全具有重大意义。由于制造手段的固有短板和生产环境的影响，层板粘接处容易产生的缺陷种类有脱粘和气泡。在生产、组装和实际使用过程中，由于这些过程伴随着机械加工、碰撞和结构疲劳，这将导致裂纹、划痕等缺陷的出现。这些缺陷大多是亚表面缺陷，隐藏在构件内部，容易导致构件的物理属性发生改变，在毫无察觉的情况下逐渐影响构件的可靠性和安全性。
　　无损检测是以不损害被测对象的使用性能为前提，应用物理原理和化学现象，对构件进行检验，以此评价被测件的连续性、完整性、可靠性和安全性。脉冲涡流检测是众多无损检测技术中的一个重要分支，它相比其他的检测方式有着检测速度快，检测深度深等优点。本文针对多层异种金属粘接结构的缺陷检测，对脉冲涡流检测进行了研究。具体的工作内容如下：
　　(1)基于脉冲涡流检测技术的理论，使用COMSOL多物理场耦合仿真软件搭建了二维轴对称检测模型。通过仿真，讨论了脉冲涡流检测传感器结构参数对检测结果的影响。并获得脉冲涡流探头研制的最优结构参数。
　　(2)根据仿真结果得到的脉冲涡流探头的最优结构参数，搭建了脉冲涡流检测系统平台。包括激励信号的获取、激励信号功率放大、激励和检测探头的研制、数据采集和上位机软件编写，并使用标准样件来验证系统的稳定性和准确性。
　　(3)利用研制的脉冲涡流检测平台对制备的多类缺陷大小不等的多层异种金属粘接结构进行缺陷检测，并在时域和频域下对检测数据进行分析。着重讨论了缺陷在不同特征选择情况下的检测结果，这里包括：信号在时域下检测信号差分信号特征和频域下基波分量幅值特征、三次谐波幅值特征以及两者之间的比值特征。
　　通过实验，本文所设计的脉冲涡流检测系统对于非铁磁性材料导体的检测深度可达8mm（实验标准试件：铝合金），并且分析和建立了不同深度缺陷与特征信号的线性映射关系。对于多层异种金属材料内部缺陷检测，本文所涉及的系统能成功检测出直径为5mm，4mm，3mm的第一二层层间缺陷。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 涡流检测技术概述

1.3 脉冲涡流无损检测技术特点

1.4 脉冲涡流检测的国内外研究现状

1.5 脉冲涡流检测的发展趋势

1.6 论文研究内容和结构安排

第二章 脉冲涡流检测原理及理论

2.1 涡流效应和涡流检测原理

2.2 脉冲涡流检测系统架构及检测原理

2.3 脉冲涡流检测的理论模型

2.4 脉冲涡流检测的响应信号特征量

2.5 本章小结

第三章 脉冲涡流探头结构参数优化

3.1 被测试件简介

3.2 有限元仿真模型搭建

3.3 脉冲涡流传感器结构参数优化

3.4 本章小结

第四章 检测系统平台实现

4.1 脉冲涡流检测平台系统框图

4.2 脉冲涡流检测平台硬件搭建

4.3 标准试件检测

4.4 本章小结

第五章 多层异种金属材料缺陷检测

5.1 多层异种金属平板制备

5.2 实验方案

5.3 实验实施

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后期工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果