基于數理統計的缺陷渦流檢測定量方法

2020-12-19 07:57:58陳新波何忠祥李小麗

無損檢測 2020年3期

陳新波,何忠祥,李小麗,王莉

(海軍航空大學青島校區航空機械工程與指揮系，青島 266041)

阻抗平面顯示是渦流檢測設備的主要顯示方式，該顯示方式對缺陷大小難以準確定量。在某型發動機葉片上加工不同長度的人工裂紋，將其作為檢測對象，找出了渦流檢測結果與裂紋長度的數學關系，該關系也可用于其他傳感器或檢測對象的定量評估。

1 定量方法

渦流檢測采用阻抗平面圖顯示時，主要依靠幅值大小判斷缺陷大小，不能準確評估。通過對渦流檢測幅值進行定量研究，并對人工裂紋進行渦流檢測試驗，獲得檢測結果的幅值，采用正態分布和一元線性回歸方法進行數據分析，得到裂紋大小和幅值的對應關系，定量方法框圖如圖1所示。

圖1 渦流檢測缺陷定量方法框圖

2 葉片渦流檢測試驗

在工程實踐中,渦流檢測對象尺寸和厚度往往都隨著檢測位置的不同而不同，這些在渦流檢測中會成為干擾因素[1]。為了使渦流檢測的定量結論更具有參考性，檢測時選擇自身干擾因素較多的某型發動機Ⅰ級壓氣機葉片作為研究對象。

2.1 人工裂紋設計

根據標準GJB 2908-97《中華人民共和國國家軍用標準渦流檢測方法》，在某型發動機Ⅰ級壓氣機葉片上設計同一寬度、不同長度的人工裂紋，尺寸如表1所示。

表1 某型發動機Ⅰ級壓氣機葉片人工裂紋尺寸

采用電火花加工法在某型發動機葉片上加工人工裂紋缺陷[2]，其位置如圖2所示。

圖2 葉片人工裂紋位置示意

2.2 缺陷檢測試驗

用設計的人工裂紋葉片試塊進行渦流檢測試驗，參數如表2所示。

表2 人工裂紋葉片的渦流檢測參數設置

經過大量檢測試驗可知：由于葉片厚度的影響，在阻抗圖的模式下,渦流信號會發生零點漂移，遇到裂紋缺陷后，試件上渦流分布會發生較大變化，在阻抗圖界面下表現為渦流信號的采樣數據點軌跡發生突變，葉片缺陷檢測信號軌跡如圖3所示。

圖3 葉片缺陷檢測信號軌跡

通過研究數據點在有缺陷時信號軌跡的變化量來研究缺陷信號幅值，為了增加檢測結果的可靠性，采集不同裂紋缺陷葉片的20次檢測結果作為數據樣本，葉片缺陷渦流檢測信號幅值如表3所示。

表3 葉片缺陷渦流檢測信號幅值 mV

3 定量方法研究

3.1 正態分布分析

渦流檢測的結果會受檢測人員的操作水平、設備自身干擾以及葉片的厚度變化等諸多因素影響，且對結果的影響都是隨機的[3]，所以同一裂紋的檢測信號在一定范圍內是一個隨機數，同一裂紋缺陷的信號幅值滿足正態分布。設x為信號軌跡的幅值，根據正態分布的概率密度函數，則有

(1)

式中：x為信號阻抗幅值；μ為均值;σ為方差。

式(1)表示渦流測量結果信號阻抗幅值x服從均值為μ、方差為σ的正態分布，即x～N(μ，σ2)[4]。

根據正態分布概念，可以選取使得概率密度函數達到最大值的幅值x作為該裂紋缺陷的最佳檢測結果，即在諸多影響因素作用下，每次檢測結果的幅值都會在小范圍內變化，并趨近于x。

采用Excel計算數據正態分布的概率密度：① 根據表3的檢測幅值計算數組的均值、均方差、標準方差，結果如表4所示；② 利用Excel的函數NORMDIST得到每個測量值在數組中的概率正態分布值(以表3中1.0 mm裂紋缺陷的檢測幅值為例)；③ 繪制正態分布曲線，如圖4所示；④ 讀取分布曲線的峰值,即f(x)最大時x的值。