基于数理统计的缺陷涡流检测定量方法

2020-12-19陈新波何忠祥李小丽

无损检测 2020年3期

陈新波,何忠祥,李小丽,王莉

(海军航空大学青岛校区航空机械工程与指挥系，青岛 266041)

阻抗平面显示是涡流检测设备的主要显示方式，该显示方式对缺陷大小难以准确定量。在某型发动机叶片上加工不同长度的人工裂纹，将其作为检测对象，找出了涡流检测结果与裂纹长度的数学关系，该关系也可用于其他传感器或检测对象的定量评估。

1 定量方法

涡流检测采用阻抗平面图显示时，主要依靠幅值大小判断缺陷大小，不能准确评估。通过对涡流检测幅值进行定量研究，并对人工裂纹进行涡流检测试验，获得检测结果的幅值，采用正态分布和一元线性回归方法进行数据分析，得到裂纹大小和幅值的对应关系，定量方法框图如图1所示。

图1 涡流检测缺陷定量方法框图

2 叶片涡流检测试验

在工程实践中,涡流检测对象尺寸和厚度往往都随着检测位置的不同而不同，这些在涡流检测中会成为干扰因素[1]。为了使涡流检测的定量结论更具有参考性，检测时选择自身干扰因素较多的某型发动机Ⅰ级压气机叶片作为研究对象。

2.1 人工裂纹设计

根据标准GJB 2908-97《中华人民共和国国家军用标准涡流检测方法》，在某型发动机Ⅰ级压气机叶片上设计同一宽度、不同长度的人工裂纹，尺寸如表1所示。

表1 某型发动机Ⅰ级压气机叶片人工裂纹尺寸

采用电火花加工法在某型发动机叶片上加工人工裂纹缺陷[2]，其位置如图2所示。

图2 叶片人工裂纹位置示意

2.2 缺陷检测试验

用设计的人工裂纹叶片试块进行涡流检测试验，参数如表2所示。

表2 人工裂纹叶片的涡流检测参数设置

经过大量检测试验可知：由于叶片厚度的影响，在阻抗图的模式下,涡流信号会发生零点漂移，遇到裂纹缺陷后，试件上涡流分布会发生较大变化，在阻抗图界面下表现为涡流信号的采样数据点轨迹发生突变，叶片缺陷检测信号轨迹如图3所示。

图3 叶片缺陷检测信号轨迹

通过研究数据点在有缺陷时信号轨迹的变化量来研究缺陷信号幅值，为了增加检测结果的可靠性，采集不同裂纹缺陷叶片的20次检测结果作为数据样本，叶片缺陷涡流检测信号幅值如表3所示。

表3 叶片缺陷涡流检测信号幅值 mV

3 定量方法研究

3.1 正态分布分析

涡流检测的结果会受检测人员的操作水平、设备自身干扰以及叶片的厚度变化等诸多因素影响，且对结果的影响都是随机的[3]，所以同一裂纹的检测信号在一定范围内是一个随机数，同一裂纹缺陷的信号幅值满足正态分布。设x为信号轨迹的幅值，根据正态分布的概率密度函数，则有

(1)

式中：x为信号阻抗幅值；μ为均值;σ为方差。

式(1)表示涡流测量结果信号阻抗幅值x服从均值为μ、方差为σ的正态分布，即x～N(μ，σ2)[4]。

根据正态分布概念，可以选取使得概率密度函数达到最大值的幅值x作为该裂纹缺陷的最佳检测结果，即在诸多影响因素作用下，每次检测结果的幅值都会在小范围内变化，并趋近于x。

采用Excel计算数据正态分布的概率密度：① 根据表3的检测幅值计算数组的均值、均方差、标准方差，结果如表4所示；② 利用Excel的函数NORMDIST得到每个测量值在数组中的概率正态分布值(以表3中1.0 mm裂纹缺陷的检测幅值为例)；③ 绘制正态分布曲线，如图4所示；④ 读取分布曲线的峰值,即f(x)最大时x的值。