目前无损检测在新领域中的应用

利用电磁感应原理，通过检测被检测工件内感生涡流的变化来无损地评定导电材料及其工件的某些性能，或发现缺陷的无损检测方法称为无损检测。在工业生产中，涡流检测是控制各种金属材料及少数非金属（如石墨、碳纤维复合材料等）及其产品品质的主要手段之一。与其他无损检测方法比较，涡流检测更容易实现自动化，特别是对管，棒和线材等型材有着很高的检测效果。下面介绍无损检测在一些新领域的应用：

1.1 厚度测量

厚度测量的应用主要有两个方面: 金属基体上膜层厚度的测量和金属薄板厚度的测量。非磁性金属上绝缘层厚度的测量, 是涡流测厚的一个重要应用领域。由于非磁性金属均为导电率较高的有色金属, 所以, 测量其表面绝缘层厚度实质上是测量探头线圈到基体金属的距离。为了抑制基体金属电导率变化对测量结果的影响, 一般都选用较高的检测频率, 此时, 基体电导率对电感分量的影响可以忽略, 而对电阻分量的影响仍较为显著。又由于电感分量主要受距离变化的影响。电阻分量主要受电导率变化的影响, 因此, 只要从电路上将探头阻抗变化信号的电感量取出, 再进行调零和校正, 就可测量出绝缘层厚度的变化。

当磁性金属表面覆盖有非磁性金属或绝缘层( 如钢件上的镀铬层或油漆层) 时, 同样可以利用电磁感应方法来测量其厚度。当线圈中通过激励电流时, 检测线圈和磁性基体之间建立了磁通路, 由于线圈和磁性基体之间间隙的变化( 即非磁性膜层厚度的影响) , 会改变磁路的磁阴, 并引起磁路中磁通量的变化, 因此, 只要通过检测线圈上感应电压的测量, 得出感应电压与间隙( 即膜厚) 的定量关系曲线, 再将其标记在指示仪表的表盘上, 以后便可直接从指示仪表上读出膜层的厚度。涡流法测量金属薄板厚度时, 检测线圈既可以采用反射法也可以采用透射法。反射法是探头的发射与接收线圈在被测体的同一侧, 所接收的信号是阻抗幅度变化信号, 材料厚度的变化对接收线圈阻抗变化呈非线性关系。因此, 要求在测量仪器内部实现非线性校正, 所以, 会产生较大的测量误差。透射法是根据探头线所产生的涡流场分布情况, 即在不同深度下涡流相位滞后程度随深度增加而增大, 根据接收信号与激励信号之间的相位差直接得到被测材料厚度值, 无需进行非线性校正。

1.2 涡流探伤

由于涡流的趋肤效应, 所以涡流探伤只能用来发现金属工件表面和近表面的缺陷。但由于它具有简便、不需要耦合剂和容易实现高速自动检测的优点, 因而在金属材料和零部件的探伤中得到较为广泛的应用。涡流探伤还可以用于维修检验, 某些机械产品由于工作条件比较特殊( 如在高温、高压、高速状态下工作) , 在使用过程中往往容易产生疲劳裂纹和腐蚀裂纹。对这些缺陷, 虽然采用磁粉检测、渗透检测等都很有效, 但由于涡流法不仅对这些缺陷比较敏感, 而且还可以在涂有油漆和环氧树脂等覆箅层的部件上以及盲孔区和螺纹槽底进行检验, 还发现金属蒙皮下结构件的裂纹, 因而在维修行业受到重视。

1. 3 材质分选

涡流检测是,试件的电导率和磁导率是影响线圈阻抗的重要因素, 因此, 可以通过对不同试件电导率或磁导率变化的测定, 评价某些试件的材质。对非磁性金属材料的材质试验一般是通过电率的测定来进行。测试时不需将试件再加工, 只要试件表面有较小的平面( 如7501型涡流导电仪要求为 10～20mm)以放置探头就可以了, 检测简单易行, 适合对金属材料或零件的某些性质作快速无损的检查。通过对电导率的测定, 可以实现对金属成分及杂质含量的鉴别, 对金属热处理状态和硬度的鉴别, 对各种金属材料或零件的混料的分选。可见, 应用涡流法测定的电导率为材料的品质管理、质量检验提供了一个有效的方法。对铁磁性材料的材质试验一般是通过磁特性的测定来进行。例如, 强磁化方法是利用磁性材料磁滞回线中的某些量作为检测变量。由于这些量( 如饱和磁感应强度Bm、剩磁Br、矫顽磁力Hc 等) 都是试件材质的敏感量, 与试件的组织成分、热处理状态和力学性能等之间的可能存在对应关系。因此, 只要检测出磁滞回线中某些变量的数值, 就可以根据这种对应关系来推断材质的热处理状态和分选混料。弱磁化方法是利用初始磁导率作为检测变量, 可以直接利用某些涡流探伤仪( 如FQR7505)来进行材质分选。

1.4 金属表面锈蚀检测

金表面发生锈蚀时, 锈蚀产物( 主要是金属氧化物) 具有与基体金属不同的物理性能。它们物理性能尤其是电导率、磁导率之间的差异, 会影响涡流探头线圈的反映电阻和反映电感, 从而使采用涡流法检测金属表面的锈蚀成为可能为了检测金属表面的锈蚀状况, 我们制作了双线圈涡流传感器, 采用实验确定的检测率激励和相应的检测电路, 可以检测金属表面的锈蚀状况。根据我们的实验, 固定频率下锈蚀试块的提离效应曲线近似为直线, 从直线斜率的变化可以实性判定金属表面的锈蚀程度, 对碳钢件而言, 其表面锈蚀越严重则直线斜率越小。在采用微机数据采集系统后, 能很方便地完成对检测信号的采集、转换和处理。只

要使检测探头在试样上方上下移动一下, 就可以在屏幕上显示出该试样的提离效应曲线, 再通过线性回归处理画出其拟合直线, 再通过线性回归处理画出其拟合直线, 计算出直线的斜率。然后, 再把这个斜率与标样的检测结果相比较, 斜率值较小者锈蚀较为严重。作为一种新型无损检测方法, 涡流检测技术和理论研究进展很快。随着电子技术, 尤其是计算机和信息处理技术的发展, 涡流检测设备不断向微机化和智能化方向发展, 对缺陷定量评价和显示技术不断提高。可以预见, 涡流检测技术的应用会越来越广。

1.5金属表面、近表面裂纹缺陷的模拟检测

对于表面下裂纹，随着缺陷深度的增大，感应磁场**大值出现的时间就会越长；但是，对于表面裂纹，不同深度裂纹的感应磁场**大值出现的时间几乎相同。这说明脉冲涡流更适用于表面下深层裂纹的定量检测。在实际应用中，可根据不同深度人工缺陷的响应数据绘制出深度与感应磁场**大值出现时间的对应曲线，实际检测中测出缺陷响应信号**大值出现的时间后，对应到参考曲线上就可以确定缺陷的深度。

1.6腐蚀缺陷的定量检测及扫描成像

对腐蚀缺陷长度的定量检测，利用瞬态感应电压信号的过零时间对腐蚀缺陷深度的定量检测，利用瞬态感应电压信号的峰值对腐蚀缺陷体积的定量检测。采用在激励线圈底部的正中央，按照电流的流向对称的排列了8个检测线圈的涡流阵列线圈扫查加工有模拟腐蚀缺陷试样时，对称位置上的两个检测线圈接收到涡流响应信号**大峰值的比值之间存在的规律：对于不同的腐蚀深度，当探头阵列完全经过腐蚀扫描时，比值都大于或等于0．5；当探头阵列不完全经过腐蚀扫描时，比值都小于或等于0．2。因此，可以将这个比值作为一个特征参数，来判断检测线圈是否经过腐蚀，对于没有经过腐蚀的探头。在显示腐蚀图像的时候，其经过的扫描路径将不会被显示出来．这样就可有效地消除图像的失真。

1.7在役管线、管道的实际检测

中国特种设备检测研究中心应用荷兰制造的InCotest型脉冲涡流检测仪对某油气分离厂在役的凝析油管线和某热电厂在用的蒸汽管道进行了实际检测。在不去除保护层和隔热层状态下，采用脉冲涡流技术检测内部管道时发现两处腐蚀缺陷，采用脉冲涡流法对于这两处腐蚀深度的测量结果，与去保护层和隔热材料条件下超声的测量结果相比，**大误差分别为0．69 mm，0．64 mm，可满足工程检测标准要求的测量精。

1.8涡流无损检测技术在钢铁工业中的新应用

涡流检测作为五大常规无损检测方法之一，在钢铁行业中应用非常广泛，包括金属棒、线材探伤、结构件疲劳裂纹探伤、材料成分及杂质含量的鉴别、热处理状态的鉴别、混料分选、测量金属薄板的厚度等诸多方面。近年来，随着对涡流检测技术认识的深入以及计算机、仪器仪表和数字信号处理技术的发展，涡流无损检测技术在钢铁工业中的应用取得了一定突破，对于某些以往认为是检测极限或“不可能”的难题，找到了解决的办法或思路。例如，目前有人提出了1100℃以上高温连铸板坯表面缺陷模拟在线检测，将传统的涡流检测对象的温度提高了几百度，而瑞典一家公司研制出了检测1000℃高温钢和其他金属板材、坯材的涡流检测设备。此外，涡流检测的应用还延伸到了不锈钢毛细管、直径小于1mm的丝材及结晶器液位检测等方面。

1.8.1 1000℃高温连铸板坯表面缺陷的检测

涡流检测高温制品的局限性主要在于探头所能承受的温度，传统的涡流检测技术在高温条件下检测温度可达550℃，如果采用水冷探头检测，温度还可以提高。贾慧明等采用特殊材料研制的高温涡流探头，借助风冷与水冷相结合的办法，使传感器内部温度始终保持在40℃以下，能够长时间承受强烈的高温辐射。试验表明，利用该高温探头能够对1100℃以上铸坯在线检测出深度为1.5mm，宽度为0.3mm，长为10mm的表面缺陷。该技术能够有效抑制铸坯表面振动斑痕所产生的噪声影响，并借助计算机信号处理技术，实现对热态铸坯表面缺陷的定位、定量分析和打印记录，为实现对连铸坯在线无损检测提供了技术依据。

又据资料介绍，瑞典一家公司根据涡流技术，设计制造一种能检查1000℃左右的钢和其他金属板材和坯材表面缺陷的设备。该设备可以保证钢材表面的两个几乎垂直的方向都扫描到。利用计算机所组成的分析仪，把输入的信号分为严重缺陷、无害缺陷和未认清三种主要类别，并能够找出任何缺陷的位置。该装置能够精确测定毛坯表面上0.5mm深的刻痕位置。

1.8.2不锈钢毛细管的检测

对极其细小管径如不锈钢毛细管离线或在线无损探伤，采用电磁涡流检测方法虽然可行，但必须配置特种探头才能达到满意效果。因毛细管极其细小的管径，目前的工艺水平尚无法制作内穿探头，也无法使用点式探头进行检测，只能通过外穿过式探头进行检测。西安交通大学与爱德森（厦门）电子有限公司联合研制的差动式外穿探头，在对线圈的宽度、厚度、两线圈之间的跨度、探头和毛细管之间的间隙、线径等多方面进行计算及优选后，配置了特制的高级外穿式特种探头，在检测频率为666kHz时，对Φ1mm及Φ0.45mm的不锈钢毛细管进行检测，均获得了较好的效果。

1.8.3钢丝在线检测

钢丝在线检测一般使用两种方法：一种是旋转探测式，即涡流探测器绕钢丝高速旋转。这种方法主要用来检测沿钢丝纵向延伸的裂纹、刮伤和拉丝划痕。相对于钢丝的运动，探测器的轨迹这螺旋状。使用多个探测器并列高速旋转，可以达到100%的检查，但其表面探伤的灵敏度有限。在探测器和钢丝之间不易保持恒定的间距，间隙增加时灵敏度减少，如果钢丝偏心，间隙就会变化。采用高速处理器可以自动感知间隙，并不断地进行补偿，使系统的灵敏度得到提高。另一种是环绕线圈式。钢丝从环形线圈中穿过，换能器有效地检查涡流在一个剖面的分布，并与前一个剖面对比，适合检测点状缺陷和圆周方向的裂纹，对于横裂纹、V型裂纹、夹杂物、凹坑和折叠有很高的灵敏度。检测速度快，检测直径范围大。

环绕线圈式的驱动电流比旋转探测式高，有更好的深度穿透性。系统稳定性好，不受温度变化和其他因素的影响。当磁铁材料在居里点800℃以下时，磁饱和后会使信号受到抑制，但可以通过调节磁场强度避免磁饱和，提高灵敏感。目前大都使用环绕线圈式，也可以将上述两种方法结合使用。涡流技术在拉丝、油回火生产线、冷镦钢丝或弹簧钢丝生产中得到了很好的应用。水冷环绕线圈对温度超过1100℃的盘条进行检测，其检测速度超过500km/h。

1.8.4液位检测

结晶器液位的精确检测是连铸生产过程中实现液位自动控制的关键。涡流式钢水液位计具有反应速度快、测量精度高、不需特殊安全防护、安装维护方便等显著优点，实用化进展很快。宋东飞介绍了攀钢改造采用国内生产的RAM系列涡流型钢水液位控制仪的情况。该测量系统采用涡流式传感器测量钢水液位，由振荡器产生的50kHz高频信号供给传感器的初级线圈（激励线圈），由于受钢水内涡流电流的影响，由初级线圈产生交变磁场随液位高度变化。在次级线圈（测量线圈）内将产生与通过线圈磁场的强度成正比例变化的电压VγV2，从而差动电压（V1-V2）随液位高度变化。通过对V1-V2进行放大、相位、频率、振幅分析及线性化，送给16位的高性能单片机80C196KC处理，即得于液位高度测量信号，经控制仪转换成4～20mA信号送到结晶器液位控制系统PLC。该控制仪测量范围为0～150mm，分辩力为0.1mm。运行表明，该液位控制系统性能稳定可靠，使用精度达±3mm，不但减少了铸坯表面裂纹，提高了产品质量，而且经济效益显著。

1.9另外无损检测在其他高端领域也得到很好的应用：

1.9.1航天、航空

涡流检测技术已广泛用于航天、航空领域中金属构件的检测。为了确保飞机的飞行安全，必须对相关部件进行定期在役检测。涡流技术通常用于检测航空发动机叶片裂纹、螺栓、螺孔内裂纹、飞机的多层结构、起落架、轮毂和铝蒙皮下等表面和亚表面缺陷，同时用于检测机翼连接焊缝的缺陷等。检测中能有效抑制探头晃动、材质不匀等引起的干扰信号。金属磁记忆检测技术可用于上述部件应力集中部位或早期损伤的诊断。

1.9.2电力、石化

涡流检测技术用于电站（火电厂、核电站）、石油化工（油田、炼油厂、化工厂）等领域的有色及黑色金属管道（如铜管、钛管、不锈钢管、锅炉四管等）的在役和役前检测。对管道晶间腐蚀、壁厚减薄和外壁磨损等均能可靠检出，在检测中能有效地去除支撑板和管板的干扰信号。此外，涡流法还用于汽轮机大轴中心孔、发动机叶片，抽油竿、钻竿、螺栓、螺孔等部件的检测；声脉冲检测技术可用于各种金属或非金属管道的快速检测；金属磁记忆技术用于在役设备铁磁性零件早期损伤的诊断。

1.9.3冶金、机械

涡流检测技术用于各种金属管、棒、线、丝材的在线、离线探伤。在探伤过程中，能同时兼顾长通伤、缓变伤等长缺陷和短小缺陷（如通孔）；能够有效抑制管道在线、离线检测时的某些干扰信号（如材质不均、晃动等），对金属管道内外壁缺陷检测都具有较高的灵敏度；还可用于机械零部件混料分选，渗碳深度和热处理状态评价，硬度测量等。

1.9.4核能、军工

;涡流检测技术用于核燃料棒、钛管、螺纹管等金属管道的检测；用于军工兵器的炮筒、导弹发射架、炮弹底座、弹壳，战机的发动机叶片、机翼、起落架和轮毂等的役前和在役检测；金属磁记忆技术用于装甲车、舰艇等金属结构件的早期诊断；低频电磁场、漏磁技术用于甲板、储油罐等铁磁性材料及焊缝质量控制。