電磁無損檢測(cè)技術(shù)淺析

唐仕軍

摘 要：電磁無損檢測(cè)是無損檢測(cè)的重要分支，具備設(shè)備簡(jiǎn)單、方便操作、檢測(cè)高靈敏度及自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，本文淺析了幾種關(guān)鍵的電磁檢測(cè)技術(shù)以及各技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電磁；無損檢測(cè)；技術(shù)應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.193

1 技術(shù)概述

無損檢測(cè)（Nondestruetive Testing，NDT）是指在被檢測(cè)件狀態(tài)和性能不被影響和破壞的情況下，根據(jù)熱、聲、光、電、磁等對(duì)材料的內(nèi)部缺陷或結(jié)構(gòu)異常產(chǎn)生反應(yīng)變化的原理，通過對(duì)被測(cè)件的檢測(cè)，判斷和評(píng)價(jià)其內(nèi)部與表面缺陷的形狀、位置、大小、分布、類型、性質(zhì)、數(shù)量及變化，進(jìn)而評(píng)估被檢測(cè)件的質(zhì)量、性能和狀態(tài)等[1]。

電磁無損檢測(cè)是無損檢測(cè)中的重要分支，其是利用材料在電磁場(chǎng)作用下呈現(xiàn)出的電學(xué)或磁學(xué)性質(zhì)的變化，判斷材料內(nèi)部組織及有關(guān)性能的試驗(yàn)方法。通常包括渦流檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、漏磁檢測(cè)等技術(shù)。在不斷的技術(shù)創(chuàng)新中，近年來電磁無損檢測(cè)技術(shù)獲得了較大發(fā)展，逐漸具備了設(shè)備簡(jiǎn)單、方便操作、檢測(cè)高靈敏度及自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn) [2-3]。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 渦流檢測(cè)

渦流檢測(cè)技術(shù)主要根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在變交磁場(chǎng)作用下導(dǎo)電材料產(chǎn)生渦流，材料表面層與近表面層缺陷影響渦流的形態(tài)，進(jìn)而引起線圈阻抗變化，通過測(cè)量阻抗變化以達(dá)到研究、分析導(dǎo)電材料的缺陷和損傷。近年來渦流檢測(cè)技術(shù)主要分為以下幾類：

（1）單頻渦流檢測(cè)技術(shù)，激勵(lì)信號(hào)是選取單一頻率的正弦波電流或電壓，通過得到復(fù)阻抗平面圖以觀察缺陷對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響進(jìn)而分析被測(cè)工件的電磁特性；

（2）多頻渦流檢測(cè)技術(shù)，激勵(lì)信號(hào)采用兩個(gè)或兩個(gè)以上頻率的正弦波電流或電壓，由于不同頻率的激勵(lì)信號(hào)在被測(cè)工件中具有不同的穿透深度，能夠獲得工件多個(gè)深度的信息減少信號(hào)失真，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度；

（3）遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)，通以低頻激勵(lì)交流電流，可對(duì)碳鋼或其它強(qiáng)鐵磁性管進(jìn)行有效檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)管內(nèi)、外壁缺陷及壁厚減薄具有相同的靈敏度，可不受趨膚深度的限制；

（4）脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)，激勵(lì)信號(hào)為寬頻窄脈沖，寬頻窄脈沖包含豐富的頻率成份在被測(cè)工件中激起不同頻率的交變渦流場(chǎng)，且低頻率成份在工件中的穿透深度較大，可以獲得工件中不同深度的缺陷信息。

2.2 磁粉檢測(cè)

磁粉檢測(cè)技術(shù)主要依據(jù)磁性材料損傷改變磁力線分布的原理，進(jìn)而顯現(xiàn)材料的缺陷。磁性材料工件被磁化時(shí)，在其表面和近表面的缺陷處產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，噴灑到工件上的磁粉被漏磁場(chǎng)吸引形成，通過觀察顯示缺陷的位置、形狀和大小。當(dāng)前主要研究熒光磁粉、自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別技術(shù)，采用CCD攝像機(jī)代替人眼觀察過程并利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)分析檢測(cè)結(jié)果，提高了檢測(cè)可靠性與自動(dòng)化水平。

2.3 漏磁檢測(cè)

漏磁檢測(cè)技術(shù)是根據(jù)勵(lì)磁激勵(lì)鐵磁性材料工件使得其局部磁化，進(jìn)而具有磁通量，再利用傳感器檢測(cè)漏磁信號(hào)以實(shí)現(xiàn)工件的缺陷檢測(cè)。目前主要研究方向?yàn)檎莺头囱?。正演是依?jù)缺陷的形狀、大小等信息來求其磁場(chǎng)分布；反演則是通過檢測(cè)到的漏磁信號(hào)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的評(píng)估并進(jìn)行定量、定性分析。

2.4 金屬磁記憶無損檢測(cè)

金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)主要用于材料應(yīng)力集中和疲勞損傷無損檢測(cè)與診斷，即可檢測(cè)出已經(jīng)出現(xiàn)的缺陷及其分布部位也能對(duì)產(chǎn)生破壞前的構(gòu)件進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估。其原理是根據(jù)磁力線通過缺陷處介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生畸變形成表面漏磁場(chǎng)，進(jìn)而檢測(cè)漏磁場(chǎng)來判斷材料的缺陷。其中漏磁場(chǎng)具有切向分量和法向分量，切向分量的特點(diǎn)是具有最大值，而法向分量具有過零點(diǎn)。目前為了提高檢測(cè)的效率和精度在不斷研究高靈敏度的磁敏檢測(cè)元件來采集磁記憶信號(hào)，以及于對(duì)弱磁特征信號(hào)的提取從而精準(zhǔn)判斷鐵磁性工件應(yīng)力集中和缺陷。由于能夠同時(shí)檢測(cè)應(yīng)力集中區(qū)及組織內(nèi)部損傷、各種宏觀缺陷，被廣泛應(yīng)用于石油化工管道、發(fā)電站、軌道交通設(shè)備等領(lǐng)域，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.5 巴克豪森效應(yīng)檢測(cè)

巴克豪森效應(yīng)檢測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于鐵磁性材料殘余應(yīng)力的測(cè)量，其依據(jù)巴克豪森噪聲測(cè)量法。巴克豪森噪聲即相互靠近的磁疇在外磁場(chǎng)作用下轉(zhuǎn)向排列的過程中，發(fā)生摩擦引起震動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。通過巴克豪森法測(cè)量的信號(hào)受磁疇位移影響，進(jìn)而反映鐵磁材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化和受力情況。

2.6 交變磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)

交變磁場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)是從交流電壓降測(cè)量法演變發(fā)展形成的，其主要原理是在交變電流作用下導(dǎo)電材料中的缺陷裂紋會(huì)使得其周圍的感應(yīng)電流分布發(fā)生改變，進(jìn)而影響材料表面感應(yīng)磁場(chǎng)的分布，通過測(cè)量材料表面感應(yīng)磁場(chǎng)分布的變化采用數(shù)學(xué)模型的反演，來判斷分析裂紋缺陷的長(zhǎng)度和深度特征。由于檢測(cè)是非接觸式的，可以在具有抗腐蝕介質(zhì)和涂層的工件表面直接進(jìn)行精確檢測(cè)，此外也不需要進(jìn)行試塊標(biāo)定。該檢測(cè)技術(shù)在結(jié)構(gòu)的在役檢測(cè)等方面起著越來越重要的作用，具有廣闊的應(yīng)用空間和巨大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

3 電磁無損檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，電磁無損檢測(cè)技術(shù)也將呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

（1）圖像化、數(shù)字化；數(shù)字圖像方便進(jìn)行各種數(shù)字處理，且數(shù)字化有利于高效的信息傳遞更方便有效的實(shí)施遠(yuǎn)程診斷和實(shí)時(shí)分析；

（2）高智能化；隨著數(shù)據(jù)庫和專家評(píng)價(jià)系統(tǒng)的不斷完備，電磁無損檢測(cè)技術(shù)將具備對(duì)被測(cè)工件的缺陷類型自動(dòng)識(shí)別和缺陷狀態(tài)自動(dòng)評(píng)價(jià)功能；

（3）在線檢測(cè)自動(dòng)化；無損檢測(cè)未來的主要方向即是在不改變工件工作的情況下進(jìn)行在線自動(dòng)化檢測(cè)，尤其在特別惡劣的環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化程度提高和縮短檢測(cè)時(shí)間；

（4）傳感器技術(shù)不斷發(fā)展，信號(hào)處理方式的多樣化；多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)從多源信號(hào)中獲取信息減少信息的確定度，有助于識(shí)別缺陷。

參考文獻(xiàn)：

[1]任吉林，林俊明.電磁無損檢測(cè)[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[2]任吉林.電磁無損檢測(cè)的新進(jìn)展[J].無損探傷，2001（05）：1-4.

[3]林俊明.電磁（渦流）檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].無損檢測(cè)，2004（09）：40-41.