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1、涡流检测技术一、无损检测方法：涡流检测技术利用电磁感应原理，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。二涡流检测涡流是将导体放入变化的磁场中时，由于在变化的磁场周围存在 着涡旋的感生电场，感生电场作用在导体内的自由电荷上，使电荷运 动，形成涡流。涡流检测 Eddy current Testing （缩写 ET ）。已
2、知法拉第电磁感应定律，在检测线圈上接通交流电，产生垂直 于工件的交变磁场。检测线圈靠近被检工件时，该工件表面感应出涡流同时产生与原 磁场方向相反的磁场，部分抵消原磁场，导致检测线圈电阻和电感变 化。若金属工件存在缺陷，将改变涡流场的强度及分布，使线圈阻抗 发生变化，检测该变化可判断有无缺陷。随着微电子学和计算机技术的发展及各种信号处理技术的采用，涡流检测换能器、涡流检测信号处理技术及涡流检测仪器等方面出现检测时，线圈不需要接触工件，也无需耦合介质，所以检测速度 快。对工件表面或近表面的缺陷，有很高的检出灵敏度，且在一定的 范围内具有良好的线性指示，可用作质量管理与控制。可在高温状态、工件的狭窄
3、区域、深孔壁（包括管壁）进行检测 能测量金属覆盖层或非金属涂层的厚度。可检验能感生涡流的非金属材料，如石墨等。检测信号为电信号，可进行数字化处理，便于存储、再现及进行 数据比较和处理。2. 缺点对象必须是导电材料，只适用于检测金属表面缺陷。检测深度与检测灵敏度是相互矛盾的，对一种材料进行ET时，须 根据材质、表面状态、检验标准作综合考虑，然后在确定检测方案与 技术参数。采用穿过式线圈进行ET时，对缺陷所处圆周上的具体位置无法判 定。旋转探头式ET可定位，但检测速度慢。、涡流检测的信号处理技术需要提高检测信号的信噪比和抗干扰能力，实现信号的识别、分 析和诊断，以得出最佳的信号特征和检测结果。1.
4、 信号特征量提取常用的特征量提取方法有傅里叶描述法、主分量分析法和小波变 换法。傅里叶描述法是提取特征值的常用方法。其优点是，不受探头速 度影响，且可由该描述法重构阻抗图，采样点数目越多，重构曲线更 逼近原曲线。但该方法只对曲线形状敏感，对涡流检测仪的零点和增益不敏感， 且不随曲线旋转、平移、尺寸变换及起始点选择变化而变化。用测试信号自相关矩阵的本征值和本征矢量来描绘信号特征的方 法称为主分量分析法，该方法对于相似缺陷的分辨力较强。小波变换是一种先进的信号时频分析方法。将小波变换中多分辨 分析应用到涡流检测信号分析中，对不同小波系数处理后，再重构。 这种经小波变换处理后的信号，其信噪比会得到很
5、大的提高。hjIn *1IW IH 1 7S 詣一一 - 一 - 匕齡iI丸茁靜lfllI MlM* 丹IH1可电点两莎亍忑两丙二两工* 會命倔&严2信号分析人工神经网络 人工神经网络的输入矢量是信号的特征参量，对信号特征参量的 正确选择与提取是采用神经网络智能判别成功的关键。组合神经网络模型，采用分级判别法使网络输入变量维数由N2降 到N，网络结构大为简化，训练速度很快，具有较高的缺陷识别率和 实用价值。神经网络可实现缺陷分类，具有识别准确度高的优点，对不完全、 不够清晰的数据同样有效。信息融合技术 信息融合是对来自不同信息源检测、关联、相关、估计和综合等 多级处理，得到被测对象的统一最佳估
6、计。涡流扫描图像的融合，将图像分解为多子带图像，并在转换区内采用融合算法实现图像融合。Ka Bartels 等采用信噪比最优方法合并涡流信号，并用空间频率 补偿方法使合并前高频信号变得模糊而低频信号变得清晰。Z Liu 等利用最大值准则选择不同信号的离散小波变换系数，选取 待融合系数的最大绝对值作为合并转换系数。因此融合信号可基于这些系数，利用逆小波变换来重构。小波变 换可按不同比例有效提取显著特征。在融合信号过程中，所有信号的有用特征都被保存下来，因此内 部和表面缺陷信息得到增强。3. 涡流逆问题求解 换能器检测到的信号隐含缺陷位置、形状、大小及媒质性质等信 息，由已知信号反推媒质参数（电导
7、率）或形状（缺陷），属于电磁场理论 中的逆问题。为求解涡流逆问题，先要建立缺陷识别的数学模型，有形状规则 的人工缺陷、边界复杂的自然缺陷、单缺陷和多缺陷等模型；在媒质类型方面，有复合材料和被测件表面磁导率变化等模型。 随着计算机技术发展，缺陷模型各种数值解法也获得进展。出现 有限元法、矩量法和边界元法等。五、涡流检测技术的发展和现状1824年 加贝 涡流存在1831年 法拉第电磁感应现象1873年 麦克斯韦方程电磁场理论1879年 休斯 首次应用判断不同金属和合金1926年 涡流测厚仪1935年 涡流探伤仪1942年 自动化检测50年代 福斯特阻抗分析法理论和实践的完善60年代 我国开始研究，
8、主要应用于航天等领域美国的EM3300和MIZ-20为采用阻抗平面显示技术典型产品，而 TM-128 型涡流仪是我国首台配有微机带有阻抗平面显示的涡流探 伤仪。MFE-1 三频涡流仪是我国研制的首台多频涡流检测设备。随后，国内研制成功多种类型的多频涡流检测仪，如 EEC-35、EEC-36、EEC-38、EEC-39 和 ET-355、ET-555、ET-556 等。目前，我国在有限元数值仿真、远场涡流探头性能指标分析及检 测系统的研制等方面取得研究成果，推出商品化远场涡流检测仪器。其中 ET-556H 和 EEC-39RFT 已用于化工炼油设备的钢质热交换 管和电厂高压加热器钢管的在役探伤。
9、六、涡流检测在各行业高端领域的应用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。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
10、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。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
11、度和热处理状态评价，硬 度测量等。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今后涡流检测技术研发包括：完善换能器设计理论，研制性能更好的涡流检测换能器；研究缺陷大小形状位置深度的涡流定位技术和三维成像技术；研究并推广远场涡流检测技术；进一步研究金属材料表面疲劳裂纹的扩展、开裂、机械加工磨削 烧伤及残余应力涡流检测技术。应用该项技术进行无损检测必将得到广泛应用。编辑：邸旺
