電磁無損檢測技術淺析

唐仕軍

摘 要：電磁無損檢測是無損檢測的重要分支，具備設備簡單、方便操作、檢測高靈敏度及自動化等優點，本文淺析了幾種關鍵的電磁檢測技術以及各技術在工業領域廣泛的應用。

關鍵詞：電磁；無損檢測；技術應用

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

1 技術概述

無損檢測（Nondestruetive Testing，NDT）是指在被檢測件狀態和性能不被影響和破壞的情況下，根據熱、聲、光、電、磁等對材料的內部缺陷或結構異常產生反應變化的原理，通過對被測件的檢測，判斷和評價其內部與表面缺陷的形狀、位置、大小、分布、類型、性質、數量及變化，進而評估被檢測件的質量、性能和狀態等[1]。

電磁無損檢測是無損檢測中的重要分支，其是利用材料在電磁場作用下呈現出的電學或磁學性質的變化，判斷材料內部組織及有關性能的試驗方法。通常包括渦流檢測、磁粉檢測、漏磁檢測等技術。在不斷的技術創新中，近年來電磁無損檢測技術獲得了較大發展，逐漸具備了設備簡單、方便操作、檢測高靈敏度及自動化等優點 [2-3]。

2 關鍵技術

2.1 渦流檢測

渦流檢測技術主要根據電磁感應原理，在變交磁場作用下導電材料產生渦流，材料表面層與近表面層缺陷影響渦流的形態，進而引起線圈阻抗變化，通過測量阻抗變化以達到研究、分析導電材料的缺陷和損傷。近年來渦流檢測技術主要分為以下幾類：

（1）單頻渦流檢測技術，激勵信號是選取單一頻率的正弦波電流或電壓，通過得到復阻抗平面圖以觀察缺陷對檢測信號的影響進而分析被測工件的電磁特性；

（2）多頻渦流檢測技術，激勵信號采用兩個或兩個以上頻率的正弦波電流或電壓，由于不同頻率的激勵信號在被測工件中具有不同的穿透深度，能夠獲得工件多個深度的信息減少信號失真，提高檢測的準確度；

（3）遠場渦流檢測技術，通以低頻激勵交流電流，可對碳鋼或其它強鐵磁性管進行有效檢測，對檢測管內、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）脈沖渦流檢測技術，激勵信號為寬頻窄脈沖，寬頻窄脈沖包含豐富的頻率成份在被測工件中激起不同頻率的交變渦流場，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

磁粉檢測技術主要依據磁性材料損傷改變磁力線分布的原理，進而顯現材料的缺陷。磁性材料工件被磁化時，在其表面和近表面的缺陷處產生漏磁場，噴灑到工件上的磁粉被漏磁場吸引形成，通過觀察顯示缺陷的位置、形狀和大小。當前主要研究熒光磁粉、自動檢測識別技術，采用CCD攝像機代替人眼觀察過程并利用計算機圖像處理技術分析檢測結果，提高了檢測可靠性與自動化水平。

2.3 漏磁檢測

漏磁檢測技術是根據勵磁激勵鐵磁性材料工件使得其局部磁化，進而具有磁通量，再利用傳感器檢測漏磁信號以實現工件的缺陷檢測。目前主要研究方向為正演和反演。正演是依據缺陷的形狀、大小等信息來求其磁場分布；反演則是通過檢測到的漏磁信號，來實現對缺陷的評估并進行定量、定性分析。

2.4 金屬磁記憶無損檢測

金屬磁記憶檢測技術主要用于材料應力集中和疲勞損傷無損檢測與診斷，即可檢測出已經出現的缺陷及其分布部位也能對產生破壞前的構件進行預測和評估。其原理是根據磁力線通過缺陷處介質時產生畸變形成表面漏磁場，進而檢測漏磁場來判斷材料的缺陷。其中漏磁場具有切向分量和法向分量，切向分量的特點是具有最大值，而法向分量具有過零點。目前為了提高檢測的效率和精度在不斷研究高靈敏度的磁敏檢測元件來采集磁記憶信號，以及于對弱磁特征信號的提取從而精準判斷鐵磁性工件應力集中和缺陷。由于能夠同時檢測應力集中區及組織內部損傷、各種宏觀缺陷，被廣泛應用于石油化工管道、發電站、軌道交通設備等領域，并取得了顯著的經濟效益和社會效益。

2.5 巴克豪森效應檢測

巴克豪森效應檢測技術主要應用于鐵磁性材料殘余應力的測量，其依據巴克豪森噪聲測量法。巴克豪森噪聲即相互靠近的磁疇在外磁場作用下轉向排列的過程中，發生摩擦引起震動而產生的噪聲。通過巴克豪森法測量的信號受磁疇位移影響，進而反映鐵磁材料內部微觀結構變化和受力情況。

2.6 交變磁場測量技術

交變磁場檢測技術是從交流電壓降測量法演變發展形成的，其主要原理是在交變電流作用下導電材料中的缺陷裂紋會使得其周圍的感應電流分布發生改變，進而影響材料表面感應磁場的分布，通過測量材料表面感應磁場分布的變化采用數學模型的反演，來判斷分析裂紋缺陷的長度和深度特征。由于檢測是非接觸式的，可以在具有抗腐蝕介質和涂層的工件表面直接進行精確檢測，此外也不需要進行試塊標定。該檢測技術在結構的在役檢測等方面起著越來越重要的作用，具有廣闊的應用空間和巨大的經濟效應。

3 電磁無損檢測的發展趨勢

隨著計算機技術、數字圖像處理技術的不斷發展，電磁無損檢測技術也將呈現以下特點：

（1）圖像化、數字化；數字圖像方便進行各種數字處理，且數字化有利于高效的信息傳遞更方便有效的實施遠程診斷和實時分析；

（2）高智能化；隨著數據庫和專家評價系統的不斷完備，電磁無損檢測技術將具備對被測工件的缺陷類型自動識別和缺陷狀態自動評價功能；

（3）在線檢測自動化；無損檢測未來的主要方向即是在不改變工件工作的情況下進行在線自動化檢測，尤其在特別惡劣的環境下能夠實現檢測自動化程度提高和縮短檢測時間；

（4）傳感器技術不斷發展，信號處理方式的多樣化；多傳感器數據融合技術從多源信號中獲取信息減少信息的確定度，有助于識別缺陷。

參考文獻：

[1]任吉林，林俊明.電磁無損檢測[M].北京：科學出版社，2008.

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

[3]林俊明.電磁（渦流）檢測技術現狀及發展趨勢[J].無損檢測，2004（09）：40-41.