电磁无损检测技术浅析

唐仕军

摘 要：电磁无损检测是无损检测的重要分支，具备设备简单、方便操作、检测高灵敏度及自动化等优点，本文浅析了几种关键的电磁检测技术以及各技术在工业领域广泛的应用。

关键词：电磁；无损检测；技术应用

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

1 技术概述

无损检测（Nondestruetive Testing，NDT）是指在被检测件状态和性能不被影响和破坏的情况下，根据热、声、光、电、磁等对材料的内部缺陷或结构异常产生反应变化的原理，通过对被测件的检测，判断和评价其内部与表面缺陷的形状、位置、大小、分布、类型、性质、数量及变化，进而评估被检测件的质量、性能和状态等[1]。

电磁无损检测是无损检测中的重要分支，其是利用材料在电磁场作用下呈现出的电学或磁学性质的变化，判断材料内部组织及有关性能的试验方法。通常包括涡流检测、磁粉检测、漏磁检测等技术。在不断的技术创新中，近年来电磁无损检测技术获得了较大发展，逐渐具备了设备简单、方便操作、检测高灵敏度及自动化等优点 [2-3]。

2 关键技术

2.1 涡流检测

涡流检测技术主要根据电磁感应原理，在变交磁场作用下导电材料产生涡流，材料表面层与近表面层缺陷影响涡流的形态，进而引起线圈阻抗变化，通过测量阻抗变化以达到研究、分析导电材料的缺陷和损伤。近年来涡流检测技术主要分为以下几类：

（1）单频涡流检测技术，激励信号是选取单一频率的正弦波电流或电压，通过得到复阻抗平面图以观察缺陷对检测信号的影响进而分析被测工件的电磁特性；

（2）多频涡流检测技术，激励信号采用两个或两个以上频率的正弦波电流或电压，由于不同频率的激励信号在被测工件中具有不同的穿透深度，能够获得工件多个深度的信息减少信号失真，提高检测的准确度；

（3）远场涡流检测技术，通以低频激励交流电流，可对碳钢或其它强铁磁性管进行有效检测，对检测管内、外壁缺陷及壁厚减薄具有相同的灵敏度，可不受趋肤深度的限制；

（4）脉冲涡流检测技术，激励信号为宽频窄脉冲，宽频窄脉冲包含丰富的频率成份在被测工件中激起不同频率的交变涡流场，且低频率成份在工件中的穿透深度较大，可以获得工件中不同深度的缺陷信息。

2.2 磁粉检测

磁粉检测技术主要依据磁性材料损伤改变磁力线分布的原理，进而显现材料的缺陷。磁性材料工件被磁化时，在其表面和近表面的缺陷处产生漏磁场，喷洒到工件上的磁粉被漏磁场吸引形成，通过观察显示缺陷的位置、形状和大小。当前主要研究荧光磁粉、自动检测识别技术，采用CCD摄像机代替人眼观察过程并利用计算机图像处理技术分析检测结果，提高了检测可靠性与自动化水平。

2.3 漏磁检测

漏磁检测技术是根据励磁激励铁磁性材料工件使得其局部磁化，进而具有磁通量，再利用传感器检测漏磁信号以实现工件的缺陷检测。目前主要研究方向为正演和反演。正演是依据缺陷的形状、大小等信息来求其磁场分布；反演则是通过检测到的漏磁信号，来实现对缺陷的评估并进行定量、定性分析。

2.4 金属磁记忆无损检测

金属磁记忆检测技术主要用于材料应力集中和疲劳损伤无损检测与诊断，即可检测出已经出现的缺陷及其分布部位也能对产生破坏前的构件进行预测和评估。其原理是根据磁力线通过缺陷处介质时产生畸变形成表面漏磁场，进而检测漏磁场来判断材料的缺陷。其中漏磁场具有切向分量和法向分量，切向分量的特点是具有最大值，而法向分量具有过零点。目前为了提高检测的效率和精度在不断研究高灵敏度的磁敏检测元件来采集磁记忆信号，以及于对弱磁特征信号的提取从而精准判断铁磁性工件应力集中和缺陷。由于能够同时检测应力集中区及组织内部损伤、各种宏观缺陷，被广泛应用于石油化工管道、发电站、轨道交通设备等领域，并取得了显著的经济效益和社会效益。

2.5 巴克豪森效应检测

巴克豪森效应检测技术主要应用于铁磁性材料残余应力的测量，其依据巴克豪森噪声测量法。巴克豪森噪声即相互靠近的磁畴在外磁场作用下转向排列的过程中，发生摩擦引起震动而产生的噪声。通过巴克豪森法测量的信号受磁畴位移影响，进而反映铁磁材料内部微观结构变化和受力情况。

2.6 交变磁场测量技术

交变磁场检测技术是从交流电压降测量法演变发展形成的，其主要原理是在交变电流作用下导电材料中的缺陷裂纹会使得其周围的感应电流分布发生改变，进而影响材料表面感应磁场的分布，通过测量材料表面感应磁场分布的变化采用数学模型的反演，来判断分析裂纹缺陷的长度和深度特征。由于检测是非接触式的，可以在具有抗腐蚀介质和涂层的工件表面直接进行精确检测，此外也不需要进行试块标定。该检测技术在结构的在役检测等方面起着越来越重要的作用，具有广阔的应用空间和巨大的经济效应。

3 电磁无损检测的发展趋势

随着计算机技术、数字图像处理技术的不断发展，电磁无损检测技术也将呈现以下特点：

（1）图像化、数字化；数字图像方便进行各种数字处理，且数字化有利于高效的信息传递更方便有效的实施远程诊断和实时分析；

（2）高智能化；随着数据库和专家评价系统的不断完备，电磁无损检测技术将具备对被测工件的缺陷类型自动识别和缺陷状态自动评价功能；

（3）在线检测自动化；无损检测未来的主要方向即是在不改变工件工作的情况下进行在线自动化检测，尤其在特别恶劣的环境下能够实现检测自动化程度提高和缩短检测时间；

（4）传感器技术不断发展，信号处理方式的多样化；多传感器数据融合技术从多源信号中获取信息减少信息的确定度，有助于识别缺陷。

参考文献：

[1]任吉林，林俊明.电磁无损检测[M].北京：科学出版社，2008.

[2]任吉林.电磁无损检测的新进展[J].无损探伤，2001（05）：1-4.

[3]林俊明.电磁（涡流）检测技术现状及发展趋势[J].无损检测，2004（09）：40-41.