涡流无损检测技术在钢铁工业中的新应用

涡流的产生原理

    　涡流检测是利用电磁感应原理，通过测定被检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。当线圈流过高频交变电流时会在其中产生交变磁场，如果该磁场靠近金属工件表面，则在工件中能感应出电流，简称涡流。涡流的大小与金属材料的导电性、导磁性、几何尺寸及其中的缺陷形态有关。涡流本身也会产生磁场，其强度取决于涡流的大小，其方向与线圈电流磁场相反，它与线圈磁场叠加后形成线圈的交流阻抗。涡流磁场变化会引起线圈阻抗的变化，测量出该阻抗变化的幅值与相位即能间接地测量出工件表面与近表面材质异常或缺陷尺寸。

    应用概述

   　 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。

    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。

    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。

    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Vγ V2，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。

FTWL220智能涡流探伤仪是采用大规模进口集成电路，结合最先进的涡流技术、光电技术、微机控制的全自动检测机器。配以精美设计的机械传动装置，形成完整的机电一体化系统，是国内领先的具有成套完整系统的全自动涡流探伤机。采用WINDOWS操作平台编写的软件使仪器使用更为简便、智能。仪器性能稳定、可靠，具有自动化程度高、检测速度快，专用于高速检测金属管、棒、线材的在线探伤的涡流检测设备。

该仪器采用涡流阻抗平面和时基扫描显示技术，实时同屏多窗口显示检测对象的涡流信号二维图形及其时基曲线。全部操作采用菜单式人机对话，键盘控制。标准检测程序可海量存储于软、硬盘中，方便用户随时调用，可配备阵列扫描探头，非常适用大工件旋转探伤及大面积涡流检测。

FTWL220涡流探伤仪最高可配十六个物理检测通道，是汽车、石化、冶金、机械等行业对金属构件的在线、离线或役前、在役检测的通用仪器，检测过程中不需耦合介质，亦不需接触工件，易于实现自动化。且由于有多个检测通道，能够满足多条生产线或单个工件的多个检测面的一次性探伤要求，适用于焊接钢带、抽油杆、阀门杆、销钉、齿轮、轮毂、滚针轴承、空芯轴和螺铨等机械零部件以及金属管、棒、线材和型材的探伤。

在线涡流自动探伤系统该产品是我公司自主研发生产系列涡流探伤检测线的一种，主要应用于冶金系统产品无缝钢管、直缝钢管、螺旋钢管、钢板、钢棒、容器、气瓶、线材等涡流在线或离线自动探伤无损检测。
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