涡流无损检测技术的新应用

         涡流检测作为五大常规无损检测方法之一，在钢铁行业中应用非常广泛，包括金属棒、线材探伤、结构件疲劳裂纹探伤、材料成分及杂质含量的鉴别、热处理状态的 鉴别、混料分选、测量金属薄板的厚度等诸多方面。近年来，随着对涡流检测技术认识的深入以及计算机、仪器仪表和数字信号处理技术的发展，涡流无损检测技术 在钢铁工业中的应用取得了一定突破，对于某些以往认为是检测极限或“不可能”的难题，找到了解决的办法或思路。例如，目前有人提出了1100℃以上高温连 铸板坯表面缺陷模拟在线检测，将传统的涡流检测对象的温度提高了温度，而瑞典一家公研制出了检测1000℃高温钢和其他金属板材、坯材的涡流检测设备。此 外，涡流检测的应用还延伸到了不锈钢毛细管、直径小于1mm的丝材及结晶器液位检测等方面。
　　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
　　1、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、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、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VγV2，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。