(完整版)各常用电磁无损检测方法原理,应用,优缺点比较

一普通涡流检测

1原理

涡流检测是以电磁感应为基础，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，或发现其缺陷的无损检测方法。当载有交变电流的试验线圈靠近导体试件时，由于线圈产生的交变磁场的作用感应出涡流，涡流的大小，相位及流动形式受到试件性能和有无缺陷的影响，而涡流产生的反作用又使线圈阻抗发生变化，因此，通过测定线圈阻抗的变化，就可以推断被检试件性能的变化及有无缺陷的结论。

2发展

1涡流现象的发现己经有近二百年的历史。奥斯特(Oersted、安培(Ampere ) ,

法拉弟(Faraday、麦克斯韦(Maxwell)等世界著名科学家通过研究电磁作用实

验，发现了电磁感应原理，建立了系统严密的电磁场理论，为涡流无损检测奠定

了理论基础[l]。1879年，体斯(Hughes)首先将涡流检测应用于实际一一判断不

同的金属和合金，进行材质分选。自1925年起，在美国有不少电磁感应和涡流检测仪获得专利权，其中，Karnz直接用涡流检测技术来测量管壁厚度;Farraw首次

设计成功用于钢管探伤的涡流检测仪器。但这些仪器都比较简单，通常采用60Hz , 110V的交流电路，使用常规仪表(如电压计、安培计、瓦特计等)，所以其工作

灵敏度较低、重复性较差。二战期间，多个工业部门的快速发展促进了涡流检测

仪器的进步。涡流检测仪器的信号发生器、放大器、显示和电源装置等部件的性

能得到了很大改进，问世了一大批各种形式的涡流探伤仪器和钢铁材料分选装置，较多地应用于航空及军工企业部门。当时尚未从理论和设备研制中找到抑制干扰

因素的有效方法，所以，在以后很长一段时间内涡流检测技术发展缓慢。

直到1950年以后，以德国科学家福斯特(Foster)博士为代表提出了利用阻

抗分析方法来鉴别涡流检测中各种影响因素的新见解，为涡流检测机理的分析和

设备的研制提供了新的理论依据，极大地推动了涡流检测技术的发展。福斯特也

因此当之无愧地被称为“现代涡流检测之父”。由于福斯特的卓越贡献，自20世

纪50年代起，美国、前苏联、法国、英国等工业发达国家的科学家积极开展涡流

检测技术研究。到20世纪70年代以后，电子技术和计算机技术飞速发展，有效

地带动了涡流检测仪器技术性能的改进，进一步突现了涡流检测技术在探测导电

材料表面或近表面缺陷应用中的优越性。世界各国相继开展了大量的涡流检测技

术研究和仪器开发工作，发表了大量的研究论文，并研制生产了一些高性能的涡流检测仪器[L=}l。我国从20世纪60年代开展涡流检测技术的研究工作，并先后研制

成功了一系列涡流检测仪器，如厦门爱德森公司的系列涡流检测仪器。涡流检测

技术的发展得到实质性的突破并步入实用化阶段。此后，随着电子技术尤其是计

算机和信息处理技术的进一步发展，影响和促进了涡流检测技术与仪器的不断更

新和进步。

从涡流检测仪器的发展历程来看，可分为五代产品[fall。第一代产品是以分立

元件为基础，采用简单谐振方式的一维显示模拟仪器，只有一种检测频率。第二

代产品是以阻抗平面分析法为基础，部分采用集成电路技术的二维显示模拟仪器，

检测时可以选择不同的激励频率以适应不同检测材料的要求。第三代产品是多频

涡流检测仪器，检测时对探头施加两个或两个以上不同的检测频率，利用不同频

率下被检导体材料反射阻抗不同的原理，提高了对材料特性或缺陷的检测能力，

并通过混和运算抑制干扰信号，达到去伪存真的目的。第四代产品是以计算机技

术为基础的智能化、数字化产品，其特点是能够大大简化操作，提高检测效率和

数据处理能力，并具备频谱分析、涡流成像等功能。第五代产品是DSP技术、阵

列技术、多通道技术、通信传输技术及其它无损检测技术相互融合为一体的多功

能仪器，它能够对缺陷进行检测、分析、判断，并通过其它技术的辅助检测，验

证其结果的正确性。涡流检测技术己进入一个全新的发展时代，具有乐观的发展前景。经过一百多年的时间，涡流检测技术得到了很大的发展，特别是近段时间

以来，英国的DERA和美国的Iowa州立大学等研究机构做了很多的工作，在获取信号、测量参数的选择、信号处理和结果显示等方面开展了大量的研究，进一步推动了涡流

检测技术的发展[10]。在国内，新世纪以来发表的文章大都着眼于三维缺损响特征的

仿真技术研究、数字处理技术研究、检测系统研制等。清华大学博士后雷银照的课题

是核电站石墨涡流检测理论和技术，华中科技大学CAD中心博士后蒋齐密在国家自然科学基金项目“基于hp有限元和电磁场分布的产品质量检测技术的研究”中主要研究有限元数值仿真技术[11]。

3应用

目前，涡流检测在工业生产中获得了广泛的应用，特别是在核电厂蒸汽发生器管道的

检测中，具有其他方法不可替代的作用[12]。我国当前把核电作为大力发展的对象，

提高我国的涡流检测能力与水平具有重要意义。

在线检测，用于工艺检查，在制造和产品检查。

4优缺点

1.非接触检测，能穿透非导体涂镀层，可以在不清除零件表面油脂、积碳和

保护层的情况下进行检测。

2.检测无需祸合介质，可以在高温状态下进行检测。探头可伸入到远处作业，

故可对工件的狭窄区域、深孔壁等进行检测。

3.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，可对大小不同的缺陷进行评价。

4.可以对工件表面涂层厚度进行测量，如测量导电覆盖层或非导电涂层的厚

度;可以对导体的电导率进行测量，进行材料的分类。

5.由于检测信号为电信号，所以可对检测结果进行数字化处理，并将处理后

的结果进行存储、再现及进行数据比较分析。

6在常规涡流检测过程中，主要通过测量涡流传感器输出信号的变化以得到被

检对象特性。被检对象中影响涡流传感器输出信号的因素很多，诸如磁导率、电

导率、外形尺寸和缺陷等，各种因素的影响程度各异。另一方面，在一次检测过

程中，有时需要同时获得被检对象的多个参数。常规涡流检测技术采用单一频率

工作，获取的信息量有限，难以满足实际检测过程中的更高需求。

7涡流检测是当前在

线检测应用最为普遍成熟的检测手段，但是涡流检测自身存在

一定缺陷，干扰因素多，提离效应人，且难以对缺陷进行当量分

析。

8涡流检测的优点是不需要直接接触，无需耦合介质，速度快，易于实现自动化。具

有较高灵敏度，可在高温下作业，同时探头可伸向远处等。但是常规涡流检测技术也

有不足之处:检测对象必须是导电材料, 只能检测管道表面或近表面缺陷，干扰因素多，对缺陷的定性和定量还比较困难[13]。

涡流检测技术的缺点是：(1) 只限于导电材料;(2) 只限于表面或近表面;(3) 干扰因素多，需进行特殊处理;(4) 对复杂形状的构件进行测试的效率低;(5) 探伤时难以判断缺陷的

种类和形状。

5其他

与常规涡流检测技术相比，涡流阵列检测技术的主要不同点是探头由多个独

立工作的线圈构成，这些线圈按照特殊的方式排布，且激励线圈与检测线圈之间

形成两种方向相互垂直的电磁场传递方式，有利于发现取向不同的线性缺陷[[66,67]

涡流阵列探头中包含几个或几十个线圈，不论是激励线圈，还是检测线圈，相互