远场涡流检测技术探析

远场涡流检测技术探析

1、涡流检测

1.1涡流检测原理

涡流检测技术（ET），是工业上无损检测的方法之一。给一个线圈通入交流电，在一定条件下通过的电流是不变的。如果把线圈靠近被测工件，像船在水中那样，工件内会感应出涡流，受涡流影响，线圈电流会发生变化。由于涡流的大小随工件内有没有缺陷而不同，所以，线圈电流变化的大小能反映有无缺陷。涡流检测是建立在电感应原理基础之上的一种无损检测方法，它适用于导电材料。如果我们把一块导体置于交变磁场之中，在导体中就有感应电流存在，即产生涡流。

由于导体自身各种因素（如电导率，磁导率，形状，尺寸和缺陷等）的变化，会导致感应电流的变化，利用这种现象而判知导体性质，状态的检测方法叫做涡流检测方法。涡流检测方法：操作速度很快，按照检验员的经验反馈，一条12米的长管，在顺利情况下只需要几十秒就完成检验了。

1.2涡流检测分类

涡流无损检测技术是目前管道检测中应用较为广泛的检测方法。根据其探头结构的不同可分为常规涡流检测、透射式涡流检测和远场涡流检测。

常规涡流检测因受集肤效应的影响，只适用于检测试样表面或近表面缺陷。透射式涡流检测克服了这一缺点，其检测信号相对管道内壁和外壁缺陷具有相同的灵敏度。远场涡流检测实质上也是一种透射式涡流检测，其不同点在于远场涡流检测中，激励线圈的能量两次穿过管壁到达检测线圈，而透射式涡流检测中，激励线圈发出的能量仅一次穿过管壁到达检测线圈[1]。

2、远场涡流检测技术

2.1远场涡流检测技术的特点

远场涡流检测技术是通过测量穿过管壁后返回管内磁场，故在检测技术理论上是一个新突破。其不受趋肤效应的影响，克服了电导率和磁导率的影响。探伤仪对铁磁性材料的检测效果明显优于普通涡流检测技术。同时，在试件中的几何变形、试件边缘末端及相对位置产生的末端效应都会产生一个畸变的涡流信号干扰检测信号；材料的温度、应力变化，材料的冷加工、热处理引起变形及损伤的非连续性和信噪比也会改变试件的电导率和磁导率，影响着涡流信号的产生，造成普通涡流检测技术对检测结果判断困难，这些干扰在远场涡流检测技术上也得到了消除。

2.2远场涡流与常规涡流的区别

常规涡流是采用靠近管壁的线圈以直接磁耦合的形式来拾取涡流场变化信号，而远场涡流以测量穿过管壁后在管外沿管轴传播一段距离再返回到管内的磁场，检测线圈必须处在距激励线圈2-3倍管经以远的远场区，因此检测线圈所能接到远场信号十分微弱，通常为微伏数量级，同时也参杂了许多外界杂散电磁干扰，其数量级也能比远场信号大几百倍，这给信号处理及仪器制作带来困难。

由于远场涡流机理不同，对内外管壁缺损有相同的检测灵敏度，对填充系数要求低，对探头在管内行走产生的偏心影响很小。其最大优势是能检查厚壁铁磁性管，最大可检测壁厚为25mm，这对常规涡流是无法达到的。其次，它对大范围壁厚缺损灵敏度和精度高，精度可达2%-5%，对小体积的缺损，如腐蚀凹坑，检测灵敏度高低取决于材质，壁厚、磁导率的均匀性、检测频率和探头的拉出速度等因素。在石化行业常见的Φ25×2.5的碳钢管上，检测灵敏度可达到深度80%，直径为Φ2.8的腐蚀坑。

我国对远场涡流检测技术的研究始于20纪80年代。近年在远场涡流技术发展中，做了大量远场涡流探头研究，如我国南京航空航天大学无损检测小组研究的几种新型远场涡流探头，克服了以前使用的原始结构探头存在的诸多缺点，比如检测线圈的信号幅度太低，探头长度太长，扫描速度较慢，以及激励功率大等。现已将远场区移近到激励线圈0.64倍管内径处，信号幅度比原始结构探头提高了17倍，而探头的激励功率仅为原始结构探头所需功率的1/2200。

3、涡流检测的理论研究与开发应用

涡流检测技术的开发与应用是目前该技术应用领域中最热门的一个分支，服务对象也从传统的航空航天、核能等部门，向新的更广阔的领域扩展，如电力、石油、天然气、冶金机械、化工、船舶、材料加工等。

在80年代后期和90年代初期，远场涡流检测技术得到了很大发展，开发了检测系统，利用内置式探头来检测输气管线、井下套管、地埋管线、热交换器和锅炉，利用外置探头来检测平板和钢管。现代检测设备利用计算机来显示和储存数据，还有自动信号分析程序

目前，发展最快、研究最多的是将检测结果通过计算机进行数据处理。计算机在涡流检测中的应用，大多是检测仪器和计算机的组合，检测仪器可以单独进行工作，在没有计算机的情况下，并不影响检测本身的进行，应用计算机只是对检测进行控制，对检测结果进行数据处理，使检测仪器在完成常规任务以外，增加了程序控制、自动调节、数据处理、质量判断、误差分析，提高了检测系统的技术指标和使用性能，进一步推动了涡流检测技术的发展和应用。但这种计算相当复杂，造成了理论研究滞后于实验与应用的局面。随着计算机技术的发展，采用数值计算成为理论研究新的热点，大多采用二维有限元模型，得出与实验结果一致的结论，三维模型的计算，由于受计算机容量的限制，目前这方面的资料极少。

结束语

任何一种无损检测方法都不是万能的，每种方法都有自己的优点和缺点。应尽可能多用几种检测方法，互相取长补短，以保障承压设备安全运行。此外在无损检测应用中，还应充分认识到，检测的目的不是片面追求过高要求的“高质量”，而是应在充分保证安全性和合适风险率的前提下，着重考虑其经济性。只有这样，无损检测在承压设备的应用才能达到预期目的。

参考文献：

[1]孙雨施,曲民兴.远场涡流无损检测技术综述.90年代电工技术进步与发展学年会论文集，1991:279-283.

[2]曲民兴等,新型远场涡流探头[J].无损检测.1993,15(3):63-65．

[3]雷银照,马信山.人工神经网络在涡流[J].无损检测,1994, 16(2):31-33.

[4]任吉林,武太峰,现代无损检测技术展望[J].无损探伤,1994,16(10):280．