2.2利用電、磁和電磁特性的無損檢測技術(shù)學(xué)習(xí)資料

1、2. 2 利 用 電 、 磁 和 電磁特性的無損檢測技術(shù)2.2 利用電、磁和電磁特性的無損檢測技術(shù)2.2.1 磁粉檢測（ Magnetic Powder Tesing ）或磁粉檢驗（ Magnetic Particle Inspection ），簡稱 MT鐵磁性材料在磁場中被磁化時，材料表面 和近表面的缺陷或組織狀態(tài)變化會使局部導(dǎo)磁 率發(fā)生變化，亦即磁阻增大，從而使磁路中的 磁通相應(yīng)發(fā)生畸變：一部分磁通直接穿越缺 陷，一部分磁通在材料內(nèi)部繞過缺陷，還有一 部分磁通會離開材料表面，通過空氣繞過缺陷 再重新進入材料，因此在材料表面形成了漏磁 場（見右圖所示）。一般來說，表面裂紋越 深，漏磁通越出材

2、料表面的幅度越高，它們之 間基本上呈線性關(guān)系。漏磁場的形成 在漏磁場處，由于磁力線出入材料表面而在缺陷兩側(cè)形成兩極（ S、 N 極），若在此表 面上噴灑細小的鐵磁性粉末時，表面漏磁場處能吸附磁粉形成磁痕，顯示出缺陷形狀，此 即磁粉檢測的基本原理。應(yīng)當(dāng)明確的是：由于有趨膚效應(yīng)的存在，鐵磁性材料中的磁通基本上集中在材料表面 和近表面，因此磁粉檢測技術(shù)只適用于檢查鐵磁性材料的表面和近表面缺陷。就一般情況 而言，用交變磁場磁化的磁通有效透入深度（即檢驗深度）為 12mm 左右，而直流磁化時 則約為 34mm。磁粉檢測的基本工藝程序如下：（1）被檢工件的表面制備： 當(dāng)被檢工件表面粗糙或不清潔 時，容易對

3、噴灑的磁粉產(chǎn)生機械掛 附，造成偽顯示，干擾檢驗的正常進 行，因此對進行磁粉檢測的工件要求 預(yù)先進行清洗，并且要求工件表面光 潔度一般應(yīng) 1.6 。m（ 2） 被檢工 件的磁化 （充磁）：被檢工件的磁化方式有許多種， 按磁場產(chǎn)生方式分類有：a. 直接通電法： 使電流直接通過被檢工件（全部 或局部）以形成磁場，所形成磁場的 磁化方式示意圖方向按電流方向以右手定則確定。直 接通電法包括對工件整體通電（夾頭 法）和局部通電（支桿法或稱作磁錐 法），如右圖上面所示。b. 線圈法：將被檢工件放入通電線圈中，由 線圈產(chǎn)生的磁場來磁化被檢工件，工件內(nèi)的磁場方向與通電線圈的磁場方向相反。線圈法包括固定線圈 法和

4、纏繞電纜法，如右圖中部所示。此外，還有直電纜法，利用直電纜產(chǎn)生的磁場磁化緊鄰的工件，如右圖下部所示。c. 磁軛法（磁鐵法）： 利用電磁鐵或永久磁鐵（磁鋼）的磁場對被檢工件進行整體或局部磁化，如下右圖所 示。新型的永久磁鐵已經(jīng)采用了稀土類永磁材料 -釹鐵硼，它的磁力能達到普通永久磁鐵的 710倍。d. 感應(yīng)磁化法：利用磁感應(yīng)原理，在被檢工件上產(chǎn)生感應(yīng)磁場，或者產(chǎn)生感應(yīng)電流后 再由感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場。感應(yīng)磁化法包括穿棒法（利用通電銅棒產(chǎn)生的磁場磁化套在銅棒 上的環(huán)形工件）和變壓器法（利用初級線圈產(chǎn)生的磁通經(jīng)過作為次級線圈套在磁路上的環(huán) 形工件產(chǎn)生感應(yīng)電流，進而產(chǎn)生磁場用于檢測），如下面的示意圖所示。

5、實際上前面所述的線圈法也屬于磁感應(yīng)法。e. 復(fù)合磁化法：在磁粉檢測中，只 有缺陷的取向與磁力線 方向垂直或者存在較大 的夾角時，才能有利地 形成漏磁場，能夠有效 地吸附磁粉形成磁痕而 被發(fā)現(xiàn)，上面所述的單 一的磁化方法只適合檢 查某個方向的缺陷，為 了檢查出可能存在的各 種方向的缺陷，因此往 往要采取多次不同的磁 化方式，使得檢查程序 繁瑣，檢測效率不高。 新發(fā)展起來的復(fù)合磁化 法則是希望在檢查過程 中可以同時檢查不同取 向的缺陷，保障檢測的 磁軛法磁化示意圖 可靠性并大大提高檢測 效率。復(fù)合磁化法是利用直接對被檢工件通電 和線圈磁化同時進行來實現(xiàn)對被檢工件的綜 合磁化（見下面圖左所示），或者

6、利用交叉 磁軛同時通入有一定相位角差異（例如常用 120）的交流電，產(chǎn)生的是旋轉(zhuǎn)磁場（在被 檢工件上得到近似圓形的平面磁場），或者 采用直流磁軛 + 交流支桿磁化，形成復(fù)合磁 場，如下圖所示。感應(yīng)磁化法示意圖根據(jù)用于磁化的 電流類型，可以分類 為：a. 直流磁化： 采用直流（恒定 電流）或經(jīng)全波整流 的脈動直流作為磁化 電源，其優(yōu)點是能夠 獲得較大的檢驗深度 （據(jù)資料介紹甚至可 以達到 68mm 的檢 查深度），復(fù)合磁化法示意圖但是給檢驗后的工件退磁帶來一定困難（目前常需要使用低頻直流退磁），而且磁化 設(shè)備較復(fù)雜和價格比較昂貴。b. 交流磁化： 以工頻交變電流作為磁化電流，由于電流的波動特性帶

7、來的振動作用，能促使磁粉在 被檢工件表面跳動集聚，因此磁痕形成速度較直流磁化的情況要快，并且退磁容易，但是 其缺點是檢驗深度較?。ㄒ话愕挠行z驗深度在 0.51mm 范圍）。特別是用交流電作剩磁 法檢驗時，還必須注意控制斷電相位，防止在電流正負換向經(jīng)過零位時斷電，這將會導(dǎo)致 被檢工件未能充上磁而造成漏檢。c. 半波整流磁化： 將工頻交流電經(jīng)過半波整流后作為磁化電流，綜合了直流磁化與交流磁化的優(yōu)點（檢 驗深度一般可達到約 24mm，同樣能促使磁粉在被檢工件表面跳動集聚，因此磁痕形成速 度較快，而且退磁也比較容易），又避免了各自的缺點，但是由于同樣存在電流從零到峰 值的波動變化，因此仍必須注意控制

8、斷電相位，此外對磁化設(shè)備要求較高，價格也是比較 昂貴的。根據(jù)磁粉檢驗的方法不同（即噴灑磁粉和觀察評定的時機不同），可以分類為：a. 外加法（連續(xù)法）：在對被檢工件充磁（磁化電流不斷開）的同時噴灑磁粉（磁懸 液）并進行觀察評定。這種方法的優(yōu)點是能以較低的磁化電流達到較高的檢測靈敏度，特 別是適用于矯頑力低、剩磁小的材料（例如低碳鋼），缺點是操作不便、檢驗效率低。b. 剩磁法：利用被檢工件充磁后的剩磁進行檢驗，即可以對工件充磁后，斷開磁化電 流后再噴灑磁粉（磁懸液）和進行觀察評定。這種方法的優(yōu)點是操作簡便、檢驗效率高， 缺點是需要較大的充磁電流（約為外加法所用磁化電流的三倍），要求被檢工件材料具有

9、 較高的矯頑力和剩磁（以保證充磁后的剩磁能滿足檢驗靈敏度的需要），并且在使用交流 電或半波整流作為磁化電流時，必須注意控制斷電相位。工件磁粉檢驗的靈敏度除了與工件自身條件（鐵磁特性、幾何形狀、表面光潔度等） 有關(guān)外，最重要的就是磁化規(guī)范的參數(shù)選擇，即直接通電法時的磁化電流（種類、大 ?。?，或者線圈法時的磁勢（以磁化安匝數(shù)表示，即磁化電流與線圈匝數(shù)的乘積），或者 磁軛的提升力等等，這些參數(shù)將直接影響被檢工件上磁化強度的大小，亦即直接影響漏磁 場的大小。因此，為了正確確定工件的磁化規(guī)范，往往要采用特斯拉計（高斯計）或磁場 指示器，或者簡易試片（靈敏度試片），或者靈敏度試塊等等來檢查、驗證工件上的磁

10、化 強度是否適合。（3）施加磁性介質(zhì)：工件被磁化后應(yīng)施加磁性介質(zhì)以檢測漏磁場的是否存在，根據(jù)被施加的磁性介質(zhì)的狀 態(tài)，可以分類為：干粉法 -直接將干燥的磁粉噴撒在被磁化工件的表面，這種方法多用于工程現(xiàn)場或大型 工件（例如鐵路機車的連桿、車軸等）的磁粉檢驗，但其檢驗靈敏度相對于濕法是較低 的。濕法-以水為載體，加入適量的磁粉和適當(dāng)?shù)奶砑觿ㄏ輨?、防腐蝕劑、潤濕劑 等），攪拌均勻后即成為水磁懸液。或者用變壓器油 +煤油，或者無味煤油等作為載體，加 入適量的磁粉并攪拌均勻，即成為油磁懸液。水磁懸液和油磁懸液就是濕法磁粉檢驗中使 用的磁性介質(zhì)。在磁粉檢驗中，可以把磁懸液利用噴灑工具（噴嘴、噴壺等）噴

11、灑或澆灑 在被磁化的工件上，或者將被磁化的工件浸沒在磁懸液中再提出（剩磁法），磁懸液中的 磁粉隨載體在工件上流動，遇到存在漏磁場處將被吸附形成磁痕而被觀察到。在濕法檢驗 中，水磁懸液相比油磁懸液有較高的靈敏度，但是容易導(dǎo)致工件發(fā)生銹蝕。此外，還可以采用靜電噴涂法施加干的或濕的磁介質(zhì)（磁粉）磁粉的功用是作為顯示介質(zhì)，其種類包括有：a. 黑磁粉 -成分為四氧化三鐵（ Fe3O4），呈黑色粉末狀，適用于背景為淺色或光亮的工 件。b. 紅磁粉-成分為三氧化二鐵（ Fe2O3），呈鐵紅色粉末狀，適用于背景較暗的工件。c. 熒光磁粉 -在四氧化三鐵磁粉顆粒外裹有熒光物質(zhì)，在紫外線輻照下能發(fā)出黃綠色熒 光，

12、適用于背景較深暗的工件，特別是由于人眼色敏特性的原因，使得以熒光磁粉作磁介 質(zhì)的磁粉檢驗較之其他磁粉具有更高的靈敏度。d. 白磁粉-在四氧化三鐵磁粉顆粒外裹有白色物質(zhì)，適用于背景較深暗的工件。為了便于現(xiàn)場檢驗的使用，目前商品化的磁介質(zhì)種類很多，除了有黑、紅、白磁粉， 熒光磁粉，還有球形磁粉（空心、彩色，用于干粉法），還有事先配置好的磁膏、濃縮磁 懸液，還有磁懸液噴罐等等，以及為了提高背景深暗或者表面粗糙工件的可檢驗性而提供 的表面增白劑（反差增強劑）等。為了保證磁粉檢驗結(jié)果的可靠性，對磁粉（包括磁性、粒度、形狀）以及磁懸液的濃 度、均勻性、懸浮性等均需要經(jīng)過校驗合格后才能使用，并且在使用過程中

13、也需要定期校 驗，此外對于觀察評定時環(huán)境的白光照度，或者熒光磁粉檢驗時使用的紫外線燈的紫外線 強度等等，也是屬于校驗的項目，以求保證檢驗質(zhì)量。（4）觀察評定：不同類型的缺陷會顯示出不同形態(tài)的磁痕，結(jié)合對被檢工件的材料特性、加工工藝、 使用情況等方面的了解，是比較容易根據(jù)磁痕的顯示判斷出缺陷的性質(zhì)的，但是對于缺陷 深度的評定則還是比較困難的。（5）退磁：如果在經(jīng)過磁粉檢驗后還要進行溫度超過居里點的熱處理或者熱加工，這樣的工件可 以不必進行退磁處理。一般的工件在經(jīng)過磁粉檢驗后均應(yīng)進行退磁處理，以防止殘留磁性 在工件的后續(xù)加工或使用中產(chǎn)生不利的影響。退磁的方法主要是采用交流線圈通電的遠離 法，或者不

14、斷變換線圈中直流電正負方向并逐步減弱電流大小至零的退磁等，退磁程度的 檢驗則通常使用如磁強計等袖珍型測磁儀器來檢查。磁粉檢驗是一項發(fā)展歷史較長、比較成熟的無損檢測方法，并且已經(jīng)有著廣泛的應(yīng) 用，其優(yōu)點是檢測結(jié)果直觀、操作簡便、檢測成本低，而且檢測效率高。其缺點是無法確 知缺陷的深度和只適合檢查鐵磁性材料的表面和近表面缺陷，另外其觀察評定必須由檢測 人員的眼睛觀察，難以實現(xiàn)真正的自動化檢測，檢測結(jié)果還只能通過照相或貼膜等方式處 理。2.2.2 漏磁檢測（ Leakage Magnaflux Testing ）漏磁檢測的基本原理與磁粉檢驗相同，都是利用鐵磁性材料被磁化時，在表面或近表 面的缺陷處能

15、產(chǎn)生漏磁場的現(xiàn)象，但是漏磁檢測是直接使用特殊的測磁裝置探查并記錄漏 磁通的存在來達到檢測目的。根據(jù)探查漏磁通的方法和記錄方式的不同，主要有以下幾種類型：（1）錄磁探傷（磁帶記錄法）：利用磁帶覆蓋在被磁化的工件上，直接記錄漏磁通，然后將磁帶通過磁帶檢測裝置轉(zhuǎn) 換成電信號輸出，指示缺陷的存在。（2）檢測線圈法：用檢測線圈在被磁化的工件上移動掃查，工件表面的漏磁場能在檢測線圈中產(chǎn)生感應(yīng) 電勢而直接以電信號輸出指示缺陷的存在。（3）磁敏元件法：利用如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏電阻等磁敏元件在被磁化的工件上移動掃查，探 測到的漏磁通將轉(zhuǎn)換成電信號輸出指示缺陷的存在。（4）磁通量閘門法：主要用于對直流磁化

16、的工件探測直流漏磁通并轉(zhuǎn)換成電信號輸出指示缺陷的存在。漏磁檢測技術(shù)主要以自動化檢測為目的，不僅能檢出缺陷的存在，而且能根據(jù)檢測到 的漏磁通確定缺陷的某些特征尺寸，例如缺陷深度、長度等等。由于實現(xiàn)了自動化檢測， 實現(xiàn)檢測結(jié)果的永久性保存，因此其檢測結(jié)果可以不受檢測人員技術(shù)水平、視力等主觀因 素的影響，并且大大減輕了勞動強度，改善了工作環(huán)境（如避免了磁介質(zhì)、磁懸液等造成 的環(huán)境污染）。缺點是檢測結(jié)果的顯示不直觀，并且檢測結(jié)果容易受周圍環(huán)境的電磁干擾 （例如電焊機、電磁起重機等產(chǎn)生強電磁場的裝置）影響。磁粉檢驗和漏磁檢測適用于鐵磁性材料制成的棒材、管材、鍛件、鑄件、焊縫、擠壓 或軋制件，以及機械加工

17、零件等的表面與近表面缺陷的檢測，例如裂紋、折疊、縫隙、發(fā) 紋、疏松、夾雜物、局部冷作硬化等等，特別是對細小緊密的裂紋類缺陷有很好的檢測靈 敏度。其缺點是對形狀復(fù)雜的工件磁化時，磁場分布不均勻，以及存在尖端或端部退磁因 子影響等，從而影響檢測靈敏度的均勻性，甚至存在檢測盲區(qū)，此外，被檢測工件在檢測 后大多情況下都需要作退磁處理，被檢工件表面的非磁性涂層或鍍層（如油漆、噴塑、鍍 鉻、鍍鋅、鍍銅、鍍鎳等等）以及表面污染均能妨礙缺陷的檢出。在檢測工藝方面，要求 選擇適當(dāng)?shù)拇呕绞脚c方向，使得磁場方向盡可能與可能存在的缺陷延伸方向垂直（一般 要求磁場方向與缺陷延伸方向的夾角不大于 45），才能有利于漏磁

18、場的形成。利用漏磁檢測還可用于鐵磁性材料的磁特性測量，例如矯頑力、磁各向異性、殘余應(yīng) 力等，以及金屬材料的過燒、材料分選、鐵磁性材料表面非磁性涂鍍層厚度的測量、退磁 測量等等。但是這些測量受材料的導(dǎo)磁率、工件形狀（邊緣效應(yīng)）以及檢測時探頭（檢測 線圈）的提離效應(yīng)等影響，需要有參考評定標(biāo)準(zhǔn)。2.2.3 巴克豪森噪聲分析（ Barkhausen Noises Analysis ） 鐵磁材料在磁化時，會發(fā)生磁疇壁移動和 磁疇內(nèi)磁矩的整體轉(zhuǎn)動，亦即磁疇發(fā)生重新取 向的變化。由于材料結(jié)構(gòu)中某些因素的阻礙和 限制，會使磁疇壁的運動受阻滯而發(fā)生變化， 表現(xiàn)在磁滯回線上的不可逆磁化區(qū)中因磁疇壁 位移不可逆而會

19、從一個穩(wěn)定方向突變到另一穩(wěn) 定方向，因此，在這一區(qū)域的磁化是由許多不 規(guī)則的不連續(xù)跳躍 -臺階所構(gòu)成（見右圖所 示），稱為巴克豪森躍遷。這是鐵磁性物質(zhì)在 磁化過程中發(fā)生的快速突發(fā)的局部變化，當(dāng)使 用探測線圈感受這種不連續(xù)變化并用耳機監(jiān)聽 時，可以聽到呈噪音形式，故稱為巴克豪森噪 聲或巴克豪森磁噪。巴克豪森噪聲示意圖磁化躍變的大小和方向分布、躍變的瞬間過程以及按磁化曲線在躍變中的相互關(guān)系等 與被檢物的機械應(yīng)力狀態(tài)有密切關(guān)系，并且與材料內(nèi)結(jié)晶的不完整性或組織不均勻性有 關(guān)。利用電子學(xué)方法處理并放大以供觀測的巴克豪森噪聲信號通常顯示為振幅、寬度和時 間間隔無規(guī)則的噪聲脈沖。對巴克豪森噪聲信號的分析主

20、要用于測定鐵磁材料的殘余應(yīng)力，其優(yōu)點是能進行無損 的應(yīng)力分析，可實現(xiàn)全自動化，可實現(xiàn)永久性記錄，但是其設(shè)備昂貴而且沒有商品化的通 用設(shè)備（一般為專機特制或定制），需要有參考標(biāo)準(zhǔn)，對于操作者有較高的訓(xùn)練要求。2.2.4 磁測（應(yīng)力）法鐵磁材料的導(dǎo)磁率 隨材料的應(yīng)力 而變化，即： =（，在）物理學(xué)上稱之為壓磁效 應(yīng)或磁彈性效應(yīng)。由于應(yīng)力的變化會引起材料表面的導(dǎo)磁率張量（導(dǎo)磁率各向異性分布場）變化，因此 可以利用檢測區(qū)的磁阻作為應(yīng)力的感應(yīng)參數(shù)，使用磁耦合式傳感器對材料上的應(yīng)力進行無 損測量。這種方法適用于軟磁性鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力測量，如用于運輸機械、電機設(shè)備、船舶、鍋爐 壓力容器、大型橋梁結(jié)構(gòu)、萬噸水壓機

21、等低碳鋼和普通低合金鋼構(gòu)件消除應(yīng)力效果的分 析。其優(yōu)點是不破壞檢測點原有的應(yīng)力狀況并有一定的檢測深度，缺點是檢測前必須經(jīng)過 預(yù)先標(biāo)定，其計算方程不通用，測試精度受材料金相組織不均勻、軋制狀態(tài)、磁彈性滯 后、測試面與傳感器的耦合狀態(tài)等諸多方面因素的影響。2.2.5 渦流檢測（ Eddy-Current Testing ，簡稱 ET） 向一個線圈通入交變電流時，基于電磁感應(yīng)原理，該線圈將產(chǎn)生垂直于電流方向（即 平行于線圈軸線方向）的交變磁場，此即渦流檢測中應(yīng)用的激勵線圈（激磁線圈），把這 個線圈靠近導(dǎo)電體時，線圈產(chǎn)生的交變磁場會在導(dǎo)電體中感應(yīng)出渦電流（簡稱渦流），其 方向垂直于磁場并與線圈電流方向

22、相反。渦流的分布及大小與激磁條件（如激勵線圈的形 狀、尺寸、交變電流的頻率等）、導(dǎo)電體自身的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、導(dǎo)電體的形狀與尺寸， 以及導(dǎo)電體與激勵線圈間的距離、導(dǎo)電體表面或近表面缺陷的存在等都有著密切的關(guān)系。導(dǎo)電體中的渦流本身也要產(chǎn)生交變磁場，對激勵線圈的磁場起到反磁場的作用，使通 過線圈的磁通發(fā)生變化，這將使線圈的阻抗發(fā)生變化，通過監(jiān)測線圈阻抗的變化，可以確 定導(dǎo)電體對磁場的影響，從而達到檢測目的?；蛘?，利用渦流的反磁場作用于激勵線圈時，在線圈中產(chǎn)生方向與渦流方向相反而與 激勵電流方向相同的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與激勵電流發(fā)生疊加，當(dāng)導(dǎo)電體中的渦流發(fā)生變 化時，則感應(yīng)電流也會發(fā)生變化，導(dǎo)致疊加電

23、流變化。通過監(jiān)測線圈中電流的變化（激勵 電流為恒定值），即可探知渦流的變化，從而獲得有關(guān)試件材質(zhì)、缺陷、幾何尺寸、形狀 等變化的信息。還可以采用另一個附加的專用檢測線圈來直接感受渦流磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過監(jiān)測 感應(yīng)電流的變化達到監(jiān)測渦流磁場變化亦即渦流變化的目的。例如：將渦流檢測探頭（檢測線圈）接近被檢導(dǎo)電試件時，線圈阻抗（電阻與電感分 量）將發(fā)生變化，在其他條件相同時，此變化基本上是一個恒定值，但是若探頭在試件表 面經(jīng)越過一個缺陷時，試件中的渦流因為缺陷的存在而使其流動途徑發(fā)生畸變，使得渦流 磁場也發(fā)生變化，于是檢測線圈中的阻抗也隨之發(fā)生變化（破壞了原來的平衡狀態(tài)），根 據(jù)這種變化的出現(xiàn)，即

24、可檢出缺陷。渦流是一種交變電流，其頻率與激勵電流的頻率相同。由于趨膚效應(yīng)而只能集聚在試 件表面，隨深度方向透入的渦電流按指數(shù)冪函數(shù)的規(guī)律減小。在實際應(yīng)用中，渦流在試件 上的透入深度是指在該深度處的渦流密度為試件表面渦流密度的 1/e（即 37%左右）時的深 度。透入深度與頻率、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率之間的關(guān)系可表達為： =1/（ f 1/2）式中： -試件上的渦流投入深度； f-激勵電流的頻率； -試件的磁導(dǎo)率； -試件的電導(dǎo) 率。此外，激勵電流與反作用電流（渦流在線 圈中的感生電流）之間存在的相位差與試件有 關(guān)，因此也是檢測試件狀態(tài)的一個重要信息。渦流檢測的方式基本上分為三種類型：（1）穿過式線圈法

25、：檢測線圈套在試件 上，其內(nèi)徑與試件外徑接近，用于檢測如棒 材、管材、絲材等。渦流檢測的方式示意圖（2）探頭式線圈法：平面檢測線圈直接置于試件平表面上進行局部檢測掃查，為了提 高檢測的靈敏度，通常在線圈中加有磁芯以提高線圈的品質(zhì)因數(shù)。（3）插入式（內(nèi)探頭）線圈法：將螺管式線圈插入管材或試件的孔內(nèi)作內(nèi)壁檢測，線 圈中也多裝有磁芯以提高檢測靈敏度。參見上圖。渦流檢測的一般工藝程序：（1）試件的表面清理：試件表面應(yīng)平整清潔，各種對檢測有影響的附著物均應(yīng)清除干 凈。（2）檢測儀器的穩(wěn)定：檢測儀器通電后應(yīng)經(jīng)過一定時間的預(yù)熱穩(wěn)定，同時注意檢測儀 器、探頭、標(biāo)樣所處的環(huán)境以及在此環(huán)境中的試件應(yīng)有一致的溫度，

26、否則會產(chǎn)生較大的檢 測誤差。（3）檢測規(guī)范的選擇：渦流檢測中的干擾因素很多，為了保證正確的檢測性能，需要在檢測前對檢測儀器和探頭正確設(shè)定和校準(zhǔn)，主要包括：a. 工作頻率的選定：在被檢材料已經(jīng)確定時，工作頻率的高低將影響渦流的透入深 度，因此必須選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ黝l率（即激勵電流的頻率）。b. 探頭選擇：探頭的幾何形狀與尺寸應(yīng)適合被檢工件和要求檢測的目標(biāo)，如穿過式線 圈的內(nèi)徑大小、探頭式線圈的直徑與長度等。c. 檢測靈敏度的設(shè)定：首先應(yīng)對檢測儀器的電表指示進行 “調(diào)零”（平衡調(diào)整），然后 采用規(guī)定的參考標(biāo)樣或標(biāo)準(zhǔn)試塊、試樣，把檢測儀器的靈敏度調(diào)整到設(shè)定值，還包括相位 角選定、雜亂干擾信號的抑制調(diào)整等

27、。（4）檢測操作：在渦流檢測的操作中，應(yīng)經(jīng)常校核檢測靈敏度有無變化，試件與探頭 的間距是否穩(wěn)定，自動化檢測中的試件傳送速度是否穩(wěn)定等等，一旦發(fā)現(xiàn)有變化即應(yīng)及時 修正，并對在有變化情況下檢測的試件進行復(fù)檢，以免影響檢測結(jié)果的可靠性。渦流檢測適用于鋼鐵、有色金屬、石墨等導(dǎo)電材料的制品，如管材、絲材、棒材、軸 承、鍛件等等，它能用于檢測這些材料的表面和近表面的缺陷，根據(jù)電導(dǎo)率與合金成分相 關(guān)的特點，可以通過測定材料的導(dǎo)電率（相對電導(dǎo)率或以國際退火銅標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率為基本單 位的絕對電導(dǎo)率）來對金屬材料進行分選，根據(jù)電導(dǎo)率與合金的顯微組織相關(guān)，可以利用 渦流檢測對金屬材料的熱處理質(zhì)量進行監(jiān)控（例如時效質(zhì)量、

28、硬度、過熱或過燒等），渦 流檢測還可用于工件壁厚或涂鍍層厚度的測量，以及用于一些其他無損檢測方法難以進行 的特殊場合下的檢測，例如深內(nèi)孔表面與近表面缺陷的檢測。渦流檢測的優(yōu)點是檢測速度高，檢測成本低，操作簡便（不需要特別熟練的操作 者），探頭與被檢工件可以不接觸，不需要耦合介質(zhì)，檢測時可以同時得到電信號直接輸 出指示的結(jié)果，也可以實現(xiàn)屏幕顯示，對于對稱性工件能實現(xiàn)高速自動化檢測（目前自動 化渦流檢測的速度已經(jīng)能達到每分鐘 350 米甚至更高）并可實現(xiàn)永久性記錄等等。其缺點 是只適用于導(dǎo)電材料，難以用于形狀復(fù)雜的試件。由于透入深度的限制，只能檢測薄壁試 件或工件的表面、近表面缺陷（對于鋼而言，目

29、前渦流檢測的一般透入深度只能達到 35mm），檢測結(jié)果不直觀，需要參考標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)檢測結(jié)果還難以判別缺陷的種類、性質(zhì) 以及形狀、尺寸等。渦流檢測時受干擾影響的因素較多，例如工件的電導(dǎo)率或磁導(dǎo)率不均 勻、試件的溫度、試件的幾何形狀，以及提離效應(yīng)、邊緣效應(yīng)等等都能對檢測結(jié)果產(chǎn)生影 響，以致產(chǎn)生誤顯示或偽顯示等。最新的渦流檢測技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了稱為遠場渦流檢測技術(shù)（ RFEC），其最大的特點是能 夠從一端遠距離檢測到另一端的整個長度范圍，特別適用于管材與管道的檢測，檢測信號 不受磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率不均、趨膚效應(yīng)、探頭提離和偏心等常規(guī)渦流法中諸多干擾因素的影 響，能以同樣的靈敏度實時有效地檢測金屬管道管壁內(nèi)外表

30、面缺陷和管壁測厚。其應(yīng)用范 圍包括諸如熱電廠高壓加熱器在役鋼管的腐蝕缺陷、石化煉油廠熱交換器管道腐蝕檢測、 化肥廠尿素高壓設(shè)備雙相鋼列管探傷、石油輸油管腐蝕檢測，各種金屬材料管路內(nèi)部與外 部缺陷，如疲勞裂痕，支撐架凹痕及沉積物腐蝕等檢測。2.2.6 電位法檢測（電位探針法）用兩根外探針把直流或交流輸入導(dǎo)電金 屬試件表面，測定在試件表面上兩根內(nèi)探針 之間（恒定測量距離）的電壓降（電位 差）。當(dāng)試件上無缺陷時，兩根內(nèi)探針之間 的電壓降總是相同的，一旦在兩根內(nèi)探針之 間有缺陷（如裂紋）存在，則由于電流繞過 缺陷流動形成較大的電力線行程，或者因為 缺陷（如電位法檢測示意圖夾雜物）的電導(dǎo)率不同而將在兩根

31、內(nèi)探針之間出現(xiàn)較大的電壓降，該電壓降的變化會隨裂 紋深度的增加而加大。參見上圖所示。電位法檢測主要應(yīng)用于導(dǎo)電金屬材料，如鐵軌、核燃料元件、棒材、板材及其他型 材、齒輪或某些機械零件的裂紋檢測及其深度測定，故也常把電位法檢測儀器稱為裂紋深 度測定儀。電位法檢測也可以用于測定材料的電阻率及工件壁厚（例如因為腐蝕引起的壁 厚局部減?。?。電位法檢測的優(yōu)點是僅需單面檢測，操作簡便，但是需要有參考標(biāo)準(zhǔn)，要求有良好的 接觸面，難以實現(xiàn)自動化。由于電壓降與材料的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率有關(guān)，使得檢測結(jié)果的精 確度受材料成分、熱處理狀態(tài)、加工方法、表面粗糙度、清潔度，以及試件的幾何形狀、 探針的電極間距選擇等多方面因素的

32、影響。2.2.7 介電法在電場作用下，電介質(zhì)中將有介質(zhì)極化、電導(dǎo)、介質(zhì)損耗等過程發(fā)生，利用介質(zhì)的這 些電學(xué)行為，可以研究材料的結(jié)構(gòu)、分子運動以及它與性能的相互關(guān)系，監(jiān)測非金屬材料 制品的質(zhì)量變化，測量厚度等等。例如檢測玻璃鋼（玻璃纖維增強樹脂）中的分層和孔 洞，材料的密度、濕度（含水量）、纖維含量及彈性模量，測定固體燃料的燃燒速度，測 定雷達罩的厚度，控制材料的工藝質(zhì)量（如混煉均勻度、固化度、熱固性樹脂的固化）等介電法的優(yōu)點是不需要耦合劑，容易實現(xiàn)自動化檢測，其檢測對象可以是液體、粉末 或者固體，以及能檢測由液體變?yōu)楣腆w的各種狀態(tài)等等。進一步發(fā)展的動態(tài)介電法還能在一定溫度程序下自動地連續(xù)跟蹤被

33、測材料的介電特性 （例如介電系數(shù)和介質(zhì)損耗角正切）變化，從而能夠根據(jù)材料介電響應(yīng)特性的變化實時調(diào) 整工藝參數(shù)。與介電法類似的還有電容法，即以探頭和導(dǎo)電基體構(gòu)成電容器，把基體上的不導(dǎo)電涂 層作為中間介質(zhì)，通過這一電容與并聯(lián)的電感確定振蕩回路的頻率，進而借助測定的頻率 確定不導(dǎo)電涂層的厚度。但是要注意涂層材料介電常數(shù)的波動對測厚結(jié)果有決定性的影 響。2.2.8 渦流-聲（電磁 -超聲）檢測通以超聲頻交變電流的激磁線圈 在導(dǎo)電試件中激勵出渦電流（渦流） 作用于同時施加在試件上的恒磁場 （有水平分量和垂直分量）時，由于 洛侖茲（ Lorentz）力的作用，使渦流 進入的體積元發(fā)生振動，從而能夠產(chǎn) 生具

34、有強縱波和弱橫波的超聲波。在磁鐵極靴之間放置激勵線圈 （線圈繞組閉合在表面以外的無磁場 空間），在它的繞組中電流都是同向 的，磁鐵所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度 B 平行 于表面，作用在渦流因子 g 的體積元 上的力 F 垂直向下，因此在線圈繞組 平面之下的表面將發(fā)射出縱波。如果把線圈放置在極靴之下，因 而在垂直于表面的磁場中產(chǎn)生了渦 流，這時的作用力平行于表面，因而 產(chǎn)生了垂直穿透表面的橫波。這里線 圈繞組也同樣必須在表面以外的無磁 場空間閉合。如果激勵線圈排列得足 夠緊，則在上述任一情況下都能產(chǎn)生 具有通常方向圖形的超聲波束。上述激勵超聲波的方法稱為電動 力學(xué)法，即我們通常稱之為渦流 -聲 或者電磁

35、-超聲法，它的基本作用原 理見右圖所示。在右圖中， Bz 為方向平行于板面 的磁感應(yīng)強度， Br 為方向垂直于板面 的磁感應(yīng)強度， g 為渦流的電流密 度，它與輸入電流方向相反。根據(jù)右 手定則，可以確定洛侖茲力 F 的方向 在(a)中垂直于 Bz 與 g的平面，即垂 直于板面，因此激發(fā)出縱波。在 (b)中 則垂直于 Br與 g的平面，即平行于板 面，因此激發(fā)出橫波。在右上圖中，利用直流線圈和鐵芯產(chǎn)生外加恒磁場，利用激磁線圈在導(dǎo)電體中產(chǎn)生渦 流，利用檢測線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電勢作為接收信號。這種結(jié)構(gòu)的換能器將在導(dǎo)電工件中激發(fā) 出超聲波用于檢測。通過檢測試件振動時的機械阻抗變化，可以判別試件的質(zhì)量(特別是例如膠接結(jié)構(gòu)的 膠接質(zhì)量)，因此電磁 -超聲檢測可用于金屬芯或金屬面的蜂窩結(jié)構(gòu)未粘合、分層等區(qū)域檢 測，以及導(dǎo)電層壓制品或例如硼纖維或石墨纖維增強的復(fù)合材料，金屬復(fù)合