钢棒阵列涡流探伤技术.pdf

钢棒阵列涡流探伤技术 阵列涡流技术是近十多年出现的一项新的涡流检测技术，它是通过涡流检测线圈结 构的特殊设计，并借助于计算化的涡流仪强大的控制和处理功能，实现对金属材料的快 速、有效地检测。阵列涡流用于钢铁企业生产检验的主要优点表现在：① 一个完整的 探头由多个独立的线圈排列而成，对于不同方向的线性缺陷具有一致的检测灵敏度；② 探头覆盖区域较大，检测效率比常规涡流点探头大很多倍；③ 具有点探头的高灵敏性， 但在检测钢棒时不需要探头旋转，省却了复杂的旋转头装置。 1 阵列涡流探伤技术原理 阵列涡流技术与传统的涡流检测技术相比，主要不同点在于阵列涡流探头是由多个 独立工作的线圈构成，这些线圈按照特殊的方式排布，且激励线圈与接收线圈之间形成 两种方向相互垂直的电磁场传递方式。工作时不需使用机械式探头扫描，只需按照设定 的逻辑程序，对阵列线圈进行分时切换，并将各线圈获取的涡流响应信号通过多路复用 器接入仪器的信号处理系统中去，即可完成一个阵列的巡回检测。为提高检测效率，阵 列涡流探头中包含有几个或十几个甚至几十个线圈，不论是激励线圈，还是接收线圈， 相互之间距离都非常近。采用多路复用技术可以有效避免不同线圈间的相互干扰。 如图1 所示是一个检测圆钢的阵列涡流探头的原理示意图，它由一个与圆钢截面为 同心圆的骨架以及在骨架上安装的两排阵列线圈组成。 这些阵列线圈在局部会产生许多的小涡流场，使得局部 涡流场强度大大增加，从而提高了检测灵敏度。圆钢从 探头内部穿过时，是如何完成对圆钢的检测呢？为便于 叙述和理解，将这二排线圈分为A 组（A ，A ，A ，……） 1 2 3 图1 圆钢阵列涡流探头 和B 组（B ，B ，B ，……），如图2 所示。相对于A 1 2 3 组线圈而言，B 组线圈为激励线圈，如图中，B1 线圈产生的磁场在圆钢表面激励产生涡 流，该涡流在再生磁场被A1 和A2 线圈所感应接收；以这种方式电磁耦合形成的涡流适 于发现圆钢表面上轴线方向的缺陷。同理，B2 线圈作用于A2 和A3 线圈，B3 线圈作用于 图2 阵列线圈的电磁耦合方式 A3 和A4 线圈，依此类推。 B 线圈作为激励线圈，在圆钢表面感应产生涡流，涡流的再生磁场被B 线圈接收； 1 2 同样，B 线圈产生的涡流场被B 线圈接收，依此类推。以这种方式电磁耦合形成的涡流 2 3 适于发现圆钢表面上圆周方向的缺陷。这种阵列线圈排列方式，形成了行列垂直的电磁 场传递方向，有利于检测取向不同的线性缺陷。 2 钢棒阵列涡流探伤技术 传统的钢棒涡流探伤有二种方式，一种是穿过式涡流检测，另一种是旋转点探头式 涡流检测。穿过式检测线圈的涡流探伤设备虽然构成比较简单，但由于它一次检测钢棒 的整个圆周，覆盖面积较大，所以检测灵敏度较低，特别是对于轴向裂纹的检测灵敏度 低；而旋转点探头式的涡流探伤需要使用结构复杂的旋转头装置，制造成本较高，而且 点式探头沿钢棒做周向扫查，对轴向裂纹敏感，对周向裂纹不敏感。除此之外，采用探 头旋转的涡流探伤，由于旋转头与被检钢棒很难做到绝对的同心，所以提离效应的影响 是不可避免的，这就需要采用提离补偿手段。提离补偿更增加了涡流检测设备的制造成 本，且即便如此，也很难彻底消除提离效应对涡流探伤的影响。 图3 钢棒阵列涡流探头的排列 目前，阵列涡流检测技术在冶金行业中最为成熟的应用对象是钢棒。钢棒的阵列涡 流探伤设备的探头排布方式如图3 所示，它由 12 个阵列涡流探头分成6 层沿钢棒圆周 排布，每2 个探头（如1A 和1B）为一对组成一层，实现对钢棒整个圆周的覆盖。每个 探头均有气缸和跟踪机构作用，避免了提离效应的影响。每个探头中，有 12 个用于激 励和接收的阵列线圈，如图4 所示。 （a ）阵列涡流探头中线圈的分布 b ）阵列涡流探头外形 图4