金属材料表面检测技术评价

　　世界上使用最多的是金属材料，钢铁产品则占了很大的部分。它们的使用范围遍及工业、农业、科技、国防和生活领域。金属材料的性能及质量状况直接影响着材料的使用寿命。它涉及到设备、设施等财产和人身安全。为了预防破坏性事故发生，人们在不断探索和研究金属材料的检测技术，并将其应用列生产和科技开发工作中。

　　近十几年来，国内外学者投入了大量的人力、物力研究表面检测技术，不论在检测理论上，还是实际应用上都取得了硕果。热红外探伤、漏磁探伤和涡流探伤是3项具有代表性、实用性和先进性的技术。本文就此做一简单的评介。

1 热红外法

　　热红外法是通过测量金属材料表面的温度分布及变化来检测材料的表面缺陷。其代表作是挪威Elkem公司研制的Therm -O　　- Matic法。它的检测原理如下：

　　当钢坯通过一个通电的高频线圈时，钢坯表面产生感应电流。感应电流有热效应，在正常的表面部位温度分布是比较均匀的。有缺陷的部位感应电流从缺陷的边界通过，电流密度增加、表面温度增量△T。于是检测表面的温度分布不再是均匀的，缺陷部位有△t 的变化。影响AT的因素有线圈的宽度、电频 率、输入功率，钢坯的电磁性能，缺陷深度，坯 料与线圈间距等等。当控制其它因素在某一 较小范围内变动时，缺陷处温度的增量△T 只与其深度有关。通过AT的测量和分析，就 可以达到检测表面缺陷的目的。

　　Therm -O - Matic装置由线圈、红外扫描器及传动机械组成。钢坯通过通电线圈，红外扫描器测量温度分布，通过微处理机分析温度分布图来识别缺陷并确定其位置。可自动喷涂缺陷标记。这一过程是自动的，但是在探伤前要通过键盘输入钢坯的导电率，断面尺寸以及缺陷深度临界尺寸等数据。它能检测出0. 3mm深的纵向缺陷，对裂纹、结疤比较敏感。

　　Elkem公司声称该装置能检测各种形状的钢坯、棒材、管材、钢轨和某些型钢。且具有生产率高，成本低，完全自动化等优点。实际上它检测横向缺陷效果比较差。在应用范围上，除钢坯和少量棒材外，尚未用于其它材料的检测。美、英、法、德、日等国等廿多家钢铁企业在生产线上使用这套装置。其设备成本并非厂商所说那样，比漏磁、涡流探伤设备高出许多。

　　热红外法的优点是它不仅能检测铁磁性材料，对非磁性材料如奥氏体不锈钢也能检测。

2 漏磁法

　　铁磁性材料被磁化时，若材料的表面或近表面没有缺陷时，则磁力线是在材料内部穿过的;若遇到了缺陷，则磁力线绕过缺陷穿过，形成所谓的漏磁通。漏磁法就是通过磁通的测量来检测铁磁性材料的表面缺陷的。

　　德、美二国学者在磁检测技术方面做了大量的理论研究和实验验证工作，取得了重要的进展。他们首先从研究线性情况下(即磁导率为常数)椭圆形截面内缺陷的几何参数，磁导率，施加磁场强度与缺陷内磁场强度之间的关系入手，完成由内部缺陷磁场强度计算转换为表面裂纹内磁场强度的计算。接着讨论了非线性情况下(即磁导率依赖于场强)，磁导率对缺陷内场强分布的影响。实验研究证明，既使缺陷位于近表面，外部定向缺陷漏磁通的最大值也与表面裂纹内的场强成正比。在检测操作中探头与试样表面有一定的距离，适当选择探头处的磁场强度，就有漏磁信号振幅与裂纹深度成比例的关系成立，而不受裂纹宽度变化的影响。理论和实验研究成果使得实际应用得以实现，漏磁探伤设一备便在工业生产上投入使用。德国和美国的设备主要用于管材探伤。德国的工程师们曾在钢轨上做过实验。选用的是欧洲铁路联盟的UIC60轨，可检测裂纹和结疤。在轨头部位裂纹的检测极限是0. Imm深，结疤的检测极限是0. 2mm深。探伤速度是1m/s。尽管实验结果令人非常鼓舞，但他们声称要真正用于生产线上还有很多困难有待克服。 包钢和宝钢引进了漏磁探伤设备用管材探伤。

　　就目前情况看除非有重大的技术突破，否则要应用于复杂断面的型材探伤是比较困难的，尽管具有灵敏度高，速度快的特点。

3 涡流法

　　这一检测方法是根据磁场与金属间的相互作用原理实现表面缺陷的检测。

　　交变电流通过线圈时，在其周围空间产生一个交变磁场，金属试样靠近线圈，由法拉第电磁感应定律得知试样表面有感生的涡旋电流。涡旋电流同样会产生涡旋磁场。它与线圈产生的激励磁场发生相互作用，磁场发生变化。若引入一个检测线圈，磁场的变化与金属试样的电导率、磁导率、表面状态及尺寸等因素有关，也与检测线圈中交变磁场的频率、线圈形状和尺寸，线圈一试样的间距等因素有关。二个磁场间相互作用所产生的效应与检测线圈本身特性变化所产生的效应相同。这样就可以通过测量检　测线圈阻抗的变化检出表面缺陷。

　　检测线圈阻抗变化可用信绕幅度、相位、幅度与相位、频率等方法来测它。

　　电子技术和计算机技术的迅速发展，大大地促进了涡流探伤技术的发展、探伤设备的性能有较大的提高，应用范围也不断扩大。它广泛应用于管材、棒材、丝材、线材的检测上。

　　美、德、法、卢森堡、奥地利以及日本等国已用于钢轨的检测上。就探伤设备的性能、探测范围以及自动化程度而言，Forster研究所和Cenith公司的设备可谓一流，居世界领先地位。这两家的设备大同小异，都由探伤仪主机，探头系列，电气控制和机械传动4部分组成。

　　主机是一台多通道仪器，通道数由探伤范围和所配置探头的数目来决定。可进行菜单式操作、与计算机联接可实现探伤、记录、报警等自动化操作。

　　探头由点探头和扇形线圈组成探头系列。点探头装在高速旋转盘内，探测平面部分。扇形线圈位于曲线部位。 电气部分控制整套设备。机械部分包括探头架、夹紧装置和传动装置。这套设备与超声探伤、平直度测量、断面尺寸测量装置配套，就形成了一个比较完整的钢轨自动化检测系统。

　　涡流技术不仅可用于钢坯、棒、管、线、丝、钢轨等型材的探伤，而且还可用于管材壁，板材厚度、涂层厚度的测量、此外还能测量电导率，磁导率。在材料分选上亦能一显身手。它不仅可用于钢铁制品，也被用于检测有色金属、如铝合金、铜合金等。

　　它能被广泛地应用是因为它具有检测灵敏度高、速度快、可靠性强等优点。

　　以上三种表面检测方法从理论上讲涡流法的检测理论是比较完整、比较系统的，理论与实验的一致性也比较高。在实际应用中为更多的检测人员所接受，被认为是目前比较成熟的技术，得到了比较广泛的应用。

　　做为一项完整的无损检测技术，除了有完整、系统的理论、在该理论的指导下，由先进的工艺技术生产出性能优良的检测设备，还得有素质比较高的操作人员去掌握，使用这些设备。生产金属材料的工艺技术与设备也应有相应的水平。否则体现、发挥不出优良设备的先进性。

　　尽管如此，不论何种检测方法，要做到能检测出各种类型的缺陷，且做到100%不漏检或误判，仍然是不可能的。但我们有理由相信今后会有更先进的检测设备面世供人们去掌握和使用。