涡流检测技术的发展简介—完善极端与广泛应用

发布时间:2023/4/1 点击次数:394 来源:苏州阜汇机械制造

在20世纪开始之前,电磁学的理论在材料分选和不连续性检测的发现中并没有得到更多的实际应用。主要原因是整个社会工业发展的背景尚无这方面的迫切需要,另外在本领域应用的技术研发上尚未能设计和制造出实用的检测仪器或装置,所以其技术的应用和推广仍局限在理论研究上。

基于此,1890 ~1925年,整个电磁学领域的研究重点主要集中在减少薄钡板中的涡流和磁滞损耗方面。其采用的研究结果说明了电导率、磁导率、晶粒分布、各向异性、机械应力、合金成分和杂质成分的不同等都会分别影响到铁磁性材料的电磁性能,也会改变通过磁化线圈测量到的电感和磁滞损耗。该结果让我们看到了在材料分选和不连续性检测的应用可能。另外,用直流偏压调整电源控制饱和扼流圈和磁放大器来表现申感的方法也可以减少磁导率和增加电感或感抗,这为增加应用灵敏度奠定了基础。

19世纪90年代,随着交流电源系统开始得到应用,美国的斯坦麦茨发展了一种简便的关于电源系统分析方法,他用称为向量(即矢量)的旋转线段来表示正弦量,当线段围绕其一端(坐标原点)旋转时,将它们在纵坐标上的垂直投影作为时间的函数画出,即为正弦函数曲线。使用这些矢量,结合复数平面表示阻抗的技术,可把对稳态交变电流的求解转换为简单的代数和三角方法,而不是积分的方法。该分析方法经过弗雷德理希·福斯特(Fredrich Foster)的清晰解释而被用于涡流检测原理的分析之中的二维平面阻抗图来表示。从而,实现了从涡流检测线圈的复阳抗平面图上进行各种因素对检测线圈阻抗影响的分析可能。

自1925年起,在美国出现了不少涡流检测技术的实用专利和仪器,比如:克拉茨(Kammz)直接用涡流技术来测量金属管管壁厚度:法罗(Farrow)首次设计成功用于钢管探伤的涡流探伤设备。另外美国海军研究实验室罗斯·冈恩(Ross Gunn)设计的一种新型探头线圈磁化系统,该系统将两个小直径的拾取线圈对称地置于磁化线圈的径向上。这是用一个线圈进行磁化而用另一个不同尺寸的非同心位置的线圈拾取信号的最早应用实例。

1935 ~1945年,社会工业的快速发展促进了对无损检测的需求和先进检测方法、仪器的发展,其中也包括涡流检测仪器的进步。这一时期,基于真空和充气电子管的电子仪器的发展达到了一个高峰,涡流检测系统的信号发生器、放大器、显示和电源装置等部件的性能得到了很大的改进,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的检验部门。

真正在理论和实践上完善涡流检测技术的是德国的福斯特博士。20世纪50年代,福斯特在基础实验和理论推导的基础上发表了一批有关涡流检测的论文,公开了他的研究成果,其中包括设计制作了绝对式、差分式和对比式检测系统和探头线圈;用这些线圈系统和水银模型(将小片绝缘体插人中间模拟不连续性)进行涡流检测的试验研究;用求解带一定边界条件的麦克斯韦方程的方法对这些线圈系统进行阻抗分析等。福斯特系统、完整地建立起一套以阳抗分析法为基础的可用于各种类型涡流检测的精确的理论体系,他当之无愧地被称为现代涡流检测之父。福斯特在德国雷廷根创办了福斯特研究所,他的涡流检测技术与仪器设备卓有成效地推动了全世界涡流检测技术在工业部门中的实际应用和发展。

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无损检测界引发了开展涡流检测研究的极大兴趣。以美国为例,不仅在美国无损检测学会《无损检测手册》第一版上全文刊登了福斯特有关电磁感应和涡流检测技术的理论及工艺成果,为学习涡流检测技术提供了完整的技术资料。

在美国其他的许多实验室里也有一批工作人员进行了涡流检测技术的研究,如胡戈·利比(Hugo Libby)、罗伯特·奥利弗(RobertOliver)、罗伯特·麦克凯伦(Robert McKellen)、卫尔·多德(Well Dodd)、特·施密特(Te Schmidt)及卫·洛德( Lord)等都有卓越的工作成绩。他们不仅验证了福斯特的理论和设备,而且受福斯特基本成果的启发,研发了采用新的半导体器件或集成电路的仪器并在将单频涡流向多频涡流技术发展以及开发远场涡流检测等新的技术研究中作出了一定的贡献。

20世纪70年代以后,电子技术和计算机技术的飞速发展有效地带动了涡流检测仪器设备技术性能的改进,进一步突现了涡流检测在探测导电材料表面或近表面缺陷应用中的优越性。除了前西德,美国、前苏联、法国、英国、加拿大、日本等多个工业发达国家都先后作了大量的涡流检测技术和仪器的开发性工作,发表了许多理论研究论文,也研制生产了不少高水平涡流检测设备,其中包括计算机控制的带自动平衡、检测与分选的自动化检测系统和各种不同类型的带阻抗平面显示的智能化检测仪器,进一步扩大了涡流检测在各工业部门的应用范围。


我国从20世纪60年代起开展涡流检测的研究工作,并先后研制成功了一系列检测系统。从初期的管材探伤仪,到后来研制成功的数字涡流检测设备这些设备在我国的航空航天、冶金、机械、电力、化工、核能等领域中正发挥着越来越重要的作用。

苏州阜汇机械制造有限公司开发的涡流探伤仪,是专门针对金属类划伤、裂纹、凹坑、减薄等损伤缺陷进行自动检测的仪器。适用于轴承、钢管、无缝钢管、焊管、钢棒、钢丝、钢板、螺丝、螺柱、铜管、铜棒、不锈钢管、不锈钢棒、销子等产品,适用于焊接、热处理、折弯等工艺品质检测。

   本仪器是由工控计算机控制的基于操作系统的通用型涡流检测仪器,具备数字显示、高灵敏度、性能稳定等优点。是一套完整的、高性能、智能化的新型涡流检测仪器。本仪器可配合自动化设备同步作业。

---文章内容来源参考:机械工业出版社《涡流检测》

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