渦流無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用

       渦流檢測(cè)作為五大常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法之一，在鋼鐵行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，包括金屬棒、線材探傷、結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋探傷、材料成分及雜質(zhì)含量的鑒別、熱處理狀態(tài)的鑒別、混料分選、測(cè)量金屬薄板的厚度等諸多方面。近年來(lái)，隨著對(duì)渦流檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)的深入以及計(jì)算機(jī)、儀器儀表和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，渦流無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用取得了一定突破，對(duì)于某些以往認(rèn)為是檢測(cè)極限或“不可能”的難題，找到了解決的辦法或思路。例如，目前有人提出了1100℃以上高溫連鑄板坯表面缺陷模擬在線檢測(cè)，將傳統(tǒng)的渦流檢測(cè)對(duì)象的溫度提高了幾百度，而瑞典一家公司研制出了檢測(cè)1000℃高溫鋼和其他金屬板材、坯材的渦流檢測(cè)設(shè)備。此外，渦流檢測(cè)的應(yīng)用還延伸到了不銹鋼毛細(xì)管、直徑小于1mm的絲材及結(jié)晶器液位檢測(cè)等方面。

渦流的產(chǎn)生原理

    渦流檢測(cè)是利用電磁感應(yīng)原理，通過(guò)測(cè)定被檢工件內(nèi)感生渦流的變化來(lái)無(wú)損地評(píng)定導(dǎo)電材料及其工件的某些性能，或發(fā)現(xiàn)缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法。當(dāng)線圈流過(guò)高頻交變電流時(shí)會(huì)在其中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，如果該磁場(chǎng)靠近金屬工件表面，則在工件中能感應(yīng)出電流，簡(jiǎn)稱渦流。渦流的大小與金屬材料的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、幾何尺寸及其中的缺陷形態(tài)有關(guān)。渦流本身也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，其強(qiáng)度取決于渦流的大小，其方向與線圈電流磁場(chǎng)相反，它與線圈磁場(chǎng)疊加后形成線圈的交流阻抗。渦流磁場(chǎng)變化會(huì)引起線圈阻抗的變化，測(cè)量出該阻抗變化的幅值與相位即能間接地測(cè)量出工件表面與近表面材質(zhì)異?；蛉毕莩叽纭?/span>

 應(yīng)用概述

 1 、1000℃高溫連鑄板坯表面缺陷的檢測(cè)

       渦流檢測(cè)高溫制品的局限性主要在于探頭所能承受的溫度，傳統(tǒng)的渦流檢測(cè)技術(shù)在高溫條件下檢測(cè)溫度可達(dá)550℃，如果采用水冷探頭檢測(cè)，溫度還可以提高。賈慧明等采用特殊材料研制的高溫渦流探頭，借助風(fēng)冷與水冷相結(jié)合的辦法，使傳感器內(nèi)部溫度始終保持在40℃以下，能夠長(zhǎng)時(shí)間承受強(qiáng)烈的高溫輻射。試驗(yàn)表明，利用該高溫探頭能夠?qū)?100℃以上鑄坯在線檢測(cè)出深度為1.5mm，寬度為0.3mm，長(zhǎng)為10mm的表面缺陷。該技術(shù)能夠有效抑制鑄坯表面振動(dòng)斑痕所產(chǎn)生的噪聲影響，并借助計(jì)算機(jī)信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱態(tài)鑄坯表面缺陷的定位、定量分析和打印記錄，為實(shí)現(xiàn)對(duì)連鑄坯在線無(wú)損檢測(cè)提供了技術(shù)依據(jù)。

       又據(jù)資料介紹，瑞典一家公司根據(jù)渦流技術(shù)，設(shè)計(jì)制造一種能檢查1000℃左右的鋼和其他金屬板材和坯材表面缺陷的設(shè)備。該設(shè)備可以保證鋼材表面的兩個(gè)幾乎垂直的方向都掃描到。利用計(jì)算機(jī)所組成的分析儀，把輸入的信號(hào)分為嚴(yán)重缺陷、無(wú)害缺陷和未認(rèn)清三種主要類別，并能夠找出任何缺陷的位置。該裝置能夠精確測(cè)定毛坯表面上0.5mm深的刻痕位置。

 2 、不銹鋼毛細(xì)管的檢測(cè)

       對(duì)極其細(xì)小管徑如不銹鋼毛細(xì)管離線或在線無(wú)損探傷，采用電磁渦流檢測(cè)方法雖然可行，但必須配置特種探頭才能達(dá)到滿意效果。因毛細(xì)管極其細(xì)小的管徑，目前的工藝水平尚無(wú)法制作內(nèi)穿探頭，也無(wú)法使用點(diǎn)式探頭進(jìn)行檢測(cè)，只能通過(guò)外穿過(guò)式探頭進(jìn)行檢測(cè)。西安交通大學(xué)與愛(ài)德森（廈門）電子有限公司聯(lián)合研制的差動(dòng)式外穿探頭，在對(duì)線圈的寬度、厚度、兩線圈之間的跨度、探頭和毛細(xì)管之間的間隙、線徑等多方面進(jìn)行計(jì)算及優(yōu)選后，配置了特制的高級(jí)外穿式特種探頭，在檢測(cè)頻率為666kHz時(shí)，對(duì)Φ1mm及Φ0.45mm的不銹鋼毛細(xì)管進(jìn)行檢測(cè)，均獲得了較好的效果。

3 、鋼絲在線檢測(cè)

       鋼絲在線檢測(cè)一般使用兩種方法：一種是旋轉(zhuǎn)探測(cè)式，即渦流探測(cè)器繞鋼絲高速旋轉(zhuǎn)。這種方法主要用來(lái)檢測(cè)沿鋼絲縱向延伸的裂紋、刮傷和拉絲劃痕。相對(duì)于鋼絲的運(yùn)動(dòng)，探測(cè)器的軌跡這螺旋狀。使用多個(gè)探測(cè)器并列高速旋轉(zhuǎn)，可以達(dá)到100%的檢查，但其表面探傷的靈敏度有限。在探測(cè)器和鋼絲之間不易保持恒定的間距，間隙增加時(shí)靈敏度減少，如果鋼絲偏心，間隙就會(huì)變化。采用高速處理器可以自動(dòng)感知間隙，并不斷地進(jìn)行補(bǔ)償，使系統(tǒng)的靈敏度得到提高。另一種是環(huán)繞線圈式。鋼絲從環(huán)形線圈中穿過(guò)，換能器有效地檢查渦流在一個(gè)剖面的分布，并與前一個(gè)剖面對(duì)比，適合檢測(cè)點(diǎn)狀缺陷和圓周方向的裂紋，對(duì)于橫裂紋、V型裂紋、夾雜物、凹坑和折疊有很高的靈敏度。檢測(cè)速度快，檢測(cè)直徑范圍大。

      環(huán)繞線圈式的驅(qū)動(dòng)電流比旋轉(zhuǎn)探測(cè)式高，有更好的深度穿透性。系統(tǒng)穩(wěn)定性好，不受溫度變化和其他因素的影響。當(dāng)磁鐵材料在居里點(diǎn)800℃以下時(shí)，磁飽和后會(huì)使信號(hào)受到抑制，但可以通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度避免磁飽和，提高靈敏感。目前大都使用環(huán)繞線圈式，也可以將上述兩種方法結(jié)合使用。渦流技術(shù)在拉絲、油回火生產(chǎn)線、冷鐓鋼絲或彈簧鋼絲生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用。水冷環(huán)繞線圈對(duì)溫度超過(guò)1100℃的盤條進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)速度超過(guò)500km/h。

 4、 液位檢測(cè)

       結(jié)晶器液位的精確檢測(cè)是連鑄生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)液位自動(dòng)控制的關(guān)鍵。渦流式鋼水液位計(jì)具有反應(yīng)速度快、測(cè)量精度高、不需特殊安全防護(hù)、安裝維護(hù)方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，實(shí)用化進(jìn)展很快。宋東飛介紹了攀鋼改造采用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的RAM系列渦流型鋼水液位控制儀的情況。該測(cè)量系統(tǒng)采用渦流式傳感器測(cè)量鋼水液位，由振蕩器產(chǎn)生的50kHz高頻信號(hào)供給傳感器的初級(jí)線圈（激勵(lì)線圈），由于受鋼水內(nèi)渦流電流的影響，由初級(jí)線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)隨液位高度變化。在次級(jí)線圈（測(cè)量線圈）內(nèi)將產(chǎn)生與通過(guò)線圈磁場(chǎng)的強(qiáng)度成正比例變化的電壓Vγ V2，從而差動(dòng)電壓（V1-V2）隨液位高度變化。通過(guò)對(duì)V1-V2進(jìn)行放大、相位、頻率、振幅分析及線性化，送給16位的高性能單片機(jī)80C196KC處理，即得于液位高度測(cè)量信號(hào)，經(jīng)控制儀轉(zhuǎn)換成4～20mA信號(hào)送到結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)PLC。該控制儀測(cè)量范圍為0～150mm，分辯力為0.1mm。運(yùn)行表明，該液位控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，使用精度達(dá)±3mm，不但減少了鑄坯表面裂紋，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，而且經(jīng)濟(jì)效益顯著。