工业产品表面缺陷检测方法【技巧】

自20世纪中后期开始，各类高灵敏度检测器件快速发展。在表面缺陷检测领域展开了基于涡流检测、交流电磁场检测、漏磁检测、激光超声检测等多种检测机理的研究。这一类检测方法主要基于高灵敏度的机电技术或光学技术，通过对电信号或磁信号处理实现缺陷的检测，原理和适用范围区别较大，各有优劣。下面分别介绍涡流、交流电磁场、漏磁、激光超声四种基于传统机理的检测方法。

1．涡流检测

涡流检测（EddyCurrent Testing, ET）基于电磁感应原理，主要适用于导电材料的表面及近表面的检测。如下图所示，(a)表示流经线圈的交流电会在线圈周围产生磁场；(b)表示当线圈靠近导电材料表面时，被测物表面产生感应电流；(c)表示因缺陷造成的材质、尺寸变动会引起线圈阻抗变化，利用涡流检测仪监测这种变化量就能判断出被测物表面是否存在缺陷。探头线圈产生的涡流频率与检测深度成反比，即涡流频率越高其检测深度越浅，涡流检测法也可以准确检测被测物表面上缺陷的位置和大小。

受金属趋肤效应的影响，激励磁场在金属表面感应出的涡流密度最大，离表面越远则衰减越大。由于涡流检测是利用缺陷对涡流场的扰动来实现检测的目的，当金属表面存在较大的粗糙度时，会引起表面涡流场的局部扰动，产生较大的基底噪声，同时如果在检测过程中探头与金属表面之间接触不良，由于探头的纵向振动也会改变金属表面的涡流分布，这样就会产生很大的干扰噪声，这些干扰噪声将在一定程度上降低检测信号的信噪比，严重时甚至不能进行正常的检测。

从涡流检测的原理和特性不难看出，涡流检测技术具有如下特点：

非接触式检测，不会损害被测物的表面。

检测无需耦合介质，检测速度快，灵敏度高。

被检测对象必须是导电材料，一般只适用于金属表面缺陷检测。

对被测物的表面状态要求较高，在检测粗糙度较大的表面时效果不佳

难以准确区分缺陷的种类，一般应用于孔洞、裂纹等缺陷的检测，在检测脏污、轻微划痕等缺陷时并不适用。

2．交流电磁场检测

与涡流检测方式类似，交流电磁场检测（Alternating Current Field Measurement，ACFM）同样基于电磁感应原理。ACFM交流电磁场技术是综合了交流电位降和涡流检测两种电磁检测方法演化而来的检测方法，主要是利用电磁场在不需接触样本表面的状况下可检测出表面裂纹的长度及深度。

与涡流检测不同，交流电磁场检测技术提取的是磁感应强度信号，而非阻抗信号。它通过激励探头在工件表面产生均匀电流，利用检测线圈拾取平行电流在缺陷处产生扰动而引起磁场畸变信号，再经过信号采集和处理装置将得到反映缺陷长度和深度信息的信号Bz和Bx，从而分析判断缺陷信息，其原理如下图所示。

交流电磁场检测技术具有如下特点：

无接触检测，不会损害被测物的表面。

表面要求低，可穿透涂层，主要用于海洋钻井平台等水下结构物的表面缺陷检测。

数学模型精确，因此反演所得的缺陷尺寸和位置准确。

仅适用于具有高导磁率的铁磁性材料。

检测无需标定、检测速度快、操作便捷、减少了工作量。

多用于手持式检测，自动化程度较低。

设备昂贵，检测成本高，所能检测的缺陷种类有限。

3．漏磁检测

漏磁检测（MagneticFlux Leakage，MFL）是铁磁材料产品常用的表面缺陷检测方法之一，该方法能够直观地显示缺陷的形状、位置和尺寸。如下图所示，漏磁法的原理为在磁化装置的作用下将被测产品磁化至饱和状态，若被测产品无缺陷，则产品中的磁感应线被约束至物体之中，磁通平行于被测物表面，几乎没有磁感应线从表面溢出；若存在破损、腐蚀等缺陷，缺陷部位的材料或形态会导致磁导率变化，将形成与缺陷大小成比例的漏磁场。通过磁敏探头检测泄漏的磁力线，即可推算出被测物上的缺陷形态。

铁磁性被测物的磁化方式在漏磁检测中占有重要地位，常用的磁化方式有永久磁化、直流磁化和交流磁化三种。永久磁化以永久磁铁作为励磁磁源，其效果相当于固定直流磁化，具有体积小、磁能低和剩磁低的优点。直流磁化以直流电流激励电磁铁产生磁场并磁化，磁化强度可通过控制电流强弱来实现，需要退磁。交流磁化以交流电激励电磁铁产生磁场并磁化，磁化后铁磁性材料不会产生剩磁，因此无需退磁。

漏磁检测技术具有如下特点：

仅适用于铁磁材料产品的检测，且不适用于检测形状复杂的物体。

检测灵敏度较高，检测速度快，成本低。

能够形成缺陷尺寸形态的初步量化。

永久磁化和直流磁化在检测完成后需进行退磁，操作繁琐。

能够检测破损、腐蚀等少数几种缺陷，且难以准确区分缺陷的种类。

4．超声波检测

激光超声技术是一种涉及光学、声学、热学、电学等多学科融合的检测方法，其主要利用高能量的短脉冲激光投射到固体表面来生成含有被测物表面信息的超声信号，然后再用激光探针检测出该信号，从中提取出有关缺陷的信息。根据激光是否与被测物产生超声信号的方法，可将激光超声检测技术分为直接式和间接式两类。直接式中激光与被测物表面直接作用，产生热弹效应或溶蚀效应生成超声信号。间接式则通过与被测物周围的介质产生超声信号。

如下图（a）所示，热弹效应指当激光器照射到材料表面的能量不足以使其表面熔化，材料吸收光能发生急剧的热膨胀，产生了偏振方向与表面平行的应力波即超声剪切波；如图（b）所示,溶蚀效应指入射激光功率密度较高，激光能量足以使材料表面温度急剧升高至材料的熔点，导致表面小部分材料气化，形成等离子体，于是有一垂直于表面的反作用应力作用在表面，激发出幅值较大超声纵波。

激光超声技术具有如下特点：

非接触性检测，无需添加耦合剂。

可实现绝缘体、陶瓷和有机材料的检测

对于表面和近表面微小缺陷具有高度敏感性。

能够应用于恶劣环境和远程控制，可实现远距离检测。

可实现大面积检测和快速扫描，适用于生产中一些快速运动试件的快速检测。

对表面光洁度要求较低，对表面粗糙、形状复杂的试件也有较好的检测效果。

热弹效应的转换效率较低，而溶蚀效应可能会造成被测物表面的轻微损坏。