渦流探傷是鋼鐵冶金行業常用的無損檢測方法之一，渦流探傷通常又分為手工探傷和自動探傷2種類型，探頭形式上又分為單個線圈形式以及陣列式線圈，陣列式探頭目前基本上都是國外進口，國內目前在陣列式探頭上制造還有難度！

筆者今天主要闡述一下渦流自動探傷時各種參數的選擇！

1. 信號處理

1.1 相位信號處理

在交流載波狀態下，利用缺陷信號和幹擾信號相位的不同來抑制幹擾和檢出缺陷的方法稱為相位分析法。用的較多的相位分析器件是相敏檢波器，也稱為周期檢波器或選通電路。在動態檢測中，鋼材傳送時的振動會造成檢測線圈與鋼材相對位置的變化而產生噪聲，這種噪聲信號的幅度很可能大於微小裂紋引起的信號幅度，所以僅憑信號幅度很難將缺陷信號與噪聲信號區分開。

然而，一般缺陷信號與噪聲信號的相位是不同的，所以可以利用相位上的差異將兩種信號區分開。通過調整控制信號的選通時間，使之與幹擾噪聲的相位最好相差90°。

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圖1 陣列式探頭結構

1.2調制頻率信號處理

利用缺陷信號與幹擾信號調制頻率的不同來抑制幹擾和檢出缺陷的方法稱為調制分析法。實現調制分析法的器件通常采用濾波器。調制分析法隻能用於動態檢測中，而且一般要求檢測線圈和鋼材之間最好具有恒定的相對速度。

利用濾波器進行調制分析時，正確選擇濾波器種類和濾波截止頻率是十分重要的。如果選擇不當，濾波器不僅起不到抑制噪聲的作用，還可能去除信號中有用的頻率成分。特別需要註意的是，在渦流探傷中由於探傷速度變化、變換檢測頻率或更換線圈而引起缺陷信號頻率變化時，需要重新選擇和設定濾波器。

1.3幅度信號處理

利用缺陷信號與幹擾信號幅度上的差異來抑制幹擾和檢出缺陷的方法稱為幅度分析法， 在實際探傷儀中，一般將幅度鑒別器放在濾波器的後面。

通過調節抑制電平的高低可抑制不同幅度的幹擾信號，但這種抑制幹擾的方法有如下缺點：當抑制電平調高時可能使儀器的線性變差，缺陷波形也變成斷續瞭，這種分析方法隻能在缺陷信號幅度大於幹擾信號幅度時才能使用，當幹擾信號幅度大於缺陷信號幅度時不能用。

以上三種常用的信號處理方法，在實際探傷中可根據不同情況進行選擇。

當缺陷信號與噪聲信號的相位差別較大時，可以采用相位分析法；為瞭抑制鋼材傳輸或檢測線圈運動引起的振動噪聲以及鋼材電導率和磁導率變化或尺寸變換引起的噪聲，可在相敏檢波後利用缺陷信號與噪聲信號調制頻率的差異，采用適當的濾波器將噪聲抑制掉；經相敏檢波器和濾波器處理的檢測信號，除缺陷外，還包括一些微小的噪聲信號，為瞭抑制這些噪聲信號，可以設置某一報警幅度，利用幅度分析法將小於這一幅度的檢測信號抑制掉。

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圖2 渦流自動探傷參數設置

2. 磁飽和電流的選擇

自動探傷時，大多數為穿過式探頭，探傷前應根據鋼材的材質和規格選擇磁化電流，使檢測線圈附近的磁通密度達到使鋼材飽和磁化所需磁通密度的80％以上。

磁化電流的選擇通常也是在通過對比試樣的狀態下進行。從理論上講，選擇前應首先計算出所檢測鋼管達到飽和磁化所需的磁通密度，然後按上述要求調整磁化電流，此種方法要進行繁瑣的計算。

在實際操作中，可采用簡便的調整方法，即在往返通過對比試樣中，隨著逐步增大磁化電流的同時，觀察儀器顯示的噪聲信號和人工缺陷信號的變化。當噪聲信號最小，人工缺陷信號最大時，磁化電流即為基本合適。

按一般規律，外徑越大，材料磁特性越軟，所需磁化電流就越大，反之則越小。

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圖3 渦流自動探傷穿過式探頭

3. 檢測速度

根據電磁感應原理，鋼材穿過線圈的速度越高，交變電磁場感應出來的渦電流越強，探傷過程中的信噪比越好，越利於缺陷的檢測。但通過線圈的速度過快，會帶來以下不利影響：

（1）鋼材在輥道上運行速度快，容易發生跳動，可能會產生較大的噪聲，使信噪比降低影響探傷的可靠性。

當填充系數選擇較小時，在線圈內發生跳動過程中會使鋼材貼近檢測線圈一側，靈敏度增高，工件表面的各種噪聲容易報警。同時，鋼材會遠離檢測線圈另一側，致使靈敏度降低，使缺陷漏檢，造成質量事故。

當填充系數選擇較大時，若鋼材平直度不太好，在檢測線圈中的跳動很可能會刮傷檢測線圈，造成設備故障。

（2）鋼管通過檢測線圈的速度過快，則缺陷通過檢測線圈的時間極短，激勵線圈建立起來的電磁場沒有足夠的時間將缺陷信息反饋到檢測線圈，使信號波形內的高頻正弦波數量減少，檢測靈敏度可能會顯著降低。

所以，要根據實際情況選擇合適的檢測速度，一般控制在2m/s左右為宜。

4. 相位角的設定

相位是渦流檢測中一個非常重要的參數，正確選擇相位角對於渦流檢測結果的準確性意義重大。這裡所說的相位角是指將渦流探傷接收到的信號向量偏轉的度數。

合適的相位角可以使人工缺陷或者自然缺陷與噪聲之間的幅度差別最大，以便獲得最佳的信噪比。

但在實際檢測過程中，必須用所檢鋼材的典型缺陷來校驗渦流探傷系統，依據典型缺陷的向量來調整相位，使典型缺陷信號的輸出為最大幅度。

另外，隨著填充系數的改變，應該適當調整相位角，以獲得較高的缺陷波幅。

也就是說，在填充系數合適的情況下，以缺陷向量表示的相位角的改變對波幅的變化基本沒有影響，然而，當填充系數較小時（采用較大探頭檢測較小外徑的鋼材即屬於此種情況），相位角的改變對波幅的變化會有較明顯的影響。

圖4 渦流自動探傷人工缺陷信號顯示

5. 結論

（1）在填充系數較小時，為瞭使檢測能夠正常進行，應選擇較小的相位角盡量提高探傷靈敏度。正常檢測時，為瞭保護檢測線圈不被撞壞，同時獲得較高的探傷靈敏度和信噪比，通常選取填充系數η為0.80～0.85為宜。

（2）為瞭保證較好的檢測信噪比和檢測靈敏度，應根據實際情況選擇合適的的檢測速度，通常選擇2m/s左右。

（3）實際檢測時，對渦流檢測參數的選擇，需要從事渦流探傷的檢測人員綜合考慮，才能獲得較為理想的檢測效果。

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本文說明：

本文作者：李柏遠