摘 要：電渦流檢測技術作為一種常規(guī)無損檢測技術，易于實現(xiàn)對多個方向缺陷的高速自動化檢測，具有簡便、無需耦合劑等優(yōu)點，常用于發(fā)現(xiàn)導電工件表面及近表面缺陷。文章重點介紹電渦流檢測的工作原理、檢測儀器及檢測方法，并對地鐵車輛轉(zhuǎn)向架表面和車鉤位置表面及近表面缺陷進行電渦流檢測實驗，定量評估缺陷的大致深度。通過實驗，進一步驗證了電渦流檢測技術在地鐵車輛金屬表面及涂層覆蓋下裂紋缺陷檢測的優(yōu)勢及重要作用。

　　關鍵詞：地鐵;車輛;電渦流檢測;趨膚深度;車鉤;轉(zhuǎn)向架

　　《專用車與零部件》(原：現(xiàn)代顯示)(雙月刊)創(chuàng)刊于2015年，是由中國機械工業(yè)聯(lián)合會主管、北京卓眾出版有限公司主辦的行業(yè)雜志。主要欄目：卷首語、聚焦點、專用車、講技術、看世界、大數(shù)據(jù)等。

　　當檢測線圈中通有交變電流時，在線圈周圍會產(chǎn)生交變磁場;當磁場內(nèi)的磁力線穿過下方待加熱試件時，便會形成回路，從而在其橫截面內(nèi)產(chǎn)生感應電流，該電流又被稱作“渦流”。當接通交流電的線圈靠近被檢測工件表面后，其工件表面會出現(xiàn)電磁渦流，從而產(chǎn)生1個與原電磁場方向相反的感應磁場，抵消原磁場的強度，導致檢測感應線圈的電阻和電感分量發(fā)生變化。因此，通過檢測感應線圈的阻抗變化值便可以非破壞性地評價導體的物理和工藝性能。

　　1 電渦流檢測原理

　　電渦流檢測是建立在電磁感應基礎上的一種無損檢測方法，該檢測的實質(zhì)是檢測感應線圈的阻抗值變化。

　　電渦流檢測系統(tǒng)主要由以下3部分組成：①通交流電的線圈式探頭;②檢測電流的儀器;③被檢測的金屬工件。其檢測原理如圖1所示，在檢測過程中，如果在金屬表面存在缺陷或者其他不均勻性問題時，就會阻斷電渦流的流動，從而影響到局部表面的溫度及感應磁場的強度，使得線圈阻抗發(fā)生變化。因此，利用電磁感應原理，可基于檢測線圈阻抗的變化來推斷被檢測工件表面及近表面是否發(fā)生損傷，只需檢測出這個變化的數(shù)值就可以判別金屬表面有無缺陷。

　　當工件表面產(chǎn)生的感應電渦流在檢測工件表面流動時，垂直于渦流流向的裂紋會阻擋其流動，從而引起反射磁場強度的變化，導致檢測線圈阻抗和電壓改變，從而檢測出缺陷。如果裂紋的走向和電渦流流動的方向相互平行，那么缺陷被檢出的可能性就較低。因此，電渦流檢測必須從多個方向進行檢測，以便發(fā)現(xiàn)不同走向的表面缺陷。

　　2 電渦流檢測儀器

　　電渦流檢測儀器的種類很多，根據(jù)不同的檢測目的可以將其分為導電儀、測厚儀和探傷儀。雖然它們各自的內(nèi)部電路設計有所不同，但是在實際應用過程中往往需要承擔相同的任務：①產(chǎn)生高頻的激勵信號;②檢測試件表面的電渦流變化情況;③呈現(xiàn)檢測結(jié)果及缺陷信息。

　　根據(jù)不同檢測對象的結(jié)構形狀及材料屬性，需要變更使用不同類型的線圈探頭。如圖2所示，常見的檢測線圈探頭類型分為以下3類。

　　(1)穿過式線圈(圖2a)：主要用于檢測管道，其為棒材等需要從線圈內(nèi)部通過的導電試件。

　　(2)內(nèi)通過式線圈(圖2b)：此類線圈直接穿過被檢測試件的內(nèi)部，適合檢出管件、小孔徑鉆孔、螺紋孔或厚壁管內(nèi)部的表層缺陷。

　　(3)放置式線圈(圖2c)：分為點式或探頭式線圈。探傷檢測時需要放置于被檢測工件表面，此類線圈的體積較小，線圈內(nèi)部一般帶有磁芯并且靈敏度較高，適合檢測各種板材及管材的表面，同時可針對復雜形狀試件的指定位置處進行檢測。

　　3 電渦流檢測方法

　　在實際檢測過程中，被測工件的金屬特性決定其表面感應電渦流的密度及滲透深度，即電渦流所能到達工件表面以下的實際距離。通常，該距離直接影響電渦流檢測能力(即檢測精度)。由于檢測缺陷的深度受到被測對象的趨膚效應影響，因此，電渦流法通常便于檢測近表面缺陷。

　　3.1 趨膚深度

　　感應電渦流的密度隨著被試工件表面距離的增大而減小，其變化取決于激勵端的頻率、被測工件的電導率和磁導率等參數(shù)。在平面電磁波進入到半無窮大的金屬導體中時，電渦流密度及能量將隨著感應渦流滲透的深度變化呈現(xiàn)指數(shù)型衰減趨勢：

　　式(1)中，Jx 表示距離工件表面x深度處的渦流密度;J0表示起始金屬表面的電渦流密度;e為底數(shù)常數(shù);μ表示試件的磁導率;f表示感應線圈的交流電頻率;σ表示被檢測材料的電導率特性。

　　當導線中通直流電時，電流在導體中的分布是均勻的，然而當通交流電時，電流在導體截面上將不再成均勻分布，導體表面上各點的電流密度較大，而中心軸線上的電流密度較小，電流集中在導體的“皮膚”部分的這種現(xiàn)象叫做趨膚效應。在高頻電路中采用空心導線代替實心導線，此導線的厚度被稱為趨膚深度。通常情況下，感應電渦流能到達的距離為被檢測表面3～4個趨膚深度。因此，該技術不適用于檢測位于表層以下過深位置處的缺陷。

　　3.2 滲透深度

　　通常情況下，將渦流密度衰減為其表面密度總量的1/e時所對應的深度定義為滲透深度[3]，該值將決定渦流檢測的靈敏度，其數(shù)學表達式為：

　　該值表示不同電導率的金屬標準滲透深度與頻率之間的關系。如圖3所示，對于給定的材料，需要根據(jù)材料的相關物理性質(zhì)選擇合適的感應激勵頻率。

　　電渦流檢測的激勵頻率選擇范圍大致可以從200 Hz到6 MHz。對于大多數(shù)的非磁性材料的檢測，通常選擇數(shù)千赫茲頻率，而對于磁性材料則選擇較低頻率。實際檢測過程中若檢測的缺陷位于試件的表面及近表面，采用高頻激勵信號;若待檢缺陷位于距離表面一定位置處，則采用低頻激勵信號。

　　3.3 提離效應抑制

　　在渦流檢測過程中，探頭的提離及晃動、檢測表面的粗糙度等因素都會引起檢測信號的變化。而電渦流的大小隨著變化電磁場與導體的距離改變而變化，這被稱為提離效應。這種效應對實際檢測過程中的阻抗信號值影響非常大，常見的抑制提離信號的方法就是加裝固定形狀的模具，以便檢測時保持電渦流探頭距離下方被檢工件表面高度穩(wěn)定且不變。