涡流无损检测

关于超声无损检测技术1929年，前苏联科学家索科夫率先提出利用超声波穿透物体去探测内部缺陷和结构，建立了早期的超声波成像系统。20世纪60年代，超声检测技术已经成为有效而可靠的无损检测手段，并在工业探伤领域得到广泛应用。进入20世纪90年代，超声无损检测仪器的数字化和电子计算机技术的快速发展催生了超声检测新技术的开发，超声衍射声时技术（TOFD）和相控阵技术（PA）等科技创新方法不断涌现，使得超声检测结果可以进行数据追溯。从技术原理来看，人们能够听到声音是因为声波传到了我们的耳内，声波的频率在20HZ～20,000HZ，频率低于或超过上述范围时人们无法听到声音，频率低于20HZ的声波称为次声波，频率超过20,000HZ的声波称为超声波。声波、次声波、超声波都是机械波，有声速、频率、波长、声压、声强等参数，在界面也会发生反射、折射。机械波在材料中能以一定的速度和方向传播，遇到声阻抗不同的异质界面（如缺陷或被测物件的底面等）就会产生反射、折射和波形转换。这种现象可被用来进行超声波探伤。 传统超声检测采用脉冲法进行检测，高压发生器发出的电压施加在探头上，由于压电效应的存在探头发射出超声波脉冲，通过声耦合介质（如机油或水等）进入材料并在其中传播；遇到缺陷后，部分反射能量沿原途径返回超声探头，超声探头又将其转变为电脉冲，经仪器放大而显示在显示端的荧光屏上。根据缺陷反射波在荧光屏上的位置和幅度（与参考试块中人工缺陷的反射波幅度作比较），即可测定缺陷的位置和大致尺寸。脉冲回波探伤法通常用于锻件、焊缝等的检测。可发现工件内部较小的裂纹、夹渣、缩孔、未焊透等缺欠。被检测物要求形状较简单，并有一定的表面光洁度。为了成批地快速检查管材、棒材、钢板等型材，可采用配备有机械传送、自动报警、标记和分选装置的超声探伤系统。近年来，超声无损检测仪器的数字化和电子计算机技术的快速发展催生了超声检测新技术的开发，超声相控阵技术（PAUT）逐渐成为无损检测行业主要技术发展趋势，应用范围得到了不断推广，传统的常规脉冲回波超声技术正逐渐被超声相控阵技术和全聚焦技术等替代。超声相控阵技术是借鉴相控阵雷达技术的原理发展起来，起先应用于医学领域，最初系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等原因使其在工业无损检测中的应用受限，随着电子技术和计算机技术的发展，超声相控阵技术逐渐用于工业无损检测，尤其是在核工业与航空航天领域取得了很多技术上的突破，并越来越广泛地应用于锅炉、压力容器、轨道交通、航空航天的无损检测。常规的超声检测通常采用一个压电晶片来产生超声波，一个压电晶片只产生一个固定的声束，其声束传播是预先设定的，在固定材料中不能变更；超声相控阵技术则采用了多个压电晶片，这种晶片排列称为阵列，阵列中的每一个晶片称为阵元，阵列晶片组辐射的总能量形成超声束。通过控制阵列中各阵元的激励（或接受）脉冲的时间延迟，改变由各阵元发射（或接受）声波到达（或来自）物体内某点时的相位关系，实现聚焦点和声束方面的变化，达到检测的目的。关于超声无损检测市场根据市场咨询机构Markets and Markets研究报告显示，2018年全球无损检测市场（NDT）容量约为83亿美元，预计到2024年全球市场规模将达到126亿美元，其中超声检测将占据最大比例的市场份额。2016年超声检测（UT）市场容量为24.4亿美元，预计2022年超声检测市场规模增长至39.3亿美元，2016年至2022年的年复合增长率为8.3%。（数据来源：Markets and Markets）当前美国是超声无损检测市场消费额最高的国家，2015年约占全球无损检测仪器市场的35.6%；其次是欧洲，占据了整个市场容量的26.5%左右。近年来，由于亚太地区基础设施的快速发展和制造业自动化水平的持续提升，中国、印度、日本和韩国等国家已经成为全球无损检测市场的主要增长区域，约占整个市场容量的24.2%。（数据来源：Markets and Markets）随着我国传统产业的转型升级，新兴行业保持高速发展，新材料、新结构和新工业不断涌现，对无损检测行业提供持续发展机遇。与此同时，虽然国内企业总体水平和综合实力有了很大程度的提高，在无损检测基础理论、技术开发、仪器设计和研制及产品应用等方面都已在世界占有重要一席。但在一些高端无损检测仪器制造方面，与欧美等发达国家仍存在一定差距，如在全聚焦相控阵超声检测的应用领域方面，仍然大量采用进口的国际品牌。根据中国海关统计相关数据，2017 年至 2020 年我国进口的无损检测设备（不包含探头和配件）情况如下：从上表可以看出，受超声波探伤检测仪进口额逐年快速上升的影响，我国无损检测设备近年来进口额呈持续上升趋势，其中超声波探伤检测仪进口额占无损检测设备的比例总体逐年上升，2017年至2020年的占比分别为43.68%、45.28%、50.66%和 46.98%。具体从超声无损检测仪来看，根据中国海关统计相关数据，2017年至2020年，我国超声波探伤检测仪（海关编码：90318031, 不包含探头和配件）进口金额分别达48,928.02万元、68,534.43万元、83,382.45万元和 69,819.16万元，进口额总体逐年快速上升，国产进口替代市场空间广阔。关于超声无损检测仪器企业总体而言，目前专门从事超声无损检测仪器研发、生产和销售的公司相对较少，国外主要以奥林巴斯、美国贝克休斯、英国声纳、美国捷特、法国M2M等为主，国内则包括汕超研究所、超声电子、中科创新、多浦乐等。奥林巴斯（Olympus Corporation）成立于1919年，是一家全球性的世界精密光学技术企业，业务领域包括映像领域、医疗领域和生命科学领域等。目前已在日本东京证券交易所、德国慕尼黑证券交易所、柏林证券交易所和美国OTC市场等多地上市，股票代码均为OOPT。奥林巴斯旗下的无损检测子公司（Olympus NDT）可为用户提供品类齐全的超声/涡流探伤设备系列产品，具体包括探伤仪、手持测厚仪、探头、棒材和管材检测系统、NDT系统的仪器设备和工业扫查器。据奥林巴斯2019年4月至2020年3月财年报告，其无损检测设备全球市场占有率为30-40%，竞争对手为贝克休斯。贝克休斯（Baker Hughes）成立于1982年，为全球石油开发和加工工业提供产品和服务的大型企业。贝克休斯系纽约证券交易所上市公司，股票代码为BKR。2016年，通用电气（GE）将其下属油气业务部分（含检测技术公司GE Inspection Technologies）与贝克休斯合并，成为全球第二大油服企业。贝克休斯为无损检测全球领导者，提供优质的无损检测解决方案和服务，其产品包括超声检测设备、涡流检测设备、射线照相系统和高清远程视觉检测等。 英国声纳（Sonatest）成立于1958年，在超声产品无损检测设备及附件的制造和生产都处于全球领先地位，具体产品包含超声波探伤仪、测厚仪、相控阵探伤仪和探头等，主要适用于高衰减材料检测、焊缝、腐蚀检测、大锻件、大铸件、高衰减和非金属材料探伤。英国声纳的下游客户包括波音公司、空中客车、壳牌石油、E.ON电网和网络铁路等国际知名企业。美国捷特（Zetec）始于1968年，是美国罗珀科技公司旗下的子公司，是全球无损检测解决方案的领军企业之一，在加拿大魁北克市设有全球工程和制造中心，并在美国西雅图设有公司总部。美国捷特无损检测产品可以分为超声检测和涡流检测两大系列，具体包括超声检测仪器/软件/检测探头和楔块和涡流检测设备/软件/探头等产品种类，下游客户覆盖电力行业、石油和天然气行业、航空航天、汽车制造、军工、铁路以及重工业和制造业。法国M2M为国际知名数字超声相控阵与涡流设备设计与制造商，由法国原子能委员会（CEA）于2003年设立，总部位于法国巴黎，2008年被Eddyfi Technologies收购。Eddyfi Technologies为世界知名NDT检测科技公司，致力于为航空航天、能源、采矿、发电和运输行业等提供检测设备、软件、传感器等多 元化服务。汕超研究所成立于1982年，位于广东省汕头市。汕超研究所主营业务为医用超声显像诊断系统、医用X射线影像系统、无损检测设备等的研发、生产和销售，是国内医用超声诊断设备领域的知名企业。超声电子成立于1997年，是以电子元器件及超声电子仪器为主要产品的高新技术企业，主要从事印制线路板、液晶显示器及触摸屏、超薄及特种覆铜板、超声电子仪器的研制、生产和销售。超声电子为A股上市公司，股票代码000823，2020年营业收入51.69亿元，其中超声电子仪器的销售额为6,413.85万元。超声电子创建的“汕头”牌系列产品，能够提供丰富多样的医用超声诊断系统和无损检测设备。中科创新成立于2003年，位于湖北武汉市，公司产品主要包括便携式超声波探伤仪和多通道自动化检测设备，并可以为特殊市场用户提供量身定制的个性化服务，一直致力于为钢铁、机械装备制造、特种设备、石油化工、轨道交通、航空航天、船舶制造、电力能源等行业提供超声波无损检测应用解决方案和技术服务。多浦乐成立于2008年，聚焦无损检测设备的研发、生产和销售，致力于为客户提供超声无损检测专业解决方案及检测仪器产品，属国家认定的高新技术企业之一。多浦乐是国内首家推出高性能超声相控阵检测设备的企业，Phascan超声相控阵检测仪于2014年被评为国家重点新产品，并于2017年成为首台中国特检院举办相控阵超声培训所使用的国产检测设备，亦为首台经过中国特检院测试认证的超声相控阵检测设备。多浦乐2020营业收入1.28亿元。

涡流技术可以用于检查导电材料以检测不连续性，同时ECT（涡流检测）能够检测裂纹和腐蚀，主要用于验证受检件的完整性。它还可用于测量金属的电导率和测量涂层和镀层厚度。与其他无损检测（NDT）方法相比，涡流检测在适应工业4.0方面表现出优秀的潜力。由于某些固有特性，ECT技术已经数字化并集成到内嵌式机器人或协作机器人系统内。实现这种集成的一些优点包括：不需要表面接触或耦合剂，从而消除了部件损坏的风险。它速度快，可提供即时结果，因此可实现高速检测。透过涂层和漆层进行检测，因此不涉及表面处理。这些原因也是选择ECT作为磁粉（MT）和渗透检测（PT）替代解决方案的主要依据。工程自动化螺栓孔检测ECT的特质使其成为一种适用于高速且苛刻的生产线环境的易用型高效技术。我们还专门为关键工业应用设计了检测设备。例如，螺栓孔检测是包括汽车和航空航天在内的多种行业的制造和运行中环境所需的应用。需要对部件中的螺栓孔进行验证，以进行质量控制和保证及维护。一些制造商已经在其生产线上安装了NORTEC 600涡流探伤仪和我们经过优化的ECT螺栓孔探针和扫描仪。该探伤仪的功能易于使用，并能集成到自动化、远程控制和机器人系统中。ECT专用螺栓孔扫描仪涡流螺栓孔扫描仪可用于检测螺栓孔内出现的裂纹。集成到自动化嵌入式系统中时，我们的涡流旋转扫描仪可在孔内旋转螺栓孔探针或埋头孔探针，同时由其他部件（例如机器人部件）执行自动步进。这样便可高效地检测金属零件中的多个螺栓孔，从而帮助达到目标生产线速度。为了优化系统配置，我们的扫描仪附带了POWERLINK技术，使NORTEC 600软件能够自动识别型号，并为用户提供预定义的频率、增益和滤波器设置参数。我们的螺栓孔扫描仪的特点：速度范围为600至3000 rpm频率范围为100 Hz ～ 6 MHz探针接头类型：4针Fischer4针LEMO旋转扫描仪的专用涡流探针涡流旋转扫描仪的探针由塑料或不锈钢制成，有不同的尺寸可供放置在受检螺栓孔中。我们还提供埋头孔探针，专门用于检测螺栓孔的埋头孔开口。以下是可供选择的一些型号：解读ECT结果和设置警报当涡流探针检测到螺栓孔中的裂纹时，其阻抗会发生变化，并在涡流仪器的阻抗图和带状图上出现信号。可以设置警报箱来捕获信号的特定变化。仪器通过I/O接头上的模拟输出提供信号的垂直和水平分量。涡流探针在螺栓孔中检测到的裂纹（左）与带状图和阻抗图上超出了警报箱公差范围的相应信号（右）自动化解决方案―嵌入式机器人检测系统如下图所示，可以设计一个将涡流设备与您的PC集成的解决方案。PC控制NORTEC设备，接收警报触发信号，并与机器人或cobot（协作机器人）通信并控制后者。我们看到的示例系统有一个机器人手臂，它被编程为握住旋转扫描仪的探针并将其插入生产线上零件的螺栓孔中。一种潜在机器人检测解决方案的示意图，其中由Evident提供的ECT部件以蓝色标示检测流程的数字化由可实现全新、更富有成效的检测业务模式，涡流检测（ECT）技术可轻松融入嵌入式检测流程数字化改造计划中。一旦集成到数字化系统中，NORTEC 600解决方案产生的输出信号就可以配置为在检测到螺栓孔中的裂纹时触发警报。这种ECT型系统可靠而又快速，可以提高使用者的决策准确性和效率。

无损检测行业在我国已有几十年的历史，随着社会经济的发展，无损检测行业已经涉及到了人们生活当中的各个方面。曾有专家表示，无损检测是一个朝阳行业，这个行业的发展空间很大，尤其是中国发展前景非常广阔。我国的无损检测行业的现状又是怎样呢?小编带你一起来看看。　　一、涉及无损检测的一些相关数字：　　截止2013年4月份，据调查的数字表明：　　(1)应用无损检测技术的企业单位据估计超过3万家，并且还有不断增加的趋势。　　(2)从事无损检测的专业机构和服务单位(公司、检验所、检验站、检验中心等)超过 2000 家(其中特种设备检验协会核准的持证机构 300 多家，有资料说我国目前从事第三方无损检验服务的公司达 600 多家， 也有说是我国能够提供第三方检测的大大小小检测公司有 6000 多家，包括无损检测、理化试验、计量等)。　　(3)涉及相关无损检测设备器材制造的厂家单位达 800 多家，分布于全国25个省、市及自治区，下表列出涉及相关无损检测设备器材制造的厂家单位的统计数字供参考：　　(4)开展无损检测技术方面的研究与相关应用的各种科研院所超过200 家。　　(5)开展无损检测应用技术方面的研究、开设无损检测技术课程的大学、学院、职业技术学院、技术学校超 过 100 家 每年全国培养超过千名无损检测专业或无损检测方向的毕业生(包括博士、硕士、学士，本科、 大专、中专、技校) 其中开设无损检测专业或者以无损检测技术为方向的检测技术专业的高等职业技术 学院、技术学校已经有 20 多家，包括军队系列的士官学校和职业技术学院以及开展在职教育的军事学院。　　(6)无损检测设备器材经销贸易、维修服务和技术服务企业单位超过600家。下表列出涉及相关无损检测设 备器材经销贸易、维修服务和技术服务企业单位的统计数字仅供参考：　　(7)目前在我国从事与无损检测技术相关工作的人员估计在35万人以上，包括生产第一线的无损检测操作人员，无损检测工程技术人员，无损检测技术管理人员，无损检测设备器材制造企业人员，教育界、科研 界与无损检测技术应用相关的科研教学人员、与无损检测技术专业相关的在校学生和研究生，无损检测设 备器材经销贸易、维修服务技术服务以及专业从事第三方无损检测服务企业的人员等。　　例如铁道系统据称有5万人以上，石油化工、油田、天然气、锅炉压力容器四个行业据称有 12 万人以上、航空工业系统据称有2万人以上，台湾无损检测业界约有 3000人，此外还有航天、汽车、机械工业、电力、核电、军队、 电子工业、食品医药卫生、轻工及其他行业领域未作了解。　　(8)中国无损检测市场的容量，据笔者估计，目前每年无损检测仪器设备器材销售总额约 30 亿元人民币(例如目前工业射线胶片销售量每年就约达5亿元)，连同无损检测人员技术资格等级培训与资格鉴定、认证 费用，第三方无损检测业务等，与无损检测技术相关的市场总容量估计达到约 60 亿元人民币。　　国外某知名度和权威性很高的检测公司估测中国第三方检测市场是一个超过500亿美元的巨大市场(未说明是每年还是一段时期)，不过这个数字包括无损检测、理化检测、计量检测及其他所有检测业务，也有一说是中 国第三方无损检测业务每年有大约 20 亿人民币的市场)。　　应当指出，由于中国无损检测市场存在着巨大的容量和潜力，目前除了世界上著名的无损检测设备器 材制造商几乎都在中国建立了分公司、办事处或者有其代理商外，许多国家的中、小无损检测设备器材制 造商以及国际著名的检验机构、培训机构等也都纷纷在努力寻求进入中国市场，还有不少国外无损检测设备器材产品在中国已经采取或者正在寻求“OEM”(俗称贴牌)制造方式，还有的国外企业正在寻求并购中国的无损检测设备器材制造企业。　　二、国产无损检测设备器材基本状况　　国产无损检测设备器材大致上可以分为26 大类，具体产品型号和品种则超过千种。大体上已经涵盖了目前国内无损检测技术应用的大部分领域，特别是常规无损检测的设备、器材、附件、耗材等，基本上达到了价廉物美和能够满足一般的检测需要，并且已经有不少国产的NDT产品输出到大陆以外的国家和地区。　　例如便携式数字超声探伤仪和模拟式超声探伤仪、数字式超声测厚仪、超声检测标准试块、超声探头、X 射线探伤机、各种射线检测辅助器材、便携式涡流检测设备、大型涡流检测自动化系统̷̷等。　　[1] 超声波检测设备：数字式与模拟式通用便携式超声探伤仪，大型自动化超声探伤系统(管材、棒材、 板材、焊接管等)，各种专用检测仪器设备(如球墨铸铁球化率计、螺栓紧固力检测仪、声速计、陶瓷绝 缘子超声检测仪等)，各种通用与专用的超声探头，超声测厚仪(测厚精度最高能达到 0.001mm，已有具 备穿过涂层测厚功能的测厚仪)，TOFD超声探伤仪，相控阵超声探伤仪等。　　国内超声探伤仪制造厂已超过 30 家，其中能够制造TOFD、相控阵仪器的已经超过5 家，专业超声探头制造厂家超过50家，并已经有能够制造TOFD、相控阵探头以及复合压电材料探头的专业厂家。与超声检测相关器材制造厂家总计超过 165 家。此外，管道磁致伸缩导波检测系统、桥梁缆索磁致伸缩导波检测系统、空气耦合超声检测系统等也已经在 2011 年问世。　　[2] 磁粉检测设备与材料：通用便携式(交直流式、蓄电池式、带逆变器的蓄电池式)、移动式、床式磁粉探伤机(采用多种类型的磁化电流，最大周向磁化电流已能达到 3.5 万安培)，各种专用磁粉检测设备，大型半自动化与自动化磁粉检测系统，脉冲磁化设备，退磁机，辅助仪器(如磁场测量仪器、退磁计等)，耗材(磁粉、磁膏、浓缩磁悬液、高闪点载液等)。旋转磁场、复合磁化、荧光磁粉检测等方法的应用得 到更大普及，用于磁粉检测的自动爬行装置、应用CCD摄像记录的自动化荧光磁粉探伤系统等都已面市。相关磁粉检测设备与材料的制造厂家超过 129 家。　　[3] 渗透检测设备与材料：适应不同灵敏度等级要求(普通工业级到核工业级和特种材料)的着色渗透、 荧光渗透、着色荧光渗透用材料，便携式器材(如喷罐型)、大型自动渗透流水线系统，各种辅助设备器 材(如静电喷涂设备、荧光渗透液专用污水处理设备等)。与渗透检测器材相关的制造厂家超过 36 家。　　[4] 射线检测设备：X射线、γ 射线、β 射线、中子射线、高能X射线(如电子直线加速器)，X射线管(定 向、周向，玻璃管、波纹陶瓷管、金属陶瓷管)，通用便携式、移动式、大型固定式射线检测设备，变频、恒频、恒电位X射线机，辅助设备器材(如半自动及全自动洗片机、干片机、观片灯--包括最新的LED型观 片灯、黑白密度计、符合国内外各种标准的像质计、工业X射线底片扫描仪、射线剂量监测仪器、工业射 线胶片、暗盒、铅字、磁钢、洗片架、洗片槽̷等)，各种射线防护器材与装置，各种放射性同位素源(如192Ir、60Co、75Se、137Cs、137Yb、170Tm、153Gd等γ 源和252Cf中子源等)。相关射线检测设备器材、辅助器材等的制造厂家超过 240 家。　　[5] 涡流检测设备：通用便携式数字化涡流探伤仪、脉冲涡流检测系统、阵列涡流检测系统、大型自动化涡流探伤系统、各种专用涡流检测仪器设备、配套的各种涡流换能器、涂镀层测厚仪，配套的辅助器材，材质分选仪、导电率仪、硬度分选仪、金属探测器、钢绳张力测试仪、钢丝绳检测仪等。相关涡流检测(电 磁检测)的制造厂家超过 47 家。　　[6] 漏磁检测设备：通用、专用以及大型自动化漏磁检测系统。　　[7] 内窥镜：光学内窥镜、光纤内窥镜、视频内窥镜(电子内窥镜)。　　[8] 光学测量仪器：白光照度计、黑光照度计、紫外线强度计、荧光亮度计等。　　[9] 声发射检测设备：多通道声发射检测便携式系统与大型系统。　　[10] 泄漏检测设备：电火花检漏仪、智能声脉冲快速检漏仪、管道泄漏检测定位仪、有机惰性荧光示踪检 漏产品、渗透检漏液、地下管道探测检漏仪、地下电缆探测检漏仪、管线定位仪、燃气管道检漏仪、湿法 涂层检漏仪等。　　[11] 硬度测定仪器：里氏硬度计、超声波硬度计。　　[12] 电磁超声探伤设备：电磁超声检测系统、自动化电磁超声探伤系统、电磁超声测厚仪。　　[13] X 射线实时成像与工业 CT 设备：采用图像增强器型、DR 型的通用设备、专用设备，分辨率测试卡。　　[14] 激光检测设备：便携式激光电子散斑仪、利用激光数字散斑干涉技术的大型自动化轮胎无损检测系统、激光材料厚度在线测量仪、在线激光测径仪、激光数字检测仪，激光超声检测系统，全息感光胶片与干板 等。　　[15] 电位法裂纹深度测量仪。　　[16] 红外检测设备：红外线测温仪、红外内窥仪、红外热象仪。　　[17] 配合各种无损检测方法应用的各种系列的标准试块、灵敏度试块与试片、通用对比试块、专用对比试 块，还有如山东瑞祥模具有限公司(山东济宁模具厂)专业化生产的系列商品化焊缝自然缺陷试件可满足 检测方法试验和无损检测人员技术资格培训与考核应用的需要。　　[18] 配合无损检测应用的各种专用机械辅助装置与系统：半自动化与自动化探伤系统的机械装置、射线检 测用管道爬行器、试块刻伤机、商品化 X 射线机固定夹具和支架、升降车等。　　[19] 配合荧光磁粉、荧光渗透检测的紫外线灯(便携式、袖珍式、大面积辐照型)、黑光光源(除了常规的高压汞灯、灯管外，还有采用 LED 的紫外光源)。　　[20] 岩石、混凝土、桩基的检测设备，混凝土钢筋检测仪、数显回弹仪、钢筋位置测定仪、楼板厚度测定 仪、波速测井仪等。　　[21] 微波检测系统、太赫兹波检测系统。　　[22] 热电金属材料分选仪。　　[23] 磁测应力仪。　　[24] X 射线应力测定仪、X 射线衍射仪。　　[25] 金属磁记忆技术：智能化磁记忆金属检测仪、应力集中磁检测仪、裂纹磁指示仪。　　[26] 其他：如表面粗糙度仪、测振仪、残余应力测试仪、超声波浓度计、超声波流量计、超声波液位计、 陶瓷泥料水份速测仪̷̷等。