淺談渦流探傷技術(shù)在交通安全領(lǐng)域的應(yīng)用

【摘要】對無損檢測技術(shù)在交通領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了回顧，并分析了渦流探傷技術(shù)在交通設(shè)施檢測工作中的優(yōu)勢與可行性，提出了應(yīng)用于交通設(shè)施無損檢測設(shè)備研制的方案。

【關(guān)鍵詞】道路養(yǎng)護；交通安全；無損檢測；渦流探傷

Abstract：Review the application of nondestructive testing technology in traffic engineering.Analyze the feasibility and advantage of eddy current testing technique.Propose some primary design schemes of eddy current testing equipment.

Key words：road maintenance；traffic safety；nondestructive testing；eddy current testing

金屬材料被廣泛應(yīng)用到公路、鐵路及停車場等交通基礎(chǔ)設(shè)施中，是承受荷載的主要材料。金屬材料在使用階段受到荷載應(yīng)力及環(huán)境因素的影響，其表面易產(chǎn)生微裂縫。這些裂縫隨著時間的推移會持續(xù)發(fā)展，構(gòu)件的強度及耐久性就會相應(yīng)降低，從而影響交通安全。因此，必須對各種交通基礎(chǔ)設(shè)施中的金屬部件進行定期的檢測，必要時要進行更換[2]。

對道路交通基礎(chǔ)設(shè)施的檢測，必須保證其原有的工作性能不受影響。上個世紀中葉，歐美一些國家相繼研制出了應(yīng)用于交通基礎(chǔ)設(shè)施的無損檢測設(shè)備（如大型超聲軌道探傷車）。這類設(shè)備雖然設(shè)計原理先進，檢測結(jié)果精準，但大多具有體積大、造價昂貴的缺點，無法大規(guī)模地配備使用。

我國交通設(shè)施的無損檢測工作起步較晚，在一些重點工程的檢測工作中多用大型進口設(shè)備。采用大型檢測設(shè)備進行常規(guī)檢測工作通常要對交通進行封閉。我國公路、鐵路總里程長，交通運輸量大，頻繁地封閉交通進行檢測必然對正常的交通帶來負面影響。因此，有必要自主發(fā)展高效率、微型化、智能一體化的無損檢測設(shè)備。

1.渦流檢測的優(yōu)勢及可行性

目前世界上常用的無損檢測方法主要有超聲檢測、磁粉檢測、射線檢測、滲透檢測和渦流檢測五種。常用的無損檢測方法的基本原理及適用性如下：

（1）超聲檢測

超聲波在均勻介質(zhì)中沿直線方向傳播。工件中若存在缺陷，則缺陷內(nèi)部的空氣和材料本身的聲阻抗便會有差異。因而超聲波在傳播到這個缺陷界面上時，就會有一部分超聲波發(fā)生反射。這部分反射的超聲波經(jīng)儀器采集分析，便可得到其內(nèi)部缺陷大小及位置等信息。這種檢測方法對于工件內(nèi)部的平面缺陷檢測非常靈敏，且安全無害，檢測設(shè)備也易實現(xiàn)自動化。但其對工件的表面光潔度有非常高的要求，且需要聲耦合劑來填充探頭與工件表面之間的空隙。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者有焊縫的工件，超聲波會在某些非缺陷界面上發(fā)生亂反射從而影響檢測結(jié)果。另外，這種檢測方法也要求檢測人員具有豐富的經(jīng)驗，對檢測結(jié)果的判斷存在較大的主觀性。

（2）磁粉檢測

磁粉檢測是將磁粉均勻吸附在工件表面，當(dāng)工件表面存在缺陷時，磁場會在不連續(xù)的地方產(chǎn)生畸變。此時在缺陷部位出現(xiàn)的磁痕可用肉眼觀察到。這種方法操作簡單，檢測靈敏度高。缺點是只能檢測工件表面的缺陷且對操作人員的經(jīng)驗要求較高。另外檢測的范圍小、效率低，且不易實現(xiàn)自動化。

（3）射線檢測

當(dāng)X射線穿透工件時，射線本身的能量會發(fā)生衰減。如若工件內(nèi)部存在缺陷，在這一點上對X射線的衰減就會減弱。這時采用一定的技術(shù)手段來采集各個檢測點的X射線的強度就可以直觀地發(fā)現(xiàn)缺陷的位置和大小。這種方法對缺陷的形態(tài)、位置都可以有準確、直觀的反映。但射線對操作人員的生理危害較大，且檢測成本相對較高。

（4）滲透檢測

滲透檢測是將熒光染料涂抹在工件表面，當(dāng)工件表面存在微裂縫時，染液就會由于毛細作用滲透進裂縫內(nèi)部。然后去除表面熒光染液再噴以顯影劑，就可以觀察到表面裂縫的位置。這種檢測方法對工件的材料種類、表面形狀都沒有嚴格的限制。對極其細微的裂縫也就較強的靈敏性。但這種方法檢測結(jié)果依舊靠肉眼觀察，主觀性強，檢測的范圍較小、效率低且不易實現(xiàn)自動化。

（5）渦流檢測

當(dāng)線圈通有交變電流時，線圈內(nèi)部及周圍會產(chǎn)生交變磁場。當(dāng)這種線圈靠近導(dǎo)電材料時，會在導(dǎo)電材料近表面處產(chǎn)生漩渦狀的交變電流，稱為渦流。渦流產(chǎn)生的磁場可以反作用于通電線圈，當(dāng)工件存在缺陷時，渦流的大小會產(chǎn)生變化，導(dǎo)致線圈中交流電的變化率發(fā)生變化。這種變化可以通過技術(shù)手段采集分析，從而得到缺陷的位置等信息。這種檢測方法的優(yōu)點在于可以不接觸工件表面，檢測效率高。由于通過探頭采集的信息是電流信號，易于儲存及數(shù)據(jù)處理，從而易于實現(xiàn)檢測自動化。這種檢測方法的缺點是只能檢測導(dǎo)電材料表面極其近表面的缺陷，無法檢測內(nèi)部缺陷，而且不能用于檢測表面形狀復(fù)雜的工件。

由于我國的交通設(shè)施數(shù)量多，檢測任務(wù)繁重，為了適應(yīng)常規(guī)檢測的需要，檢測技術(shù)的選用必須符合高效、經(jīng)濟、操作簡便的原則。經(jīng)過以上分析可以看出，磁粉檢測和滲透檢測的檢測范圍小、效率低且不易實現(xiàn)檢測的自動化。射線檢測雖然檢測結(jié)果精準，但高能射線對操作人員的生理有不良影響，且成本較高。超聲檢測需要大規(guī)模地使用耦合劑，無法有效控制成本。且交通基礎(chǔ)設(shè)施（如高速公路防撞護欄）長期暴露在野外，其表面受到風(fēng)、水、溫度等自然因素影響，表面光潔度無法滿足檢測的需要，且檢測結(jié)果不易儲存及重現(xiàn)。因而也不適合作為交通基礎(chǔ)設(shè)施常規(guī)檢測的首選。渦流檢測技術(shù)雖然只能應(yīng)用于磁性金屬材料表面極其近表面缺陷的檢測，但由于自然環(huán)境作用的影響產(chǎn)生的裂縫也多在表面發(fā)生，渦流法完全可以滿足定性檢測任務(wù)。此外，渦流法易于實現(xiàn)檢測自動化和一體化，檢測效率高且成本較低，因此較之其他無方法有很明顯的優(yōu)勢，可以滿足大規(guī)模的常規(guī)檢測的需要。

2.設(shè)備的設(shè)計構(gòu)想及應(yīng)用領(lǐng)域

渦流探傷設(shè)備原理簡單，探頭與大規(guī)模集成電路結(jié)合易于實現(xiàn)一體化智能設(shè)計，并使得設(shè)備小型化。針對不同的檢測對象，可以在基本模塊上增加定制模塊和特殊的外觀設(shè)計來滿足檢測的需要。以下簡單介紹幾種針對不同的檢測對象的設(shè)備的設(shè)計方案：

（1）鋼軌檢測設(shè)備

主機下部設(shè)置有貼合鋼軌的凹槽，凹槽的側(cè)壁和頂部安裝滾輪。機體頂部鏈接有可調(diào)節(jié)角度的長手柄，監(jiān)視器固定在手柄中段。檢測人員手持手柄沿鐵軌方向前進，當(dāng)儀器檢測到裂縫時，監(jiān)視器會報警并返回檢測信息[2]。

（2）高速公路防撞護欄檢測設(shè)備

主機外觀采用U形設(shè)計，在U形凹槽的內(nèi)部安裝滾輪，貼合波形防撞護欄。這類設(shè)備宜添加自走模塊，將儀器安裝在防撞護欄上后，儀器即可實現(xiàn)自動行走并自動記錄裂縫的位置、大小等信息。宜添加無線傳輸模塊，實現(xiàn)檢測信息的無線傳輸與儲存。

（3）機械式立體停車場檢測設(shè)備

主機上安裝背帶，便于操作人員攜帶。檢測探頭安裝在連桿手柄上。連桿通過柔性線纜與主機連接。監(jiān)視器設(shè)置在主機外側(cè)。這種設(shè)計的優(yōu)點是便于操作人員攜帶，探測連桿不受主機機位限制。檢測人員只需按規(guī)程掃描金屬構(gòu)件表面，主機就會自動記錄病害信息。

3.結(jié)語

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，智能一體化無損檢測設(shè)備的研制成為了可能。我國正處于全面建設(shè)向全面養(yǎng)護的轉(zhuǎn)型期，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的無損檢測設(shè)備不但可以獲得較大的經(jīng)濟效益，更是我國交通行業(yè)綜合實力的體現(xiàn)。渦流檢測設(shè)備的關(guān)鍵在于探頭設(shè)計及檢測電流的處理。渦流檢測的結(jié)果受到材料自身物理特性的影響較大，但如果能采用特定的電路進行處理，篩選出主要變量而抑制其他變量，即可提高檢測的精準度。此類設(shè)備一體化及易于操作的特點可以實現(xiàn)大規(guī)模的配備，總體上降低了檢測工作的投入。由于常規(guī)檢測多半是以定性為主，渦流檢測法的精度完全可以滿足需要，具有很強的可操作性及市場前景。道路交通設(shè)施的無損檢測是一個多學(xué)科交叉的課題，設(shè)備的研發(fā)有賴于多行業(yè)的配合。限于水平，觀點如有不妥之處，還望批評指正。