目前最常用的无损探伤(NDT)方法检验焊缝是磁粉(MT)、渗透(PT)、超声(UT)、射线(RT)和涡流(ET)，它们都各有优缺点:

MT 非常简单直截了当地检测表面缺陷，但是在有涂层和潮湿的表面效果不理想(必须先弄干净表面)。

PT 对表面开口裂纹很理想，但对表面有涂层及潮湿的工件就不理想和依赖检验人员的经验。

UT 检出表层下的缺陷很有效，但依赖检验人员。

RT 检出表层下的缺陷很有效，但是辐射危险需要作安全防护考虑。

ET 对表面开口裂纹极之理想，在表面有涂层(0- 2mm)、潮湿和水底的环境下也能检测，要多次多方向地扫描才能保証不会漏检，也是要依赖检验人员。

由此，应用涡流检测方法检测表面裂纹，尤其是在役中的大型结构上是最效的方法，因为钢结构的疲劳裂纹大多数从表面开裂，在不需要除去表面漆层的情况下，重点检测钢结构关键受力位置，不但可以检出有危险性的裂纹缺陷，还可以减少检验时间和节省大量的金钱。

与应用在冷凝器管子的涡流检测方法一样，一个几乎十千赫(10 kHz)至几佰千赫(～100 kHz)频率的交变电场加在涡流检测探头上 ，探头基本上是由一个或一对线圈组成的 – 图一，依据电磁学的几条基本定律，电生磁、磁生电，金属表面因线圈磁场的作用产生了涡流电流，而这涡流电流所产生的磁场反过来影响线圈(探头)的电流，当量度线圈之间电位差幅度及其相角的变化时，就能得出检测位置的阻抗平面图。

（图一 – 交变电场加于涡流探头电路图）

阻抗平面图所反映的就是该检验物料的物理性质，例如：温度、大小、形状、电阻率和其材料。

若对有表面裂缝的金属作涡流检测，裂缝所造成物质的不连续性是直接影响物质电阻的变化，从而改变线圈电流的大小。

图二 – 说明涡流电流在检测件上旋转，垂直于涡流电流的裂缝阻挡了它的通过，电阻有变化易被探测；相反，平行于涡流电流的裂缝就难被探测，所以涡流检测是需用多个方向进行扫描的。

（图二 – 裂缝垂直于涡流电流易被探测）

以往的绝对式探头(单线圈) – 图三，当用于检测导体的表面裂缝时，其信号大小与其深度有密切的关系， 随着探头离开导体表面而产生的提离信号 – 图四，与探头和导体的距离有直接的关系，可利用作涂层厚度的测试，但若探头不垂直于检料时，或左右摇摆不定时，不稳定的信息就会产生，导致检测的稳定性及准确性大大地降低，绝对式探头对铁磁性材料磁导率极奇敏感，焊缝表面高低不平和热影区变化以及有锈的表面都会造成很不稳定的信息，而无法进行可靠的检测。

（图三 – 絶对式探头(单线圈)）

（图四 – 提离信号及裂缝信号图）

1993年英国劳氏船级社和英国焊接学会的CWSIP联合组办专用的培训认証课程，极力推广这种电磁检测，方法称为EMD(Electric Magnetic Detection)，应用在海上钻油台钢结构的焊缝上，因为海上钻油台长期浸泡在海水中，桩脚位受海潮涨落(每天两次)的重复载荷，钢结构容易产生金属疲劳，特别在一些关键受力的焊接点上产生疲劳裂纹，若要检验这些位置，传统方法是用超声或磁粉方法，而这两种方法必须除去油漆检验才能进行检测，在做完检测后是难以再涂上比原装油漆更有效的防锈涂层。

另外，在这充满盐份和湿润海风的环境下更容易生锈，检验后得不偿失。

目视也不可靠，因为表面生锈、油漆裂开或者隠藏在油漆下的裂纹是无法分辨的。

在这种情况下，劳氏验船级社的验船师考虑到尽管当时的涡流检测方法不尽理想，但怎样也较目视检验优胜吧！

于是，用涡流检测对大范围作出扫查，检测出有怀疑的位置再去除油漆做MT和UT验证。

1993年至1994年热火朝天地推广EMD, 香港和新加坡的NDT公司，曾为南海油田的几个钻油台和香港码头岸吊钢结构的焊缝做过EMD，但由于不可靠及难以操作，几乎百分之百靠磁粉重新检验一次，去漆和除锈，相当麻烦，客户很不满意，之后也就不了了之了！

到了1996年，在美国西雅图ASNT 年会的技术研讨会上，一位来自英国的博士声称一种叫ACFM（Alternate Current Field Measurement）的新技术，说它不需要校准(No need calibration)，不需要有技术人操作(No need skillful operator)，表面不需任何处理(不需去漆除锈)，不怕潮湿，甚至能水底操作，不但能检测裂纹还能准确地测量裂纹深度，真是太好了！

我和新加坡的几位朋友请教他钻油台的TKY 焊接头和角焊缝能用上这技术吗？

他未有正面答复我……。

数年前，英国和美国的NDT杂志再次大量地报道ACFM技术，去年我通过在香港的代理请他们来我公司演示这套技术，也请来香港地铁公司、码头公司以及香港 NDT 同行，看了他们在我们提供的试块上演示，操作起来并非像他们说的那么简单容易，扫描速度很慢（＜50 mm/sec.），粗糙焊缝表面信号不稳定，探头尺寸较大使探头难以靠近角焊缝，唯一的好处是能测量裂纹深度，其实说它是一个裂纹深度测试仪较恰当。

最近，市场推出了一种特别的探头，采用了差动式设计(用两个正交线圈)，有效地抑制提离效应及其他噪声，增强了使用的稳定性和可靠性，较EMD和ACFM要强多了，操作起来不但简单、容易和快捷，而且信号清晰稳定和容易分辨，在铁磁材料的焊缝上能够发挥最满意的探伤效果。

离岸(海上)的大型结构

前面提过，涡流检验可透过2mm不导电涂层操作，所以一般的应用都是针对不能去油漆的情况下进行检测。

海上钻油台钢结构的桩脚长期浸泡在海水中，受海潮涨落的重覆载荷，再加上炎热的夏天可能遭受台风袭击，寒冷的冬天海面结冰或者春潮溶雪时的冰块撞击，在这种恶烈环境下钢结构会产生金属疲劳，特别是一些关键受力的焊接点会产生疲劳裂纹，若不及早发现就会发生钻油台断裂倒塌的事故。

这些裂纹若出现在水上的位置，可用绳索下垂检验人员进行测试，出现在水下的位置，就要动用潜水人员下水工作，这是其他NDT方法不能比拟的。

此外，对一些需在极深和极寒冷的水底探伤工作，一种包含表面处理、涡流检测和焊接修补于一身的遥控设备可以大派用场。

船与潜艇

至于船所受到各个方向的扭力和张力，以及在极端恶烈的天气和环境下，都能引致焊缝的极端受压。

涡流检测能测出细微的裂纹，新焊缝与旧焊缝皆有极佳的效果。

潜艇与其他海上作业的结构一样，同样受海水侵蚀， 但不同的是潜艇所受的压力一般是数十倍多于在海面上的压力，丝毫差错就会造成生命伤亡。

桥与吊机

陆上，大型结构同样遭受到极大的应力，无论桥梁及吊机也受到不同大小幅度的周期载荷震动，在一定的震动次数和重覆载荷及天气的变化下，容易造成金属疲劳，成为工业意外的原因。

主题公园内的机动游戏机

近数十年，世界各地的主题公园纷纷被建立，机动游戏机的设计日新月异。

随着每日数以万计的人流，机动游戏机的使用次数也在不断地增加，它们同样受着各式各样周期性的负载和震动，容易造成金属疲劳，在受力的焊接处更是最容易爆裂的位置。

由于在温带及热带的主题公园需在一年四季开放，偶尔停机检查维修会使游客对主题公园留下极坏的印象。

涡流检验便成了最佳的手段，不论是否进行自动扫描，在役检测已成了NDT的新趋势，能减省人手及时间，以致降低成本及提高维修的质素。

现代的涡流仪在计算机的帮助下，可以做到多功能及多用途，而体积和重量大大地减小，携带方便，适合单手操作，而针对铁磁性材料的焊缝，前面提到有一种独持设计的探头，内含两个正交式线圈，它能有效地抑制提离效应，对焊缝热影响区及粗糙的焊面所做的影响也能减小。

操作起来简单、容易、快捷和它的信号清晰、稳定可靠，对所有金属工件皆能检测。

由于是采用涡流原理，它能够概括地测量金属材料之导电率、硬度、工件厚度及涂层(油漆)厚度，对表面及次表面之探伤更为有效，只要目视合格的焊缝就能进行检验，表面非金属涂增厚至2mm也能检测，而一般钢结构的油漆涂层厚度只在0.3-0.4mm之间。

在潮湿（雨水）、大风及光线不足的环境下也能操作，甚至水底也能操作自如。

对比磁粉探伤需要去油漆及诸多限制，涡流检验成本费用不高，在不需去油漆的情况下，检测速度较快。在适当的设备下，自动化操作更能将检测速度提高，能到达一些较危险的检测位置，减低检测人员意外的风险。

而使用这些设备，检测人员要有高超熟练的技巧，因为它灵敏度很高，有时难以判断金属内之缺陷，其渗透深度也很浅，对不同材料的测试也需要不同的校正标准。

由于它对电阻率敏感，极端浅的裂缝及点状缺陷(气孔)较难显示出来，不清洁、粗糙和高低不平焊镏表面也较难检测，在不同的情况下，必须用多种探头对不同几何形状的工件及裂纹作检测。

铁磁性材料表面以下的裂纹是无法检出的，只能检出磁性金属材料表面开口的条状缺陷5mm长，1.0mm深，其输出信号也受许多因素影响，例如：提离效应、未端效应、边缘效应、端角效应等导致误导信号，检测人员需耐心谨慎地分辨，初用者更需用MT等其他方法验证结果，加强对涡流检测的信心。

尽管它有以上的限制，但不竟是个最有效不去涂层的在役检测方法。

另外，透过一些受过特定训练、合资格的人士进行检测，可达到最佳的检测效果。在欧州已广泛地使用并制定了完善的标准例如:BS EN1711:2000。

最后，涡流检测的研究无日无之，新型探头的发展促使探头的耐用性及广泛性，使之对其他金属的检测及在任何恶劣的环境下佳能得心应手。

2003-10 黄建明

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