涡流阵列技术：凭什么能替代磁粉和渗透检测？

许多年前，各行各业就已经普遍使用传统的涡流技术来对各种组件的表面和近表面进行检测了。这种电磁技术是非常可靠的，可以帮助我们检测诸如裂纹等各种表面开口缺陷，以及诸如腐蚀等近表面缺陷。但遗憾的是，仅使用单线圈探头来检测表面积大的区域是非常不切实际的，因为整个过程非常耗时且漏掉缺陷的概率极高。涡流阵列（ECA）技术恰恰弥补了这些问题，而且ECA在检测大面积区域的能力，成为其替代磁粉检测或液体渗透检测等传统技术的一项优势。

涡流阵列原理

涡流阵列技术能够同时驱动同一个探头组件中相邻的多个涡流传感器。正因如此，ECA可以仅通过一次扫描就能够对大面积区域进行检测，而同时又能保持高分辨率，这样既提高了检测速度，又保证了缺陷的检出率。结果可以使用颜色编码映射图像（C扫描）来显示，这有利于提高检测性能和结果分析。

ECA系统是由三个基本部分组成的：仪器、软件和探头。ECA探头既可以是刚性的（扁平的或有形状的），也可以是柔性的。

涡流单线圈光栅扫描和涡流阵列单次扫描的比较示意图

涡流阵列探头

当今有各种不同特性的涡流阵列探头。ECA探头的运行模式，如绝对式（absolute）、差动式（differential）和反射式（reflection），都是根据单个线圈或传感器的配置来确定的。应用程序的类型决定了应该如何进行适当的配置。ECA探头也是根据其工作频率、线圈尺寸、线圈数量、分辨率和覆盖范围来确定的。

硬性线圈ECA探头是扁平的，或是根据检测工件的几何形状而定制形状的。由于这些硬性线圈传感器可能需要不同的灵敏度，因此在制造过程中必须研究选择匹配的线圈。

一种基于PCB薄膜制成的柔性ECA探头最近也得到了发展和应用。在检测期间，这些探头可以适应组件不同的几何形状，或者直接安装在适合某些形状或曲率的固定器上。因为这些传感器都置于PCB薄膜中，因此它们的灵敏度是相同的。

硬性线圈ECA探头（左）和基于PCB的柔性ECA探头（右）

涡流阵列的仪器和软件

目前市场上所有涡流阵列仪器的工作原理基本都是相同的：它们都是通过使用多路技术来驱动阵列传感器，以避免不同线圈之间的互感。

ECA仪器的特点主要可以根据其便携性、信道数量、频率范围和软件来进行总结。

ECA仪器以不同程度的便携性为其特色。有些仪器虽然被认为是便携式的，但它们需要一台PC机来驱动，而有些则是完全独立的。还有一些ECA仪器在制造工厂中就已经完全集成到了检测系统中。通常来说，类似这样的仪器就不可移动了，因为它们运行时需要大量的信道。

仪器软件的选项根据不同的制造商而有所差异；但是，所有的ECA仪器都能够调整参数、进行校准及保存数据。它们还提供了各种分析工具和图像，如C扫描映射图和带状图表。

各种不同的涡流阵列（ECA）检测仪器：独立操作的OmniScanECA、基于PC的MS-5800和Industrial QuickScan EC

飞机的腐蚀和裂纹检测

航空航天公司是ECA技术的第一批用户之一。今天，各大航空公司的维修手册中都引用了ECA检测技术，其主要针对腐蚀和裂纹检测。

一个高频小线圈涡流阵列可仅通过一次扫描来有效地检测一排完整的紧固件孔。因为使用了ECA技术之后，人们无需为了检测而进行除漆，这就意味着大量时间的节省。当使用编码器记录位置时，其检测结果可以通过C扫描显示，这就使得操作人员可以识别任何方向的裂纹。

关于腐蚀检测，是将一个大线圈涡流阵列以低频运行，以增加其穿透深度。C扫描显示的结果可以使操作人员清楚地确定紧固件的位置以及表层之间存在的任何腐蚀的位置。

紧固件孔表面裂纹检测的屏幕截图

工艺管道管线中的应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂（SCC）是由于拉伸应力和腐蚀环境两者结合产生的。在工艺管道或管线中如果发生SCC，可能会导致灾难性的故障。因此，精确检测并确定这些裂纹的大小就显得至关重要了。

液体渗透探伤（LPI）和磁粉探伤（MPI）是两种用于SCC检测的传统技术。但是现在，ECA已经证明是一种更好的替代LPI和MPI的技术，相较于这两种传统技术，ECA具有更明显的优势。

柔性涡流阵列探头可以安装在不同直径的固定器上，因此操作者使用同一个探头可以对不同的管道进行扫描。C扫描的结果使用一种特殊的颜色调色板显示，以便其在外观效果上与LPI或MPI提供的结果相同。

较之于LPI和MPI，ECA所具有的优势包括：

无需化学品

最小表面处理

更大的表面面积覆盖

彩色编码映射（C扫描）

数据归档和后期处理

采矿业中的齿轮检测

在各种采矿设备中，齿轮一直都是其中关键的组成部分。从加工设备到重型机械，每个齿轮都必须要进行密切监测，时刻关注其在运行过程中由压力引起的表面裂纹。

如果使用涡流阵列技术对齿轮进行检测，可以保证最低限度的表面处理，因为使用该技术只需要对齿轮进行轻度清洗。同样，使用ECA对齿轮进行检测的速度也非常快。数据的采集速度可达每秒两米，且对一个齿轮的完整面检测只需进行单次扫描即可完成。

连接至OmniScan ECA的齿轮检测探头

制造业ECA的应用

涡流阵列技术也被整合到全自动在线检测系统中。ECA可以作为超声相控阵技术在功能上的补充，以确定生产现场大直径坯料（碳钢、不锈钢、铝）的完整性。

为满足持续生产的需求并保持高生产速率，这种类型的表面检测需要配备数百个能够并行传输数据的涡流阵列电子器件，以及数百个能够覆盖大面积区域元件的探头。这些电子器件和探头都必须非常稳定，因为这些系统是24小时全天候运行的。

ECA制造检测系统能够执行自动校准。它从幅度和位相上将阵列中的每个线圈都调整至相同的检测水平。其会发送一个表面检测信号到软件，软件会自动对缺损程度进行评估，然后根据预定的选择准则来决定坯料是否合格。

工业ECA检查头（右）和PA检查头（左）

结论

ECA技术已经变得越发成熟，同时其可能的应用范围也将不断扩大。因其执行快速和可靠的大面积区域检测能力，使得ECA具有了取代传统涡流技术以及MPI和LPI的潜力。可以预见到，ECA可能会成为各行业升级并改进其检测工艺的一种有效手段。

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