用于金属板材轧制缺陷的无损检测可以采用哪些在线检测技术

金属板材轧制是钢铁生产的核心环节，但轧制过程中易产生表面裂纹、内部分层、夹杂、划痕等缺陷，直接影响产品性能与下游使用安全。在线无损检测技术能在轧制过程中实时识别缺陷，避免不合格品流入后续工序，是保障板材质量的关键。本文将系统梳理金属板材轧制缺陷在线检测的常用技术，重点解析其原理、适用场景与实际应用特点。

涡流检测：表面与近表面缺陷的高速筛查

涡流检测基于电磁感应原理：高频交变磁场作用于导电板材时，表面会激发涡流；若存在表面/近表面缺陷（如裂纹、夹杂、折叠），涡流路径会因缺陷阻碍发生畸变，导致磁场信号变化，传感器捕捉这一变化即可定位缺陷。

该技术的核心优势是“非接触、高速度”——检测头与板材无物理接触，不会损伤表面，且响应速度能匹配轧制线的高节奏（如10-30m/s）。例如某连轧线将涡流检测系统安装在精轧机出口10米处，检测速度同步轧制线的15m/s，通过温度补偿算法修正500℃板材的信号偏差，可识别0.1mm深度的表面裂纹和0.3mm大小的夹杂。

但涡流检测仅适用于表面及近表面（深度≤1mm）缺陷，对内部缺陷无能为力，因此常作为“第一道防线”，与其他技术配合完成全缺陷覆盖。

水浸式超声检测：内部缺陷的精准定位

超声检测利用超声波的反射特性：高频超声波（1-10MHz）穿过板材时，若遇到内部缺陷（如分层、缩孔、中心疏松），会产生反射回波，通过接收回波的时间与强度可判断缺陷位置与大小。

在线应用中，水浸式超声是主流——板材连续通过充满水的检测槽，水作为耦合介质，保证超声波在板材与探头间的良好传递。例如厚板轧制线采用多探头阵列（8-16个探头），覆盖板材全宽度，实时生成内部缺陷的二维成像，能识别20mm厚板中1mm大小的分层缺陷。

水浸式超声的关键是“稳定耦合”——需保持水槽水位恒定，避免因板材晃动导致耦合失效，因此多应用于冷轧或中厚板的离线/半在线检测，但若配合伺服系统调整探头位置，也能适应热轧线的连续生产。

红外热成像：热轧板的温度差缺陷识别

红外热成像利用缺陷处的热传导差异：轧制过程中板材自身有温度（热轧板可达800℃以上），若存在表面裂纹或近表面夹杂，缺陷处的热传导速度更快，导致局部温度低于周围区域，红外相机捕捉这一温度差即可识别缺陷。

该技术的优势是“大面积、无接触”——单台红外相机可覆盖1.5m宽的板材，检测速度达25m/s，且无需额外加热，直接利用热轧板的余热，降低了系统成本。例如某热轧带钢厂将红外相机安装在轧机出口的冷却段前，能快速识别表面裂纹（温度低20-50℃）和氧化铁皮堆积（温度高10-30℃），缺陷漏检率控制在0.5%以下。

但红外热成像对内部缺陷不敏感，且受环境温度干扰较大，需在封闭罩内使用以减少气流影响。

水浸式超声：内部缺陷的精准定位

超声检测利用超声波的反射特性：高频超声波（1-10MHz）穿过板材时，若遇到内部缺陷（如分层、缩孔、中心疏松），会产生反射回波，通过接收回波的时间与强度可判断缺陷位置与大小。

在线应用中，水浸式超声是主流——板材连续通过充满水的检测槽，水作为耦合介质，保证超声波在板材与探头间的良好传递。例如厚板轧制线采用多探头阵列（8-16个探头），覆盖板材全宽度，实时生成内部缺陷的二维成像，能识别20mm厚板中1mm大小的分层缺陷。

水浸式超声的关键是“稳定耦合”——需保持水槽水位恒定，避免因板材晃动导致耦合失效，因此多应用于冷轧或中厚板的离线/半在线检测，但若配合伺服系统调整探头位置，也能适应热轧线的连续生产。

红外热成像：热轧板的温度差缺陷识别

红外热成像利用缺陷处的热传导差异：轧制过程中板材自身有温度（热轧板可达800℃以上），若存在表面裂纹或近表面夹杂，缺陷处的热传导速度更快，导致局部温度低于周围区域，红外相机捕捉这一温度差即可识别缺陷。

该技术的优势是“大面积、无接触”——单台红外相机可覆盖1.5m宽的板材，检测速度达25m/s，且无需额外加热，直接利用热轧板的余热，降低了系统成本。例如某热轧带钢厂将红外相机安装在轧机出口的冷却段前，能快速识别表面裂纹（温度低20-50℃）和氧化铁皮堆积（温度高10-30℃），缺陷漏检率控制在0.5%以下。

但红外热成像对内部缺陷不敏感，且受环境温度干扰较大，需在封闭罩内使用以减少气流影响。

机器视觉：表面缺陷的可视化追踪

机器视觉通过“图像采集+算法识别”实现缺陷检测：高分辨率CCD/CMOS相机拍摄板材表面，将图像传输至工控机，通过边缘检测、纹理分析等算法识别划痕、凹坑、氧化铁皮缺陷等。

该技术的核心价值是“可视化与可追溯”——不仅能识别缺陷，还能记录缺陷的位置、形态与尺寸，为后续质量分析提供数据。例如某冷轧板厂采用线阵CCD相机（分辨率4k），配合高速图像处理系统，能在20m/s的轧制速度下，识别0.2mm宽的划痕和0.5mm深的凹坑，缺陷定位精度达±5mm。

但机器视觉受光照影响大，需在板材表面安装均匀的LED光源（如条形光源），避免反光或阴影导致漏检；同时，算法需定期更新以适应新的缺陷类型（如氧化铁皮的不同形态）。

电磁超声（EMAT）：高温环境下的内部缺陷检测

电磁超声（EMAT）是超声检测的“高温版”：通过电磁耦合产生超声波——激励线圈产生的磁场与板材中的涡流相互作用，激发板材内部的超声波；接收线圈则捕捉缺陷反射的超声信号。

其最大优势是“无需耦合剂”——传统超声检测依赖水或油作为耦合介质，但热轧板温度可达800℃以上，耦合剂会瞬间蒸发，无法保持接触；而EMAT完全靠电磁作用，能在高温环境下稳定工作。例如某热轧厚板线采用EMAT系统，检测温度600℃的25mm厚板，可识别内部1mm大小的分层缺陷，检测速度达5m/s。

但EMAT的信号强度较弱，需提高激励功率以保证检测灵敏度，因此设备成本较高，多应用于高端厚板（如桥梁用钢、压力容器钢）的在线检测。

激光超声：精密板材的无接触检测

激光超声是“非接触+高分辨率”的代表：脉冲激光聚焦在板材表面，瞬间加热产生热应力，激发超声波；通过激光干涉仪接收反射的超声信号，实现缺陷检测。

该技术适用于对表面质量要求极高的精密板材（如硅钢片、不锈钢薄板）——激光超声无物理接触，不会污染或损伤表面，且分辨率高（可达0.1mm）。例如某硅钢片厂采用激光超声系统，检测0.3mm厚的取向硅钢，能识别内部0.05mm大小的夹杂，检测速度达3m/s，完全满足硅钢片的高端质量要求。

但激光超声设备昂贵（单套系统超百万元），且激光能量需严格控制——过高会烧蚀板材，过低则无法激发足够的超声波，因此多用于小批量高端产品的检测。

多技术融合：复杂缺陷的全场景覆盖

单一技术难以覆盖所有缺陷类型，因此实际生产中常采用“多技术融合”方案。例如某热轧线采用“涡流+EMAT+机器视觉”组合：涡流检测表面裂纹，EMAT检测内部分层，机器视觉识别划痕与氧化铁皮，三者数据实时融合，实现“表面+内部”的全缺陷覆盖。

融合系统的关键是“数据同步”——需通过编码器将轧制线的速度信号传递给各检测系统，保证缺陷位置的统一坐标系；同时，利用工业互联网平台将各系统的数据整合，实现“一张图”显示全板面缺陷。例如某钢厂的融合系统，能在10秒内生成板材的缺陷分布热力图，直接指导后续的剪切或修磨工序。