说明：本文华算科技介绍了材料缺陷的定义、分类与主要检测方法，涵盖裂纹、孔洞、夹杂物等常见缺陷类型，并详细解析了超声波、射线、磁粉、渗透及涡流五种主流无损检测技术的原理与应用特点。
材料缺陷是指材料中任何偏离理想均匀状态的不连续或不均匀区域，其尺度可从原子级别（如空位）延伸至宏观级别（如裂纹）。微观缺陷主要影响材料的物理性能（如电学、光学性质）并可能演化为宏观损伤；宏观缺陷则直接决定材料的力学性能（如强度、韧性）。
图1 晶体中点缺陷模拟。10.1038/s41578-025-00879-y
裂纹类缺陷：这是最具危害性的缺陷类型之一，通常表现为线状或面状的几何不连续。根据其位置，可分为表面裂纹、近表面裂纹和内部裂纹。根据成因，可分为疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹、淬火裂纹等。裂纹尖端的应力集中效应使其极易扩展，导致结构脆性断裂。
图2 有限元模拟揭示裂纹形成机理（a）结点温度分布（b）应力场分布。DOI：10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000701
孔洞类缺陷：此类缺陷呈体积状，主要包括气孔和缩孔/缩松。铸造或焊接过程中，气体未及时逸出而在材料内部形成的圆形或近圆形孔洞。金属凝固收缩时，由于补缩不足而在最后凝固位置形成的孔洞或疏松区域。
图3 夹杂物类缺陷和气孔。Influence of Ceramic Filter on Surface Defects in Investment Casting
夹杂物类缺陷：指在材料基体中存在的、与基体化学成分和结构不同的异质相。例如，炼钢过程中未能去除的氧化物、硫化物等非金属夹杂物，或焊接时卷入的焊渣。夹杂物会破坏基体的连续性，成为应力集中源。
几何形状缺陷：主要指焊接过程中产生的未焊透、未熔合、咬边等，它们同样是严重影响结构强度的危险缺陷。
其他缺陷：如分层（常见于复合材料）、偏析、冷隔等。
图4 拓扑晶界偏析转变机制。DOI：10.1126/science.adq4147
超声波检测是应用最广泛的体积型缺陷检测技术之一，尤其适用于探测内部缺陷。任何声波的运动行为都会受到其通过介质的影响。因此，结构不连续性和缺陷会导致反射和折射，而检测到的反射或透射声波与缺陷的局部化有关。
该方法基于通过含压电晶体的换能器向材料发射超声波。冶金缺陷和/或表面边界会反射入射脉冲，该脉冲通过示波器监测。初始脉冲与反射波之间的时差可确定裂纹位置、裂纹尺寸。
图5 利用超声波测量技术识别锂离子电池缺陷。DOI：10.1149/1945-7111/abb174
该方法具有以下特点：对任意位置的裂纹均具备高检测灵敏度；能测量裂纹位置与尺寸；响应迅速利于快速检测；经济性好；适用于厚壁材料检测；设备便携可进行现场检测。然而，该方法的应用受限于不规则的试样几何形状，以及难以区分裂纹与其他类型缺陷（如夹杂物）。操作人员对回波信号的主观判读也是该方法的特点之一。
射线检测是一种利用穿透性射线（X射线或γ射线）成像来揭示材料内部结构和缺陷的经典方法。其原理类似于医用X光片。当一束强度均匀的射线照射到被检工件上时，射线会穿透工件。
如果在传播路径上存在缺陷，如气孔（密度低）、夹杂物（密度可能不同于基体），由于这些区域对射线的吸收能力与完好部分不同，导致穿过工件后的射线强度分布不再均匀。
将感光胶片或数字探测器阵列（DR）放置在工件另一侧接收透射的射线，射线强度高的地方感光更强（胶片上变黑），强度低的地方感光弱（胶片上较亮），从而形成一幅反映工件内部结构差异的二维投影图像。
图6 固态电池失效机理的多尺度表征技术。包括电子计算机断层扫描（CT）、纳米计算机断层扫描（Nano-CT）技术。DOI：10.31635/renewables.025.202500090
磁粉检测是一种专门用于检测铁磁性材料表面及近表面缺陷的高效、灵敏的方法。
该技术基于磁学中的漏磁原理。首先，对铁磁性工件（如碳钢、合金钢）进行磁化，使其内部产生均匀的磁场，磁力线平行于工件表面。如果工件表面或近表面存在缺陷（如裂纹、发纹），由于缺陷处的磁导率远低于基体材料，磁力线将被迫绕过缺陷，一部分会“泄漏”出工件表面，在缺陷上方形成一个微小的局部磁场，即“漏磁场”。
然后，将细微的磁性颗粒（磁粉），可以是干粉或悬浮在液体中的湿粉，施加到工件表面。在漏磁场的作用下，这些磁粉会被吸附和聚集，在缺陷处形成肉眼可见的、被放大了的缺陷图像：磁痕。
图7 磁粉检测，仅适用于铁磁性材料。TUOTANNONOHJAUKSEN KEHITTÄMINEN JA MODERNISOINTI
渗透检测是一种操作简便、应用广泛的表面开口缺陷检测方法。渗透检测方法基于毛细管作用原理，首先对工件表面进行预清洗以确保缺陷开口通畅，随后施加具有高渗透性的有色或荧光渗透剂并等待其充分渗入表面缺陷；
接着去除多余渗透剂后，在表面喷涂白色显像剂，通过反向吸附作用将缺陷内的渗透剂析出并扩散，从而在白色背景上形成清晰放大的缺陷显示。
图8 渗透检测，显示容器接缝处的裂纹。TUOTANNONOHJAUKSEN KEHITTÄMINEN JA MODERNISOINTI
涡流检测是一种利用电磁感应原理来检测导电材料的无损检测技术。 当一个通有交变电流的线圈（探头）靠近导电工件时，根据法拉第电磁感应定律，变化的磁场会在工件内部感应出呈涡旋状流动的闭合电流，即“涡流”。
这个涡流的分布和大小受到工件电导率、磁导率、几何形状以及探头与工件间距离（提离效应）的影响。同时，涡流自身也会产生一个与激励磁场方向相反的磁场，这个次级磁场会对探头线圈的阻抗（包括电阻和电抗）产生影响 。
图9 涡流感应原理。Demonstration stand for non-destructive conductive material defect inspection by eddy current
如果工件中存在裂纹、夹杂等不连续性，它们会阻碍或扰动涡流的正常流动路径，导致涡流的分布发生改变。这种改变会引起探头线圈阻抗的相应变化。通过测量和分析这个阻抗变化量（或其在复平面上的轨迹），就可以推断出缺陷的存在、位置和大致尺寸。
图10 在不锈钢板顶部的线圈下的涡流分布示意图(a)显示了无缺陷情况下的涡流分布，(b) 显示了由于人工表面裂纹导致的涡流扰动。DOI：10.3390/s22145440
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