漏磁檢測技術(shù)講解

1、漏磁檢測技術(shù)1 既述電磁檢測是十分重要的無損檢測方法，應(yīng)用十分廣泛。當(dāng)它與其它方法結(jié)合 使用 時能對鐵磁性材料的工件提供快捷且廉價的評定。 隨看技術(shù)的進(jìn)步，人們越 來越注 重檢測過程的自動化。這不僅可以降低檢測工作的勞動強(qiáng)度，還可提高檢 測結(jié)果的可靠性，減少人為因素的影響。漏磁檢測方法是一項(xiàng)自動化程度較高的磁學(xué)檢測技術(shù)，其原理為：鐵磁材料被磁化后，其外表和近外表缺陷在材料外表形成漏磁場， 通過檢測漏磁場來發(fā)現(xiàn) 缺 陷。從這個意義上講，壓力容器檢測中常用的磁粉檢測技術(shù)也是一種漏磁檢測，但習(xí)慣上人們把用傳感器測量漏磁通的方法稱為漏磁檢測，而把用磁粉檢測漏磁 通的方法 稱為磁粉檢測，且將它們并列為兩

2、種檢測方法。磁粉檢測只能發(fā)現(xiàn)外表和近外表裂紋缺陷，而且檢測時需要外表打磨，僅適合工 件停產(chǎn)的檢測；漏磁檢測除能發(fā)現(xiàn)外表和近外表裂紋的缺陷外，還可從外部發(fā)現(xiàn)工件內(nèi)部的腐蝕坑等缺陷，而且不需要對工件外表進(jìn)行打磨處理，適用于工件 在線檢測。而工件在線檢測是目前用戶最急需的方法，它可以減少不必要的停車，降低檢驗(yàn)本錢。另外，漏磁檢測還能對缺陷深度和長度等進(jìn)行定量。雖然目前在 工件檢測中，漏磁檢測技術(shù)的應(yīng)用較少，但它具有磁粉檢測所不具備的優(yōu)點(diǎn)，所 以其應(yīng)用前景非常廣闊。2漏磁檢測的原理及特點(diǎn)利用勵磁源對被檢工件進(jìn)行局部磁化，假設(shè)被測工件外表光滑，內(nèi)部沒有缺陷，磁通將全部通過被測工件；假設(shè)材料外表或近外表存

3、在缺陷時，會導(dǎo)致缺陷處及其探頭圖1漏磁檢測原理圖附近區(qū)域磁導(dǎo)率降低，磁阻增加，從而使缺陷附近的磁場發(fā)生畸變圖1，此時磁通的形式分為三局部，即大局部磁通在工件內(nèi)部繞過缺陷。 少局部磁通 穿過缺陷。還有局部磁通離開工件的上、下外表經(jīng)空氣繞過缺陷 z1。第3局部即為漏磁通， 可通過傳感器檢測到。對檢測到的漏磁信號進(jìn)行去噪、分析和顯 示，就可以建立漏磁場和缺陷的量化關(guān)系，到達(dá)無損檢測和評價的目的。由于漏磁檢測是用磁傳感器檢測缺陷，相對于磁粉、滲透等方法，有以下優(yōu)占：八、？(1) 易于實(shí)現(xiàn)自動化漏磁檢測方法是由傳感器獲取信號，然后由軟件判斷有無缺陷，因此非常適合于組成自動檢測系統(tǒng)。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，漏磁檢

4、測被大量 應(yīng)用于鋼坯、鋼棒、鋼管的自動化檢測；(2) 較高的檢測可靠性漏磁檢測一般采用計(jì)算機(jī)自動進(jìn)行缺陷的判斷和報(bào)警，減少了人為因素的影響；(3) 可實(shí)現(xiàn)缺陷的初步定量缺陷的漏磁信號與缺陷形狀尺寸具有一定的對應(yīng)關(guān)系，從而可實(shí)現(xiàn)對缺陷的初步量化，這個量化不僅可實(shí)現(xiàn)缺陷的有無判斷，還 可對缺陷的危害程度進(jìn)行初步評價；(4) 高效能、無污染采用傳感器獲取信號，檢測速度快且無任何污染。漏磁檢測的缺點(diǎn)除了跟磁粉檢測相似外， 還由于檢測傳感器不可能象磁粉一 樣緊 貼被檢測外表，不可防止地存在一定的提離值，從而降低了檢測靈敏度；另一方面，由于采用傳感器檢測漏磁場，不適合檢測形狀復(fù)雜的試件。對形狀復(fù)雜的工件，

5、需要有與其形狀匹配的檢測器件。3.磁化原理在漏磁通檢測中，鐵磁材料的磁化狀態(tài)對缺陷檢測靈敏度有很大影響，為檢測外表缺陷，一般將鐵磁材料磁化到臨近飽和狀態(tài)。判斷鐵磁材料是否到達(dá)該狀 態(tài)，通常依據(jù)鐵磁材料無缺陷時，反映鐵磁材料內(nèi)察磁性質(zhì)的初始磁化曲線。當(dāng) 鐵磁材料中存在缺陷時，其在一定外磁化場下的磁化狀態(tài)受缺陷尺寸影響，鐵磁材料內(nèi)部磁化強(qiáng)度分布不均勻。依據(jù)初始磁化曲線，要使鐵磁材料到達(dá)臨近磁飽和狀態(tài)，一般要求磁化裝置具有很強(qiáng)的磁化能力，磁化裝置體大質(zhì)重，不利于管材或板材等的在役檢測。在實(shí)際檢測中，重要的是檢側(cè)到有危害性的較深缺陷，而對較深缺陷的檢測，鐵磁材料不必到達(dá)均勻的臨近飽和磁化狀態(tài)，已可獲得

6、較 高的檢測靈敏度，對磁化裝置的磁化能力要求可降低，減小磁化裝置的體積和重量，有利于磁化裝置運(yùn)動而工件固定的檢測場合。 研究含缺陷的鐵磁材料中的磁 化狀態(tài)與鐵磁材料的內(nèi)稟 磁性質(zhì)及缺陷的關(guān)系， 有助于確定實(shí)際檢測中所需的磁 化場強(qiáng)度。3.1磁偶極子模型中的磁荷密度 按照磁荷理論，在被磁化的鐵磁材料外表有一矩形槽 時，由于鐵磁材料磁連續(xù)性在矩形槽處被破壞，而在其上會出現(xiàn)磁荷分布。嚴(yán)格來說，磁荷應(yīng)分布在鐵磁材料的所有內(nèi)外外表，但是，由實(shí)驗(yàn)測得的矩形槽中磁場分布和矩形槽外的漏磁場分布川可認(rèn)為磁荷集中分布在矩形槽的兩個側(cè)面上 (圖2)。在磁偶極子模型中，4/2+AIflAZ7H圖2鐵磁材料中矩形槽和磁

7、路的幾何尺寸磁荷密度被作為一個實(shí)驗(yàn)參數(shù)或在一定條件下作為歸一化常數(shù)。 實(shí)際上，磁偶極 子模型中的磁荷密度應(yīng)當(dāng)是矩形槽的深度h和寬度2b、含矩形槽的鐵磁材料的(1)相對磁導(dǎo)率 必、鐵磁材料中磁路長度I和鐵磁材料厚度d以及外磁化場強(qiáng)度H的函數(shù)， 即. -、小； -:由于有磁荷分布在矩形槽側(cè)面上，在矩形槽附近會產(chǎn)生一附加磁場H'，該附加磁場對矩形槽附近鐵磁材料的影響不同于磁化鐵磁棒兩端磁荷形成的退磁 場對鐵磁棒的影響。附加磁場H'相似于一對帶電平行板形成的電場，矩形槽兩個側(cè)面上的正負(fù)磁荷產(chǎn)生的磁場在矩形槽兩個側(cè)面之間相互加強(qiáng)，在兩個側(cè)面外側(cè)那么相互削弱，附加磁場 H'幾乎不影

8、響矩形槽兩個側(cè)面外側(cè)鐵磁材料的磁化狀態(tài)。附加磁場H'的漏磁區(qū)主要分布在矩形槽下側(cè)，僅矩形槽下側(cè)附近鐵磁材料的磁化狀態(tài)受附加磁場H'影響。簡而言之，附加磁場 H'主要分布在矩形槽兩 個側(cè)面之間和矩形 槽附近的漏磁區(qū)域。因此，可引人兩個相對磁導(dǎo)率來描述鐵磁 材料中不同區(qū)域的磁化 狀態(tài)。有效磁導(dǎo)率pre 作為鐵磁材料的內(nèi)稟磁導(dǎo)率 " 、鐵磁材料的厚度d、鐵磁材料中磁路長度1以及矩形槽深度h和寬度2b的函數(shù)，即表示遠(yuǎn)離附加磁場H'的漏磁區(qū)的鐵磁材料的有效相對磁導(dǎo)率。平均磁導(dǎo)率產(chǎn)？由矩形槽下側(cè)鐵磁材料中的平均附加磁場 H'a、外磁化場強(qiáng)度H和鐵磁材料的初

9、始 磁化曲線 決定，表示矩形槽下側(cè)鐵磁材料的平均相對磁導(dǎo)率。由于初始磁化曲線是非線性的，平均磁導(dǎo)率產(chǎn)。和內(nèi)稟磁導(dǎo)率p一樣，是關(guān)于外磁化場強(qiáng)度 H的非線性函數(shù)。由于附加磁場 H'主要分布在矩形槽附近，且鐵磁材料有高導(dǎo)磁性，在遠(yuǎn)離矩形槽的區(qū)域中，鐵磁材料僅被外磁化場H磁化，外磁化場H引起的磁通中均勻地聚集在鐵磁材料中，因此式中 z沿矩形槽延伸的z方向的長度Q- 真空磁導(dǎo)率考慮到磁通的連續(xù)性，磁通 等于流過圖1所示yoz平面的磁通cvoz，即一 z(4)在yoz平面上，磁通等于外磁化場 H和附加磁場H'引起的磁通之和。磁通 的一部 分被矩形槽截?cái)?，形成附加磁場H'引起的磁通，

10、并分布在整個 yoz平面上；另一局部均勻分布在位于-A< zv +汽_dv yv-h的鐵磁材料中?？紤]到矩形槽 沿z方向 無限延伸，在yoz平面上的磁場H僅有x方向分量，且在z方向均勻分 布。所以，磁 通yoz為e牛=切円十J :嚴(yán)心“耐？日十円'Jay十* (5)式中 pra yoz 平面上鐵磁材料的平均磁導(dǎo)率根據(jù)磁偶極子模型，在yoz平面上附加磁場H'的x分量為將式(6)代入式，積分得空叫二旳戶址H h > -卜右占rACt K合8)其中由式,(4)和(7)得磁荷密度"H 】=NB*(式中Be外磁化場為H時含矩形槽2鐵磁材料十的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度而N =務(wù)

11、 + 瓷(1 f 務(wù))口 + 5 ya由yoz平面上位于-°< ZV + X, -d v y V-h區(qū)域的平均磁場H + H'ra和鐵磁材料外磁化場強(qiáng)度H + 億-(1 +RH(1(32)(11)其中(14)式(9)給出了磁荷密度P ml 與含矩形槽鐵磁材料的有效磁導(dǎo)率H或有效磁感應(yīng)強(qiáng)度Be、鐵磁材料厚度d鐵磁材料中磁路長度I以及矩形槽深Pre、度h和寬度2b的函數(shù)關(guān)系3.2有效磁導(dǎo)率pe和平均磁導(dǎo)率pra在鐵磁材料 中磁路的(1-2b)段的磁阻為RLz=A在矩形槽中磁路2b段的磁阻為按照磁路定理，鐵磁材料中磁路的 1段上的磁位降HI =+購？詁的初始磁化曲線確定。式(

12、5)中的第二項(xiàng)積分除得平均磁場H'沿x方向是均勻的,式中§ 矩形槽中的磁通按照矩形槽的磁偶極子模型，在矩形楷中的附加磁場因此，矩形槽中的磁通就是流過矩形槽中 yoz 平面的磁通即如 Ffjdy將式(8)代人式，式(5)代人上式，積分得A<0Hd>"鑒(I 噸 y-ilnf-(T)其中將式,(13),(14)和(16)代人式(15),得由于g是pre的函數(shù)，式(18)不能表示 歸與其它變量的解析函數(shù)關(guān)系。3可通過迭代計(jì)算得到，首先假設(shè)pe=戶二p, p可根據(jù)外磁化場強(qiáng)度H由初始磁化曲線算出，將(12)和(17),計(jì)算出N, p和g;再將g代人式(18),算

13、出有效磁導(dǎo)率pre,同時將p代人式(11),算出平均磁場H十H'xa ；再將H十H'xa代人 初始磁化曲線，算出平均磁導(dǎo)率pa ；重復(fù)上述計(jì)算，直到pe和pa趨于穩(wěn)定。一旦有效磁導(dǎo)率pe確定，有效磁感應(yīng)強(qiáng)度Be也就確定。式(18)描述了鐵磁 材料 有效磁導(dǎo)率pe與矩形槽幾何尺寸、鐵磁材料內(nèi)稟磁性質(zhì)以及鐵磁材料中磁路的幾何尺寸和外磁化場強(qiáng)度的關(guān)系。3.3磁隙中磁場和鐵磁材料的有效磁導(dǎo)率pe當(dāng)矩形槽的深度等于鐵磁材料的厚度時，矩形槽變成一磁隙。此時，N=1，代入式(9)得如果h?b, y=-h/2，按照式(6),磁隙中的磁場宴p ml= p peH代人上式，得磁隙中的這就是用磁荷理

14、論導(dǎo)出的磁隙中的磁場。將 磁場Hg與外磁化場強(qiáng)度H的關(guān)系即磁隙和鐵磁材料中的磁場滿足的磁場邊界條件。由于磁隙的存在，鐵磁材料不 能到達(dá)在外磁化場強(qiáng)度為H時的磁化狀態(tài)，有效磁導(dǎo)率 pe不能到達(dá)在外磁化場 強(qiáng)度為 H時的內(nèi)稟磁導(dǎo)率p。將N=1和h?b代人式(17)，得g-1;再將g科代人式(18)，得鐵宀1 卜(片1)磁材料中有一磁隙時鐵磁材料的有效磁導(dǎo)率該式就是熟知的含磁隙磁環(huán)的有效磁導(dǎo)率公式。所以，式 (9)和(18) 在延伸到磁隙的情形是正確的。3.4 矩形槽對有效磁導(dǎo)率 jre 和平均磁導(dǎo)率 Jra 的影響按照式 18，有效磁導(dǎo)率 心與矩形槽有關(guān)。由于存在矩形槽，鐵磁材料中 磁 路的磁阻增

15、加，因此，當(dāng)矩形槽不深時，有效磁導(dǎo)率 阻略小于內(nèi)稟磁導(dǎo)率 當(dāng)矩形槽 的深度接近鐵磁材料厚度時，有效磁導(dǎo)率 歸明顯小于內(nèi)稟磁導(dǎo)率 “， 在磁路長度 I 很小時更加明顯。由于矩形槽的磁阻比其周圍鐵磁材料的大，矩形 槽會 阻礙磁通。當(dāng)鐵磁材料外表存在矩形槽時，磁通被矩形槽阻礙而轉(zhuǎn)人矩形槽 下側(cè)的鐵 磁材料中，引起該處的磁導(dǎo)率發(fā)生變化。按照式 11 ,矩形槽下側(cè)的鐵磁材料中的平均磁場與矩形槽有關(guān)。 當(dāng)矩形槽的深度 h 較小時，矩形槽下側(cè)的鐵 磁 材料到達(dá)磁飽和前，其平均磁導(dǎo)率 pra 略大于相應(yīng)外磁化場下的內(nèi)稟磁導(dǎo)率 pr矩形槽下側(cè)的鐵磁材料到達(dá)磁飽和后，那么略小于相應(yīng)外磁化場下的內(nèi)稟磁導(dǎo)率P。當(dāng)矩形

16、槽的深度接近鐵磁材料的厚度時，雖然外磁化場低于使鐵磁材料達(dá)到磁飽和的強(qiáng)度， 矩形槽下側(cè)的鐵磁材料已超過磁飽和狀態(tài)，其平均磁導(dǎo)率Pa已大大低于相應(yīng)外磁化場下的內(nèi)稟磁導(dǎo)率Pr，磁通大量地從鐵磁材料中漏出。按照上述迭代計(jì)算有效磁導(dǎo)率 pre和平均磁導(dǎo)率pa的方法，對磁路長度1和 鐵磁 材料厚度 d 分別為 110mm 和 10mm 的 45 鋼，假設(shè)其外表上有寬度 2b=0.13mm 的無 限長矩形槽，計(jì)算不同的矩形槽深度h時有效磁導(dǎo)率pre和平均磁導(dǎo)率pa隨外磁化場強(qiáng)度H的變化，圖3為其計(jì)算結(jié)果。圖3a-c分別表示矩形槽深度h為0.2、 5.0和9. 8mm時，內(nèi)稟磁導(dǎo)率p、有效磁導(dǎo)率p和平均磁導(dǎo)

17、率p隨外磁化場強(qiáng)度H 的變化。有效磁導(dǎo)率pre總是小于內(nèi)稟磁導(dǎo)率pr,且隨矩形槽深度h的增加而下降，有 效磁導(dǎo)率pre和內(nèi)稟磁導(dǎo)率P.的最大值對應(yīng)的外磁化場強(qiáng)度H相同；與有效磁導(dǎo)率pe相比，平均磁導(dǎo)率pra的最大值與內(nèi)稟磁導(dǎo)率pr的相同，但對應(yīng)的外磁化場強(qiáng)度 H小, 這意味著，矩形槽下方鐵磁材料比遠(yuǎn)離矩形槽區(qū) 域的鐵磁材料更易到達(dá)磁飽和，且隨 矩形槽深度h 的增加更加明顯。2001501005U02b03 nimA=5-0 mm200 1150100I50 .o0255075100H/xlQ認(rèn)曲<b)o255075100e圖2磁導(dǎo)率隨外磁化場的變化3.5外磁化場強(qiáng)度H對磁荷密度p ml的

18、影響在磁偶極子模型中，僅有磁荷密度p ml 與外磁化場強(qiáng)度H有關(guān)，它隨外磁化場強(qiáng)度H的變化可反映漏磁通隨外磁化場強(qiáng)度H的變化。對磁路長度1和鐵 磁材料厚度d分別為110和10mm的45鋼，假設(shè)其外表上有寬度2bA0. 13mm的無限長矩形 槽，根據(jù)式9及上述關(guān)于有效磁導(dǎo)率代、和平均磁導(dǎo)率孑的迭代計(jì)算，磁荷密度pmi隨外磁化場強(qiáng)度H和有效磁感應(yīng)強(qiáng)度Be變化圖4。當(dāng)矩形槽深度h為鐵磁材料 厚度d的98%時，磁荷密度p mi根本上正比于有效磁感 應(yīng)強(qiáng)度Be 圖4b;磁荷密度 P mi隨外磁化場強(qiáng)度H的變化曲線與鐵磁材料的B-H曲線相似圖4a。當(dāng)矩形槽深 度h為鐵磁材料厚度d的2%時，磁荷密度p mi

19、近似正比于外磁化場強(qiáng)度 H 圖4a;磁荷密度p mi隨有效磁感應(yīng)強(qiáng)度Be的變化曲 線與 鐵磁材料的H-B曲線相似圖4b。雖然磁荷密度p mi隨外磁化場強(qiáng)度H和有效磁 感應(yīng)強(qiáng)度Be的變化趨勢不同，但都受鐵磁材料的初始磁化曲線控制。在恒外磁化場強(qiáng)度H和恒有效磁感應(yīng)強(qiáng)度Be下磁化，漏磁通隨矩形槽尺寸的變化是相似的。0 100 200/Z/X1OJA m-»(a)0L5IL5b>圖3磁荷密度隨外磁化場和有效磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化矩形槽會影響鐵磁材料的磁化狀態(tài)，這一影響在鐵磁材料中是不均勻的，鐵 磁材料的初始磁化曲線已不能簡單地用于描述鐵磁材料的磁化狀態(tài)，有效磁導(dǎo)率和平均磁導(dǎo)率被引人來描述鐵磁

20、材料中不同區(qū)域的磁化狀態(tài)。當(dāng)平均磁導(dǎo)率超過鐵磁材料的最大內(nèi)察磁導(dǎo)率時，矩形槽下側(cè)的鐵磁材料已到達(dá)飽和磁化狀態(tài)，漏磁通會明顯增加。對于深矩形槽，較小的外磁化場就能使矩形槽下側(cè)的鐵磁材料到達(dá)飽和磁化狀態(tài)，但對于淺矩形槽，那么需要較大的外磁化場。矩形槽下側(cè)的鐵磁材料到達(dá)飽和磁化，是保證矩形槽檢測靈敏度的根本條件。按照式18，內(nèi)稟磁導(dǎo)率越高，有效磁導(dǎo)率越大，而有效磁感應(yīng)強(qiáng)度正比于有效磁導(dǎo)率， 那么有效磁感應(yīng)強(qiáng)度也越大。在同一外磁化場下， 內(nèi)稟磁導(dǎo)率高的鐵 磁材 料，有效磁感應(yīng)強(qiáng)度就大， 對于深矩形槽， 磁荷密度正比于有效磁感應(yīng)強(qiáng)度， 因而， 內(nèi)稟磁導(dǎo)率越高，漏磁通也越大。但是，對于淺矩形槽，由于磁荷密

21、度正 比于外磁化 場， 內(nèi)稟磁導(dǎo)率對漏磁通的影響就不同于深矩形槽的情形， 恒外磁化 場磁化時，內(nèi) 稟磁導(dǎo)率對漏磁通的影響很小 ;恒有效磁感應(yīng)強(qiáng)度磁化時，內(nèi)稟磁 導(dǎo)率越高，外磁化場 越小，因而， 漏磁通越小。因此，選擇恒外磁化場或恒有 效磁感應(yīng)強(qiáng)度磁化， 其強(qiáng) 度的選擇取決于鐵磁材料的內(nèi)稟磁性質(zhì)和需要的檢測靈 敏度。為使淺缺陷探測到達(dá)高 靈敏度，應(yīng)選恒外磁化場磁化；對深缺陷的探測， 不需要很高的靈敏度，可選恒有效 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁化。含外表缺陷的鐵磁材料的磁化狀態(tài)與鐵磁材料的內(nèi)稟磁性質(zhì)以及鐵磁材料 中磁路 和缺陷的幾何尺寸有關(guān)； 外表缺陷對磁化狀態(tài)的影響， 在鐵磁材料中是不 均勻的； 缺陷下部的鐵磁

22、材料到達(dá)飽和磁化， 是保證缺陷檢測靈敏度的根本條件； 磁荷密度是 鐵磁材料的內(nèi)稟磁性質(zhì)、 外磁化場強(qiáng)度以及鐵磁材料中磁路和缺陷幾 何尺寸的函數(shù)， 磁荷密度隨外磁化場強(qiáng)度和有效磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化趨勢不同， 但 都受鐵磁材料的初始 磁化曲線控制 ;磁化條件的選擇取決于鐵磁材料的內(nèi)稟磁性 質(zhì)和所需的檢測靈敏度，對 較深缺陷的檢測，可選擇恒有效磁感應(yīng)強(qiáng)度磁化。 4漏磁檢測儀器4.1 磁化方式在原理上，漏磁檢測和磁粉檢測根本相同， 但是由于拾取漏磁場的傳感器由 微小 的磁粉變?yōu)榇琶羝骷?，使得漏磁檢測相對于磁粉探傷又有很大的不同， 例 如磁化方式 直流磁化 包括永磁體磁化 和交流磁化是兩種根本的磁化方式。

23、當(dāng) 磁化場為直流 場時，漏磁場是一個不隨時間變化的量，當(dāng)檢測的靈敏度足夠時， 總能檢測到漏磁場 的存在， 而且從理論上講重復(fù)性較好。 直流磁化對電流源的要 求較高， 鼓勵電流一 般為幾安培至上百安培， 電氣設(shè)備相對復(fù)雜。 隨著新型高性 能稀土永磁材料的出現(xiàn)， 人們開始應(yīng)用稀土永磁材料設(shè)計(jì)出重量輕、 體積小的勵 磁機(jī)構(gòu)，但另一方面，其磁化 強(qiáng)度不可調(diào)，并且移動不便。當(dāng)磁化場是交變場時， 檢測的結(jié)果和時間有關(guān)， 由于缺陷存在的不確定性， 使 得傳感器檢測到缺陷的時間是隨機(jī)的， 這就使得對于同樣的缺陷， 在磁化周期 內(nèi)不 同的時間檢測得到的結(jié)果不相同。 這時采用交流 50 Hz 作為磁化電流不但無

24、法得到 缺陷的完整信息， 更嚴(yán)重的是使得檢測的可靠性變差。 所以，對于漏磁檢 測來說， 為了充分采集到缺陷的信號及其頻譜，交流磁化的頻率一般為 1kHz 以 上。近年來， 隨著對漏磁場檢測技術(shù)的研究不斷深入， 在交流磁化的根底上， 在 很 多場合使用低頻磁化技術(shù)。 利用低頻磁化滲透深度大的特點(diǎn)， 可使檢測厚度增 大。 信號提取時只提取相位信號，用于測量工件厚度的變化，可靠性很高。另一種新開展起來的磁化技術(shù)是脈沖磁化。 磁化電流是脈沖電流， 不管采用 那 種脈沖方波或尖脈沖形式，它們都不是單頻波，在其基頻附近存在一個頻 帶。或 者說， 任一脈沖波均可看作是許多單頻波的疊加合成。 這種磁化技術(shù)既可

25、 獲得充分 的磁化效果， 又對雜散信號有一定的抑制作用， 同時可以縮小磁化裝置 的體積和重 量。4.2 傳感器選擇當(dāng)前的漏磁檢測儀器中， 漏磁場檢測所用的傳感器主要是霍爾器件。 其優(yōu)點(diǎn) 是 有較寬的響應(yīng)頻帶， 測量范圍大、 體積小， 對壓力容器中缺陷產(chǎn)生的非均勻漏 磁場的測量很適宜。 溫度性能穩(wěn)定， 有利于設(shè)備的現(xiàn)場檢測。 近年來隨著半導(dǎo)體 技 術(shù)的開展， 霍爾器件的靈敏度也大大提高， 使漏磁檢測的可靠性和檢出力也顯漏磁信號的提取也可以根據(jù)需要采用其他傳感器， 如電感線圈、磁敏二極管、 磁 敏電阻等， 還可以采用磁帶作為中間記錄載體， 將缺陷信息記錄下來， 再用一 個陣 列磁頭讀取磁帶上的信息

26、。在任何情況下， 相鄰排列的兩個探頭之間的距離應(yīng)該較小， 確保探頭的探測 范 圍沒有間隙。 如果為了消除噪聲信號而使用了差動線圈探頭， 那么在排列時應(yīng) 該考 慮實(shí)際的情況：穿過該列探頭的漏磁場可能被擴(kuò)大到了 3-4 倍的腐蝕坑直 徑，而且僅 存在沿掃描方向的腐蝕坑直徑附近。在給定的漏磁場中， 線圈探頭中產(chǎn)生電勢信號與磁力線切線方向的速率呈一定的 函數(shù) 關(guān)系。 線圈和掃描儀前進(jìn)速度呈數(shù)字變化函數(shù)關(guān)系。 因此，在設(shè)備設(shè)計(jì)時應(yīng) 考慮到 線圈類型探頭的速度敏感性。 線圈比一些霍爾效應(yīng)元件對提離變化更加靈 敏。線圈探 頭的一個獨(dú)特優(yōu)勢是掃描儀在加速和減速狀態(tài)下產(chǎn)生的強(qiáng)渦流對其的 影響低于對霍爾 效應(yīng)元件

27、探頭的影響。在原理上， 霍爾效應(yīng)元件探頭對速度變化具有較低的敏感性， 如果用濾波進(jìn) 行 信號處理， 用以消除低頻和高頻的偽信號， 那么要對通過上下限幅器的波段設(shè)置 一些 速度變化的限制條件。 當(dāng)這些裝置用于發(fā)現(xiàn)漏磁場水平方向分量時， 相對來 說，它 們對上面所提到的渦流信號不敏感， 但像線圈探頭， 對提離變化是相當(dāng)敏 感的。當(dāng) 用于發(fā)現(xiàn)漏磁場垂直方向分量時， 它們對提離變化不太靈敏， 但對渦流 信號非常敏 感。 然而，這種裝置的一個優(yōu)點(diǎn)是在探測器套和測試面間有一個很大 的可以調(diào)節(jié)的空 間， 從而減少了探測器套的磨損， 探測器套也可去除一些外表疵 點(diǎn)，如焊接飛濺。4.3 通道設(shè)計(jì)通常采用多通道設(shè)

28、計(jì)， 增加檢測傳感器的數(shù)量， 擴(kuò)大檢測區(qū)域， 以提高檢測 效 率。4.4 漏磁信號處理由于從漏磁場得到的信號相對較小， 因此信號需要放大。 它們也需要與不想 要 的噪聲區(qū)別對待。 通過濾波器波段排除低頻 渦流和高頻 振動 噪聲。所有的 殘留噪聲能被設(shè)置的缺陷檢測閥值電路計(jì)算， 或者在探測的動態(tài)顯示情況下， 通 過 操作者來評估總體的噪聲水平 。在漏磁檢測中，被檢外表的粗糙不平、儀器移動時的振動、工頻噪聲、空間 電磁 噪聲、 電路噪聲等都不可防止地干擾檢測結(jié)果。 漏磁檢測儀一般都要求采取 信號處 理手段去除這些噪聲的干擾， 以獲取真實(shí)原始漏磁信號的信息。 通常使用 的方法有 差動放大、數(shù)字濾波、

29、譜分析和小波分析等。5漏磁檢測的應(yīng)用漏磁檢測技術(shù)越來越多地應(yīng)用到各種場合下的鐵磁性材料的缺陷檢測， 國內(nèi) 應(yīng)用 較多的有以下幾個方向。5.1 儲罐底板的檢測儲罐是油庫、 港口和石油化工存儲液體原料的重要設(shè)備之一。 罐底板位于儲 罐 的最底層， 上外表接觸含水的存儲介質(zhì)， 下外表與罐根底接觸， 是儲罐腐蝕的 主要 區(qū)域， 因此罐底板腐蝕狀態(tài)定期檢測顯得特別重要川。 漏磁檢測技術(shù)能對整 個儲罐 底板腐蝕狀況作出評價， 且檢測效率高、 勞動強(qiáng)度低。 目前國內(nèi)已有多家檢測單位購置了國外多通道儲罐底板腐蝕掃查器， 國內(nèi)也有一些高校和無損檢測 儀器 廠商開發(fā)了此類漏磁檢測裝置。當(dāng)?shù)装逋繉雍穸?6mm 時，

30、這些儀器可以發(fā) 現(xiàn) 10% 板厚的腐蝕坑。5.1.1 掃查外表?xiàng)l件掃查外表應(yīng)干凈并去除雜物 特別是從儲罐頂落下的腐蝕物 。外表粗糙度可 能 導(dǎo)致振動噪聲， 掃描時需要設(shè)置相對高的閥值 降低了缺陷檢出靈敏度 。在具 有 較薄的塑料覆蓋層 大約 1mm 外表掃描時也能降低靈敏度。其它不規(guī)那么部位， 如被 磨平的焊接飛濺或返修焊縫部位將有很大的偽指示信號。這些信號也需儲 存，因?yàn)槁?磁檢測 MFL 方法不能區(qū)分是掃查外表的腐蝕坑顯示還是這些細(xì)微部分的顯示，但相對材料壁厚 50 嫁的缺陷或更深的缺陷，漏磁檢測 MFL 方法對 這些具體的外表 腐蝕坑具有較高的靈敏度。5.1.2 掃查外表的覆蓋層MFL

31、的一個主要的優(yōu)點(diǎn)是能在相當(dāng)厚度的外表覆蓋層上掃查并能保持合理 的靈敏 度。在 6.32mm 厚的底板上，在玻璃纖維覆蓋層厚達(dá) 6mm 的情況下， MFL 能夠進(jìn)行檢 測，能夠檢出 20壁厚減薄部位。5.1.3 清潔程度相對于 UT ,地板外表的條件對 MFL 的影響較小，但較厚肋骨標(biāo)尺能產(chǎn)生偽 信號， 腐蝕物聚集到磁極能通過探頭產(chǎn)生破裂的偽信號。 去除外表雜物并用水沖 洗外表就足 夠了。5.1.4 腐蝕坑深度在距上述條件外表一定距離時， 腐蝕坑的深度是影響漏磁信號振幅的一個主 要因 素。腐蝕坑的體積和形狀也能影響該信號的振幅，這將在本文的后面討論。 但在給定 的條件下， 漏磁場信號的振幅能用來

32、評定壁厚損失的百分比從而減少了 需要的復(fù)查量。5.1.5 腐蝕坑體積 在其它地方曾論述了腐蝕坑的體積是影響信號振幅最重要的因素， 這是對MFL 檢出的缺陷結(jié)果不能定量的原因。由于這些論點(diǎn)的論述單調(diào)，我們決定在真 正的 腐蝕缺陷上借助技術(shù)模型和一些經(jīng)驗(yàn)性的嘗試， 深入的研究腐蝕坑的體積和 深度對振 幅的影響。制作了一系列設(shè)定深度和不同體積的腐蝕坑模型。在板厚6.35mm 40% 50唏口 60%! 厚深的條件下，腐蝕坑的體積和磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化關(guān)系曲線如圖 11 所示。它說明了腐蝕坑體積增減時對信號振幅大小的影響。因此 建議：對于典型儲罐的 "錐型 "和"湖型&quo

33、t;腐蝕坑，單獨(dú)使用 MFL 能合理準(zhǔn)確的檢測 出嚴(yán)重的"復(fù)合"腐蝕。然而， "柱型 "腐蝕坑，例如硫化物 SRB 腐蝕，可能會得 到不準(zhǔn)確的結(jié)果，因?yàn)樵趫D 11 中， " 柱型 "腐蝕坑的體積對應(yīng)的曲線局部聚集在 一起。5.1.6 腐蝕坑形狀 制作試板時，人們普遍選擇機(jī)械加工簡單形狀模擬缺陷，如鉆平底 孔 借助于超聲波試板制作方法 或簡單的錐形槽。腐蝕坑的形狀對漏磁場的影響是顯而 易見 的。從其剖面看， 由于腐蝕坑通常是以某種方式呈 "梯形 "開展，出于標(biāo)樣目 的，我們 使用了如圖 12 人工模擬梯形缺陷形狀。

34、上述經(jīng)驗(yàn)所示的經(jīng)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng) 被用來校準(zhǔn) MFL 的應(yīng)用系統(tǒng)。5.1.7 MFL 檢出坑狀腐蝕可能性在一定條件下， MFL 方法檢出缺陷的概率是相當(dāng)高的。訓(xùn)練有素且盡責(zé)的操 作者 使用維護(hù)良好的設(shè)備在干凈、無坑洼的外表檢測時，壁厚至 10mm 材料、減 薄 20%有時低于 10% 能夠被準(zhǔn)確的檢出。在不太干凈的外表檢測，壁厚至 13mm 減薄 40% 能被檢出。在上述條件內(nèi)， MFL 能以 0.5m/s 的速度掃查，一次掃查寬度 150mn 至 450mm 與 UT 相比，外表?xiàng)l件對 MFL 的影響較小，大局部漏磁檢測系統(tǒng) 很少要求 操作者步步跟隨操作。5.2 電站鍋爐水冷壁腐蝕檢測低頻電磁檢測技術(shù)LFET 已經(jīng)被成功地用來檢測隱蔽的腐蝕。如火力發(fā)電站的水冷壁內(nèi)壁腐蝕、石油化工的管道、容器的罐底腐蝕等，以TS-2000低頻電磁檢測系統(tǒng)為代表的新一代鋼管內(nèi)壁腐蝕檢測技術(shù)，能夠高效、快速的探測或測量鋼管的腐蝕減薄。檢測系統(tǒng)如圖1所示。圖4 TS-2000多通道系統(tǒng)TS-2000系統(tǒng)是目前為止最具創(chuàng)新意義的 O.D.掃描系統(tǒng)和方法，它用于水冷壁、過熱器/再熱器/省煤器和其他管