Page 96 - 无损检测2021年第二期

冯 搏, 等:

高速漏磁检测方法的发展

了深入的研究, 研究内容主要集中在以下几个方面: 新的检测需求要求漏磁检测速度不断提升, 在

① 基于磁偶极子模型和有限元法的缺陷漏磁场理 漏磁检测中, 当工件和直流磁化器的相对运动速度

论分析与建模; ② 漏磁场的激励方法与漏磁信号的 大于 3m · s 时, 即认为是高速漏磁检测。在检测
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传感方法; ③ 缺陷尺寸、 提离距离、 磁化强度和检测 速度提升的同时, 更多复杂的电磁效应也凸显出来,
速度等参数对漏磁信号的影响规律; ④ 漏磁信号的 制约着检测速度的进一步提高。在前期的研究与实

反演与定量评估。在上述研究的基础上, 漏磁检测 践中发现, 漏磁检测速度的提升将导致检测信号的
理论与应用体系已基本建立。 畸变, 严重影响信号的一致性, 甚至 导致漏检。因
随着当代科技的迅速发展, 生产技术的变革与 此, 需要对高速漏磁检测时的电磁效应与动态磁化
应用环境的变化对漏磁检测提出了许多新的挑战, 机理进行深入分析, 探究制约漏磁速度提升的根本
在新需求的驱动下, 漏磁检测方法与技术都取得了 原因, 进而提出相应的解决方法, 突破现有漏磁检测
一些新的研究成果。对此, 针对需求驱动下的漏磁 方法的速度瓶颈。
检测发展进行综述, 主要对速度驱动下的漏磁检测
2 磁化滞后效应对高速漏磁检测的影响
方法的发展进行总结。
2.1 高速漏磁检测中的磁化滞后效应
1 高速度驱动下的需求与挑战
磁偶极子理论和漏磁试验结果都表明, 缺陷漏

GB / T19830-2005 标准规定钢管在出厂前必 磁场的大小与试件的磁化强度呈正相关 [ 13 ] , 因此试
须进行全面检测。对于铁磁性材料的检测, 漏磁检 件中磁场的建立是漏磁检测的前提。磁化过程是一
测法具有效率高、 能同时检测内外缺陷和无需耦合 个暂态响应的过程, 根据楞次定律, 钢材外部磁场发
剂等优势, 因此钢管出厂前主要采用漏磁检测法进 生突变时, 其内部会形成涡流, 并产生反向磁场阻碍
行检测。为了避免钢管堆积, 保证生产的钢管能及 内部磁场的建立, 磁化滞后效应如图 1 所示( 图中t
时出厂, 一般直接将漏磁检测作为钢管生产线中的 为时间, H 为磁场强度), 当激励磁场在t 0 时刻发
最后一道工序, 做到生产的同时进行在线检测。随 生突变时, 试件中的磁场经过一定的响应时间以后
着钢管生产效率的提升, 钢管在生产线上的运行速 才能达到稳定状态, 该效应被称为磁化滞后效应。
度也逐渐 增 大, 热 轧 钢 管 在 经 过 冷 床 后 速 度 大 于 在高速检测时, 试件高速通过磁化器产生的磁场区

3m · s , 在定径阶段速度高达 8~18m · s 。常规 域, 其内部磁场还未达到稳定状态就已离开检测区

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漏磁检测方法的研究集中在低速和静态阶段, 面对生 域, 导致漏磁检测信号产生畸变。
产速度的提升, 必须对高速漏磁检测进行更多研究。
漏磁法也可用于钢轨检测 [ 10 ] , 通常将检测设备
固定在检测车厢上, 在列车的牵引下沿铁路运动完
成扫查。在“ 高铁走出国门” 的战略部署下, 国内高
铁网络里程数快速增加, 高铁技术也得到迅猛发展,

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目前已投 入 使 用 的 高 铁 运 行 时 速 高 达 80m · s 。
在这样的速度下进行检测对漏磁法提出了 新的挑 图 1 磁化滞后效应示意
战。另外, 漏磁法也被用于矿井提升钢丝绳和电梯 为了得到磁化滞后效应的具体响应时间, 针对钢
钢丝绳的检测 [ 11-12 ] , 目前高速钢丝绳的运行速度高 棒和钢管建立了如图 2 所示的理论计算模型。通过
达 8~20 m · s , 也 对 漏 磁 检 测 提 出 了 新 的 速 度 求解麦克斯韦方程, 得到单匝线圈正弦激励时钢棒和

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需求。 钢管内的轴向磁场 [ 14-15 ] , 分别如式( 1 ),( 2 ) 所示。
∞
I K 1 αr 0 I 0 αR ) K 1 αR ) I 1 αR ) K 0 αR )] I 0 β r ) cos ( αz )
)[ (
(
(
+
(
(
(
β
(
H bar r , z ) = dα ( 1 )
( ) ( ) ( ) ( )][ αK 0 αR ) I 1 β R ) ( (
(
(
π ∫ [ I 0 αr 0 K 1 αr 0 +I 1 αr 0 K 0 αr 0 + β K 1 αR ) I 0 β R )]
0
∞
( )
I r 0K 1 αr 0
(
(
(
) (
)]
) (
(
)
H p i p e r , z ) = {[ K 0 β R i I 1 αR i + αK 1 β R i I 0 αR i β I 0 β r )
β
π ∫ R o D
0
- β I 1 αR i I 0 β R i - αI 1 β R i I 0 αR i β K 0 β r )} cos ( αz ) dα ( 2 )
(
)]
) (
(
[
) (
(
)
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2021 年 第 43 卷 第 2 期

无损检测