Page 80 - 无损检测2022年第九期

沈常宇,等:
承压类管道内壁损伤缺陷的低频电磁检测

热像检测技术检测氨制冷压力管道缺陷, 根据管道
内部温度场的不同来检测内腐蚀缺陷, 然而, 影响温
度场的因素众多, 且该检测要求苛刻, 实际应用范围
不大。唐飞阳亮等 [ 10 ] 在检测锅炉水冷壁管结构件
时, 为提高点腐蚀型缺陷的检测成功率, 采用了数字
射线检测方法, 但该方法对于腐蚀面积型缺陷的检
测灵敏度较低, 适用范围有一定的限制。岳庚新 [ 11 ]
采用放置式涡流传感器来检测表面有涂层的管道内
图 1 低频电磁传感器

部缺陷, 发现无法对涂层厚度大于 2.5 mm 的内部
缺陷进行有效检测。可以看出, 上述检测方法都有 优化。
其自身的检测优点, 但也有明显的局限性, 尤其对于 基于 COMSOL 仿真软件, 利用电磁场模块, 建
表面存在涂层的管道类设备的缺陷检测还 存在不 立了交流电磁场检测模型( 见图 2 )。通过参数化扫
足。因此, 研制一种使用方便, 穿透性强的高精度检 描功能改变参数并控制变量唯一, 对上述影响传感
测仪, 实现对表面存在涂层的管道类设备缺陷的检 器检测灵敏度的因素逐个进行分析, 以此为后续的
测, 具有十分重要的意义 [ 12 ] 。 低频电磁检测传感器的设计提供参数指导。
文章基于低频电磁检测基本原理, 通过优化传
感器结构, 实现了对信号的控制、 数据放大及滤波处
理等功能。研制的承压类管道缺陷低频电磁检测系
统, 在低磁导率、 检测频率为 100~200 Hz 的情况

下, 实现了对直径为 152mm , 厚度为 16 mm , 埋深

为 12.8 mm 的 304 不锈钢材料承压管道缺陷的有 图 2 COMSOL 交流电磁场检测模型

效检测。 2.1 磁芯参数仿真及优化
2.1.1 磁芯形状
1 低频电磁检测原理
要想有效地磁化被测试件, 磁芯必须能与被测
低频电磁检测原理为使用强磁场磁化待测试件 试件形成磁回路, 文章采用的磁芯材料为铁基纳米
直至试件磁饱和, 当试件内部存在缺陷时, 试件内部 晶体, 常用的磁芯形状有 U 型和 C 型两种。图 3 所
磁场会发生泄漏, 对拾取的漏磁场强度及相位进行 示为两种磁芯的仿真模型, 两磁芯的尺寸相同, 绕线
分析, 可以得到缺陷的相关特征, 再进一步对拾取数 匝数为 360 匝, 激励线圈绕线位置为磁芯两极。
据进行分析, 即可实现对缺陷的量化。
低频电磁传感器如图 1 所示, 传感器采用磁芯
及缠绕在磁芯上的激励线圈作为励磁装置, 缠绕在
衔芯上的多匝线圈作为漏磁场拾取装置, 高磁导率
的拱形金属材料作为磁屏蔽装置。激励线圈在低频
率正弦激励激发下产生一个交变的原电磁场, 原电
磁场穿透待测试件, 磁屏蔽层将磁芯下方的原电磁
场屏蔽, 使得检测线圈可以拾取到更为精准的漏磁
场信号, 以便后续进行缺陷特征提取。
2 试样制备与试验方法

影响传感器检测灵敏度的因素主要包括磁芯形
状、 磁芯尺寸( 内外半径、 厚度等)、 检测线圈参数( 衔
芯尺寸、 线圈匝数等), 而要实现高灵敏度的低频电
磁检测, 需 要 对 传 感 器 结 构 进 行 分 析 并 进 行 参 数 图 3 两种磁芯的仿真模型

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2022 年 第 44 卷 第 9 期

无损检测