Page 110 - 无损检测2023年第十期

曹生宁:
交流电磁场检测技术现场应用的影响因素

响规律, 通过仿真以及模拟试块验证试验, 明确了
各因素的影响程度。

1 交流电磁场检测原理

交流电磁场检测是一种电磁感应技术, 通过施加
交流电的激励线圈, 在检测产生对象表面感应出均匀
交变电场。当该电场经过缺陷位置后会出现电场线 图3 几何模型的网格划分结果
的切割及变化, 导致该处磁场发生变化, 通过检测磁 2.2 物理场选择及参数设定
场强度变化的位置和规律, 就可以实现缺陷的检测。 在 COMSOL软件中 AC / DC ( 交流 / 直流) 模块
ACFM 检测原理如图1所示, 均匀交变电场在 选用磁场( MF ) 作为物理场, 求解器设置为频域, 频

y
工件表面产生均匀的交变磁场, 将磁场分为x , , z 率默认设置为 1kHz 。将空气求解域的所有外边界
三个不同方向的分量( Bx , B y Bz )。通过分析其波 设置为磁绝缘, 矢量磁势 A 为零。感应线圈选择多
,
形的变化规律, 就可以对缺陷进行检测 [ 5-6 ] 。 匝线圈, 线圈匝数设置为200 , 激励方式为电流激励,

选择电流流通方向的横截面为输入面, 电流为1A 。
2.3 求解及结果分析
取磁通密度Bx 信号幅值最大变化量为Bx 信
号灵敏度, 磁通密度Bz 信号波峰波谷间距为Bz 信
号灵敏度, 观察相关因素变化时Bx 及Bz 信号灵敏

度的变化规律。
2.3.1 磁导率及电导率对检测效果的影响

设置缺陷尺寸为5mm×3mm×0.2mm ( 长×
图1 ACFM 检测原理
深×宽)。电导率不变, 相对磁导率为1~4000 ( 无量
2 仿真模型的建立与研究 纲), 每次扫描步进为400 , 进行仿真计算, 得到不同磁
导率下Bx 及 Bz 信号随位移的变化曲线如图4所
COMSOL 是一款基于有限元理论, 以偏微分
示, 图中T 1 为相对磁导率, 可见Bx 信号灵敏度明显
方程为研究对象的大型数值仿真软件。
2.1 ACFM 检测几何模型的建立
建立有限元三维模型进行仿真分析, 模型包括感
应线圈、 被测金属和求解域三部分, 如图2所示。被

检工件尺寸为200mm×100mm×10mm ( 长×宽×

高), 磁芯为 U 型, 尺寸为 14mm×26mm×6mm

( 长×宽×高), 求解域设置为 300mm×200mm×
150mm ( 长×宽×高) 的长方体。感应线圈材料设置

为铜, 求解域部分为空气。

图2 ACFM 检测几何模型
模型网格划分采用“ 较细化”, 划分的网格如图3
所示, 完整网格包含39816 个域单元、 5760 个边界

图4 不同磁导率下Bx 及Bz 信号随位移的变化曲线

元和 602 个边单元。
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2023年 第45卷 第10期
无损检测