Page 116 - 无损检测2024年第八期

项小强，等：

基于交流电磁场的支管角焊缝表面缺陷检测系统

流检测、射线检测等。超声检测（UT）技术利用缺 2 硬件系统设计
陷位置的反射波来确定缺陷的位置和大小，对内部
2.1 检测探头
缺陷比较敏感，对焊缝表面缺陷检测灵敏度低，且受
检测探头作为检测系统的前端，主要用于在试
结构影响存在焊缝扫查盲区 [4-5] ；涡流检测（ET）技
件表面产生均匀的感应磁场并采集畸变的磁场信
术是一种非接触式的电磁检测技术，通过测量缺陷 号。所设计的探头结构如图2所示， 探头由激励模块、
引起的线圈阻抗变化来识别缺陷 [6-7] ，但焊缝表面凹 信号处理模块、TMR（隧道磁阻技术） 传感器、壳体、
凸不平，检测结果受提离效应的影响大；射线检测 压盖等组成。其中，激励模块包括U型磁芯和载流
（RT）技术利用射线在缺陷位置和非缺陷位置的衰 线圈，线圈均匀缠绕在U型磁芯上，在载流线圈上加

减差异来检测缺陷 [8-9] ，然而射线检测成本高，周期 载频率为1 kHz的正弦交流电，根据电磁感应原理，
长，而且对检测人员的身体有损害。交流电磁场检 试件表面会产生均匀的感应电流，当缺陷存在时电
流发生扰动，导致缺陷上方的磁场发生畸变，TMR
测（ACFM）技术是一种电磁无损检测技术，能检测
传感器用于拾取畸变的磁场信号，传感器输出的信
导电金属的表面及近表面缺陷，具有非接触测量、不
号往往十分微弱，且含有噪声。信号处理模块则对
需要耦合剂、对提离不敏感等优势，已在石油管道、
信号进行放大和滤波处理，从而提高信号的信噪比。
海洋平台和轨道交通等领域得到广泛应用 [10-12] 。
为了降低提离对信号的衰减，将TMR传感器放置于
针对支管角焊缝的表面检测需求，基于交流电磁 探头内部的正下方，所有模块连接后置于壳体内部，

场检测技术，设计了ACFM检测探头和便携式机箱， 通过螺钉和压盖固定。
开发了信号平滑滤波算法及检测软件，形成了一套交
流电磁场角焊缝表面缺陷检测系统，并对角焊缝试件
进行检测以验证系统的有效性。

1 检测原理

ACFM技术是基于电磁感应原理进行检测的，
其技术原理如图1所示，在激励线圈中加载一定频
率的正弦交流电，当线圈靠近试件时，试件表面会产
生感应电流，试件表面不存在裂纹时，感应电流均匀
分布，存在裂纹时，由于空气和试件的电导率不同，
电流沿着裂纹的两端和底部绕过，会使得B x （x方向
磁场）信号出现一个波谷， B z （z方向磁场）信号出现

两个正负交替的波峰， B x 信号波谷对应裂纹的最深
处（可用于裂纹深度的评估）， B z 信号的两个波峰对
应裂纹的两个端点（可用于裂纹长度的评估） [13-14] 。

图 2 ACFM 检测探头结构示意
2.2 便携式机箱

便携式机箱由电源模块、信号发生器、功率放大
图 1 ACFM 检测技术原理示意 器、信号调理模块、NI-6361型采集卡等组成，便携
78
2024 年 第 46 卷 第 8 期
无损检测