Page 59 - 无损检测2024年第八期

洪 勇，等：

铁磁性构件内外侧缺陷重合度与漏磁场信号的关系

天等领域的广泛应用，仅对管道内外侧缺陷进行区 1.2 内外侧缺陷漏磁特性
分已经无法满足日益增长的检测要求。在内外侧缺 与外侧缺陷在钢板外侧表面形成的漏磁场相
陷漏磁信号区分领域，王荣彪等 提出了一种基于 比，内侧缺陷在钢板外侧表面也会产生磁感应线的
[2]
交流磁化调制的钢管内外侧缺陷检测方法，提高了 “外逸”现象（见图2），但是其产生的漏磁信号强度
内侧缺陷检测灵敏度，对于更大壁厚的内侧缺陷有 较低。
良好的检出效果。李广凯等 利用内壁缺陷被磁化
[3]
后，阻抗图中相位不变的特点，通过数据分析区分
内壁缺陷和外壁缺陷。呼婧等 通过在磁多极子场
[4]
上建立动态漏磁场，并对缺陷信号的上升沿和下降
沿进行系数拟合，提取出内外缺陷的特征参数规律。
LONG等 通过设计一种带有偏心磁路支路的复合 图 2 内侧缺陷在钢板外侧形成的漏磁场示意
[5]
漏磁检测方法，对检测区域进行磁集中测试来区分
2 漏磁场模型建立
管道的内外侧缺陷。肖奇等 提出了一种多频电磁
[6]
平衡检测方法，以电压峰值为特征对内外侧缺陷进 2.1 交直流磁化对比
行区分。 在漏磁检测中，磁化方式的选取一直比较重
但上述方法只能对单侧缺陷进行区分，而未考 要。常见的磁化方式有直流磁化、交流磁化、永磁磁
虑到管道内外侧都出现缺陷的情况，即当管壁内外 化、复合磁化等，目前工业上主要采用的是直流线圈
两侧缺陷共存时，两侧缺陷在与管壁表面垂直的方 磁化。
向上有重合部分，扫查中得到的漏磁场信号数据就 交流磁化通过对线圈施加交流电进行激励从而
不是单一漏磁场所产生的。当内外侧缺陷重合度较 产生交变磁场，由于趋肤效应的存在，交变磁场只在
高时，重合处区域的名义厚度较薄，容易造成安全 钢板表面和近表面分布。故该方法只能对钢板外表
事故。笔者对管道内外侧都存在缺陷时的情况进行 面缺陷和近表面缺陷进行检测，检测的深度随着交
研究，利用有限元计算得出漏磁场的信号分布情况， 流频率的增加而减小，且钢板外表面尺寸较小的缺
旨在为含内外侧缺陷薄壁管道的安全运行评定提供 陷不易检出，具有一定的局限性。
依据。 直流磁化可通过随时调节激励电流的大小来改
变磁化场的强度，从而形成稳定的漏磁场，且对构件
1 漏磁无损检测技术
的内侧缺陷具有一定的检测能力 [7-9] 。
1.1 漏磁检测原理 2.2 直流磁化模型分析
漏磁检测原理如图1所示，在将待测钢板磁化 首先在COMSOL有限元仿真软件中选择“磁
至饱和状态后，磁感应线重新排布，如果钢板表面没 场”模块，建立管壁的局部模型，为简化计算，此处
有缺陷，则磁感应线在钢板内部分布均匀，外侧表面 使用钢板代替管壁。根据实际检测的需求，采用局
无磁感应线泄漏，如果被磁化了的钢板上存在裂纹 部磁化的方式对钢板进行磁化。为了获得稳定的背
或蚀坑，由于缺陷处的空气磁导率远小于钢板的，钢 景磁场，且不在铁磁性构件表面产生趋肤效应，采用
板材料内部的磁感应线则会泄漏到材料表面上方， 直流磁化的方式。钢板材料选择“Low Carbon Steel
1008”，其为各向同性的非线性铁磁性材料，磁轭选
在材料表面形成的漏磁场，该漏磁场可以通过传感
择软铁，线圈匝数为2 000匝，钢板内外侧缺陷漏磁
器检测出来从而实现缺陷的检出。
检测模型如图3所示。
对图3中钢板外侧表面漏磁场信号进行矢量分
解，其结果如图4所示。在钢板外侧表面任意一点
产生的漏磁场信号都可以分解为外侧缺陷在外表面
产生的漏磁场磁感应强度B 及内侧缺陷在外表面空
o
间中产生的漏磁场磁感应强度B ，将B 、B 在二维平
i
i
o
图 1 漏磁检测原理示意 面中分解为法向、切向分量，漏磁场法向分量总磁感
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2024 年 第 46 卷 第 8 期
无损检测