漏磁检测

null漏磁检测技术漏磁检测技术黑龙江省电力科学研究院 池永斌概述概述电磁检测是十分重要的无损检测方法，应用十分广泛。当它与其它方法结合使用时能对铁磁性材料的工件提供快捷且廉价的评定。随着技术的进步，人们越来越注重检测过程的自动化。这不仅可以降低检测工作的劳动强度，还可提高检测结果的可靠性，减少人为因素的影响。 漏磁检测方法是一项自动化程度较高的磁学检测技术，其原理为:铁磁材料被磁化后，其表面和近表面缺陷在材料表面形成漏磁场，通过检测漏磁场来发现缺陷。从这个意义上讲，压力容器检测中常用的磁粉检测技术也是一种漏磁检测，但习惯上人们把用传感器测量漏磁通的方法称为漏磁检测，而把用磁粉检测漏磁通的方法称为磁粉检测， 且将它们并列为两种检测方法。概述概述 磁粉检测只能发现表面和近表面裂纹缺陷，而且检测时需要表面打磨，仅适合工件停产的检测；漏磁检测除能发现表面和近表面裂纹的缺陷外， 还可从外部发现工件内部的腐蚀坑等缺陷，而且不需要对工件表面进行打磨处理，适用于工件在线检测。而工件在线检测是目前用户最急需的方法，它可以减少不必要的停车， 降低检验成本。另外，漏磁检测还能对缺陷深度和长度等进行定量。虽然目前在工件检测中，漏磁检测技术的应用较少，但它具有磁粉检测所不具备的优点，所以其应用前景非常广阔。漏磁检测的原理及特点漏磁检测的原理及特点利用励磁源对被检工件进行局部磁化，若被测工件表面光滑，内部没有缺陷，磁通将全部通过被测工件；若材料表面或近表面存在缺陷时，会导致缺陷处及其附近区域磁导率降低，磁阻增加，从而使缺陷附近的磁场发生畸变(图1)，此时磁通的形式分为三部分，即① 大部分磁通在工件内部绕过缺陷。② 少部分磁通穿过缺陷。③ 还有部分磁通离开工件的上、下表面经空气绕过缺陷[z1。第3部分即为漏磁通，可通过传感器检测到。对检测到的漏磁信号进行去噪、分析和显示，就可以建立漏磁场和缺陷的量化关系，达到无损检测和评价的目的。 漏磁检测的原理及特点 漏磁检测的原理及特点 漏磁检测的原理及特点漏磁检测的原理及特点(1)易于实现自动化漏磁检测方法是由传感器获取信号，然后由软件判断有无缺陷，因此非常适合于组成自动检测系统。实际工业生产中，漏磁检测被大量应用于钢坯、钢棒、钢管的自动化检测； (2)较高的检测可靠性漏磁检测一般采用计算机自动进行缺陷的判断和报警，减少了人为因素的影响； (3)可实现缺陷的初步定量缺陷的漏磁信号与缺陷形状尺寸具有一定的对应关系，从而可实现对缺陷的初步量化，这个量化不仅可实现缺陷的有无判断，还可对缺陷的危害程度进行初步评价； (4)高效能、无污染采用传感器获取信号，检测速度快且无任何污染。 漏磁检测的缺点除了跟磁粉检测相似外，还由于检测传感器不可能象磁粉一样紧贴被检测表面， 不可避免地存在一定的提离值，从而降低了检测灵敏度;另一方面，由于采用传感器检测漏磁场，不适合检测形状复杂的试件。对形状复杂的工件，需要有与其形状匹配的检测器件。 磁化方式磁化方式在原理上，漏磁检测和磁粉检测基本相同，但是由于拾取漏磁场的传感器由微小的磁粉变为磁敏器件，使得漏磁检测相对于磁粉探伤又有很大的不同， 例如磁化方式直流磁化(包括永磁体磁化)和交流磁化是两种基本的磁化方式。 当磁化场为直流场时，漏磁场是一个不随时间变化的量，当检测的灵敏度足够时，总能检测到漏磁场的存在，而且从理论上讲重复性较好。直流磁化对电流源的要求较高，激励电流一般为几安培至上百安培，电气设备相对复杂。随着新型高性能稀土永磁材料的出现，人们开始应用稀土永磁材料设计出重量轻、体积小的励磁机构，但另一方面，其磁化强度不可调，并且移动不便。磁化方式磁化方式当磁化场是交变场时，检测的结果和时间有关， 由于缺陷存在的不确定性，使得传感器检测到缺陷的时间是随机的，这就使得对于同样的缺陷，在磁化周期内不同的时间检测得到的结果不相同。这时采用交流50 Hz作为磁化电流不但无法得到缺陷的完整信息，更严重的是使得检测的可靠性变差。所以，对于漏磁检测来说，为了充分采集到缺陷的信号及其频谱，交流磁化的频率一般为1kHz以上。 近年来，随着对漏磁场检测技术的研究不断深入，在交流磁化的基础上，在很多场合使用低频磁化技术。利用低频磁化渗透深度大的特点，可使检测厚度增大。信号提取时只提取相位信号，用于测量工件厚度的变化，可靠性很高。 磁化方式磁化方式另一种新发展起来的磁化技术是脉冲磁化。磁化电流是脉冲电流，不论采用那种脉冲（方波或尖脉冲）形式，它们都不是单频波，在其基频附近存在一个频带。或者说，任一脉冲波均可看作是许多单频波的叠加合成。这种磁化技术既可获得充分的磁化效果，又对杂散信号有一定的抑制作用，同时可以缩小磁化装置的体积和重量。传感器选择 传感器选择 当前的漏磁检测仪器中，漏磁场检测所用的传感器主要是霍尔器件。其优点是有较宽的响应频带，测量范围大、体积小，对压力容器中缺陷产生的非均匀漏磁场的测量很合适。温度性能稳定，有利于设备的现场检测。近年来随着半导体技术的发展，霍尔器件的灵敏度也大大提高，使漏磁检测的可靠性和检出力也显著提高。 漏磁信号的提取也可以根据需要采用其他传感器，如电感线圈、磁敏二极管、磁敏电阻等，还可以采用磁带作为中间记录载体，将缺陷信息记录下来，再用一个阵列磁头读取磁带上的信息。 传感器选择 传感器选择 在任何情况下，相邻排列的两个探头之间的距离应该较小，确保探头的探测范围没有间隙。如果为了消除噪声信号而使用了差动线圈探头，那么在排列时应该考虑实际的情况：穿过该列探头的漏磁场可能被扩大到了3-4倍的腐蚀坑直径，而且仅存在沿扫描方向的腐蚀坑直径附近。 在给定的漏磁场中，线圈探头中产生电势信号与磁力线切线方向的速率呈一定的函数关系。线圈和扫描仪前进速度呈数字变化函数关系。因此，在设备设计时应考虑到线圈类型探头的速度敏感性。线圈比一些霍尔效应元件对提离变化更加灵敏。线圈探头的一个独特优势是扫描仪在加速和减速状态下产生的强涡流对其的影响低于对霍尔效应元件探头的影响。通道设计通道设计通常采用多通道设计，增加检测传感器的数量， 扩大检测区域，以提高检测效率。 漏磁信号处理漏磁信号处理由于从漏磁场得到的信号相对较小，因此信号需要放大。它们也需要与不想要的噪声区别对待。通过滤波器波段排除低频(涡流)和高频(振动)噪声。所有的残留噪声能被设置的缺陷检测阀值电路计算，或者在探测的动态显示情况下，通过操作者来评估总体的噪声水平。 在漏磁检测中，被检表面的粗糙不平、仪器移动时的振动、工频噪声、空间电磁噪声、电路噪声等都不可避免地干扰检测结果。漏磁检测仪一般都要求采取信号处理手段去除这些噪声的干扰，以获取真实原始漏磁信号的信息。通常使用的方法有差动放大、数字滤波、谱分析和小波分析等。漏磁检测的应用-储罐底板的检测漏磁检测的应用-储罐底板的检测储罐是油库、港口和石油化工存储液体原料的重要设备之一。罐底板位于储罐的最底层，上表面接触含水的存储介质，下表面与罐基础接触，是储罐腐蚀的主要区域，因此罐底板腐蚀状态定期检测显得特别重要。漏磁检测技术能对整个储罐底板腐蚀状况作出评价，且检测效率高、劳动强度低。目前国内已有多家检测单位购买了国外多通道储罐底板腐蚀扫查器，国内也有一些高校和无损检测仪器厂商开发了此类漏磁检测装置。当底板涂层厚度6 mm时，这些仪器可以发现10%板厚的腐蚀坑。扫查表面条件扫查表面条件扫查表面应干净并清除杂物(特别是从储罐顶落下的腐蚀物)。表面粗糙度可能导致振动噪声，扫描时需要设置相对高的阀值(降低了缺陷检出灵敏度)。在具有较薄的塑料覆盖层(大约1mm)表面扫描时也能降低灵敏度。其它不规则部位，如被磨平的焊接飞溅或返修焊缝部位将有很大的伪指示信号。这些信号也需储存，因为漏磁检测(MFL)方法不能区分是扫查表面的腐蚀坑显示还是这些细微部分的显示，但相对材料壁厚50%深的缺陷或更深的缺陷，漏磁检测(MFL)方法对这些具体的表面腐蚀坑具有较高的灵敏度。扫查表面的覆盖层扫查表面的覆盖层MFL的一个主要的优点是能在相当厚度的表面覆盖层上扫查并能保持合理的灵敏度。在6.32mm厚的底板上，在玻璃纤维覆盖层厚达6mm的情况下，MFL能够进行检测，能够检出20％壁厚减薄部位。清洁程度清洁程度相对于UT，地板表面的条件对MFL的影响较小，但较厚肋骨标尺能产生伪信号，腐蚀物聚集到磁极能通过探头产生破裂的伪信号。清除表面杂物并用水冲洗表面就足够了。腐蚀坑深度腐蚀坑深度在距上述条件表面一定距离时，腐蚀坑的深度是影响漏磁信号振幅的一个主要因素。腐蚀坑的体积和形状也能影响该信号的振幅，这将在本文的后面讨论。但在给定的条件下，漏磁场信号的振幅能用来评定壁厚损失的百分比从而减少了需要的复查量。腐蚀坑体积腐蚀坑体积在其它地方曾论述了腐蚀坑的体积是影响信号振幅最重要的因素，这是对MFL检出的缺陷结果不能定量的原因。由于这些论点的论述单调，我们决定在真正的腐蚀缺陷上借助技术模型和一些经验性的尝试，深入的研究腐蚀坑的体积和深度对振幅的影响。制作了一系列设定深度和不同体积的腐蚀坑模型。在板厚6.35mm、40%、50%和60%壁厚深的条件下，腐蚀坑的体积和磁感应强度的变化关系曲线如图11所示。它说明了腐蚀坑体积增减时对信号振幅大小的影响。因此建议：对于典型储罐的"锥型"和"湖型"腐蚀坑，单独使用MFL能合理准确的检测出严重的"复合"腐蚀。然而，"柱型"腐蚀坑，例如硫化物(SRB)腐蚀，可能会得到不准确的结果，因为在图11中，"柱型"腐蚀坑的体积对应的曲线部分聚集在一起。 腐蚀坑形状腐蚀坑形状制作试板时，人们普遍选择机械加工简单形状模拟缺陷，如钻平底孔(借助于超声波试板制作方法)或简单的锥形槽。腐蚀坑的形状对漏磁场的影响是显而易见的。从其剖面看，由于腐蚀坑通常是以某种方式呈"梯形"发展，出于标样目的，我们使用了如图12人工模拟梯形缺陷形状。上述经验所示的经验结果已经被用来校准MFL的应用系统。漏磁检测的应用-电站锅炉水冷壁腐蚀检测漏磁检测的应用-电站锅炉水冷壁腐蚀检测低频电磁检测技术（LFET）已经被成功地用来检测隐蔽的腐蚀。如火力发电站的水冷壁内壁腐蚀、石油化工的管道、容器的罐底腐蚀等，以TS--2000低频电磁检测系统为代表的新一代钢管内壁腐蚀检测技术，能够高效、快速的探测或测量钢管的腐蚀减薄。检测系统检测系统低频电磁检测系统的特点低频电磁检测系统的特点可检测铁磁性材质的管子内壁腐蚀； 无论是弯管或是直管均可检测； 检测速度快可达每秒3m； 可检测的管道直径为25----102mm； 先进的信号处理系统时实显示； 高分辨率三维（3D）彩色显示； 重量轻、简单、DSP电子单元/PC控制。漏磁检测的应用-管材、棒材的检测漏磁检测的应用-管材、棒材的检测钢管和钢棒在出厂时或使用前，需要按一定要求进行无损探伤。对这种结构简单的工件进行大批量自动检测，漏磁检测是最主要的方法之一。检测的缺陷包括裂纹、折叠、冷隔、疏松、夹杂和气孔等， 其检测精度能够测出深度)0. 3 mm的自然缺陷。漏磁检测的应用- 长输和埋地管道的检测 漏磁检测的应用- 长输和埋地管道的检测 漏磁检测技术被广泛地应用于长输管道、炼油厂、城市埋地管网和海底管线的腐蚀点和焊接缺陷的检测。其检测速度可达50m/min，并能够检出深度为5%钢管壁厚的缺陷漏磁检测的应用-钢丝绳的检测漏磁检测的应用-钢丝绳的检测在游乐场、索道、矿山、建筑等很多场合，钢丝绳是最主要的承载及传送工具，它的质量对安全具有重要意义。在钢丝绳的无损检测中，漏磁检测方法是唯一在实际中应用的方法，通过检测断丝产生的漏磁场，可以发现钢丝绳表面和内部的断丝、磨损及较长长度的腐蚀情况[s1。据波兰Zawada公司介绍，其MD120B钢丝绳探伤仪能精确测出钢丝绳横截面积0.05%的变化