各常用電磁無損檢測方法原理,應(yīng)用,優(yōu)缺點(diǎn)比較

1、一普通渦流檢測1原理渦流檢測是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)，通過測定被檢工件內(nèi)感生渦流的變化來無損地評定導(dǎo)電材料及其工件的某些性能，或發(fā)現(xiàn)其缺陷的無損檢測方法。當(dāng)載有交變電流的試驗(yàn)線圈靠近導(dǎo)體試件時(shí)，由于線圈產(chǎn)生的交變磁場的作用感應(yīng)出渦流，渦流的大小，相位及流動(dòng)形式受到試件性能和有無缺陷的影響，而渦流產(chǎn)生的反作用又使線圈阻抗發(fā)生變化，因此，通過測定線圈阻抗的變化，就可以推斷被檢試件性能的變化及有無缺陷的結(jié)論。2發(fā)展1渦流現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)己經(jīng)有近二百年的歷史。奧斯特(Oersted、安培(Ampere),法拉弟(Faraday、麥克斯韋(Maxwell)等世界著名科學(xué)家通過研究電磁作用實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)原理，建

2、立了系統(tǒng)嚴(yán)密的電磁場理論，為渦流無損檢測奠定了理論基礎(chǔ)l。1879年，體斯(Hughes)首先將渦流檢測應(yīng)用于實(shí)際一一判斷不同的金屬和合金，進(jìn)行材質(zhì)分選。自1925年起，在美國有不少電磁感應(yīng)和渦流檢測儀獲得專利權(quán)，其中，Karnz直接用渦流檢測技術(shù)來測量管壁厚度;Farraw首次設(shè)計(jì)成功用于鋼管探傷的渦流檢測儀器。但這些儀器都比較簡單，通常采用60Hz,110V的交流電路，使用常規(guī)儀表(如電壓計(jì)、安培計(jì)、瓦特計(jì)等)，所以其工作靈敏度較低、重復(fù)性較差。二戰(zhàn)期間，多個(gè)工業(yè)部門的快速發(fā)展促進(jìn)了渦流檢測儀器的進(jìn)步。渦流檢測儀器的信號發(fā)生器、放大器、顯示和電源裝置等部件的性能得到了很大改進(jìn)，問世了一大批

3、各種形式的渦流探傷儀器和鋼鐵材料分選裝置，較多地應(yīng)用于航空及軍工企業(yè)部門。當(dāng)時(shí)尚未從理論和設(shè)備研制中找到抑制干擾因素的有效方法，所以，在以后很長一段時(shí)間內(nèi)渦流檢測技術(shù)發(fā)展緩慢。直到1950年以后，以德國科學(xué)家福斯特(Foster)博士為代表提出了利用阻抗分析方法來鑒別渦流檢測中各種影響因素的新見解，為渦流檢測機(jī)理的分析和設(shè)備的研制提供了新的理論依據(jù)，極大地推動(dòng)了渦流檢測技術(shù)的發(fā)展。福斯特也因此當(dāng)之無愧地被稱為“現(xiàn)代渦流檢測之父”。由于福斯特的卓越貢獻(xiàn)，自20世紀(jì)50年代起，美國、前蘇聯(lián)、法國、英國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的科學(xué)家積極開展渦流檢測技術(shù)研究。到20世紀(jì)70年代以后，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)

4、展，有效地帶動(dòng)了渦流檢測儀器技術(shù)性能的改進(jìn)，進(jìn)一步突現(xiàn)了渦流檢測技術(shù)在探測導(dǎo)電材料表面或近表面缺陷應(yīng)用中的優(yōu)越性。世界各國相繼開展了大量的渦流檢測技術(shù)研究和儀器開發(fā)工作，發(fā)表了大量的研究論文，并研制生產(chǎn)了一些高性能的渦流檢測儀器L=l。我國從20世紀(jì)60年代開展渦流檢測技術(shù)的研究工作，并先后研制成功了一系列渦流檢測儀器，如廈門愛德森公司的系列渦流檢測儀器。渦流檢測技術(shù)的發(fā)展得到實(shí)質(zhì)性的突破并步入實(shí)用化階段。此后，隨著電子技術(shù)尤其是計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，影響和促進(jìn)了渦流檢測技術(shù)與儀器的不斷更新和進(jìn)步。從渦流檢測儀器的發(fā)展歷程來看，可分為五代產(chǎn)品fall。第一代產(chǎn)品是以分立元件為基礎(chǔ)，

5、采用簡單諧振方式的一維顯示模擬儀器，只有一種檢測頻率。第二代產(chǎn)品是以阻抗平面分析法為基礎(chǔ)，部分采用集成電路技術(shù)的二維顯示模擬儀器，檢測時(shí)可以選擇不同的激勵(lì)頻率以適應(yīng)不同檢測材料的要求。第三代產(chǎn)品是多頻渦流檢測儀器，檢測時(shí)對探頭施加兩個(gè)或兩個(gè)以上不同的檢測頻率，利用不同頻率下被檢導(dǎo)體材料反射阻抗不同的原理，提高了對材料特性或缺陷的檢測能力，并通過混和運(yùn)算抑制干擾信號，達(dá)到去偽存真的目的。第四代產(chǎn)品是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化、數(shù)字化產(chǎn)品，其特點(diǎn)是能夠大大簡化操作，提高檢測效率和數(shù)據(jù)處理能力，并具備頻譜分析、渦流成像等功能。第五代產(chǎn)品是DSP技術(shù)、陣列技術(shù)、多通道技術(shù)、通信傳輸技術(shù)及其它無損檢測技

6、術(shù)相互融合為一體的多功能儀器，它能夠?qū)θ毕葸M(jìn)行檢測、分析、判斷，并通過其它技術(shù)的輔助檢測，驗(yàn)證其結(jié)果的正確性。渦流檢測技術(shù)己進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展時(shí)代，具有樂觀的發(fā)展前景。經(jīng)過一百多年的時(shí)間，渦流檢測技術(shù)得到了很大的發(fā)展，特別是近段時(shí)間以來，英國的DERA和美國的Iowa州立大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)做了很多的工作，在獲取信號、測量參數(shù)的選擇、信號處理和結(jié)果顯示等方面開展了大量的研究，進(jìn)一步推動(dòng)了渦流檢測技術(shù)的發(fā)展10。在國內(nèi)，新世紀(jì)以來發(fā)表的文章大都著眼于三維缺損響特征的仿真技術(shù)研究、數(shù)字處理技術(shù)研究、檢測系統(tǒng)研制等。清華大學(xué)博士后雷銀照的課題是核電站石墨渦流檢測理論和技術(shù)，華中科技大學(xué)CAD中心博士后蔣齊

7、密在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于hp有限元和電磁場分布的產(chǎn)品質(zhì)量檢測技術(shù)的研究”中主要研究有限元數(shù)值仿真技術(shù)11。3應(yīng)用目前，渦流檢測在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用，特別是在核電廠蒸汽發(fā)生器管道的檢測中，具有其他方?fe不可替代的作用12。我國當(dāng)前把核電作為大力發(fā)展的對象,提高我國的渦流檢測能力與水平具有重要意義。在線檢測，用于工藝檢查，在制造和產(chǎn)品檢查。4優(yōu)缺點(diǎn)1 .非接觸檢測，能穿透非導(dǎo)體涂鍍層，可以在不清除零件表面油脂、積碳和保護(hù)層的情況下進(jìn)行檢測。2 .檢測無需禍合介質(zhì)，可以在高溫狀態(tài)下進(jìn)行檢測。探頭可伸入到遠(yuǎn)處作業(yè)，故可對工件的狹窄區(qū)域、深孔壁等進(jìn)行檢測。3 .對工件表面或近表面的缺陷，

8、有很高的檢出靈敏度，且在一定的范圍內(nèi)具有良好的線性指示，可對大小不同的缺陷進(jìn)行評價(jià)。4 .可以對工件表面涂層厚度進(jìn)行測量，如測量導(dǎo)電覆蓋層或非導(dǎo)電涂層的厚度;可以對導(dǎo)體的電導(dǎo)率進(jìn)行測量，進(jìn)行材料的分類。5 .由于檢測信號為電信號，所以可對檢測結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化處理，并將處理后的結(jié)果進(jìn)行存儲、再現(xiàn)及進(jìn)行數(shù)據(jù)比較分析。6在常規(guī)渦流檢測過程中，主要通過測量渦流傳感器輸出信號的變化以得到被檢對象特性。被檢對象中影響渦流傳感器輸出信號的因素很多，諸如磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、外形尺寸和缺陷等，各種因素的影響程度各異。另一方面，在一次檢測過程中，有時(shí)需要同時(shí)獲得被檢對象的多個(gè)參數(shù)。常規(guī)渦流檢測技術(shù)采用單一頻率工作，獲取

9、的信息量有限，難以滿足實(shí)際檢測過程中的更高需求。7渦流檢測是當(dāng)前在線檢測應(yīng)用最為普遍成熟的檢測手段，但是渦流檢測自身存在一定缺陷，干擾因素多，提離效應(yīng)人，且難以對缺陷進(jìn)行當(dāng)量分析。8渦流檢測的優(yōu)點(diǎn)是不需要直接接觸，無需耦合介質(zhì)，速度快，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。具有較高靈敏度，可在高溫下作業(yè)，同時(shí)探頭可伸向遠(yuǎn)處等。但是常規(guī)渦流檢測技術(shù)也有不足之處：檢測對象必須是導(dǎo)電材料，只能檢測管道表面或近表面缺陷，干擾因素多，對缺陷的定性和定量還比較困難13。渦流檢測技術(shù)的缺點(diǎn)是：(1)只限于導(dǎo)電材料；(2)只限于表面或近表面;(3)干擾因素多,需進(jìn)行特殊處理；(4)對復(fù)雜形狀的構(gòu)件進(jìn)行測試的效率低；(5)探傷時(shí)難以

10、判斷缺陷的種類和形狀。5其他與常規(guī)渦流檢測技術(shù)相比，渦流陣列檢測技術(shù)的主要不同點(diǎn)是探頭由多個(gè)獨(dú)立工作的線圈構(gòu)成，這些線圈按照特殊的方式排布，且激勵(lì)線圈與檢測線圈之間形成兩種方向相互垂直的電磁場傳遞方式，有利于發(fā)現(xiàn)取向不同的線性缺陷66,67渦流陣列探頭中包含幾個(gè)或幾十個(gè)線圈，不論是激勵(lì)線圈，還是檢測線圈，相互之間距離都非常近，保證各個(gè)激勵(lì)線圈的激勵(lì)磁場之間、檢測線圈的感應(yīng)磁場之間不相互干擾，是渦流陣列檢測技術(shù)的關(guān)鍵。在檢測過程中，采用電子學(xué)的方法，按照設(shè)定的邏輯順序，對陣列單元分時(shí)切換，將各單元獲取的渦流檢測信號采集進(jìn)入儀器的信號處理系統(tǒng)。渦流陣列檢測技術(shù)除了具有掃查覆蓋面積大、檢測速度快等優(yōu)

11、點(diǎn)外，其探頭外形可根據(jù)實(shí)際被檢對象的形面進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此還具有容易克服提離效應(yīng)影響的優(yōu)勢；采用C掃描顯示方式時(shí)，圖像直觀清晰，檢測結(jié)果一目了然68,69渦流陣列檢測技術(shù)不僅能夠?qū)Ρ粰z對象展開的或封閉的檢測面進(jìn)行大面積的高速掃描，而且能用于掃描任何固定形狀構(gòu)成的檢測面，如各種異型管、棒、條、板材，以及飛機(jī)機(jī)體、輪毅，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤樺齒、外環(huán)、渦輪葉片等構(gòu)件的表面70-75二遠(yuǎn)場渦流檢測1原理遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)是一種能穿透金屬管壁的低頻渦流檢測技術(shù)55,56。探頭通常為內(nèi)通式，由激勵(lì)線圈和檢測線圈構(gòu)成，檢測線圈與激勵(lì)線圈相距約2-3倍管內(nèi)徑長度；激勵(lì)線圈通以低頻交流電流，感應(yīng)出的磁力線穿過管壁向外擴(kuò)散，

12、在遠(yuǎn)場區(qū)又再次穿過管壁向管內(nèi)擴(kuò)散，被檢測線圈接收，從而有效地檢測金屬管子的內(nèi)、外壁缺陷和管壁厚薄變化等情況57-60。2發(fā)展遠(yuǎn)場效應(yīng)是20世紀(jì)40年代發(fā)現(xiàn)的，各國科學(xué)家對遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)進(jìn)行了不斷的探索，使遠(yuǎn)場渦流理論得到了逐步完善和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。直至2000年，美國試驗(yàn)與材料學(xué)會(huì)(AmericanSocietyforTestingandMaterials,ASTM)頒布了StandardPracticeforInSituExaminationofFerromagneticHeat-ExchangerTubesUsingRemoteFieldTesting的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)正式被接受成

13、為一項(xiàng)有效的管道無損檢測方法。3應(yīng)用遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)主要應(yīng)用于核反應(yīng)堆壓力管、石油及天然氣輸送管和城市煤氣管道等結(jié)構(gòu)的探傷4優(yōu)缺點(diǎn)。遠(yuǎn)場渦流技術(shù)檢測的是穿過管壁后在管外沿管軸傳播一段距離再返回到管內(nèi)的磁場，接收線圈必須處于距激勵(lì)線圈23倍管徑處的遠(yuǎn)場區(qū)。常規(guī)渦流技術(shù)則是采用靠近管壁的線圈以直接磁禍合的形式來拾取傳播到管壁又返回的信號。(2)遠(yuǎn)場渦流檢測儀頻率較低(典型為50500Hz),磁場可以穿過鐵磁性材料管壁，為了保證在激勵(lì)的每個(gè)周期內(nèi)采集到信號，并且不漏檢，其檢測速度受到限制，通常只有常規(guī)渦流檢測方法的1/31/5,約在1020m/min之問。常規(guī)渦流檢測儀頻率較高(1000Hz范圍)，

14、在鐵磁性材料管道中，磁場被限制在管道的內(nèi)表面，檢測外部缺非常困難。(3)遠(yuǎn)場渦流技術(shù)主要用于檢測鐵磁性管道，也可以用于檢測非鐵磁性管道，其最大優(yōu)勢是能檢查厚壁鐵磁性管道，最大檢測壁厚為25，這是常規(guī)渦流技術(shù)無法達(dá)到的其次，對大范圍壁厚缺損，遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)的檢測靈敏度和精確度較高，精度可以達(dá)到2%5%,對于小體積的缺陷，如腐蝕凹坑等，其檢測靈敏度的高低取決于被測管道的材質(zhì)、壁厚、磁導(dǎo)率的均勻性、檢測頻率和探頭的拉出速度等因素。常規(guī)渦檢測技術(shù)與其相比造價(jià)較低，一般適用于檢測非鐵磁性材料。(4)遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)測量的是接收線圈輸出的相位和幅度信號，條形圖顯示的是相位和幅度的對數(shù)，這些參數(shù)都和管材大

15、范圍的缺損呈線性關(guān)系。常規(guī)渦流檢測顯示的是阻抗幅度和相位，與壁厚的關(guān)系較復(fù)雜。(5)遠(yuǎn)場渦流檢測儀對內(nèi)外管壁缺損有相同的檢測靈敏度，對填充系數(shù)要求低，對有障礙物和凹痕的管了檢測效果很好，對探頭在管內(nèi)行走產(chǎn)生的偏心影響比常規(guī)渦流小。遠(yuǎn)場渦流檢測最大優(yōu)勢是能檢查厚壁鐵磁性管道，最大檢測壁厚為25mm,同時(shí)也可檢測非鐵磁性材料。該方法對大范圍壁厚缺損檢測靈敏度和精確度較高。對于小體積的缺陷，其檢測靈敏度的高低取決于被測管道的材質(zhì)、壁厚、磁導(dǎo)率的均勻性、檢測頻率和探頭的拉出速度等因素。由于對管內(nèi)壁和管外壁缺陷具有相同的靈敏度，因此無法對內(nèi)外壁的缺陷定位。(1)滲透性變化會(huì)產(chǎn)生類似金屬缺損的信號，掩蓋真

16、正的金屬缺損信號。需要研究開發(fā)一種能把滲透性變化的情況濾除或?qū)⑵鋮^(qū)分出來的方法。(2支撐板會(huì)阻擋磁力線的傳播，掩蓋缺損信號，導(dǎo)致靠近支撐板的管面檢測困難。(3)管了的彎曲部位在壁厚和滲透性上變化很大，嚴(yán)重影響了遠(yuǎn)場渦流信號，探測此處的缺陷和缺陷尺寸成為問題。(4)檢測時(shí)，必須保證檢測速度的平穩(wěn)，不能引起振動(dòng)噪聲，否則振動(dòng)噪聲會(huì)湮沒缺陷信號。三脈沖渦流檢測1原理脈沖渦流檢測技術(shù)采用脈沖信號激勵(lì)，通常為具有一定占空比的周期矩形波，施加在探頭上的激勵(lì)信號會(huì)感應(yīng)出脈沖渦流在被檢對象中傳播。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，此脈沖渦流又會(huì)感應(yīng)出一個(gè)快速衰減的磁場；隨著感生磁場的衰減，檢測線圈上就會(huì)感應(yīng)出隨時(shí)間變化的電壓

17、2發(fā)展3應(yīng)用脈沖渦流檢測技術(shù)主要應(yīng)用于導(dǎo)體較深層缺陷、飛機(jī)機(jī)身多層結(jié)構(gòu)等的探測。脈沖渦流目前主要用于軍用和民用吃機(jī)的無損檢測中，在多層金屬結(jié)構(gòu)中問層或次表面缺陷的檢測有應(yīng)用優(yōu)勢，并被證明能有效地實(shí)現(xiàn)對吃機(jī)多層結(jié)構(gòu)和機(jī)身重疊部位隱含的腐蝕缺陷的檢測和評估。4優(yōu)缺點(diǎn)脈沖渦流檢測技術(shù)具有許多優(yōu)勢。常規(guī)渦流檢測技術(shù)采用單一頻率的正弦信號作為激勵(lì)，主要對感應(yīng)磁場進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析，即通過測量感應(yīng)電壓的幅值和相位來識別缺陷；而脈沖渦流檢測技術(shù)主要對感應(yīng)電壓信號進(jìn)行時(shí)域的瞬態(tài)分析，提取信號特征量，分析缺陷尺寸、類型和結(jié)構(gòu)參數(shù)等變化。在理論上，由于脈沖渦流檢測技術(shù)中的激勵(lì)信號可以看成一系列不同頻率正弦諧波的合成信號

18、，具有很寬的頻譜，廣義上可以認(rèn)為其是一種多頻渦流檢測技術(shù)，所以，可以比常規(guī)渦流檢測技術(shù)提供更多信息四多頻渦流檢測1原理多頻渦流檢測(Multi-FrequencyEddyCurrentTesting,MFECT)技術(shù)是一種渦流檢測新技術(shù)，它用多個(gè)頻率激勵(lì)傳感器，比用單個(gè)頻率作為激勵(lì)信號的常規(guī)渦流檢測技術(shù)能獲取更多信息【i,2,2i-232發(fā)展3應(yīng)用4優(yōu)缺點(diǎn)1檢測中如何充分利用所獲取的信息，對其進(jìn)行特征提取分析是多頻渦流檢測技術(shù)的關(guān)鍵問題，其檢測結(jié)果比常規(guī)渦流檢測技術(shù)可以更有效地實(shí)現(xiàn)干擾抑制或者多參數(shù)檢測。21970年，美國科學(xué)家LibbyHL首先提出多頻渦流檢測技術(shù)，用以實(shí)現(xiàn)渦流檢測過程中的干

19、擾抑制或者被檢對象的多參數(shù)檢測21。多頻渦流檢測技術(shù)采用多個(gè)不同頻率激勵(lì)渦流傳感器，利用不同頻率下，參數(shù)有不同變化的原理來實(shí)現(xiàn)的。在不同頻率下得到的檢測信號，通過一定的方法進(jìn)行分析處理，提取多個(gè)所需參數(shù)，或者抑制干擾1,3,21,117。五acfm1原理當(dāng)載有交變電流的檢測線圈靠近導(dǎo)體時(shí)，交變電流在周圍的空間中產(chǎn)生交變磁場，被檢對象表面感應(yīng)出交變渦流；當(dāng)表面無缺陷時(shí)，表面渦流線彼此平行，形成近似勻強(qiáng)渦流場，在周圍空間產(chǎn)生近似勻強(qiáng)的交變電磁場；當(dāng)被檢對象表面存在缺陷時(shí)，由于電阻率的變化，渦流場發(fā)生畸變，勻強(qiáng)渦流分布受到破壞，進(jìn)而勻強(qiáng)磁場發(fā)生變化，測量該擾動(dòng)磁場的變化，即可判斷出缺陷。2發(fā)展在我國

20、，對其研究還處于起步階段，一些研究機(jī)構(gòu)，比如國防科技大學(xué)，華中科技大學(xué)，西安交通大學(xué)等通過仿真軟件等對電磁檢測機(jī)理及探頭研制進(jìn)行了探和設(shè)計(jì)。北京科技大學(xué)相關(guān)人員還把ACFM與SQUID檢測設(shè)備相配合，結(jié)合反演技術(shù)在成像領(lǐng)域進(jìn)行了初步研究15。3應(yīng)用1在20世紀(jì)80年代后期，ACFM法首先被應(yīng)用于石油和天然氣的水下結(jié)構(gòu)和海上平臺設(shè)備的無損檢測中，用來探測結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位焊縫和表面涂層?，F(xiàn)己被廣泛應(yīng)用于石油化工、海上平臺、鐵路運(yùn)輸、電力工業(yè)及航空航天等十分廣泛的領(lǐng)域中，并取得顯著效果。2acfm方法的檢測對象必須是導(dǎo)體它最早出現(xiàn)在近海石油工程領(lǐng)域WMf規(guī)范規(guī)定其應(yīng)用范圍為固定&移動(dòng)海洋工程設(shè)施的水下結(jié)

21、構(gòu)和飛濺區(qū)結(jié)構(gòu)的在役無損檢測(&)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于石油&石化&核工業(yè)&航天及土木等行業(yè)尤其是大型工程結(jié)構(gòu)物&螺紋&水下結(jié)構(gòu)和體積缺陷等的在役檢測！3(1)鉆桿、鉆挺等提升用具的螺紋檢測隨著當(dāng)前鉆井技術(shù)的不斷進(jìn)步，相應(yīng)的鉆井速度也隨之加快，因而井隊(duì)使用的鉆具壽命周期相對縮短。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%左右的石油管道失效事故都發(fā)生在鋼管接頭的連接部位，與鋼管接頭部位的螺紋質(zhì)量密切相關(guān)。常見的鉆具螺紋檢測力一法，如磁粉檢測只能檢測外螺紋，其勞動(dòng)強(qiáng)度較大且難以量化缺陷;超聲波對螺紋根部裂紋的檢測靈敏度較低且探頭掃描受人為因素的影響較大。TSC公司最新的ATI自動(dòng)螺紋檢測系統(tǒng)不需要標(biāo)定即可完成表面裂紋的定性和定量缺陷

22、檢測，具有非接觸測量、檢測速度快、對內(nèi)、外螺紋均能檢測等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，將該系統(tǒng)應(yīng)用到鉆具螺紋的現(xiàn)場檢測與評估中具有較大的經(jīng)濟(jì)和工程意義。(2)海洋平臺的安全檢測口前，ACFM力一法在海洋平臺主要用于水下結(jié)構(gòu)物檢測，而隨著海洋平臺逐漸趨于后服役期，這些老齡化的鉆井、采油平臺的安全例行檢測就將提上議程。如果采用過去的結(jié)構(gòu)物缺陷常規(guī)檢測力一法，由于需要清除表面涂層則工作量非常大；而利用ACFM設(shè)備(對于水上結(jié)構(gòu)可直接使用AMIU()金屬裂紋檢測儀，水下結(jié)構(gòu)則需使用U31水下裂紋檢測儀)可以檢測包括水上、水下結(jié)構(gòu)及飛濺區(qū)的所有關(guān)鍵部位，如起重設(shè)備、儲罐、導(dǎo)管架和平臺結(jié)構(gòu)的重要受力節(jié)點(diǎn)等，不僅大大縮短

23、了檢測周期，而且檢測結(jié)果可精確定量，對提高我國海洋平臺結(jié)構(gòu)的安全檢測水平具有積極的推廣意義。國外對ACFM的研究已經(jīng)較為成熟，ACFM的應(yīng)用已得到世界權(quán)威結(jié)構(gòu)如Lloyds、DNV、BV和ABS等的認(rèn)證，也已具有相關(guān)的裂縫檢測儀以及更新?lián)Q代產(chǎn)品。1991年ACFM技術(shù)首先應(yīng)用于在北海平臺的水下裂紋檢測，1999年P(guān)ETROBARS公司將ACFM技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)壓力容器的檢測，到2001年世界上已經(jīng)有30多家應(yīng)用ACFM來檢測海底焊縫，包括俄羅斯、斯堪的納維亞、西澳大利亞、英國BP、巴西的SISTAC和PETROBRAS以及墨西PEMEX公司。4優(yōu)缺點(diǎn)1交變磁場測量技術(shù)是近幾年興起的精確測量表面裂

24、紋的無損檢測方法，它由交流電勢降(A代ernatingCurrentPotentialDrop,ACPD)技術(shù)發(fā)展而來，其突出優(yōu)點(diǎn)是能測量裂紋尺寸33-35oACFM法結(jié)合ACPD法能測定裂紋尺寸和渦流法無需同工件接觸的優(yōu)點(diǎn)，無需人工標(biāo)定試塊，具有精確理論依據(jù)的數(shù)學(xué)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)缺陷的定量檢測。由于ACFM技術(shù)建立在鐵磁性材料的高磁導(dǎo)率這一特征之上，所在的環(huán)境磁場容易對被檢工件表面磁場產(chǎn)生十?dāng)_現(xiàn)象，因此檢測過程中應(yīng)注意對十?dāng)_因素進(jìn)行分析處理：(1)涂層厚度探測面的非導(dǎo)電涂層厚度不超過5mm，但大于1mm時(shí)，裂紋尺寸計(jì)算必須考慮涂層厚度的補(bǔ)償。(2)探測面粗糙度情況探測表面雖然不需清除涂層，但應(yīng)

25、保證探頭能平滑移動(dòng)并盡量勻速掃查，經(jīng)打磨后的表面會(huì)改變磁場滲透性，因此檢測人員應(yīng)清楚雜音信號、飽和或者信號變形現(xiàn)象。(3)材質(zhì)變化通常情況下探頭沿焊縫的兩側(cè)焊腳分別進(jìn)行掃查，但當(dāng)焊縫寬度較寬，需要沿焊縫掃查或遇到修補(bǔ)焊縫處的材料變化時(shí)，由于材料的滲透性不同會(huì)引起偽缺陷顯示。(4)磁化狀況探測面應(yīng)處于未磁化狀態(tài)，對采用MT或其它磁設(shè)備近期檢測過的區(qū)域應(yīng)進(jìn)行退磁處理。(5)掃描面積單探頭最寬掃描范圍大5mm,當(dāng)焊縫寬度超過20mm時(shí)應(yīng)進(jìn)行多次重疊日描或使用陣列探頭。(6)幾何效應(yīng)幾何效應(yīng)包括工件的幾何效泣和裂紋的幾何效應(yīng)，前者是指探頭接近復(fù)雜的幾何Ids伏或拐角處對檢測信號會(huì)產(chǎn)生影響，同時(shí)在焊縫末

26、.ulfi有邊緣效應(yīng)；后者指裂紋的幾何形狀對測量裂紋尺寸為精確性存在一定影響，而與掃描成一定角度的裂墳、線接觸或多裂紋、橫向裂紋均會(huì)影響磁場幅值。(7)裂紋尺寸計(jì)算由于ACFM理論模型侶定材料上有一個(gè)線性的均勻場，同時(shí)假定疲勞裂紗J1形狀為半橢圓形，因而檢測計(jì)算所得的裂紋缺陀長度較實(shí)際的要小，實(shí)際測試時(shí)探頭應(yīng)放置在合適JI位置以盡可能地保持均勻場。交流磁場檢測與渦流檢測相比最人的優(yōu)勢在于不需要標(biāo)定，具有涂層穿透性以及可探測較深層次裂紋的民度和深度，在定量描述上前進(jìn)了一步，但是仍舊不能對材料疲勞程度進(jìn)行評ACFM技術(shù)不需要測量前的標(biāo)定土作，減少了土作量，同時(shí)一提高了準(zhǔn)確度，但ACFM技術(shù)是建立在

27、鐵磁性材料的高磁導(dǎo)率這一特征上的六漏磁檢測1原理漏磁檢測技術(shù)是指鐵磁材料試件被磁化后，因試件表面或近表面的缺陷引起磁場畸變而在其表面形成漏磁場，人們通過檢測漏磁場的變化來發(fā)現(xiàn)缺陷。當(dāng)用磁化器磁化被測試件時(shí)，若材料的材質(zhì)是連續(xù)，均勻的，則材料中的磁感應(yīng)線將被約束在材料中，被測試件表面沒有磁場。但是，當(dāng)材料中存在著切割磁力線的缺陷時(shí)，材料表面的缺陷會(huì)使磁導(dǎo)率發(fā)生變化，由于缺陷的磁導(dǎo)率很小，使磁路中的磁通發(fā)生畸變，磁感應(yīng)線流向會(huì)發(fā)生變化，除了部分直接通過缺陷或通過材料內(nèi)部外，還有部分的磁通會(huì)泄漏到材料表面的上空，通過空氣繞過缺陷再重新進(jìn)入，此時(shí)會(huì)形成漏磁場，采用磁敏感傳感器檢測則稱為漏磁檢測法。2發(fā)

28、展漏磁檢測原理的研究開始于1966年Zatsptin和Scherbinin以裂紋缺陷表面周圍磁場產(chǎn)生磁電荷角度將無限長裂紋看作面磁偶極子模型開始的，這種方法使人們開始逐步認(rèn)識漏磁場。但這只是邁出探索的第一步，還存在著諸多的不足，正是由于他們的存在，才使得越來越多的專家學(xué)者開始涉足漏磁檢測原理的研究。Lord和Hwang最早開始將有限元法引入到漏磁場的計(jì)算中，使得漏磁檢測的理論獲得了重大的進(jìn)展。他們對不同形狀，不同傾角缺陷以及裂紋深度和寬度對漏磁場的影響的分析為其日后在工程應(yīng)用提供了可能18。進(jìn)入80年代后，大量的學(xué)者開始對漏磁通檢測技術(shù)加以重視，在理論模型、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析以及測試裝置方

29、面做了大量的工作，深入分析了材料特性、磁場強(qiáng)度、檢測組件對漏磁檢測的影響。FoersterF用實(shí)驗(yàn)方法重復(fù)了Lord和Hwang的研究內(nèi)容，修正了Lord和Hwang關(guān)于裂紋寬度影響缺陷漏磁場的結(jié)論。Atherton在1987年和1988年用二維有限元的方法對Lord和Hwang的研究進(jìn)行了改進(jìn)，考慮了鋼管壓力對導(dǎo)磁率的影響，針對特定檢測裝置研究了磁場分布和缺陷的漏磁場，并且得出了管道檢測中缺陷信號與缺陷大小的關(guān)系。EduardoAlsthculer在1995年剔除了Foerster研究中的不足，提出了針對鋼管檢測的非線性缺陷檢測模型。通過有限元法可以描繪缺陷的漏磁場空間分布，采用有限元法和實(shí)

30、驗(yàn)相對比，研究了漏磁場與缺陷幾何參數(shù)之間的關(guān)系19。近幾年來，國際上對漏磁檢測技術(shù)的研究日趨活躍，主要集中在漏磁信號的影響因素的分析、信號反演算法和缺陷形狀重構(gòu)的方面。2004年GwanSooPark和SangHoPark利用三維有限元仿真分析了漏磁檢測過程中的速度效應(yīng)，指出檢測裝置的運(yùn)行速度可扭曲漏磁信號，提出了速度效應(yīng)補(bǔ)償方法。2006年YongLi等人利用數(shù)值仿真方法對高速運(yùn)行環(huán)境下的漏磁信號做了評價(jià)，指出了檢測過程中應(yīng)該解決的技術(shù)問題。2002年JensHaueisen和RalfUnger等人提出了最大嫡、L1和L2范數(shù)等線性和非線性的信號反演算法，適合于依賴漏磁檢測分析數(shù)據(jù)反演計(jì)算確

31、定缺陷區(qū)域和位置，為缺陷的檢測與描述提供了強(qiáng)有力的手段。PradeepRamuhalli和LalitaUdpa等人提出了基于函數(shù)逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的漏磁檢測的信號反演算法，能在噪聲存在的情況下較好地重構(gòu)缺陷輪廓。2004年AmeetJoshi等人提出了基于自適應(yīng)小波基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反演算法，有效預(yù)測缺陷三維輪廓。2006年R.Christen和A.Bergamini提出了基于模型特征提取結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用算法，用于漏磁檢測中缺陷自動(dòng)檢測。德國無損檢測與服務(wù)公司的K.REBER和美國Tuboscope管道服務(wù)公司A.BELANGER合作研究了漏磁檢測缺陷形狀尺寸重構(gòu)的可靠性問題。2007年印度學(xué)者K.

32、C.Hari等人提出了一種簡化的有限元仿真模型，結(jié)合遺傳算法應(yīng)用于試件內(nèi)表面缺陷形狀的重構(gòu)，節(jié)省了反演計(jì)算時(shí)間，獲得較好效果。2008年加拿大學(xué)者RezaKhalajAmineh等人，引入漏磁信號的切向分量，用于描述表面裂紋缺陷的方向、長度和深度20。3應(yīng)用在石油工業(yè)中，石油管通常包括油管，套管，輸送管和鉆桿等，而利用漏磁檢測技術(shù)對石油管的檢測也是目前最為常用的的檢測方法。世界的主要能源石油和天然氣多數(shù)采用管道運(yùn)輸?shù)姆绞?，由于運(yùn)輸管道埋設(shè)在地下或裸露在空氣中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生腐蝕、磨損、意外損傷等原因?qū)е碌墓艿佬孤┦鹿?，不僅造成能源的損失，維修費(fèi)用也非常高21。在這種背景下，國外于20世紀(jì)70年代中

33、期開始研究一種稱為“爬機(jī)（英文稱作pig）”的管道漏磁檢測儀器，80年代開始得到應(yīng)用。我國對運(yùn)輸管道的安全也給予了高度關(guān)注。在這種情況下，我國于80年代中期從美國、德國等國家引入了包括漏磁檢測儀器在內(nèi)的各種檢測設(shè)備，成立了專門的管道技術(shù)公司，并開始了相關(guān)技術(shù)的研究。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后漏磁檢測技術(shù)的應(yīng)用研究在我國得到很大發(fā)展，檢測對象也很快由運(yùn)輸管道拓展到其它方面。國內(nèi)從事漏磁檢測技術(shù)研究科研機(jī)構(gòu)和單位很多，主要有沈陽工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、天津大學(xué)等22。對于鉆桿而言，Tuboscope公司的鉆桿探傷系統(tǒng)系列包括固定式、移動(dòng)式、車載式三種。固定式鉆桿檢測系統(tǒng)可同時(shí)進(jìn)行橫向缺陷、壁厚變化的

34、檢測，以及鋼級比較。移動(dòng)式鉆桿檢測系統(tǒng)可以檢測橫向缺陷和壁厚損失23。車載式鉆桿檢測系統(tǒng)專門為野外惡劣工作環(huán)境而設(shè)計(jì)，自帶發(fā)電機(jī)，可不依賴于其它條件而獨(dú)立工作。OEM公司的固定式鉆桿及油管探傷系統(tǒng)具有在線自診斷功能，專利數(shù)字信號處理技術(shù)。而其同一系列的便攜式鉆桿及油管探傷系統(tǒng)的橫向缺陷和壁厚損失的覆蓋率超過100%,其檢測速度可達(dá)到每分鐘55米。2000年，大慶石油局鉆井技術(shù)服務(wù)公司投資800萬元引進(jìn)一套美國ICO公司的鉆具檢測系統(tǒng)正式投入運(yùn)行，包括AGS5700固定式鉆桿管體檢測儀、SPECTZ000便攜式鉆桿管體檢測儀、PROSPECT2000UTES超聲波鉆桿端區(qū)探傷儀等。系統(tǒng)可對管材的

35、橫向裂紋、壁厚損失、腐蝕、鋼級進(jìn)行檢測判定24。在國內(nèi)，合肥齊美檢測設(shè)備有限公司研制出的鉆桿檢測系統(tǒng)運(yùn)用漏磁與超聲相結(jié)合的技術(shù)，內(nèi)外缺陷檢測一次完成。華中科技大學(xué)研制出EMT系列的管、桿、繩自動(dòng)檢測線,采用遠(yuǎn)場磁場檢測技術(shù)，綜合了漏磁通檢測方法，實(shí)現(xiàn)裂紋、銹蝕、桿狀磨損、壁厚減少等的綜合檢測25。對套管、油管及小徑管的無損檢測技術(shù)是在漏磁探傷基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在國外，同類技術(shù)發(fā)展已有十多年，已有多家公司提供系列產(chǎn)品，但因技術(shù)復(fù)雜、難度大、價(jià)格很高，不利于國內(nèi)推廣，并且尚有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難點(diǎn)，有待進(jìn)一步解決26。國外開發(fā)此類技術(shù)的有PiPetronix公司、拉賽爾公司、阿莫科研究中心和日本鋼管公司。

36、國外70年代中期開始研制實(shí)用的漏磁探傷設(shè)備，以后推出了多種漏磁探傷儀，比較有名的廠家是德國的Frster公司和美國的Tuboscope公司。國內(nèi)最早使用漏磁探傷儀的廠家是上海寶山鋼管廠和成都無縫鋼管廠。分別使用Frster公司和Tuboscope公司的產(chǎn)品。而后清華大學(xué)探討了利用漏磁檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)采油套管、油管高速無損探傷的研究，由這項(xiàng)技術(shù)構(gòu)成的高速探傷儀可以通過計(jì)算機(jī)顯示檢測過程，顯示傷信號數(shù)據(jù)。在長輸管道的檢測方面沈陽工業(yè)大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)也作了不少研究。天津大學(xué)和南昌航空工業(yè)學(xué)院等一些研究單位都對漏磁信號的特性和處理做了大量的理論和實(shí)際研究工作。與此同時(shí)，華中科技大學(xué)在吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的

37、基礎(chǔ)上，不斷研究，研制了初步具有自動(dòng)化水平的無損檢測儀器，并取得了長足的進(jìn)步27。漏磁檢測方法適用于中小型管道的細(xì)小缺陷檢測。該方法操作簡單、檢測速度快、檢測費(fèi)用較低，對管道輸送的介質(zhì)不敏感，可以進(jìn)行油氣水多相流管道的腐蝕檢測，可以覆蓋管道的整個(gè)圓周。此外，與常規(guī)檢測方法相比，漏磁檢測具有量化檢測結(jié)果、高可靠性、高效、低污染等特點(diǎn)28。漏磁檢測方法以其在線檢測能力強(qiáng)、自動(dòng)化程度高等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)而滿足管道運(yùn)營中的連續(xù)性、快速性和在線檢測的要求，在管道內(nèi)檢測中使用極為廣泛。在實(shí)際應(yīng)用中，漏磁通法檢測器仍存在一些缺點(diǎn)。具體如下：容易產(chǎn)生虛假信號。漏磁通法檢測器產(chǎn)生的信號在腐蝕不嚴(yán)重但邊緣陡峭的局部腐蝕所產(chǎn)生的信號比腐蝕嚴(yán)重但邊緣