漏磁检测.ppt

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漏磁检测技术,黑龙江省电力科学研究院池永斌,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,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,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，即大部分磁通在工件内部绕过缺陷。

少部分磁通穿过缺陷。

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,漏磁场的二维分布,漏磁检测的原理及特点优点,

（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。

漏磁检测的原理及特点局限,只适用于铁磁材料。

只有铁磁材料被磁化后，表面和近表面缺陷才能在试件表面产生漏磁通，因而，漏磁场检测和磁粉检测一样只适合于铁磁材料的表面检测。

如黑色金属，主要是除奥氏体不锈钢之外的所有钢材。

检测灵敏度低。

由于检测传感器不可象磁粉一样紧贴被检测表面，不可避免地和被检测面有一定的提离值，从而降低了检的灵敏度、对于一般的情况，文献给出的漏磁检测的灵敏度为深0.10.2mm的表面裂纹。

缺陷的量化粗略。

缺陷的形态是复杂的，而漏磁通检测得到的信号相对简单，在实际检测中，缺陷的形状特征和检测信号的特征不存在一对应关系，因而漏磁检测只能给缺陷的初步量化。

物理模型I偶极子模型,物理模型I偶极子模型,物理模型I偶极子模型,物理模型II福斯特模型,漏磁场的影响因素,1）磁化场。

磁化场的强弱对缺陷漏磁场影响很大。

由于磁化场决定了工件的磁化程度（磁感应强度），磁化强度与缺陷漏磁场具有如图4-2-6那样的对应关系。

由图可见，当磁化程度较低时，漏磁场偏小，且增加缓慢，当磁感应强度达到饱和值的80%左右时，漏磁场不仅幅值较大，而且随着磁化场的增加会迅速增大。

磁化场的种类也会影响漏磁场的分布，直流磁场在工件中分布较均匀，交流磁场由于趋肤效应，磁场集中于工件表面，对表面缺陷，交流的漏磁场要更为敏感一些；对埋藏缺陷，结果反之（条件是两磁场峰值相等）。

漏磁场的影响因素,2）缺陷方向、位置和尺寸的影响。

缺陷方向对漏磁场影响很大，当缺陷主平面与磁化场方向垂直时，产生的漏磁场最强；当缺陷主平面与磁化方向平行时，由于缺陷对磁力线的通过几乎没有影响，所以漏磁场近似为零。

当缺陷与磁化方向的夹角由逐渐减少时，漏磁场的变化规律如图4-1-9所示。

缺陷在工件中的位置对漏磁场的影响：

同样的缺陷位于工件表面时漏磁场最大，位于工件内部，随着埋藏深度增大而逐渐减小，当埋藏深度足够大时，漏磁场将趋于零。

缺陷的大小对漏场影响很大，当宽度相同、深度不同时，漏磁场随着缺陷深度的增加而增大，如图4-1-10所示，在一定范围内两者近似于直线关系。

缺陷宽度对漏磁场的影响相应较小，在缺陷宽度很小时，随宽度的增大漏磁场有增加的趋势，但当宽度较大时，宽度增大，漏磁场反而缓慢下降。

此外，缺陷的性质、形状也对缺陷泄漏场有影响。

不同种类的缺陷，磁导率不一样，磁力线通过时磁阻不一样，产生的漏磁场不可能一样。

平面状缺陷和体积状缺陷的漏磁场也会有差异。

漏磁场的影响因素,3）工件的材质及工况钢材的磁特性是随其合金成分（尤其是含碳量）、热处理状态、加工状态而变化，相同的磁化、相同的缺陷对不相同磁性的材料，缺陷磁场不一样，难以磁化的材料（磁导率低）漏磁场小。

当工件表面有覆盖层（涂，镀层）时，随着覆盖层厚度的增加，漏磁场将减弱。

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,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50Hz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,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。

磁化强度选择,在漏磁检测中，虽然检测目的不同，但磁化强度的选择首先以缺陷或结构特征产生的磁场能否被检测到为前提，一般要求以足够强的磁场进行励磁以获得磁敏感器件可以测量的磁场。

另外，检测信号的信噪比、检测装置的经济性等也应成为考虑的因素。

很明显，随着磁化强度的加强，磁化器的体积重量以及成本将随之升高，因此，必须多方面综合考虑，最优地选择磁化的强度。

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,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。

漏磁测量基本要求,

（1）灵敏度

（2）空间分辨力（3）信噪比（4）覆盖范围（5）稳定性（6）可靠性（7）有效信息比（8）性能价格比,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。

退磁,退磁原理退磁的必要性,退磁方法,交流退磁

（1）穿过线圈法

（2）电缆绕扎法（3）通电法直流退磁

（1）换向直流接触线圈法

（2）换向电缆绕扎结法（3）换向脉冲法,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,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6mm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,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,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,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