钢棒漏磁探伤中的端部效应与检测盲区

　　在漏磁无损探伤中,当检测到钢棒端部时会产生端部效应,在端部相当一段长度内造成检测盲区。探伤过程中,钢棒端部刚开始进入磁化线圈时,通电空心线圈逐渐变成带铁心线圈,此时磁化场在钢棒端部不能有效地聚集,一方面,端头泄漏的磁场相对较强,当用霍尔元件检测时,检测信号基准线会发生偏离或元件产生饱和,拾取不到缺陷漏磁场;另一方面,钢棒中的磁场强度减弱,缺陷漏磁场相应变小,达不到检测所需磁化强度,产生检测盲区。当钢棒进入磁化线圈一段距离后,大部分的磁通聚集在钢棒中,钢棒被有效磁化,检测进入正常有效检测区域。同样,在钢棒离开励磁线圈时,其另一端也会出现同样的现象。这种现象我们称为端部效应。因此,从端头开始到获得有效检测信号的这段钢棒长度称为端部检测盲区。本文首先实验研究了端部效应及端头检测信号的特征,然后提出了一种减小端部效应影响和端部检测盲区的方法。

　　1　端部检测信号分析

　　设计实验方案如图1所示。图中,直径 40 mm的圆钢棒放置在磁化线圈的同心位置处,检测元件则放置在线圈内正中紧贴钢棒表面以获得稳定的检测信号。磁化线圈的匝数为400,沿钢棒轴向的宽度为135 mm,其供电由外接的直流稳压电源提供,实验过程中可以调节励磁电流的大小使钢棒处于最佳磁化状态[1]。检测霍尔元件采用5 V供电的UGN3503,其零磁场时的典型输出为2.5 V,在100 mT内的典型灵敏度为13 V/T。信号采集采用了等空间采样的方法[2]。因为在实验过程中人工移动钢棒时运动速度波动很大,若采用等时间采样方法将无法准确确定检测盲区的位置。检测元件将检测到的磁信号转移为电信号,经过数据采集卡放大、滤波和A/D转换后,输入计算机进行显示。

　　在试验棒上每隔一定间距制作一个盲孔,尺寸均为 0.8 mm×1 mm(深),其分布如图2所示。移动钢棒,检测元件对不同位置上的盲孔依次进行检测,得到如图3所示的典型信号波形,其中实线表示霍尔元件实际检测波形,而虚线表示了实际背景磁场变化趋势。图中,每个采样点对应于钢棒上的轴向位移为0.235 mm。

　　从图3中可以看出,端头部分的漏磁场检测信号表现出下面两个特点:(1)信号的基准线有从上向下偏移的趋势。主要原因是钢棒端头处泄漏磁场的影响。其影响的范围随钢棒直径和磁化线圈的尺寸变化。钢棒直径越大,其端头扩散漏磁场的范围就越大,也即端部效应影响的范围也越长。线圈内径的增大也会产生同样的效果。因为采用的是等空间采样方法,可知图中距钢棒端头约95 mm(398(采样点数)×0.235 mm(采样间隔))处的A点为对应的检测元件饱和临界点,而受基准线偏移影响的检测区大约有530 mm(2252(采样点数)×0.235 mm(采样间隔))。同样,钢棒端部离开励磁线圈时,信号基准线表现出从下到上的偏移的趋势。(2)随着距离端头长度的减小,同样大小的缺陷对应的信号峰峰值也呈现逐渐减小的趋势。其原因可以解释为:由于端头漏磁场的加大,钢棒中的磁场强度减弱,缺陷漏磁场相应减小,缺陷信号的峰峰值则随之变小。当端头漏掉的磁通量太多时,棒内的磁场强度达不到漏磁检测的磁化要求,缺陷信号则难以检测到。因此,消除端部效应的影响需达到两方面的要求:第一,减少钢棒端部的漏磁通量;第二,增加钢棒内的磁场强度。