场量测量在变交漏磁检测技术的应用

　　0　引　言

　　管道系统广泛应用于冶金、石油、化工以及城市水暖工业等工业部门中,工业管道的工作条件非常恶劣,容易发生腐蚀、疲劳破坏或由管道内部的潜在缺陷发展成为破损而引起泄漏事故.特别是输油、输气管道在长期使用中,由于表层地基不稳定、介质腐蚀、意外事故等原因,管道易发生位貌变化,并发生腐蚀与裂纹等缺陷和损伤,发生泄漏,将对环境造成极大的污染和危害,并带来经济和人身安全上的巨大损失,所以必须对其进行定期无损检测,以保证其正常使用.

　　目前的管道检测使用的方法一般有漏磁检测、超声检测、远场涡流检测、射线检测等.其中,漏磁检测是当前无损检测领域研究的热点,它适用于各种铁磁性材料构件(如钢轨、钢管、钢丝绳以及军事装备中的炮身、炮管、弹体、罐体等)表面以及内部缺陷的检测,因此得到了深入的发展和广泛的应用.

　　本文设计的基于霍尔元件的螺纹缺陷交变漏磁检测系统,其激励场不是采用传统的永磁铁,而是采用了交流信号,这对于测量螺纹缺陷具有很高的灵敏度和精度,也适合于大多数钢管检测表面缺陷的检测情况,因为一般表面最容易出现裂纹等缺陷;采用交流信号作为激励的另外一个优点,就是可以简化传感器的结构,并且可以根据不同的检测情况,任意选取激励的频率和幅值.另外,本文的实验结果也为交变漏磁检测用于螺纹检测提供了基础.

　　1　交变漏磁检测工作原理

　　交变漏磁检测的理论基础和基于永磁铁的漏磁检测原理是一致的,只是由于集肤效应,交变磁场只是在构件的表面存在,无法渗透到很深的位置,但也正因如此,使得其对表面或近表面裂纹具有很高的灵敏度[5,8].

　　交流漏磁检测是利用磁现象来检测表面及近表面缺陷的一种无损检测方法,其基本原理是:铁磁性材料在外加磁场的作用下被磁化,如果材料中没有缺陷时,磁力线绝大部分通过铁磁性材料;如果在表面或近表面存在裂纹等缺陷,由于缺陷的磁导率远比铁磁性材料本身小,缺陷处磁阻增大,从而使得通过该区域的磁场分布发生变化,磁力线发生弯曲,一部分将泄漏出材料表面,形成泄漏磁场,采用相应的磁场传感器感知磁场的变化,形成电信号进行处理,即可以得到缺陷的位置和大小等信息.

　　根据边界连续性条件,磁力线在钢管表面发生折射,并且有[1～4]

　　式中:μ1,μ2分别为空气和钢管的磁导率;θ1,θ2分别为外场和管道内磁场磁力线和管的法向方向的夹角,由于μ1 μ2,因此可以知道θ≈90°.

　　由此可以得到结论:在无缺陷时,磁场进入管壁内后,磁场的方向平行于钢管的轴线,且全部束缚在钢管壁内,而钢管腔内无磁场或磁场较弱,这也就是钢管的磁屏蔽原理;在有缺陷的情况下,在缺陷的位置必定改变磁力线的分布,磁场将得到加强或者减弱,通过测量这种表征就可以实现缺陷的检出和定位[1～4].