無縫鋼管-無損檢測

鋼鐵產(chǎn)品是每一個(gè)工業(yè)化國家較重要的材料，為了保證鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量是相當(dāng)重要的，隨著鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展與各式各樣無損探傷方法的發(fā)展相輔相成。

8.5.1 　無損探傷概論

8.5.1.1 　無損檢測的定義

顧名思義，所謂無損檢測就是在材料、設(shè)備、結(jié)構(gòu)等不被破壞的前提下，利用材料的物理性能隨缺陷而改變的特性來檢測缺陷是否存在及缺陷的形狀、大小、位置以及發(fā)展趨勢的檢測方法（或過程）被稱為無損檢測。

8.5.1.2 　缺陷的定義及種類

缺陷是指材料性能在連續(xù)性，純潔度均勻性方面的不足，或總稱為不連續(xù)性。而狹義上的傷是指幾何上的不連續(xù)性，是缺陷上的一種，一般把傷和缺陷混在一起。

材料上的不連續(xù)性包括：

1 　幾何上的不連續(xù)性：裂紋、縮孔、小孔、分層、氣孔、尺寸公差等；

2 　物理上的不連續(xù)性：應(yīng)力集中、籌備不均勻等；

3 　化學(xué)上的不連續(xù)性：化學(xué)成份的偏析。

鋼鐵在生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生多種缺陷，比如在進(jìn)行壓力加工時(shí)鍛造會(huì)產(chǎn)生表面開裂、內(nèi)裂、直橫、脫碳、白點(diǎn)；軋制過程中會(huì)產(chǎn)生尺寸公差、形狀不規(guī)范，以及在熱處理過程中產(chǎn)生的熱處理應(yīng)力及熱處理裂紋等。

8.5.1.3 　無損探傷方法

目前，幾種常用的缺陷檢測方法，針對表面缺陷有渦流、漏磁、磁粉、滲透和目測等，可以使用超聲、射線等方式進(jìn)行內(nèi)部探傷，較新還有聲發(fā)射、聲全息、遠(yuǎn)紅外、中子射線、核磁共振和電磁超聲等多種方式。根據(jù)涉及到的物理性能基本可以分成幾種，通過射線照射下的物理性能的方式稱為射線檢測（簡稱：RT）；采用彈性波方式的稱為超聲檢測（簡稱：UT）包括聲全息等；利用鋼鐵的電磁特性的電磁檢測包括磁粉（簡稱：MT）、渦流（簡稱：ET）、漏磁（簡稱；EMI）；利用金屬表面特性的滲透檢測（簡稱：PT）；除以上五大常規(guī)檢測手段外還有利用產(chǎn)品熱學(xué)性質(zhì)的熱成像、紅外線檢測……

8.5.1.4 　無損探傷工序的任務(wù)

在生產(chǎn)線上，采用無損探傷系統(tǒng)能快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)控、自動(dòng)檢測并進(jìn)行分類，以保證合格的成品進(jìn)入成品庫。

8.5.1.5 　無損探傷人員

1 　探傷操作人員必須帶有相應(yīng)探傷方法的資格證書

Ⅰ級探傷人員必須在Ⅱ級探傷人員的指導(dǎo)下操作，Ⅱ級探傷人員具有對操作人員操作設(shè)備及各種記錄的填寫進(jìn)行審核的權(quán)利，并保證相關(guān)技術(shù)文件的執(zhí)行。

2 　探傷人員均應(yīng)通過冶金無損檢測人員技術(shù)資格鑒定規(guī)定考核

（Qualification 　and Certification Committee for Metallurgical Nondestructive Testing Personnel），等效于SNT-TC-1A。

3 　無損探傷（檢測）人員技術(shù)資格目前通常包括3個(gè)級別

Ⅰ級—能夠按照現(xiàn)有說明書進(jìn)行調(diào)試、檢測和評判工作

Ⅱ級—能夠安裝和校核儀器，并能根據(jù)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求對得到的結(jié)果進(jìn)行解釋和評估。必須會(huì)寫書面說明和檢測結(jié)果報(bào)告。

Ⅲ級—負(fù)責(zé)開發(fā)新的檢測技術(shù)、解釋標(biāo)準(zhǔn)、以及設(shè)計(jì)使用新的檢測方法和技術(shù)。在工藝方面必須有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，并熟悉其它常用的無損檢測方法。

根據(jù)生產(chǎn)需要，在預(yù)精整區(qū)經(jīng)吹灰后潔凈的鋼管，經(jīng)橫移臺(tái)架和V形輥道送到兩套無損探傷裝置（NDE）上進(jìn)行檢查，無損探傷裝置采用漏磁探傷原理，檢查鋼管縱向內(nèi)外表面缺陷和橫向內(nèi)外表面缺陷。有缺陷（超過設(shè)定要求）的鋼管，分別打上不同顏色的標(biāo)記。判廢的鋼管，撥到探傷后的側(cè)向收集臺(tái)架上，有缺陷可修磨的鋼管，進(jìn)行修磨后測壁厚、復(fù)探等工作。無缺陷的鋼管，上入庫臺(tái)架。為了安全快速的進(jìn)行無損檢測，要求進(jìn)入探傷設(shè)備準(zhǔn)備進(jìn)行檢測的鋼管應(yīng)為經(jīng)過鋸切、矯直整理并吹灰后的平頭鋼管，要在保證鋼管直度的同時(shí)盡可能去除鋼管表面的氧化鐵皮和鋼管內(nèi)部的灰塵等干擾物質(zhì)。下面針對漏磁探傷設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)介紹.

8.5.2 　漏磁探傷

8.5.2.1 　探傷機(jī)組簡介

預(yù)精整區(qū)探傷設(shè)備是從美國TUBOSCOPE公司引進(jìn)的漏磁探傷機(jī)組，主要包括縱向探傷設(shè)備（AMALOG）、橫向探傷設(shè)備（SONOSCOPE）、夾送輥裝置、及集中傳動(dòng)輥道(國內(nèi)、變頻調(diào)速)等。采用漏磁探傷原理，檢查鋼管縱向內(nèi)外表面缺陷和橫向內(nèi)外表面缺陷。

1 　橫向探傷設(shè)備(SONOSCOPE)

1） 橫向探傷設(shè)備的基本組成

橫向探傷設(shè)備主要由導(dǎo)向套、磁化線圈、檢測探頭、信號(hào)傳輸系統(tǒng)、氣動(dòng)件、橫移電機(jī)、升降電機(jī)及主機(jī)平臺(tái)組成。

2）橫向探傷設(shè)備的工作原理及探頭布置

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖8-18 　探頭布置示意圖

如圖8-18所示，首先要有一個(gè)沿鋼管縱向軸的磁力線的強(qiáng)磁場。為此需二個(gè)（或三個(gè)）磁化線圈。探頭布置在沿鋼管圓周，分8個(gè)45度扇形面積中各設(shè)一個(gè)探頭，共8個(gè)分兩排，與鋼管外表面接觸。當(dāng)管端進(jìn)入時(shí)為避免管端碰撞探頭，故設(shè)有上下可移動(dòng)的探頭懸掛裝置（氣動(dòng)）。

各相鄰探頭有一部分重合，以免漏探。

被檢測鋼管頭尾部各有一段盲區(qū)，因?yàn)槿鐖D8-18，只有鋼管進(jìn)入兩個(gè)線圈，才能建立穩(wěn)定的強(qiáng)磁場，才能進(jìn)行探傷。

2 　縱向探傷設(shè)備(AMALOG)

1） 縱向探傷設(shè)備的基本組成

縱向探傷設(shè)備主要由磁極、磁化線圈、旋轉(zhuǎn)體、滑環(huán)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、潤滑系統(tǒng)、檢測探頭、信號(hào)傳輸系統(tǒng)、氣動(dòng)件、橫移電機(jī)、升降電機(jī)及主機(jī)平臺(tái)組成。

2） 縱向探傷設(shè)備的工作原理及探頭布置

如圖7-2所示，AMALOG載入穩(wěn)定的直流電源，設(shè)備中產(chǎn)生一恒定磁場，磁力線的方向固定，當(dāng)鐵磁性無縫鋼管進(jìn)入設(shè)備中，磁力線在鋼管管壁沿周向均勻分布（見圖8-19）。

圖8-19 　縱向工作原理示意圖

如果鋼管管體有縱向缺陷會(huì)對磁力線的傳播造成阻礙，由于磁力線的連續(xù)性，磁力線將繞過形成障礙的缺陷在鋼管表面形成磁橋。設(shè)備的兩個(gè)探頭跟隨設(shè)備一同繞鋼管旋轉(zhuǎn)，每個(gè)探頭中的線圈平行于鋼管表面，一旦有缺陷存在線圈切割磁橋，在線圈中便產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢的大小取決于線圈切割磁橋處的磁通量，即由缺陷的大小決定。外表面缺陷會(huì)產(chǎn)生比較尖銳的磁橋而產(chǎn)生較高的感應(yīng)電動(dòng)勢頻率，內(nèi)表面形成的磁橋還要經(jīng)過管壁所以在表面處生成的磁橋比較平緩感生出的感應(yīng)電動(dòng)勢頻率較低（見圖8-20）。圖中1：磁場；2：探頭；3：缺陷。探頭檢測出的電信號(hào)經(jīng)過放大和信號(hào)處理，根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢頻率的高低可以分辨并確認(rèn)缺陷是內(nèi)傷或是外傷然后在顯示器上顯示出來并可配合聲光報(bào)警，同時(shí)可以轉(zhuǎn)化為模擬數(shù)字量打印出來便于操作人員核查。

（a） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（b）

圖8-20 　缺陷及磁橋示意圖

3 　設(shè)備的工藝性能參數(shù)

　管徑范圍　　　　　　　　　　　　　　Φ219.0---460.0mm

　管子壁厚　　　　　　　　　　　　　　5.56------57.43 mm

　鋼管長度　　　　　　　　　　　　　　6000------15000 mm

　鋼管直度　　　　　　　　　　　　　　1.5/1000 mm

　鋼管溫度　　　　　　　　　　　　　　-15-----80℃

　探傷速度　　　　　　　　　　　　　　0.8------2.0m/S

　剩余磁場　　　　　　　　　　　　　　≤25 GAUSS

　噴標(biāo)標(biāo)記精度　　　　　　　　　　±50mm

　管端盲區(qū)　　　　　　　　　　　　　　≤230mm

　探傷方法　　　　　　　　　　　　　　測量漏磁量

材料　　　　　　　　　　　　　　　　　　鐵磁性

8.5.2.2 　工藝說明

漏磁探傷技術(shù)是根據(jù)鐵磁性材料外表面或內(nèi)表面存在缺陷處產(chǎn)生漏磁的原理來檢測工件缺陷。

固定式漏磁探傷裝置（ＳＯＮＯＳＣＯＰＥ）用來檢測鋼管的橫向缺陷，旋轉(zhuǎn)式漏磁探傷裝置（ＡＭＡＬＯＧ）用來檢測鋼管的縱向缺陷。兩套裝置安裝于同一條傳送輥道上，通過計(jì)算機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)連續(xù)地、自動(dòng)地、無破壞地檢測鐵磁性無縫鋼管內(nèi)、外壁的橫向和縱向缺陷，并根據(jù)缺陷的位置和大�。ó�(dāng)量）噴記不同顏色的標(biāo)記。

8.5.2.3 　漏磁探傷原理

1 　漏磁探傷的物理基礎(chǔ)(EMI)

漏磁探傷技術(shù)是根據(jù)鐵磁性材料表面或內(nèi)部存在缺陷會(huì)使空間磁場分布改變的原理來檢測其缺陷的存在。（鐵磁性材料或工件磁化后，在表面和近表面的缺陷處磁力線發(fā)生變形，逸出工件表面形成可檢測的漏磁場。）

2 　漏磁的產(chǎn)生

把一鐵磁性工件置于恒磁場中，它將被磁化，若在材料均勻和無缺陷的情況下，通過工件橫截面的磁力線將是均勻分布的。假如在材料中存在缺陷，例如裂紋，那么在缺陷處的磁阻將加大，此時(shí)，磁力線將分成三部分，其中一部分繼續(xù)保持原來的路徑，通過缺陷（盡管磁阻很大）；第二部分則繞過缺陷，從缺陷以外的其他橫截面通過；而第三部分，則從材料中逸出進(jìn)入空氣當(dāng)中，從空氣中繞過缺陷又回到材料中，這種磁力線逸出材料表面的現(xiàn)象稱為“漏磁”。見圖8-21。

圖8-21

3 　漏磁的分量

圖8-22

4 　影響漏磁探傷（MFL）信噪比的因素

圖8-23

5 　覆蓋率的計(jì)算方法

V=NS/60

　　　　　式中：V---輥道的傳輸速度（M/S）(線速度)

　　　　　　　　　　　　N---主機(jī)旋轉(zhuǎn)速度（RPM）

S---螺距

6 　探頭切向速度的計(jì)算方法

V=DN∏/60

　　　　　　式中：V---探頭切向速度（M/S） 　　　　　

　　　　　　　　　　　　N---主機(jī)旋轉(zhuǎn)速度（RPM）

D---鋼管直徑

　　　　　　　　　　　　∏----圓周率

7 　漏磁探傷方法的局限性

　　---只對鐵磁性材料（材料或其合金）有效

　　---材料必須被磁化到飽和或接近飽和

　　---需要大的磁化電流

　　---為了滿足檢驗(yàn)條件的要求，固定或旋轉(zhuǎn)磁場的磁路形狀常常很復(fù)雜

8.5.2.4 　漏磁探傷設(shè)備的調(diào)整

1 　探傷所需樣管

校驗(yàn)(或標(biāo)定)探傷設(shè)備所用樣管根據(jù)API或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制作，樣管上的人工刻槽缺陷基本可以有三種：N5、N10、N12.5。其中數(shù)值代表公稱壁厚的百分比，比如N5代表公稱壁厚的5%。數(shù)值越小即探傷標(biāo)準(zhǔn)越嚴(yán)格。除了按照API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對不同的管材進(jìn)行探傷外，通常根據(jù)用戶要求選用樣管的標(biāo)準(zhǔn)。

為適應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，樣管材料應(yīng)該是從我廠自己軋制的鋼管未經(jīng)過加工自然合格的鐵磁性鋼管中挑選出來的，選出來制作樣管的材料要詳細(xì)記錄其出處，比如：爐號(hào)、鋼種、鋼級、規(guī)格和批號(hào)等。經(jīng)過加工制作好的樣管要由具有計(jì)量資格的第三方測量合格后出據(jù)合格證書，每根樣管都有自己的名稱標(biāo)注出樣管的規(guī)格和刻槽標(biāo)準(zhǔn)等要素，樣管需要定期由第三方檢查并剔除人工缺陷超標(biāo)的樣管以保證校驗(yàn)設(shè)備的準(zhǔn)確性和可信性。

探傷操作人員應(yīng)精心使用樣管，保證樣管的使用壽命。操作人員一旦發(fā)現(xiàn)樣管有異常情況應(yīng)立即通知有關(guān)人員及時(shí)補(bǔ)充避免影響正常生產(chǎn)。

2 　設(shè)備參數(shù)(系統(tǒng)參數(shù))的調(diào)整原則

1） 定義

校準(zhǔn)--定義：探傷設(shè)備在檢測鋼管產(chǎn)品之前，必須進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)準(zhǔn)備步驟，它是把檢驗(yàn)系統(tǒng)的所有通道予以調(diào)整使能對一農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系加工`刻痕的參考標(biāo)準(zhǔn)（樣管）產(chǎn)生等幅的信號(hào)。

對鋼管產(chǎn)品的正確檢驗(yàn)，校準(zhǔn)是較重要的步驟。

對鋼管產(chǎn)品的正確檢驗(yàn)，校準(zhǔn)是較重要的步驟。

標(biāo)準(zhǔn)化（系統(tǒng)靈敏度）--定義：標(biāo)準(zhǔn)化是對已校準(zhǔn)的系統(tǒng)的總的靈敏度的調(diào)整，使系統(tǒng)能檢測在鋼管產(chǎn)品中的自然缺陷并按照API（美國石油學(xué)會(huì)）（或其他）的規(guī)定將它們分等。

參考標(biāo)準(zhǔn)（樣管）--定義：用于校準(zhǔn)的參考標(biāo)準(zhǔn)為樣品長度（從要檢驗(yàn)的鋼管產(chǎn)品上截下），具有切入表面的較好的機(jī)加工刻痕。參考標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)從可供應(yīng)的較高質(zhì)量的鋼管產(chǎn)品中選擇，筆直而且沒有缺陷。應(yīng)為每一種鋼管產(chǎn)品的外徑、壁厚和等級加工一個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)。

這些參考標(biāo)準(zhǔn)的長度取決于在校準(zhǔn)過程中它們保持的位置的狀態(tài)。

每個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)均應(yīng)作出顯著的標(biāo)記。它們的標(biāo)記和數(shù)據(jù)均應(yīng)予以記錄在案。

機(jī)加工的刻痕—定義：機(jī)加工的刻痕是用車床較好地割入?yún)⒖紭?biāo)準(zhǔn)（樣管）的壁厚的模擬缺陷。切割的高層度在尺寸上制定到一個(gè)按鋼管產(chǎn)品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)先決定的管壁厚度的百分?jǐn)?shù)。它們?yōu)楫a(chǎn)生用于校準(zhǔn)電子裝置到預(yù)定檢測電平的信號(hào)提供了已知的輸入。

機(jī)加工的刻痕必須較好地切削到API（或其他）的規(guī)定并用準(zhǔn)確的微米測量儀器核實(shí)。

機(jī)加工的刻痕應(yīng)小心保持，使它們能為重復(fù)的校準(zhǔn)過程產(chǎn)生始終如一的信號(hào)輸入。來自金屬污垢和碎片能在機(jī)加工刻痕內(nèi)堆積，機(jī)械撞擊可改變其形狀或者甚至使機(jī)加工刻痕部分的靠攏，連續(xù)的傳感器接觸可產(chǎn)生表面硬化作用破壞機(jī)加工刻痕的開口。這些情況中的任一種都可導(dǎo)致磁通“跨過”刻痕來轉(zhuǎn)向通過，“跨過”只能產(chǎn)生過弱的以致不能可靠地用于校準(zhǔn)的信號(hào)。

2） 系統(tǒng)調(diào)整-----用于對機(jī)加工刻痕的校準(zhǔn)

系統(tǒng)從一參考標(biāo)準(zhǔn)（樣管）得到的校準(zhǔn)響應(yīng)取決于線圈增益、頻帶增益、磁化電流電平（大�。�、前置放大器增益控制和濾波器增益等的選擇。

① 　頻帶增益的選擇（用于對機(jī)加工刻痕的校準(zhǔn)）

每一頻帶的總的靈敏度可用調(diào)整頻帶增益予以加大或減小。每一頻帶可以有它自己的調(diào)整了的增益，或者所有三個(gè)頻帶均具有同樣的增益電平。

頻帶增益電平是在探靴中所有線圈在一起的平均增益，并且只能應(yīng)用于所選頻帶。

② 　前置放大器增益調(diào)整（用于對機(jī)加工刻痕的校準(zhǔn)）

前置放大器增益選擇器用于補(bǔ)償對應(yīng)于不同的鋼管直徑和壁厚的刻痕信

號(hào)的強(qiáng)度變化。對于恒定的轉(zhuǎn)速，與較小直徑的鋼管相比，直徑較大的鋼管產(chǎn)生較快的傳感器對鋼管表面的速度。較快的傳感器對鋼管表面的速度與直徑較小的鋼管的較慢的傳感器對鋼管表面的速度相比具有較強(qiáng)的刻痕信號(hào)。類似的，較薄的管壁與較厚的比較可產(chǎn)生較強(qiáng)的內(nèi)徑刻痕信號(hào)。

這樣，較大的前置放大器增益選擇數(shù)對應(yīng)于產(chǎn)生較弱信號(hào)的直徑較小或管壁較厚的鋼管。相反，較小的前置放大器增益選擇數(shù)對應(yīng)于產(chǎn)生較強(qiáng)信號(hào)的直徑較大或管壁較薄的鋼管。

③ 　濾波器值的選擇（用于對機(jī)加工刻痕的校準(zhǔn)）

通常，濾波器值的選擇用于補(bǔ)償與不同的鋼管直徑和壁厚對應(yīng)的內(nèi)徑刻

痕頻率（HZ）變化。對于恒定的轉(zhuǎn)速，與較小直徑的鋼管相比，直徑較大的鋼管產(chǎn)生較快的傳感器對鋼管表面的速度。較快的傳感器對鋼管表面的速度與直徑較小的鋼管的較慢的傳感器對鋼管表面的速度相比較則可產(chǎn)生頻率（HZ）較高的內(nèi)徑刻痕信號(hào)。類似的，較薄的管壁與較厚的比較可產(chǎn)生頻率較高的內(nèi)徑刻痕信號(hào)。

這樣，較小的濾波器值對應(yīng)于產(chǎn)生較低頻率的內(nèi)徑刻痕信號(hào)的直徑較小或管壁較厚的鋼管。相反，較大的濾波器值對應(yīng)于產(chǎn)生較高頻率的內(nèi)徑刻痕信號(hào)的直徑較大或管壁較薄的鋼管

④ 　磁化電流的調(diào)整（用于對機(jī)加工刻痕的校準(zhǔn)）

磁化電流是無法適應(yīng)所有的鋼管產(chǎn)品的。產(chǎn)品中磁化電流的強(qiáng)度依賴于質(zhì)量（壁厚和直徑）和金屬成份（等級）。必須為每一種產(chǎn)品等級、壁厚和直徑?jīng)Q定一個(gè)磁化電流。

太高的磁化電流電平可能會(huì)由于過多的表面噪聲和/或刻痕的掩蔽而不能識(shí)別。太低的磁化電流電平可能會(huì)使刻痕信號(hào)不能被檢測或太弱而不能被應(yīng)用。

在檢驗(yàn)時(shí)，貫穿整個(gè)金屬厚度的缺陷的檢驗(yàn)必須只用一個(gè)磁化電流，由于內(nèi)側(cè)（ID）的缺陷與外側(cè)的（OD）缺陷相比離外側(cè)較遠(yuǎn)，它們的信號(hào)相應(yīng)地比那些在外側(cè)的要弱一些。

因此，內(nèi)側(cè)的缺陷檢測決定要應(yīng)用的磁化電流。然而，如果此電流過高，有些外側(cè)（外徑）檢測可能被中斷。通常，為檢測內(nèi)側(cè)（內(nèi)徑）缺陷所必須的較低磁化電流將不會(huì)導(dǎo)致外側(cè)（外徑）缺陷信號(hào)的掩蔽。因此，確定磁化電流的一般原則是：應(yīng)用在內(nèi)徑獲得可用的缺陷信號(hào)所必須而又不會(huì)掩蔽外徑缺陷信號(hào)的較低磁化電流。

3） 系統(tǒng)調(diào)整---用于對自然缺陷的標(biāo)準(zhǔn)化

① 　被檢驗(yàn)的鋼管產(chǎn)品應(yīng)與參考樣管具有相同的外徑、壁厚及缺陷等級

② 　標(biāo)準(zhǔn)化處理的目標(biāo)是建立對自然缺陷的適當(dāng)?shù)臋z測靈敏度（即設(shè)備的動(dòng)態(tài)調(diào)整）

③ 　標(biāo)準(zhǔn)（校準(zhǔn)）用的樣管上的機(jī)加工刻痕為已知形狀和位置，而鋼管產(chǎn)品內(nèi)的自然缺陷可以是不同形狀并可在鋼管壁厚內(nèi)任何地方發(fā)生。同樣的，機(jī)加工刻痕具有已知的長度、高層度和寬度，自然缺陷可有不同的長度、高層度和寬度。自然缺陷的取向相對于磁通方向和檢測器取向可為不同的相對位置。這樣一些條件可能要求對一些系統(tǒng)控制作獨(dú)特的調(diào)整以求對鋼管產(chǎn)品內(nèi)的自然缺陷進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z測。

④ 　調(diào)整方法：A---頻帶增益的較好調(diào)整（調(diào)整增益）

　　　　　　　　　　B---缺陷標(biāo)志系統(tǒng)的動(dòng)作電平的調(diào)整（報(bào)廢閥門的調(diào)整）

對這些參數(shù)（控制）的調(diào)整不損害系統(tǒng)的校準(zhǔn)（即線性）

注意事項(xiàng)：前置放大器增益選擇器、濾波器、磁化電流這些參數(shù)調(diào)整會(huì)損害系統(tǒng)的校準(zhǔn)（線性）。一旦這些參數(shù)發(fā)生變化，設(shè)備必須進(jìn)行重新校準(zhǔn)。

8.5.2.5 　漏磁探傷設(shè)備的常見故障及處理

1 　主機(jī)小車不能正常進(jìn)、出

可能原因：1）主機(jī)軌道被異物阻塞

2）齒輪鏈條故障

　　　　　　　　　　3）操作臺(tái)控制IN/OUT開關(guān)為斷開位置

　　　　　　　　　　4）主機(jī)接線立拄處的IN/OUT斷路器為OFF位置

　　　　　　　　　　5）橫移電機(jī)故障

　　　　　　　　　　6）小車底輪軸承損壞

故障處理：1）清除主機(jī)軌道異物

2）檢查齒輪鏈條是否脫落或斷開 　　　　　　　　

　　　　　　　　　　3）將操作臺(tái)控制IN/OUT開關(guān)打到相應(yīng)位置

　　　　　　　　　　4）將主機(jī)接線立拄處的IN/OUT斷路器打到ON位置

　　　　　　　　　　5）更換或修理橫移電機(jī)

　　　　　　　　　　6）更變新的小車底輪

2 　主機(jī)小車不能正常升/降

可能原因：1）操作臺(tái)控制升/降的開關(guān)為斷開位置

2）齒輪鏈條故障

3)　主機(jī)接線立拄處的升/降斷路器為OFF位置

　　　　　　　　　　4)　升降電機(jī)故障

故障處理：1）將操作臺(tái)控制升/降開關(guān)打到相應(yīng)位置

2）檢查齒輪鏈條是否脫落或斷開

　　　　　　　　　　3）將主機(jī)接線立拄處的升/降斷路器打到ON位置

　　　　　　　　　　4）更換或修理升降電機(jī)

3 　夾送輥故障

故障現(xiàn)象：1）自動(dòng)過管時(shí)，夾送輥位置過低，鋼管撞擊夾送輥。

2）在自動(dòng)控制下，顯示值在夾管時(shí)高于管外徑。

3）在自動(dòng)控制下，顯示值在夾管時(shí)和實(shí)際值相差不合理，由手動(dòng)打自動(dòng)后，自動(dòng)位有變化。

4）在自動(dòng)控制下，顯示值為異常。

故障原因和處理方法：

1）1和2為連軸器松動(dòng)，緊固即可。

2）手動(dòng)調(diào)連軸器，顯示值躍變時(shí)為編碼器壞，若是編碼器壞了更換即可。

3）線斷或編碼器壞，更換線或編碼器即可。

4 　勵(lì)磁電源故障

故障現(xiàn)象：1）AMALOG、SONSCOPE，24V電源前面板得電指示燈顯示無電。

2）指示有電，電流表指示為0，電壓表有顯示，24V亦同。

3）一上電就跳或無法正常工作（在電流限幅較小，電壓限幅較大時(shí)）

故障處理：1）柜后保險(xiǎn)燒，同時(shí)調(diào)電壓限幅到一半，24VDC原因較多。

2）柜后保險(xiǎn)燒，AMALOG燒：查線圈電阻，滑環(huán)和碳刷臟造成，清理滑環(huán)和刷握。

3）在檢查滑環(huán)正常的情況下，更換電源。

5 　編碼器故障

故障現(xiàn)象：1）自動(dòng)過管時(shí)，夾送輥位置過低，鋼管撞擊夾送輥。

2）在自動(dòng)控制下，顯示值在夾管時(shí)高于管外徑。

3）在自動(dòng)控制下，顯示值在夾管時(shí)和實(shí)際值相差不合理，由手動(dòng)打自動(dòng)后，自動(dòng)位有變化。

4）在自動(dòng)控制下，顯示值異常。

故障原因：1）為連軸器松動(dòng)。

2）為連軸器松動(dòng)。

3）手動(dòng)調(diào)連軸器，顯示躍變時(shí)為編碼器壞。

4）線斷或編碼器壞。

6 　計(jì)算機(jī)死機(jī)

由于NDT設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)較為復(fù)雜，極易在通訊和交流數(shù)據(jù)時(shí)造成死機(jī)。

處理方法：

1）操作和點(diǎn)擊窗口的速度必須控制，尤其是調(diào)節(jié)參數(shù)時(shí)必須注意連續(xù)動(dòng)作的間隔時(shí)間。

2）打開窗口操作設(shè)備時(shí)，原則上不允許同時(shí)打開兩個(gè)或兩個(gè)以上窗口，退出一個(gè)窗口，再進(jìn)另一個(gè)操作窗口進(jìn)行操作。

3）系統(tǒng)死機(jī)：

現(xiàn)象：夾送輥動(dòng)作不正常，自動(dòng)不噴標(biāo)，報(bào)警窗口不正常（探頭起落不正常——這種情況很少見）。

建議處理方法：重新導(dǎo)入系統(tǒng)配置文件，然后重新輸入該輸入的參數(shù)。

7 　SON探頭不動(dòng)作

可能原因：1）無壓縮空氣

　　　　　　　　　　2）氣動(dòng)件損壞

　　　　　　　　　　3）主機(jī)處電氣信號(hào)與氣動(dòng)件連接處的航空插頭脫落

故障處理：1）恢復(fù)壓縮空氣供給

　　　　　　　　　　2）更換損壞的氣動(dòng)件

　　　　　　　　　　3）將航空插頭插上并擰緊

8 　探傷誤報(bào)

可能原因：1）死機(jī)

　　　　　　　　　　2）探頭損壞

　　　　　　　　　　3）航空插頭臟或松動(dòng)、滑環(huán)臟

　　　　　　　　　　4）相關(guān)濾波板損壞

故障處理：1）關(guān)斷所有電源，冷啟計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

2）更換損壞探頭

3）清理航空插頭并擰緊、清理滑環(huán)

4）更換相關(guān)損壞的濾波板

8.5.3 　渦流（ET）檢測

8.5.3.1 　渦流檢測原理

在渦流檢測中，試件在檢測線圈交變磁場作用下，感生出渦流。試件參數(shù)及試件和線圈相對位置等發(fā)生變化時(shí)就引起渦流幅度和相位變化，而渦流的變化又會(huì)引起檢測線圈阻抗（感應(yīng)電壓）的變化。渦流檢測試驗(yàn)正是根據(jù)線圈阻抗的變化間接地判斷試件的質(zhì)量情況。

如果金屬導(dǎo)體量于變化的磁場中，金屬導(dǎo)體內(nèi)也要產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)線圈中有交變電流時(shí)，金屬導(dǎo)體內(nèi)的磁通量發(fā)生變化，金屬導(dǎo)體可看成是由很多圓筒狀薄殼組成。由于穿過薄殼回路的磁通量在改變著，因而沿這回路就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，這種電流的流線在金屬導(dǎo)體內(nèi)自行閉合呈旋渦狀，所以稱之為渦電流，簡稱渦流。

在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，閉合回路中出現(xiàn)感應(yīng)電流，說明回路中的電荷受到電力的作用，可見，磁場的變化在回路中激發(fā)了電場，通常稱為感生電場（或渦流電場）所以說，電磁感應(yīng)就是變化的磁場產(chǎn)生電場的現(xiàn)象。

8.5.3.2 　渦流的趨膚效應(yīng)

處于變化磁場中的導(dǎo)體在磁場作用下，導(dǎo)體中會(huì)形成渦流而渦流產(chǎn)生的焦耳又使電磁場的能量不斷損耗，因此在導(dǎo)體內(nèi)部的磁場是逐漸衰減的，表面磁場強(qiáng)度大于深層的磁場強(qiáng)度。又渦流是由磁場感應(yīng)產(chǎn)生的，所以在導(dǎo)體內(nèi)磁場的這種遞減性自然導(dǎo)向渦流遞減性。我們把這種電流隨著高層度的增加而衰減，明顯地集中于導(dǎo)體表面的現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)。

我們知道，渦流是由磁場感應(yīng)產(chǎn)生的，既然導(dǎo)體的磁場呈衰減分布，可以料想，渦流分布也不會(huì)均勻。

導(dǎo)體內(nèi)的磁場強(qiáng)度和渦流密度呈指數(shù)衰減，衰減的快慢取決于導(dǎo)體的μ、σ及交變磁場的f。

為了說明趨膚效應(yīng)的程度，我們規(guī)定磁場強(qiáng)度和渦流密度的幅度降至表面值的1/e（約為37%）處的高層度，稱作滲透高層度，用字母δ表示：

δ=1/。

工程上經(jīng)常采用的滲透高層度公式是：

δ=　 　 　 　 　 　 　 　　（1）

式中：μr—相對磁導(dǎo)率，無量綱 　

　　　　　　　　　　　　σ—電導(dǎo)率 　　　單位：1/微歐姆·厘米（1/µΩ·cm）

　　　　　　　　　　　　f—頻率 　　　　　　單位：赫茲（Hz）

　　　　　　　　　　　　δ—滲透高層度 　　單位：厘米（cm）

結(jié)論：導(dǎo)體內(nèi)的磁場和渦流衰減很快，在滲透高層度處磁場強(qiáng)度和渦流密度只有導(dǎo)體表面的1/e（約37%），幅值較大的磁場和渦流都集中在導(dǎo)體的滲透高層度范圍以內(nèi)。導(dǎo)體滲透高層度以下分布的磁場強(qiáng)度和渦流密度均較小，但并非沒有磁場和渦流存在。滲透高層度是一個(gè)很重要的參數(shù)。

在渦流檢測中，缺陷的檢出靈敏度與缺陷處的渦流密度有關(guān)。導(dǎo)體表面渦流密度較大，具有較高的檢出靈敏度；高層度超過滲透高層度，渦流密度衰減至很小，檢出靈敏度就較低。根據(jù)公式可知，只要降低頻率，就能獲得較大的滲透高層度。

相位滯后是描述導(dǎo)體內(nèi)磁場和渦流的另一個(gè)重要物理量。

　　　　　　θ=x 　　　　　　　　　　　　（2）

式中：θ的單位是弧度（rad） 　　又：δ=1/

所以（2）式還可寫成：

θ=-　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　（3）

當(dāng)x等于滲透高層度δ時(shí)，相位滯后量為1個(gè)弧度或57.3º，也就是說，在滲透高層度處的磁場和渦流的相位，比表面處的磁場和渦流的相位落57.3º。需要注意的是，這里的相位滯后不應(yīng)與交流電路中電壓和電流的相位差概念混淆。事實(shí)上，導(dǎo)體中的感應(yīng)電壓和感受應(yīng)電流隨著高層度的變化都存在相位滯后現(xiàn)象。

相位滯后在渦流檢測信號(hào)分析中起著重要作用。在渦流探傷中，由于不同高層度位置的缺陷處的渦流存在著相位滯后，故而這些渦流在檢測線圈中感應(yīng)的缺陷信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生相位上的差。根據(jù)信號(hào)相位與缺陷位置之間的對應(yīng)關(guān)系，我們可對缺陷的位置進(jìn)行判定。

8.5.3.3 　線圈阻抗的變化

1 　影響線圈阻抗的因素

1） 與線圈自身有關(guān)的因素

線圈的形狀、尺寸、匝數(shù)、層數(shù)、有無鐵磁芯以及線圈的繞法等。一般用線圈的半徑R、長度L、匝數(shù)N和自感L0等來表示線圈阻抗的大小。

2） 與試件有關(guān)的因素

試件的電導(dǎo)率σ、磁導(dǎo)率μr；試件的形狀和尺寸，如圓棒的直徑、管子的內(nèi)外徑和壁厚等。

3） 與線圈和試件間相對位置有關(guān)的因素

線圈和試件間的距離（提離）、填充系數(shù)、偏心度、振動(dòng)、端部以及線圈相對試件的運(yùn)動(dòng)速度等。以上諸因素引起的阻抗的變化分別稱為提離效應(yīng)、振動(dòng)噪聲、端頭效應(yīng)和速度效應(yīng)等。

4） 缺陷

主要指不連續(xù)性缺陷，包括缺陷的尺寸（如缺陷的高層度、寬度、長度）、形狀、位置和取向（如傾角）等。

5） 與檢測條件有關(guān)的因素

主要是檢測頻率。

鐵磁性材料和非鐵磁性材料對線圈的阻抗變化不同。即便同是非鐵磁材料的電導(dǎo)率σ發(fā)生變化，若改變工作頻率，阻抗變化的幅度和相位情況是不同的。

頻率能使各影響因素的阻抗變化特性發(fā)生改變的這種性質(zhì)，對識(shí)別檢測因素、舒緩噪聲較十分重要的。

2 　各種因素引起的線圈阻抗變化

1） 電導(dǎo)率的變化

2） 試件尺寸變化

3） 磁導(dǎo)率變化、偏心程度

4） 提離變化、填充系數(shù)的變化

8.5.3.4 　線圈阻抗的模型試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果：對于兩個(gè)不同的試驗(yàn)物體，假若各自對應(yīng)的填充系數(shù)η和頻率比f/fg相同，則所引起的線圈阻抗相同。這一結(jié)論稱為線圈阻抗的相似定律。

=　和f1µ1σ1= f2µ2σ2　 　 　 　 　 　　（4）

式中的腳標(biāo)分別代表與被檢物體1和2相對應(yīng)的條件和物理性質(zhì)。

作用：為模型試驗(yàn)的合理性提供了理論依據(jù)。例如：在檢測線材和小直徑管材時(shí)，裂紋對線圈阻抗變化的影響，便可以用截面放大了的帶有人工缺陷的模型實(shí)驗(yàn)來獲得。

8.5.3.5 　渦流探傷裝置及作用

檢測線圈——在試件中感生渦流并測量出帶有試件質(zhì)量信息的渦流信號(hào)。

渦流探傷儀——從測量到的帶有眾多信息的信號(hào)中識(shí)別出傷的存在。

輔助裝置——完成包括對工件進(jìn)行飽和磁化，記錄檢測結(jié)果，傳送被檢測工件。

1 　檢測線圈

檢測線圈有兩個(gè)功能：

一是激勵(lì)功能，建立一個(gè)能在試件中感生出渦流的交變磁場。

一是測量功能，測量出帶有試件質(zhì)量信息的渦流磁場的變化。

1) 　檢測線圈的分類

① 　按適用方式分：穿過線圈、內(nèi)插式線圈、探頭式線圈（點(diǎn)探頭）、馬鞍式線圈

②　按用途分：

較好式線圈——測量繞組只采用一個(gè)繞組進(jìn)行工作。

自比較式線圈——測量繞組采用兩個(gè)相距很近的相同繞組進(jìn)行工作。

標(biāo)準(zhǔn)比較式線圈（他比式）——測量繞組采用兩個(gè)相同的繞組進(jìn)行工作，一個(gè)放在被測試件上，一個(gè)放在標(biāo)準(zhǔn)試件樣上。

③ 　按檢出方式分：

自感式線圈——激勵(lì)繞組和測量繞組共用同一個(gè)繞組。

互感式線圈——激勵(lì)繞組和測量繞組是兩個(gè)分立的繞組。

2) 　檢測線圈的一般特點(diǎn)

影響檢測線圈檢測效果的有以下幾個(gè)方面：

① 　檢測線圈磁場的分布；

② 　檢測線圈的電感和感抗；

③ 　檢測線圈的提離效應(yīng)和填充系數(shù)；

④ 　檢測線圈對各種缺陷和各種材料性能變化的響應(yīng)。

2 　渦流探傷儀

1） 工作原理：

信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生交變電流供給檢測線圈，線圈的交變磁場在工件中感生渦流，渦流受到試件材質(zhì)或缺陷的影響反過來使線圈阻抗發(fā)生變化，通過信號(hào)處理電路，消除阻抗變化中的干擾因素而鑒別出缺陷效應(yīng)，較后顯示出探傷結(jié)果。

儀器應(yīng)該具備三個(gè)基本功能：

① 　產(chǎn)生交變信號(hào)；

② 　識(shí)別缺陷因素；

③ 　指示探傷結(jié)果。不論渦流探傷儀的組成方式如何，均應(yīng)具備以上功能。

2） 渦流探傷儀原理框圖：

信號(hào)發(fā)生電路→檢測線圈→放大電路→信號(hào)處理電路→指示電路

3） 渦流探傷儀的信號(hào)處理方法：包括相位分析法、調(diào)制分析法、幅度分析法等。

① 　相位分析法——是在交流載波狀態(tài)下，利用傷的信號(hào)和噪聲信號(hào)相位的不同來舒緩干擾和檢出缺陷的方法。

② 　調(diào)制分析法——是利用傷信號(hào)與噪聲信號(hào)調(diào)制頻率的不同來舒緩干擾和檢出缺陷的方法。

③ 　幅度分析方法——是利用傷信號(hào)與噪聲信號(hào)幅度上的差異來舒緩干擾和檢出缺陷的方法。

8.5.3.6 　探傷中各參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整

在完成探傷的技術(shù)準(zhǔn)備工作之后和開始正式的渦流探傷之前，需要調(diào)節(jié)儀器和設(shè)備，選定如下技術(shù)參數(shù)：

·檢測頻率；

·激勵(lì)電流；

·靈敏度；

·相位；

·濾波方式和濾波器檔位；

·報(bào)警方式和報(bào)警電平；

·探傷速度；

·磁飽和電流強(qiáng)度；

·標(biāo)記的延遲時(shí)間。

1 　檢測頻率的選擇

一般依據(jù)下列因素進(jìn)行選擇：

（1） 渦流滲透高層度和檢測靈敏度

由于趨膚效應(yīng)，導(dǎo)體中的渦流趨于導(dǎo)體表面流動(dòng)。渦流在導(dǎo)體中的滲透高層度由公式δ=1/決定。滲透高層度是隨頻率的提高而減小的。在選擇檢測頻率時(shí)，應(yīng)兼顧考慮渦流滲透高層度和檢測靈敏度兩個(gè)因素，即在綜合考慮渦流分布及所需檢出缺陷的大小和位置之后再行選定檢測頻率。

（2） 檢出缺陷的阻抗特性

根據(jù)缺陷對線圈阻抗的影響選擇頻率，其方法分為兩種：

1） 選擇缺陷產(chǎn)生較大阻抗變化時(shí)的頻率：從提高靈敏度考慮，對于較深的裂紋選擇f/fg=15較好，而對于較淺的裂紋選擇f/fg=50為佳。所以在這種情況下，探傷頻率應(yīng)在f/fg=15~50范圍內(nèi)選取。

頻率越高，內(nèi)部缺陷引起阻抗變化越小，也即檢測能力越低。這時(shí)的探傷頻率應(yīng)該在f/fg=4~20的范圍內(nèi)選取。如果需要兼顧表面裂紋和皮下裂紋的檢測，則檢測頻率應(yīng)選取在f/fg=5~10附近。

對于薄壁管：fg=　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　（5）

對于厚壁管：fg=　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　（6）

式中：fg是工件特征頻率，單位是赫茲（Hz）；

μr是工件的相對磁導(dǎo)率，為一無單位的純數(shù)；

σ是工件的電導(dǎo)率，單位是1/微歐·厘米（μΩ·cm）；

do是管材外徑，單位是厘米（cm）；

di是管材的內(nèi)徑，單位是厘米（cm）；

w是管材壁厚，單位是厘米（cm）；

2） 選取缺陷與干擾所引起的阻抗變化之間有較大相位差時(shí)的頻率：渦流探傷儀可以利用相敏檢波技術(shù)將與缺陷信號(hào)相位不同的干擾信號(hào)舒緩掉。并且，缺陷信號(hào)與干擾之間的相位差異越大（接近90º），檢波后的信噪比就越高。而缺陷信號(hào)和干擾信號(hào)的相位都與激勵(lì)頻率有關(guān)，所以應(yīng)選擇激勵(lì)頻率使缺陷與干擾在相位上較易分離。

2 　激勵(lì)電流的選擇

有些儀器的激勵(lì)電流設(shè)置為可調(diào)方式，可根據(jù)探傷靈敏度要求、工件大小、填充系數(shù)和提離間隙等適當(dāng)選擇激勵(lì)電流。一般來說，增加激勵(lì)電流可以加大靈敏度。

3 　靈敏度的確定

在渦流探傷中，靈敏度以能夠檢出的較小缺陷尺寸表示。在不考慮信噪比的情況下，影響探傷靈敏度的直接因素是儀器的放大倍數(shù)。

探傷時(shí)靈敏度的調(diào)整是用帶有標(biāo)準(zhǔn)人工傷的對比試樣作為參考基準(zhǔn)的。在用對比試樣調(diào)整、設(shè)定靈敏度時(shí)，應(yīng)采用與實(shí)際探傷相同的激勵(lì)頻率、激勵(lì)電流、磁飽和電流、工件傳輸速度等。如果儀器有相位和濾波調(diào)節(jié)功能，也應(yīng)將它們事先設(shè)定好，因?yàn)楦鞣N檢測信號(hào)是隨著檢波和濾波處理的不同而變化的。所以，靈敏度的較后設(shè)定應(yīng)在其他檢測條件和參數(shù)設(shè)定、調(diào)節(jié)完成之后進(jìn)行。

靈敏度的確定與檢測要求及所使用的儀器有關(guān)。習(xí)慣上是根據(jù)檢測缺陷的大小，將與之相應(yīng)的當(dāng)量人工缺陷的信號(hào)指示調(diào)到顯示器滿刻度的50%左右的位置上，這樣既在信號(hào)顯示和靈敏度調(diào)節(jié)量上留有余量，又能保證讀數(shù)的較好性。

4 　相位的設(shè)定

這里的相位，是指儀器進(jìn)行相敏檢波的移相器的相位角。

檢波相位的設(shè)定，通常是在適當(dāng)?shù)撵`敏度下，采用對比試樣反復(fù)地改變相位角進(jìn)行試驗(yàn)。相位的選擇應(yīng)以能夠較有效地檢出對比試樣上的人工缺陷為好�，F(xiàn)代渦流探傷儀器都具有矢量光點(diǎn)顯示，可以很快找到較佳相位。

相位的選擇應(yīng)依據(jù)如下幾點(diǎn)來進(jìn)行：

1） 選取缺陷信號(hào)在信噪比較大時(shí)的相位

選擇適當(dāng)?shù)臋z波相位可以使試件傳輸中因振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲信號(hào)降低。

2） 選取能夠區(qū)分并檢出缺陷種類和位置時(shí)的相位

檢波相位選擇還需要兼顧不同種類和不同位置缺陷的區(qū)分效果，比如在對管材探傷時(shí)，內(nèi)外表面缺陷位置的區(qū)分。

3） 利用多扇區(qū)報(bào)警進(jìn)行相位區(qū)分

目前計(jì)算機(jī)化的渦流探傷儀器均帶有扇區(qū)報(bào)警功能。它是將整個(gè)阻抗平面（即顯示屏幕）按相位分為幾個(gè)扇形區(qū)域并使只在符合某些特殊的相位角范圍中的信號(hào)才能報(bào)警，而在其他相位時(shí)，信號(hào)再大也不會(huì)報(bào)警。

5 　濾波方式的選擇和濾波器檔位的設(shè)定

一般來說，來自環(huán)境的電磁干擾（如電焊機(jī)和行車等）是高頻成分，而由工件材質(zhì)和尺寸變化以及工件傳輸中的振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲是低頻成分，它們都與缺陷信號(hào)的頻率不同，應(yīng)該可以通過濾波加以區(qū)分，但是，由于工件探傷中的傳輸速度不同，引起的傷信號(hào)頻率也不相同。對于標(biāo)準(zhǔn)人工缺陷，由于工件探傷中的傳輸速度不同，引起的傷信號(hào)頻率也不相同。對于標(biāo)準(zhǔn)人工缺陷，其信號(hào)調(diào)制頻率fs可用下面的公式來估算：

1） 穿過式線圈

fs=　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　（7）

式中：v是檢檢測時(shí)速度（mm/s）;

b是穿過式線圈中兩差動(dòng)測量組的間距（mm）；

d是鋼管上通孔的直徑（mm）。

2） 旋轉(zhuǎn)點(diǎn)探頭

fs=•　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　（8）

式中：n是點(diǎn)探頭的轉(zhuǎn)速（r/min）；

D是被檢管棒材的外徑（mm）；

dm是點(diǎn)探頭的直徑（mm）；

l是管棒上軸向槽傷的寬度（mm）。

選擇濾波方式和設(shè)定濾波器檔位，是在一定速度下使用對比試樣進(jìn)行研究的校準(zhǔn)試驗(yàn)中，使人工缺陷的信號(hào)達(dá)到較大信噪比。

有些渦流儀同時(shí)具有高、低、帶通三種濾波方式。對于這種濾波功能較全的儀器，首先應(yīng)確定使用哪種濾波方式。一般來說，低通濾波適用于靜態(tài)和速度較慢的動(dòng)態(tài)探傷，如手工探傷；帶通濾波適用于速度恒定或速度波動(dòng)不大的動(dòng)態(tài)探傷，冶金行業(yè)中的在線和離線自動(dòng)化探傷大多使用帶通濾波方式；高通濾波適用于速度較快且速度波動(dòng)較大的動(dòng)態(tài)探傷，如高速線材的在線探傷。

6 　報(bào)警電平的設(shè)定

報(bào)警電平是衡量檢測信號(hào)幅值大小的門限。一般門限值的高低可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的被檢對象、不同探傷方法和不同探傷標(biāo)準(zhǔn)的需求。檢測信號(hào)經(jīng)過儀器的各種信號(hào)處理之后，將其幅度與報(bào)警電平相比較，如果超過預(yù)設(shè)置的電平后，信號(hào)就會(huì)觸發(fā)儀器報(bào)警裝置，發(fā)出音響、燈光。所以報(bào)警電平相當(dāng)于一把尺子，它的設(shè)定起著判別缺陷大小的作用，影響著被檢工件探傷合格率的高低。

7 　探傷速度的確定

探傷速度要根據(jù)生產(chǎn)工藝和探傷工藝來確定。一般來說，大批量金屬材料和產(chǎn)品的渦流探傷有兩種方式，是“在線”探傷，即在生產(chǎn)流水線上對產(chǎn)品直接進(jìn)行探傷，產(chǎn)品生產(chǎn)出來了，探傷也已完成；另一種是“離線”探傷，即對離開生產(chǎn)流水線的成品進(jìn)行探傷。從原理上講，渦流探傷對速度沒有嚴(yán)格的限制，有時(shí)可以達(dá)到很高的速度。但是速度增高時(shí)，工件傳輸中的振動(dòng)往往較大，處理不好會(huì)帶來較大噪聲，使信噪比降低，影響探傷的可靠性。這是我們需要加以注意的。

在進(jìn)行自動(dòng)探傷時(shí)，如果檢檢測時(shí)速度達(dá)到每秒鐘數(shù)米以上時(shí)，還應(yīng)考慮到對檢測靈敏度的影響。

8 　磁飽和電流的設(shè)定

磁飽和線圈中通入的直流電流強(qiáng)度，需根據(jù)被探工件的材質(zhì)、形狀及大小來設(shè)定。一般來說，要使金屬材料完全達(dá)到磁飽和狀態(tài)，所需要的磁場強(qiáng)度是非常強(qiáng)的。而在渦流探傷中，不一定需要材料達(dá)到高層度飽和狀態(tài)，只要所施加磁場能夠使材料中的磁導(dǎo)率達(dá)到均勻即可。高層度飽和往往會(huì)使檢測靈敏度降低，這是我們需要避免的。由此可見，磁飽和電流的設(shè)定原則是它產(chǎn)生的直流磁化場強(qiáng)度能有效克服磁噪聲對渦流探傷的影響。渦流探傷中的磁飽和裝置是一種習(xí)慣叫法，也許稱其為磁化裝置更為貼切。

對于設(shè)備各參數(shù)的設(shè)定，除了上面已講述的內(nèi)容之外，還有幾點(diǎn)需要注意。

較好，因?yàn)樵O(shè)定各參數(shù)的目的是為了在探傷中獲得盡量高的信噪比，以確保探傷的可靠性，所以各參數(shù)的設(shè)定需相互協(xié)調(diào)。因?yàn)楦鲄��?shù)并非孤立地影響著檢測效果，它們之間存在著內(nèi)在聯(lián)系。例如在經(jīng)過相位設(shè)定達(dá)到良好信噪比后，如果改變檢測頻率，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)信號(hào)的相位隨著發(fā)生變化，要想達(dá)到較佳信噪比還需重新調(diào)節(jié)相位�？梢姡�在參數(shù)設(shè)定時(shí)應(yīng)反復(fù)調(diào)整，才能達(dá)到較佳狀態(tài)。

第二，探傷信噪比往往是相對于校準(zhǔn)人工缺陷而言，所以在設(shè)定儀器和設(shè)備參數(shù)的同時(shí)，還需要經(jīng)常核查一下標(biāo)準(zhǔn)人工缺陷是否準(zhǔn)確。比如原來使用某對比試樣設(shè)定各種參數(shù)之后探傷效果較好，而后來用同一試樣和相同參數(shù)，探傷效果發(fā)生了改變。這時(shí)就需要考慮對比試樣和標(biāo)準(zhǔn)人工缺陷是否有磨損和損壞，造成了信號(hào)變化和背景噪聲變大，信噪比變差。

第三，即使在各參數(shù)調(diào)整設(shè)定完畢之后，儀器設(shè)備已經(jīng)正常應(yīng)用于實(shí)際探傷，也應(yīng)經(jīng)常檢查儀器設(shè)備是否正常。比如每隔一定時(shí)間（2小時(shí)或4小時(shí)），用對比試樣校驗(yàn)一次。如果發(fā)現(xiàn)異常，對已探過的工件，應(yīng)在異常排除之后重新進(jìn)行探傷。

第四，每次探傷結(jié)束時(shí)，也應(yīng)利用對比試樣對儀器設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行校驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)待正常后對已探過的工件進(jìn)行重探。

8.5.3.7 　天津鋼管集團(tuán)有限公司168廠渦流探傷裝置簡介

﹙Flawmark—Ec） 系統(tǒng)包括以下幾個(gè)主要部分：

◆　Flawmark—Ec　電器柜

◆ 磁飽和電源

◆ 磁飽和線圈

◆ 退磁單元

◆ 探頭

◆ 夾緊輥裝置

◆ 噴標(biāo)系統(tǒng)

◆ 旋轉(zhuǎn)編碼器

◆ 光電管

1 　Flawmark—電器柜

1) 　　Flawmark—Ec　主單元

這是此設(shè)備的主要電器控制部分，所有其他外部單元都與它相連接并且系統(tǒng)控制件也在其中（在主單元中）。同時(shí)裝有信號(hào)處理電路，可與另一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)通訊的RS232C系列界面，如果需要其中的并行接口還可安裝惠普公司的噴墨打印機(jī)。

2) 　打印單元

打印單元是一個(gè)推拉式的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有一個(gè)噴墨數(shù)據(jù)打印機(jī)，是一個(gè)與PLC系統(tǒng)兼容的并行接口打印機(jī)。

3) 　多行裝置在打印單元推拉裝置前部，配置有蘑菇形急停開關(guān)，在緊急情況下該急停開關(guān)可以立即關(guān)閉多個(gè)系統(tǒng)。

4) 　穩(wěn)壓器：電器檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性依賴于幾個(gè)因素，其中較重要的兩個(gè)是周圍磁場與電器環(huán)境。為使系統(tǒng)有一個(gè)穩(wěn)定正常的電源供給進(jìn)而延長電子單元的壽命，在系統(tǒng)主電器控制部分的底部安裝有分離變壓器。

2 　磁飽和電源

用渦流檢測鐵磁管材料時(shí)，要先進(jìn)行磁飽和以消除磁導(dǎo)率變化造成的影響，這樣可提高信噪比。磁飽和電源內(nèi)部安裝有渦流探頭。磁飽和線圈內(nèi)供給直流電。

在磁飽和線圈上有個(gè)兩檔的開關(guān)控制磁飽和強(qiáng)度。

1) 　加強(qiáng)用于需要強(qiáng)磁化材料

2) 　一般用于其他較好材料

3 　磁飽和線圈

用渦流檢測鐵磁管材料需要使其磁飽和磁化，當(dāng)鐵磁性鋼管通過探頭時(shí)直流磁場，使其飽和磁化，直流電源來源于磁飽和電源，探頭置于磁飽和線圈內(nèi)。磁飽和單元使鋼管在一個(gè)待定方向產(chǎn)生了極性，在這套設(shè)備中只有兩檔：一般/加強(qiáng)來設(shè)置。

4 　退磁線圈

被磁化的鋼管需要再進(jìn)行退磁以消除剩余磁場，退磁線圈就可以完成這個(gè)任務(wù)，一般退磁線圈置于離探頭一定距離的位置上，退磁線圈來自于控制面板。

退磁單元分為直流退磁與交流退磁兩個(gè)部分，直流退磁電源范圍0~30V，交流退磁電源要求230V。

5 　探頭

探頭是探傷工作的較重要的部分，探頭是一個(gè)纏繞的檢測線圈，采用穿過式，即探頭靜止鋼管直線前進(jìn)。鐵磁管材料，檢測線圈置于磁飽和線圈內(nèi)，如果檢測非鐵磁管材料，不需要磁飽和線圈，探頭通過一導(dǎo)線連接至電器單元。

6 　夾送輥裝置

V形輥位置可根據(jù)鋼管尺寸進(jìn)行上下調(diào)整它有以下幾個(gè)作用：

1） 使鋼管平穩(wěn)地進(jìn)入主機(jī)

2） 使鋼管不偏離傳動(dòng)系統(tǒng)中心線

3） 傳送鋼管

底部V　形輥與上部壓輥使鋼管穩(wěn)定地通過探頭，很明顯，當(dāng)?shù)撞?/span>V形輥轉(zhuǎn)到一定時(shí)，鋼管前進(jìn)的線速度取決于鋼管外徑。

7 　噴標(biāo)系統(tǒng)

在系統(tǒng)中有三個(gè)噴標(biāo)器，一個(gè)用于標(biāo)記報(bào)廢鋼管，一個(gè)用于標(biāo)記可挽救鋼管，另外一個(gè)噴標(biāo)器用于標(biāo)記合格鋼管。三個(gè)噴標(biāo)器置于離探頭一定距離的位置上由Flawmark—Ec主單元通過相應(yīng)的繼電器觸發(fā)。工作時(shí)示系統(tǒng)在缺陷的圓周位置上噴標(biāo)，但不能區(qū)分缺陷在圓周上的位置。

8 　旋轉(zhuǎn)編碼器

負(fù)責(zé)向系統(tǒng)提供關(guān)于鋼管從探頭中傳輸?shù)乃俣认到y(tǒng)，所有延時(shí)可用距離單位代替而非時(shí)間單位，旋轉(zhuǎn)編碼器安裝于系統(tǒng)的一個(gè)底部V形輥上，并通過導(dǎo)線連接至電器單元。

9 　光電管

光電管工作電壓10~30V Dc　在磁阻和線圈兩側(cè)各有一個(gè)光電管，它們用來檢測在探頭中的鋼管位置。

補(bǔ)充1：磁飽和線圈裝置升降/移動(dòng)

因?yàn)樘筋^包含在磁飽和裝置內(nèi)，所以磁飽和的升降/移動(dòng)也就是探頭的升降/移動(dòng)。

磁飽和裝置水平、上下移動(dòng)無均靠旋轉(zhuǎn)絲杠機(jī)械結(jié)構(gòu)，粗調(diào)用旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制，可通過按下相應(yīng)按鈕，細(xì)調(diào)用手轉(zhuǎn)控制進(jìn)給時(shí)極小，以適于細(xì)調(diào)。

補(bǔ)充2：上部壓輥調(diào)整墊

根據(jù)鋼管外徑不同，靠旋轉(zhuǎn)電機(jī)調(diào)整上部壓輥初始位置，可上下移動(dòng)，初始位置調(diào)整好后，上部壓輪壓力大小可通過手輪調(diào)整，通過壓縮彈簧可加大壓力。

測試題

一　　填空題

1　　如果以d表示試樣直徑，D表示測量線圈平均直徑，則填充系數(shù)　　　　　η=（d/D）2 　。

2 　穿過式線圈適用于（管　、棒　、線材）的探傷。

3　　磁場強(qiáng)度保持不變，試驗(yàn)f增加，則表面渦流密度（加大）。

4　　法拉弟電磁感應(yīng)定律公式：ε= - dΦ/dt的dΦ/dt表示（磁通量隨時(shí)間的變化率）。

5　　渦流探傷信號(hào)處理方法有：（相位分析、調(diào)制分析、振幅分析）。

6　　渦流檢驗(yàn)線圈按應(yīng)用分為（穿過式線圈、內(nèi)插式線圈和探頭式線圈）三種。

二　　判斷題

1　　利用渦流檢測方法進(jìn)行檢測，不僅應(yīng)具有渦流儀器和探頭，而且被檢

測試件必須具備能導(dǎo)電的性能。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（√）

2　　渦流檢測與超聲檢測一樣，都需要耦合劑。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（×）

3　　減少尺寸逐漸變化產(chǎn)生的顯示，而保留缺陷產(chǎn)生的顯示，其方法是在渦流檢測儀器中加一個(gè)低通濾波器。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（×）

4　　渦流的滲透高層度與材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率以及激勵(lì)頻率有關(guān)。　　　（√）

5　　渦流檢測與超聲檢測一樣，都需要耦合劑。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（×）

6　　磁化電流去掉后，試件上保留的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為矯頑力。　　　　　　　（×）

7　　由于受趨膚效應(yīng)影響，渦流檢測僅能用于檢測材料表面的某些物理性能。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

（×）

8　　試驗(yàn)線圈的感抗是阻抗的重要分量之一，它取決于頻率和線圈電感。　　（√）

9　　渦流是在導(dǎo)體中用交變磁場方式感應(yīng)出來的環(huán)電流。　　　　　　　　　　　（√）

10　　渦流檢測是根據(jù)檢測線圈的阻抗變化來檢測試件的材質(zhì)變化。　　（√）

11　　渦流檢測不適用于導(dǎo)電材料的表面和近表面檢測。　　　　　　　　　　　　（×）

12　　高通濾波器可以舒緩不希望有的高頻諧波。　　　　　　　　　　　　　　　　　　（×）

13　　由試件尺寸或材質(zhì)的變化所產(chǎn)生的顯示，一般都是高頻成分。　　（×）

三　　選擇題

1　　下列哪種材料較適用于制造探頭線圈支架？（　B　）

A．鋁　　　　　B．玻璃纖維　　　　C．銅　　　　D.　鋼　

2　　下面哪種裝置可用來舒緩不需要的高頻諧波？（　A、E　）

A.低通濾波器　　　　　　　　　B.振蕩器　　　　　　　　　C.相位鑒別器

D.高通濾波器　　　　　　　　　E.高頻濾波器　　　　　F.低頻濾波器

3　　將一根棒材放在一個(gè)圍繞式線圈中時(shí)，什么位置的渦流密度較大？（　A　）

A.表面上　　　　B.中心　　　　C.表面和中心之間的中點(diǎn)　　　D.以上都不是

5　　用來描述在非常高的頻率下渦流僅限于導(dǎo)體極薄外層流動(dòng)的現(xiàn)象的術(shù)語是：（A）

A.　趨膚效應(yīng)　　　B.高頻濾波　　　C.低頻濾波　　　D.以上任一個(gè)

6　　用試驗(yàn)信號(hào)中產(chǎn)生的相位角不同來鑒別零件中變量的技術(shù)叫做：（D）

A.相位失真　　　B.相移　　　C.相位鑒別　　　D.相位分析

7　　如果一種材料的界限頻率為125HZ，給出ƒ/ƒg比為10時(shí)所需要的試驗(yàn)頻率為；（C）

A.1.25HZ 　　　B.12.5HZ 　　C.1.25KHZ 　　D.12.5KHZ 　　　

9　　試驗(yàn)線圈的阻抗通�？捎媚膬蓚�(gè)量的矢量和表示？（A）

A.感抗和電阻　　　B.容抗和電阻　　　C.感抗和容抗　　　D.電感和電容

10　　下面哪一種線圈可消除或減少沿絲材長度逐漸發(fā)生的直徑、化學(xué)成分、硬度等少量變化造成的影響？（B）

A.外部參考差動(dòng)式線圈　　　　　　　B.自比差動(dòng)式線圈　　　　　　　　　　　　　　　

C.單較好線圈　　　　　　　　　　　　　　　D.雙較好線圈

11　　用一個(gè)圍繞線圈檢驗(yàn)管材時(shí)，內(nèi)、外壁相同缺陷的輸出信號(hào)的相位關(guān)系是：（B）

A.信號(hào)相同　　　B.外壁缺陷的相位比內(nèi)壁缺陷的相位超前

C.內(nèi)壁缺陷的相位比外壁缺陷的相位超前　　　D.不定

12　　為了對縱向裂紋進(jìn)行檢測應(yīng)優(yōu)先選用下列哪種探頭？（　B　）

A.穿過式線圈　　　　B.點(diǎn)式旋轉(zhuǎn)線圈　　　　C.扇形線圈　　　D.內(nèi)插式線圈

13　　將直徑為13mm的棒材插入一個(gè)直徑為25mm的線圈內(nèi)，其填充系數(shù)為：（　D　）

A．50% 　　　　B．75% 　　　　C．高標(biāo)準(zhǔn) 　　　　D．27%

14　　從原理上講，下列哪種材料不能使用渦流探傷？（　B　）

A．不銹鋼　　　B．玻璃鋼　　C．高碳鋼　　　　D．低碳鋼

四　　問答計(jì)算題

1　　用穿過式線圈對同一缺陷進(jìn)行ET，當(dāng)掃查速度為20m/min時(shí)，該缺陷的調(diào)制頻率為40HZ，當(dāng)速度提至45m/min時(shí)，其它條件不變，調(diào)制頻率為多少HZ？

2　　為了確保渦流探傷靈敏度。一般要求一個(gè)缺陷的調(diào)制波內(nèi)包含10個(gè)以上的激勵(lì)正弦波。在激勵(lì)頻率為4KHZ的情況下，為了使工件上Φ2mm的通孔得到好的靈敏度，則探傷速度較高不應(yīng)超過多少？已知檢測線圈中兩測量繞組的間距為2mm。

3　　用直徑為62㎜的穿過式線圈探傷內(nèi)徑為50㎜，壁厚為4㎜的鋁管，試計(jì)算其填充系數(shù)為多少。（87.5%）

4　　鋼管自動(dòng)渦流探傷系統(tǒng)綜合性能測試方法執(zhí)行什么標(biāo)準(zhǔn)，其測試項(xiàng)目和合格判據(jù)各為什么？

答：YB/T4083-2000

周向靈敏度差≤3dB，對于外徑≥100mm的鋼管不得大于4dB；

信噪比≥10dB，對于外徑≥100mm以上的鋼管不小于8dB；

漏報(bào)率≤1%

誤報(bào)率≤3%

管端不可探區(qū)≤200mm。

5　　簡述ET原理。

答：渦流檢測是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的。即檢測線圈通以交變電流，線圈內(nèi)交變電流的流動(dòng)將在線圈周圍產(chǎn)生一個(gè)交變磁場，這種磁場稱為“原磁場”。把一導(dǎo)體置于磁場中時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流叫做渦流。導(dǎo)體中的電特性（如電阻、磁導(dǎo)率等）變化時(shí)，將引起渦流的變化。利用渦流的變化檢測工件中的不連續(xù)性的方法稱為渦流檢測原理。

8.5.4 　磁粉檢測

8.5.4.1 　漏磁場探傷與磁粉探傷

1 　漏磁場探傷

漏磁場探傷是利用鐵磁性材料或工件磁化后，在表面和近表面如有不連續(xù)性（材料的均質(zhì)狀態(tài)即致密性受到破壞）存在，則在不連續(xù)性處磁力線離開工件和進(jìn)入工件表面發(fā)生局部畸變產(chǎn)生漏磁場，并形成可檢測的漏磁場進(jìn)行探傷的方法。漏磁場探傷包括磁粉探傷和利用檢測元件探測漏磁場。其區(qū)別在于，磁粉探傷是利用鐵磁性粉末——磁粉，作為磁場的傳感器，即利用漏磁場吸附施加在不連續(xù)處的磁粉聚集磁痕，從而顯示出不連續(xù)處的位置、形狀和大小。利用檢測元件探測漏磁場的磁場傳感器有磁帶、霍爾元件、磁敏二極管和感應(yīng)線圈等。

2 　磁粉探傷

磁粉探傷磁粉探傷（Magnetic Particle Testing,縮寫符號(hào)為MT），又稱磁粉檢驗(yàn)或磁粉檢測，是應(yīng)用較為廣泛的常規(guī)無損檢測方法之一。磁粉探傷的基礎(chǔ)是缺陷處漏磁場與磁粉的磁相互作用。

1) 　磁粉探傷原理

鐵磁性材料和工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面和近表面的磁力線產(chǎn)生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合適光照下目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、形狀和大小。如圖8-24所示。

圖8-24 　不連續(xù)處的漏磁場和磁痕分布

2) 　磁粉探傷適用范圍

磁粉探傷適用于檢測鐵磁性材料表面和近表面尺寸很小，間隙極窄（如可檢測出長0.1mm寬為微米級的裂紋），目視難以看出的不連續(xù)性。

磁粉探傷可對未加工的原材料（如管坯）、加工的半成品、成品工件及在役或使用過的零部件進(jìn)行探傷，還能對板材、型材、棒材、管材、焊接材、鑄鋼件及鍛鋼件進(jìn)行探傷。

磁粉探傷不能檢測奧氏體不銹鋼材料和用奧氏體不銹鋼焊條焊接的焊縫，也不能檢測銅、鋁、鎂、鈦等非磁性材料。馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼具有磁性，可以進(jìn)行磁粉探傷。

磁粉探傷可發(fā)現(xiàn)裂紋、夾雜、發(fā)紋、白點(diǎn)、折疊、冷隔和疏松等缺陷，但對于表面淺的劃傷、埋藏較深的孔洞和與工件表面夾角小于20　°的分層及折疊難以發(fā)現(xiàn)。

3) 　磁粉探傷的基本操作步驟

磁粉探傷較基本的六個(gè)步驟是：① 預(yù)處理；② 磁化被檢工件；③ 施加磁粉或磁懸液； 　　　　　④　在合適的光照下，觀察和評定磁痕顯示；⑤ 退磁；⑥ 后處理。

8.5.4.2 　磁粉探傷物理基礎(chǔ)

1 　鐵磁性材料

1) 　磁疇

任何物質(zhì)都是由分子和原子組成的，原子是由帶正電的原子核和繞核旋轉(zhuǎn)的電子組成，電子不僅繞核旋轉(zhuǎn)，而且還進(jìn)行自旋，而電子自旋效應(yīng)是主要的，產(chǎn)生磁效應(yīng)，相當(dāng)一個(gè)非常小的電流環(huán)，原子、分子等微觀粒子內(nèi)電子的這些運(yùn)動(dòng)便形成了分子電流，這是物質(zhì)磁性的基本來源，它相當(dāng)于一個(gè)微小的磁鐵和磁偶極子（一個(gè)可以用無限小的電流回路描述的磁體）。鐵磁性材料內(nèi)部自發(fā)磁化的大小和方向基本均勻一致的小區(qū)域稱為磁疇，其體積約為10-3cm³,在這個(gè)小區(qū)域內(nèi)，含有大約1012~1015個(gè)原子，各原子的磁化方向一致時(shí)，對外呈現(xiàn)磁性。但是在沒有外加磁場的情況下，磁疇在鐵磁性材料內(nèi)部的方向是任意的，因此，它們各自的磁性相互抵消，就整體來說，對外不顯示磁性，見圖8-25（a）.

圖8-25　鐵磁質(zhì)的磁疇方向

2) 　磁化過程

鐵磁性材料的磁化過程可運(yùn)用磁疇理論和磁荷理論來說明。當(dāng)把鐵磁性材料放到外加磁場中去時(shí)，磁疇就會(huì)受到外加磁場的作用，一是使磁疇磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)，二是使疇壁（指相鄰磁疇的分界面）發(fā)生位移，較后全部磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)向與外加磁場方向一致，見圖8-25（b），鐵磁性材料被磁化。鐵磁性材料磁化后，就變成磁體，顯示出很強(qiáng)的磁性來。

去掉外加磁場之后，磁疇出現(xiàn)局部轉(zhuǎn)動(dòng)，但仍保留一定的剩余磁性，見圖8-25（c）。

在高溫情況下，磁體中分子熱運(yùn)動(dòng)會(huì)破壞磁疇的有規(guī)則排列，使磁體的磁性削弱。超過某一溫度后，磁體的磁性全部消失，實(shí)現(xiàn)了材料的退磁。鐵磁性材料在加熱時(shí)，磁性消失變?yōu)轫槾判圆牧系呐R界溫度稱為居里點(diǎn)，或居里溫度。如鐵的居里點(diǎn)為769。C。

下面舉例詳細(xì)介紹鐵磁性材料的磁化過程，見圖8-26。

圖8-26 　鐵磁性材料的磁化過程

① 未加外加磁場時(shí)，磁疇磁矩雜亂無章，對外不顯示宏觀磁性，如圖8-26（a）。

② 在較小的磁場作用下，磁矩方向與外加磁場方向一致或接近的磁疇體積加大，而磁矩方向與外加磁場方向相反的磁疇體積減小，疇壁發(fā)生位移，如圖8-26（b）。

③ 加大外加磁場時(shí)，磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)疇壁繼續(xù)位移，較后只剩下與外加磁場方向比較接近的磁疇，如圖8-26（c）。

④ 繼續(xù)加大外加磁場場，磁矩方向轉(zhuǎn)動(dòng)，與外加磁場方向接近，如圖8-26（d）。

⑤ 當(dāng)外加磁場加大到一定值時(shí)，所有磁疇的磁矩都沿外加磁場方向有序排列，達(dá)到磁化飽和，相當(dāng)于一個(gè)微小磁鐵或磁偶極子，產(chǎn)生N極和S極，宏觀上呈現(xiàn)磁性，如圖8-26（e）。

鐵磁性材料的磁化還可用磁荷理論來說明，磁極間的相互作用與正負(fù)電荷間的作用相似，所以人們認(rèn)為，在磁體的兩極上有一種叫做“磁荷”的東西，N極上的叫正磁荷，S極上的叫負(fù)磁荷，同性磁荷相斥，導(dǎo)性磁荷相吸，磁力線是從正磁荷出發(fā)，終止于負(fù)磁荷的閉合線，所以可以認(rèn)為磁荷是帶磁粒子的物體。它與電荷的顯著區(qū)別是，磁荷總是成對出現(xiàn)的，不管把一塊磁鐵分是多么小，它總是存在兩個(gè)磁極。（實(shí)際上磁荷是不存在的，是一種假設(shè)）因此，鐵磁化材料的每個(gè)磁分子都可以看作是一個(gè)磁偶極子，并且有磁偶極矩，在外加磁場力矩作用下，定向有序排列，宏觀上在鐵磁性材料兩端出現(xiàn)了N極和S極，或者說正、負(fù)磁荷，使鐵磁性材料磁化，磁荷理論迄今仍在許多場合得到應(yīng)用。

3) 　磁化曲線

磁化曲線是表征鐵磁性材料磁特性的曲線，用以表示外加磁場強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化的關(guān)系。

將鐵磁性材料做成環(huán)形樣品，繞上一定匝數(shù)的線圈，線圈經(jīng)過換向開關(guān)K和可變電阻R接到直流電源上，其電路如圖8-27所示。通過測量線圈中的電流I，算出材料內(nèi)部的磁場強(qiáng)度H值。

用沖擊檢流計(jì)或磁通計(jì)測量此時(shí)穿過環(huán)形樣品橫截面的磁通量Ф，從而算出磁感應(yīng)強(qiáng)度B值，由此可得到該材料的B~H曲線，又稱磁化曲線，見圖8-28，它反映了材料磁化程度隨外加磁場變化的規(guī)律。

各種鐵磁性材料的曲線都是具有類似的形狀。當(dāng)外加磁場H=0時(shí)，B=0，鐵磁性材料未被磁化，這一狀態(tài)相應(yīng)于坐標(biāo)原點(diǎn)O。當(dāng)線圈中電流逐漸增加，因而H也增加，初始階段（oa段）。第二階段（ab段）B增加的很快，曲線很陡，在B~H曲線的拐點(diǎn)c處，斜率較大，磁導(dǎo)率µ達(dá)到較大值µm，能被強(qiáng)烈磁化，對應(yīng)的磁場強(qiáng)度為Hµm。第三階段（bm段）B的增加緩慢下來，到了m點(diǎn)，當(dāng)外磁場再增加時(shí)，B不再增加，鐵磁性材料達(dá)到了磁化飽和，再飽和點(diǎn)m對應(yīng)的磁場強(qiáng)度稱為飽和磁場強(qiáng)度，用Hm　表示；對應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，用Bm表示。由此可以看出，鐵磁性材料的感應(yīng)強(qiáng)度B乃是外加磁場與附加磁場強(qiáng)度之和，實(shí)質(zhì)上是鐵磁性材料內(nèi)部的合成磁場強(qiáng)度。

圖8-27 　磁化曲線測量示意圖 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖8-28 　鐵磁性材料磁化曲線

4) 　磁滯回線

描述磁滯現(xiàn)象的一種閉合磁化曲線叫磁滯回線。它是在一定磁場強(qiáng)度下進(jìn)行多次反復(fù)磁化時(shí)，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后所得到的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨磁場強(qiáng)度變化的閉合曲線，如圖8-29所示。對一磁性材料進(jìn)行磁化，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度由0增加到飽和點(diǎn)1時(shí)，磁場強(qiáng)度增加但磁感應(yīng)強(qiáng)度不再增加，0~1曲線成為初始（起始）磁化曲線。從1點(diǎn)開始減小勵(lì)磁電流，即當(dāng)H減小時(shí)，B也相應(yīng)減小，但并不沿原來的0~1曲線下降。當(dāng)外加磁場強(qiáng)度H減小到0時(shí)，仍保留在材料中的磁性，成為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，稱為剩磁，用Br表示，如圖中0~2合0~5。為了使Br減小到零，必須外加反向磁場強(qiáng)度，使Br降為零所必須施加的反方向磁場強(qiáng)度成為矯頑力，用Hc表示，如圖中的0~3和0~6。

如果反向磁場強(qiáng)度繼續(xù)增加，材料就與原來方向相反的磁性，同樣可達(dá)到飽和點(diǎn)m，當(dāng)H從負(fù)值回到零時(shí)，材料具有反方向的剩磁—Br，即0~5。磁場通過零值后再向正方向增加時(shí)，為了使—Br減小到零，必須外加反向磁場強(qiáng)度Hc，如圖中的0~6，磁場再正方向繼續(xù)增加時(shí)曲線回到m點(diǎn)1，完成一個(gè)循環(huán)，如圖的1-2-3-4-5-6-1，即材料內(nèi)的磁場感應(yīng)強(qiáng)度B時(shí)按照一條對稱于坐標(biāo)原點(diǎn)的閉合曲線變化的，該閉合曲線成為磁滯回線。

圖中，±Bm——飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，表示工件在飽和磁場強(qiáng)度±Hm磁化下B達(dá)到飽和，不再隨H的加大二加大，對應(yīng)的磁疇全部轉(zhuǎn)向于磁場方向一致。±Br——工件的剩磁，表示工件經(jīng)Hm磁化后，當(dāng)H降為零時(shí)，因B滯后H在工件中保留的剩磁。±Hc——工件的矯頑力，把工件中±Br減小到零時(shí)所施加的反向磁場強(qiáng)度；а——初始磁化曲線的切線與x軸的夾角，а=tgB/H。а大小也反映了工件材質(zhì)被磁化的難易程度。

圖8-29 　磁滯回線 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖8-30 　30GrMnSiA的磁化曲線

圖8-30為30GrMnSiA鋼，880℃油淬、330℃回火狀態(tài)下測得的磁化曲線。包括B~H曲線，µ～和Ｂr～Ｈ曲線。根據(jù)上面的闡述，可歸納出鐵磁性材料具有以下特性：

① 高導(dǎo)磁性——能在外加磁場中強(qiáng)烈的磁化，產(chǎn)生非常強(qiáng)的附加磁場。它的磁導(dǎo)率很高，相對磁導(dǎo)率可達(dá)數(shù)百、數(shù)千以上。

② 磁飽和性——鐵磁性材料由于磁化所產(chǎn)生的附加磁場，不會(huì)隨外加磁場增加而無限地增加。當(dāng)外加磁場達(dá)到一定程度后，全部磁疇的的方向都與外加磁場的方向一致，磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ不再增加，呈現(xiàn)磁飽和。

③ 磁滯性——當(dāng)外加磁場的方向發(fā)生變化時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化滯后于磁場強(qiáng)度的變化。當(dāng)磁場強(qiáng)度減小到零時(shí)，磁鐵性材料在磁化時(shí)所獲得的磁性并不完全消失，而保留剩磁。

根據(jù)磁鐵性材料矯頑力Ｈc大小可分為軟磁材料和硬磁材料兩達(dá)類。Ｈc≥8000Ａ／m（100Oe）認(rèn)為是典型的軟磁材料,Hc≤400A/m(5 Oe)認(rèn)為是典型的軟磁材料。其磁滯回線見圖8-31。

軟磁材料廠和硬磁材料具有以下特征:

① 軟磁材料——是指磁滯回線狹長,具有高磁導(dǎo)率、低剩磁低矯頑力和低磁阻的鐵磁性材料.軟磁材料磁粉探傷時(shí)容易磁化,也容易退磁.軟磁材料如電工用純鐵、低碳鋼和軟磁鐵氧體等材料.

② 硬磁材料——是指磁滯回線肥大,具有低磁導(dǎo)率、高剩磁、高矯頑力和高磁阻的鐵磁性材料.硬磁材料磁粉探傷時(shí)難以磁化，也難以退磁.硬磁材料如:鋁鎳鈷、稀土鈷和硬磁鐵氧體等材料.

圖8-31 　軟磁材料和硬磁材料的磁滯回線

2 　通電線圈的磁場

磁場方向：

在線圈中通以電流時(shí),在線圈內(nèi)產(chǎn)生的磁場是與線圈軸平行的縱向磁場.其方向可用線圈右手定則確定:用右手握住線圈,使四指指向電流方向,與四指垂直的拇指所指方向就是線圈內(nèi)部的磁場方向.見圖8-32。

圖8-32 　　通電線圈產(chǎn)生的縱向磁場強(qiáng)度

3 　漏磁場

1) 　漏磁場的形成

所謂漏磁場，有時(shí)鐵磁性材料磁化后，在不連續(xù)性處或磁路的截面表化處，磁感應(yīng)線離開和進(jìn)入表面時(shí)形成的磁場。

漏磁場形成的原因，是由于空氣的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鐵磁性材料的磁導(dǎo)率。如果在磁化了的鐵磁性工件上存在著不連續(xù)性或裂紋，則磁感應(yīng)線優(yōu)先通過磁導(dǎo)率高的工作，這就迫使一部分磁感應(yīng)線從缺陷下面繞過，形成磁感應(yīng)線的壓縮。但是，工件上這部分可容納的磁感應(yīng)線樹木也是有限的，又由于同行磁感應(yīng)線相斥，隨意，一部分磁感應(yīng)線從不連續(xù)性中穿過另一部分磁感應(yīng)線遵從折射定律幾乎從工件表面垂直的進(jìn)入空氣中去繞過缺陷又折回工作，形成了漏磁場。

2) 　缺陷的漏磁場分布

缺陷產(chǎn)生的漏磁場可以分解為水平分量Ｂx和垂直分量Ｂy，水平分量與工件表面平行，垂直分量與工件表面垂直。假設(shè)有一矩形缺陷，則在矩形中心，漏磁場的水平分量有較大價(jià)值，并左右對稱。而垂直分量為通過中心點(diǎn)的曲線，其示意圖見圖8-33，圖中（a）為水平分量，（b）為垂直分量，如果將兩個(gè)分量合成，則可得到如圖（c）所示的漏磁場。

缺陷處產(chǎn)生漏磁場是磁粉探傷的基礎(chǔ)。但是，漏磁場是看不見的，還必須有顯示或檢測漏磁場的手段。磁場探傷是通過磁粉聚量磁痕顯示漏磁場進(jìn)行探傷的。漏磁場對磁粉的吸附可看成是磁極的作用，如果有磁粉在磁極區(qū)通過，則將被磁化，也呈現(xiàn)處Ｎ極和Ｓ極，并沿著磁感應(yīng)線排列起來。當(dāng)磁粉的兩極與漏磁場的兩極相互作用時(shí)，磁粉就會(huì)被吸附并加速移到缺陷上去。漏磁場的磁力作用在磁粉微粒上，其方向指向磁感應(yīng)線較大密度區(qū)，即指向缺陷處。見圖8-34。

漏磁場的寬度要比缺陷的實(shí)際寬度大數(shù)倍至數(shù)十倍，所以磁痕對缺陷寬度具有放大作用，能將目視不可見的缺陷變成目視可見的磁痕使之容易觀察出來。

磁粉除了受漏磁場的磁力之外，還受重力、液體介質(zhì)的懸浮力、摩擦力、磁粉微粒間的靜電力與磁力的作用，磁粉在這些力的合力作用下，形成漏磁場吸附力把磁粉吸附到缺陷處。其受力分析見圖8-35。

圖8-33 　缺陷的漏磁場分布　

圖8-34 　磁粉受漏磁場吸引 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖8-35 　磁粉的受力分析

4 　趨膚效應(yīng)

交變電流通過導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體表面電流密度較大而內(nèi)部電流密度較小的現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)（或集膚效應(yīng)）。這是由于導(dǎo)體在變化著的磁場里因電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流，在導(dǎo)體表面附近，渦流方向與原來電流方向相同，使電流密度加大；而在導(dǎo)體內(nèi)部電流密度減弱，如圖8-36所示。材料的電導(dǎo)率和相對磁導(dǎo)率增加時(shí)，或交流電的頻率提高時(shí)，都會(huì)使趨膚效應(yīng)更加明顯。通常50Hz的交流電，其趨膚高層度，也稱穿插透高層度δ為2mm，穿透高層度δ可用下式表示。

圖8-36 　趨膚效應(yīng)

在我國磁粉探傷中，交流電被廣泛應(yīng)用，是由于它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)　對表面缺陷檢測靈敏度高場 　　由于趨膚效應(yīng)在工件表面電流密度較大，所以磁通密度也較大，提高了工件表面缺陷的檢測靈敏度。鋼制件和壓力容器焊縫的表面缺陷危害很大，容易形成疲勞源,所以有效地檢測出工件表面的微小缺陷,已日益受到國內(nèi)外的較大重視。

2)　容易退磁 　　　原因：1交流電磁化的工件，磁場集中于工件表面所以用交流電容易將工件上的剩磁退掉；2退磁的實(shí)質(zhì)就是對工件施加一個(gè)換向衰減的磁場，由于交流電的方向本身在不斷地?fù)Q向，所以退磁方法簡單，容易實(shí)現(xiàn)。

3）能夠?qū)崿F(xiàn)感應(yīng)電流法磁化 　根據(jù)電磁感應(yīng)定律，交流電可以在磁路里產(chǎn)生交變磁通，而交變磁通又可以在回路產(chǎn)生感應(yīng)電流，用感應(yīng)電流以磁化環(huán)形件。

4）能夠?qū)崿F(xiàn)多向磁化 　　多向磁化常用于兩個(gè)交流磁場相互疊加來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場或用一個(gè)直流磁場和一個(gè)交流磁場量合成來產(chǎn)生擺動(dòng)磁場。

5）磁化變截面工件磁場分布較均勻 　用固定式電磁軛磁化變截面工件時(shí)，可發(fā)現(xiàn)用交流電磁化，工件表面上磁場分面較均勻。若用直流電磁化，工件截面突變處有較多的泄漏磁場，會(huì)掩蓋該部件的缺陷顯示。

6）有利于磁粉遷移 　　由于交流電的方向在不斷地變化，所產(chǎn)生的磁場方向不斷地改變，它有利于攪動(dòng)磁粉促使磁粉向漏磁場處遷移，使磁痕顯示清晰可見。

7）用于評價(jià)直流電（或整流電）磁化發(fā)現(xiàn)的磁痕顯示 　　由于直流電磁化較交流電磁化發(fā)現(xiàn)的缺陷深，所以直流電磁化發(fā)現(xiàn)的磁痕顯示，若退磁后用交流電磁化發(fā)現(xiàn)不了，說明該缺陷不是表面缺陷，有一定的高層度。

8）適用于在役工件的檢驗(yàn) 　　用交流電磁化，檢驗(yàn)在役工件表面疲勞裂紋靈敏度高，設(shè)備簡單輕便，有利于現(xiàn)場操作。

9）適用于≤φ12mm弱簧鋼絲的檢驗(yàn) 　　用交流電磁化檢驗(yàn)中、細(xì)彈簧鋼絲表面缺陷靈敏度高，能夠控制彈簧鋼絲的質(zhì)量。

10）使用交流電磁化時(shí)，兩次磁化的工序間可以不退磁。

8.5.4.3 　電磁方法和磁化電流

1 　磁場方向與發(fā)現(xiàn)缺陷的關(guān)系

磁粉探傷的能力取決于施加磁場的大小和與缺陷的方向，還有缺陷的高層度比與形狀等因素有關(guān)。工件磁化時(shí)，當(dāng)磁場方向與缺陷方向垂直時(shí)，缺陷處的漏磁場較大，檢測靈敏度較高，當(dāng)磁場方向與缺陷方向夾角為45度時(shí)，缺陷可以顯示，但靈敏度降低。當(dāng)磁場方向與缺陷方向平行時(shí)，不產(chǎn)生磁痕顯示，發(fā)現(xiàn)不了缺陷。由于工件中缺陷有各種取向，難以預(yù)知，故應(yīng)根據(jù)工件的幾何形狀，采用不同的方法直接、間接或通過感應(yīng)電流對工件進(jìn)行周向、縱向或多向磁化，以便在工件上建立各種不同方向的磁場，發(fā)現(xiàn)所有方向的缺陷，于是發(fā)展了各種不同的磁化方法。

2 　選擇磁化方法應(yīng)考慮的因素

① 　工件的尺寸大�。�

② 　工件的外形結(jié)構(gòu)；

③ 　工件的表面狀態(tài)；

④ 　根據(jù)工件過去斷裂的情況和各部位的應(yīng)力分布，分析可能產(chǎn)生缺陷的部位和方向，選擇合適的磁化方法。

3 　磁化方法的分類

根據(jù)工件的幾何形狀，尺寸大小和欲發(fā)現(xiàn)缺陷方向而在工件上建立的磁化方向，將磁化方法一般分為周向磁化、縱向磁化和多向磁化。所謂周向與縱向，是相對被檢工件上的磁化方向而言的。

1) 　周向磁化——是指給工件直接通電，或者是電流流過貫穿空心工件孔中的導(dǎo)體，旨在工件中建立一個(gè)環(huán)繞工件的并與工件軸垂直的周向閉合磁場用于發(fā)現(xiàn)與工件軸平行的縱向缺陷，即與電流方向平行的缺陷。

2) 　縱向磁化——是指將電流通過環(huán)繞工件的線圈，使工件沿縱長方向磁化的方法，工件中的磁力線平行于線圈的中心軸線。用于發(fā)現(xiàn)與工件軸垂直的周向缺陷。利用電磁軛和較好磁鐵磁化，使磁力線平行于工件縱軸的磁化方法亦屬于縱向磁化。

將工件置于線圈中進(jìn)行縱向磁化，稱為開路磁化，開路磁化在工件兩端產(chǎn)生磁極，因而產(chǎn)生退磁場。

將工件夾在電磁軛的兩極之間，對工件進(jìn)行整體磁化，或利用便攜式電磁軛或較好磁鐵的兩極與工件接觸，使工件得到局部磁化，稱為閉路磁化，閉路磁化不產(chǎn)生退磁場。

3) 　多向磁化——是指通過復(fù)合磁化，在工件中產(chǎn)生一個(gè)大小和方向隨時(shí)間呈原形、橢圓型或螺旋形變化的磁場。因?yàn)榇艌龅姆较蚺c工件上不斷的變化著，所以可發(fā)現(xiàn)工件上所有方向的缺陷。

4) 　輔助通電法——是指將通電導(dǎo)體置于受檢部位而進(jìn)行局部磁化的方法，如電纜平行磁化法和銅板磁化法，僅用于常規(guī)磁化方法難以磁化的工件和部位，一般情況下不推薦使用。

4 　三種磁化方法的特點(diǎn)、應(yīng)用范疇和優(yōu)缺點(diǎn)

1) 　中心導(dǎo)體法

A　　中心導(dǎo)體法是導(dǎo)體穿入空心工件的孔中，并置于孔的中心，電流從導(dǎo)體上通過，形成周向磁場。所以又叫電流貫通法、穿棒法和芯棒法。由于是感應(yīng)磁化，可以用于檢查空心工件內(nèi)、外表面與電流平行的縱向不連續(xù)性和端面的頸項(xiàng)不連續(xù)性。如圖8-37所示。空心工件直接接通電法不能檢查內(nèi)表面的不連續(xù)性，因?yàn)閮?nèi)表面的磁場強(qiáng)度為零。但用中心導(dǎo)體法能更清晰的發(fā)現(xiàn)工件內(nèi)表面的缺陷，由于內(nèi)表面比外表有更大的磁場強(qiáng)度。

　　　　　圖8-37 　中心導(dǎo)體法

B　　對于一端有封頭（亦稱盲孔）的工件，應(yīng)保證中心導(dǎo)體與封頭端面有良好的電接觸，將中心導(dǎo)體穿入工件孔中作為一端，封頭作為另一端進(jìn)行通電，完成中心導(dǎo)體法磁化。

C　　導(dǎo)體材料通常采用導(dǎo)電性能良好的銅棒，也可用鋁棒或鋼棒。若使用鋼棒作為中心導(dǎo)體，磁化時(shí)應(yīng)避免鋼棒與工件接觸產(chǎn)生磁寫，所以較好在鋼棒表面上包一層絕緣材料。

D　　中心導(dǎo)體法的優(yōu)點(diǎn)是：

①磁化電流不從工件上直接流過，不會(huì)產(chǎn)生電�。�

②在空心工件的內(nèi)、外表面及端面都會(huì)產(chǎn)生周向磁場；

③重量輕的工件可用芯棒支承，許多小工件可穿在芯棒上一次磁化；

④一次通電，工件全長都能得到周向磁化；

⑤內(nèi)孔彎曲的工件，可用柔性電纜代替鋼性芯棒檢查；

⑥工藝方法簡單，檢測效率高；

⑦有較高的檢測靈敏度。因而是較有效、較常用的磁化方法之一。

其缺點(diǎn)是：

①　對于厚壁工件，外表缺陷的見得靈敏度比內(nèi)表面低；

②　②檢查大直徑管子時(shí)，采用偏置芯棒法，需轉(zhuǎn)動(dòng)工件，進(jìn)行多次磁化和檢驗(yàn)；

③　③僅用于有孔工件的檢驗(yàn)。

中心導(dǎo)體法適用于各種有孔的工件如軸承圈、空心圓柱、齒輪、螺帽、環(huán)形件、管子、管接頭和空心焊接件的磁粉探傷。

2) 　線圈法

A　　線圈法是將工件放在通電線圈中，或用軟電纜纏繞在工件上通電磁化，形成縱向磁場，用于發(fā)現(xiàn)工件的橫向不斷續(xù)性。適用于縱長工件如時(shí)接件、軸、管子、棒材、鑄件和鍛件的磁粉探傷。

B　　線圈法包括螺管線圈法和繞電纜法兩種，如圖8-38和圖8-39所示。

C　　線圈法縱向磁化的要求

線圈法縱向磁化，會(huì)在工件兩端形成磁極，因而產(chǎn)生退磁場。工件在線圈中磁化與工件的長度L和直徑D之比（L/D）有密切關(guān)系，L/D愈小愈難磁化，所以L/D必須≥2，若L/D＜2，應(yīng)采用下列措施之一進(jìn)行磁化：

a以大約90度的分度在兩上或多個(gè)方向上對工件進(jìn)行周向磁化；

b.把外徑相似的兩個(gè)或多個(gè)工件，端部與端部對接起來，使L/D≥2；

c.使用與工件外徑相似的鐵磁性延長塊將工件接長，使L/D≥2；

d.使用電磁軛或較好磁鐵補(bǔ)充磁化。

圖8-38 　螺管線圈法 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖8-39 　繞電纜法

D　　線圈法的優(yōu)點(diǎn)是：

①非電接觸；

②方法簡單；

③大型工件用繞電纜法很容易得到縱向磁場；

④有較高的檢測靈敏度。

其缺點(diǎn)是：

①　L/D值對退磁場和靈敏度有很大的影響，決定安匝數(shù)時(shí)要加以考慮；

②　②工件端面的缺陷檢測靈敏度低；

③　③為了將工件端部效應(yīng)減至較小，應(yīng)采用“快速斷電法”。

3) 　磁軛法

A　　磁軛法使用固定式電磁軛兩磁極夾住工件進(jìn)行整體磁化，或用便攜式電磁軛兩磁極接觸工件表面進(jìn)行局部磁化，用于發(fā)現(xiàn)與兩磁極連線垂直的不連續(xù)性。在磁軛法中，工件是閉合磁路的一部分，在磁極間對工件感應(yīng)磁化，所以磁軛法也稱為極間法，屬于閉路磁化，如圖8-40和圖8-41所示。

圖8-40 　電磁軛整體磁化 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖8-41 　電磁軛局部磁化

B　　整體磁化

用固定式電磁軛整體磁化的要求是：

①只有磁極截面大于工件截面時(shí)，才能獲得好的探傷效果。相反，工件中便得不到足夠的磁化，在使用直流電磁軛比交流電磁軛時(shí)更為嚴(yán)重；

②應(yīng)盡量避免工件與電磁軛之間的空氣隙，應(yīng)空氣隙會(huì)降低磁化效果；

③當(dāng)極間距大于1m時(shí)，工件便不能得到必要的磁化；

④形狀復(fù)雜而且較長的工件，不宜采用整體磁化。

C　　局部磁化

用便攜式電磁軛或較好磁鐵的兩磁極與工件接觸，使工件得到局部磁化，兩磁極間的磁力線大體上平行兩磁極的連線，有利于發(fā)現(xiàn)與兩磁極連線垂直的缺陷，如圖8-42所示。

圖8-42 　便攜式電磁軛兩極間的磁力線分布 　　　　　　　　　　　　　圖8-43 　便攜式電磁軛探傷有效范圍

局部磁化的要求是：

①有效磁化范圍，取決于探傷設(shè)備的性能、磁化規(guī)范、探傷條件及工件的形狀，一般是以兩極間連線為長軸（L），從兩極連線中心處向兩則各L/4為短軸的橢圓形所包圍的面積，如圖8-43所示。有效磁化范圍可通過實(shí)測工件表面磁場強(qiáng)度，或用標(biāo)準(zhǔn)或片試驗(yàn)得到；

②工件上的磁場分布，取決于磁軛產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度和磁極的間距。當(dāng)磁場強(qiáng)度一定時(shí)，工件表面的磁場強(qiáng)度隨著兩極間距的加大而減��；如果兩磁極間中距過于小，由于磁極附近磁通密度過大會(huì)產(chǎn)生非相關(guān)顯示，所以磁極間距通常選用50-200mm為宜；

③便攜式電磁軛分固定式與活動(dòng)關(guān)節(jié)式磁極兩種，活動(dòng)關(guān)節(jié)越多，磁阻越大，工件上得到的磁場強(qiáng)度越��；

④便攜式電磁軛要通過測量提升力控制探傷靈敏度；

⑤如果磁極與工件接觸不良，有間隙存在，對磁場強(qiáng)度也有一定的影響。并且間隙還會(huì)使接觸處產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)的漏磁場，吸附磁粉，形成非相關(guān)顯示，因而存在著探傷盲區(qū)。盲區(qū)范圍隨著間隙的加大而加大。

⑥交流電磁場軛，由于趨膚效應(yīng)，檢驗(yàn)表面缺陷靈敏度高。

⑦直流電磁軛較交流電磁軛對近表面缺陷有更高的檢出能力。

⑧直流電磁軛不適用厚工件的探傷。由于直流磁軛產(chǎn)生的磁通均勻地分布在被磁化的工件戴面上，工件越厚，單位截面上的磁通越小，工件表面的磁場強(qiáng)度也越小，使探傷靈敏度降低。所以檢驗(yàn)厚板表面缺陷應(yīng)采取交流電磁軛。

⑨較好磁鐵可用于無電源的現(xiàn)場和野外檢驗(yàn)，但在檢驗(yàn)大面積或大部件時(shí)，不能提供足夠的磁場強(qiáng)度，磁場大小不能調(diào)節(jié)，也不容易從工件上取下來，磁極上吸附的磁粉不晚除掉，并且可能性把缺陷顯示弄模糊。

D　　磁軛法的優(yōu)點(diǎn)是：

①非電接觸；

②改變磁軛方位，可發(fā)現(xiàn)任何方向的缺陷；

③便函攜式磁軛可帶到現(xiàn)場探傷，靈活，方便；

④　可用于檢驗(yàn)帶漆層的工件（當(dāng)漆層厚度允許時(shí)）；

⑤　檢測靈敏度較高。

其缺點(diǎn)是：

①　幾何開關(guān)復(fù)雜的工件檢驗(yàn)較困難；

②　磁軛必須放到有利于缺陷檢出的方向；

③　用便攜式磁軛一次磁化只能檢驗(yàn)較小的區(qū)域，大面積檢驗(yàn)時(shí)，要求分塊累積，很費(fèi)時(shí)。

磁軛法適用于焊接件及各種大、中型工件的局部檢驗(yàn)。

8.5.4.4 　標(biāo)準(zhǔn)試片和靈敏度校驗(yàn)

1 　標(biāo)準(zhǔn)試片

A型磁粉探傷標(biāo)準(zhǔn)試片。（見表8-7）

1) 　分母相同時(shí)，分子越小，試片顯示靈敏度越低，檢測靈敏度越高；

2) 　分子相同時(shí)，分母越大，試片顯示靈敏度越低，檢測靈敏度越高。

表8-7 　A型磁粉探傷標(biāo)準(zhǔn)試片品種規(guī)格

2 　A型磁粉探傷標(biāo)準(zhǔn)試片使用注意事項(xiàng)：

1) 　標(biāo)準(zhǔn)試片使用過程中，不應(yīng)將試片反復(fù)彎折或撕拉，以防槽底變形開裂，影響試片顯示。如發(fā)現(xiàn)試片已經(jīng)變形開裂，必須更換。

2) 　試片使用前，應(yīng)用溶劑清洗防銹油。如果工件表面貼試片處凹凸不平，應(yīng)打磨平，并去除油污。

3) 　試片用完后，用溶劑清洗并擦干。干燥后涂上防銹油，放回試片袋中保存。

4) 　試片表面銹蝕或有褶紋時(shí)不能繼續(xù)使用。

5) 　將試片有槽的一面與工件受檢面接觸，用透明膠紙貼緊（間隙應(yīng)小于0.1mm），但透明紙不得蓋住有槽的部位。

6) 　有效的磁場方向應(yīng)垂直與缺陷可能存在的方向。

7) 　鋼管表面的較小可見光強(qiáng)度為50英尺/燭光。

3 　探頭靈敏度的校驗(yàn)：

在正式探傷前，首先要檢驗(yàn)探傷靈敏度，將（30/100）A型標(biāo)準(zhǔn)試片開槽的一面緊貼被測工件表面上，并用透明膠帶粘牢試片的邊緣，通電磁化，同時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)試片上噴灑磁懸液，如標(biāo)準(zhǔn)試片上的人工刻槽清晰顯示，則表明探傷靈敏度和磁懸液的配置均符合要求。

8.5.4.5 　磁粉

磁粉是顯示缺陷的手段，磁粉質(zhì)量的優(yōu)劣和選擇是否恰當(dāng)，將直接影響探傷效果。與任何關(guān)鍵性檢測元件一樣，磁粉作主磁場傳感材料，需要人們一體了解和正確使用。

磁粉的種類很多，按磁痕觀察分主熒火磁粉和非熒火磁粉；按施加方式分為濕法磁粉和干法磁粉。

1 　熒火磁粉

在紫外光下觀察磁

痕顯示的磁粉稱為熒光磁粉。熒火磁粉是以磁性氧化鐵粉、工業(yè)純鐵粉或羰基鐵粉主核心，在鐵粉外面用樹脂粘附一層熒光染料而制成。

磁粉的顏色、亮度及與工件表面的對比度，對磁粉探傷靈敏度無不起著重要的作用。由于熒光磁粉在紫外光照射下，能發(fā)出波長范圍在510-550nm為人眼接受較敏感的色澤鮮明的黃綠色熒光，所以熒光磁粉的可見度及與工件表面的對比度都很高，適用于任何顏色的受檢表面，容易觀察，探傷靈敏度高，也能提高檢驗(yàn)速度。熒光磁粉一般只適用于濕法。

2 　非熒光磁粉

在可見光下觀察磁痕顯示的磁粉稱為非熒光磁粉。常用的有四氧化三鐵（Fe3O4）黑磁粉和γ三氧化二鐵（γ- Fe2O3）紅褐色磁粉。這兩種磁粉既適用于濕法，又適用于干法。

濕法磁粉是將磁粉懸浮在油或水載液中噴灑到工件表面的磁粉；干法磁粉是將磁粉在空氣中吹成霧狀噴撒到工件表面的磁粉。

以工業(yè)純鐵粉等為原料，用粘合劑包覆制成的白磁粉或其它顏色磁粉，一般只用于干法。

JCM系列空心球形磁粉是鋁的復(fù)合氧化物，具有良好的移動(dòng)性和分散性，磁化工件時(shí)，磁粉能不斷踴躍著向漏磁場處聚集，探傷靈敏高度，高溫不氧化，在400。C下仍能使用，可在高溫條件下和高溫部件的焊接過程中進(jìn)行磁粉探傷�？招那蛐未欧壑贿m用于干法。

在純鐵中添加鉻、鋁和硅制成的磁粉也可用于300。C—400。C的高溫焊縫探傷。

3 　磁粉的性能

磁粉探傷是靠磁粉聚集在漏磁場處形成磁痕顯示缺陷的，磁痕顯示程序不僅與缺陷性質(zhì)、磁化方法、磁化規(guī)范、磁粉施加方式、工件表面狀態(tài)和檢測環(huán)境照明等有關(guān)，還與磁粉本身的性能如磁特性、粒度、形狀、流動(dòng)性、密度和識(shí)別度有關(guān)，因此選擇性能好的磁粉同樣很重要。

1) 　磁特性

磁粉的磁特性與磁粉被漏磁場吸附形成磁痕的能力有關(guān)磁粉應(yīng)具有高磁導(dǎo)率和低矯頑力及低剩磁。高磁導(dǎo)率的磁粉容易被缺陷產(chǎn)生的微弱漏磁場磁化和吸附，聚集起來便于識(shí)別。如果磁粉的矯頑力和剩磁大，磁化后，磁粉形成磁極彼此吸引聚集成團(tuán)，不容易分散開，磁粉還會(huì)被吸附到工件表面不易去除，形成過度背景，甚至?xí)�掩蓋相關(guān)顯示；磁粉吸附在管道上，會(huì)使油路堵塞；干法檢驗(yàn)中，較好次磁化后的磁粉會(huì)被吸附在較初接觸的工件表面上，使磁粉移動(dòng)性變差，難以為缺陷處微弱的漏磁場吸附，同樣也會(huì)形成過度背景，影響缺陷辯認(rèn)。

2) 　粒度

磁粉的粒度也就是磁粉顆粒的大小，粒度的大小對磁粉的懸浮性及漏磁場對磁粉的吸附能力都有很大的影響。

選擇適當(dāng)?shù)拇欧哿６葧r(shí)，應(yīng)考慮缺陷的性質(zhì)、尺寸、埋藏高層度及磁粉的施加方式。

檢驗(yàn)暴露于工件表面的缺陷時(shí)，宜用粒度細(xì)的磁粉，檢查表面下的缺陷宜用較粗的磁粉，因?yàn)榇执欧鄣拇艑?dǎo)率較細(xì)磁粉高，檢驗(yàn)小缺陷宜用粒度細(xì)的磁粉，細(xì)磁粉可使缺陷的磁痕線條清晰，定位準(zhǔn)確；檢驗(yàn)大缺陷要用較粗的磁粉，粗磁粉可跨接大的缺陷。采用濕法檢驗(yàn)時(shí)，宜用粒度細(xì)的磁粉，因?yàn)榧?xì)磁粉懸浮性好；采用干法檢驗(yàn)時(shí)，要用較粗的磁粉，因?yàn)榇执欧廴菀自诳諝庵蟹稚㈤_，如果用細(xì)的磁粉，會(huì)象粉塵一樣滯留在工作表面上，尤其在有油污、潮濕、指紋和凹凸不平處，容易形成過度背景，會(huì)影響缺陷辨認(rèn)或掩蓋相關(guān)顯示。

在實(shí)際應(yīng)用中，要求發(fā)現(xiàn)各種大小不同的缺陷，也要求發(fā)現(xiàn)工件表面和近表面的缺陷，所以應(yīng)使用含有各種粒度的磁粉，這樣對于各類缺陷可獲得較均衡的靈敏感。對于干法用磁粉，粒度范圍為10-50um，較大不超過150um，對于濕法用的黑磁粉和紅磁粉，粒度宜采用5-10um，粒度大于50um的磁粉，不能用于濕法檢驗(yàn)，因?yàn)樗�很難在磁懸液中懸浮，粗大磁粉在磁懸液流動(dòng)過程中，還會(huì)滯留在工件表面干擾相關(guān)顯示。而粒度過細(xì)的磁婁在使用中，它們會(huì)聚集在一起起作用，所以一般不規(guī)定粒度的下限，熒光磁粉因表面有包覆層，所以粒度不可能太小，一般在5-25um之間，但這并不意味著檢測靈敏度的降低，因?yàn)闊晒獯欧鄣目梢姸�、對比度和分辨力高，所以仍能獲得高的靈敏度。

在磁粉探傷中，干法常用80-160目的粗磁粉，而濕法常用300目或300目以上的細(xì)磁粉。

3) 　形狀

磁粉有各種各樣的形狀，如條形、橢圓形、球形或其它不規(guī)則折顆粒形狀。

一般說來，條形磁粉（大的長徑比）容易磁化并形成磁極，因而較容易被漏磁場吸附，這對于檢測寬度比磁粉粒度大的缺陷和近表面缺陷是有利的，因?yàn)檫@類缺陷的漏磁場極為分散，若聚集成磁粉鏈條則容易形成磁痕。但如果完全由條形磁婁組成。就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重聚集而導(dǎo)致靈敏度下降，磁粉的流動(dòng)性也不好。對于干法用磁粉，條形磁粉相互吸引還會(huì)給噴撒操作帶來困難。

球形磁粉能提供良好的流動(dòng)性，但由于退磁場的影響不容易被漏磁場磁化，而空心球形磁粉能踴躍著趨向漏磁場區(qū)域，不需要風(fēng)力帶動(dòng)磁粉向漏磁場聚集是一例外。

為了使磁粉既有良好的磁吸附性能，又有良好的流動(dòng)性，所以理想的磁婁應(yīng)由一定比例的條形、球形和其它形狀的磁粉混合在一起使用。

4) 　流動(dòng)性

在討論磁粉形狀時(shí)，已涉及到流動(dòng)性問題，為了能有效地檢出缺陷，磁粉必須能在受檢工件表面流動(dòng)，以便函被漏磁場吸附形成磁痕顯示。

在濕法檢驗(yàn)中，是利用磁懸液的流動(dòng)帶動(dòng)磁粉向漏磁場上流動(dòng)，在干法檢驗(yàn)中，是利用微風(fēng)吹動(dòng)磁粉，并利用交流電方向不斷改變，產(chǎn)生的磁場也不斷換向和單相關(guān)波整流電產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)烈脈動(dòng)性攪動(dòng)磁粉，促進(jìn)磁粉流動(dòng)的。由于直流電不利于磁粉的流動(dòng)，所以直流電不適用于干法檢驗(yàn)。

5) 　密度

濕法用黑磁粉和紅磁粉的密度約為４.５g／cm，干法用純鐵粉的密度約為８g／cm，空心球形磁粉的密度為０.７１～２.３g／cm，熒光磁粉的密度除與采用的鐵粉原料有關(guān)，還與磁粉、熒光染料和粘結(jié)劑的配比有關(guān)。

磁粉的密度對探傷結(jié)果有一定的影響，在濕法檢驗(yàn)中，密度大，易沉淀，懸浮性差；在干法檢驗(yàn)中，密度大，則要求吸附磁粉的漏磁場要大。密度大小與材料磁特性有關(guān)，所以應(yīng)綜合考慮。

6) 　識(shí)別度

識(shí)別度系指磁粉的光學(xué)性能，包括磁粉的顏色、熒光亮度及與工件表面顏色的對比度。對于非熒光磁粉，只有磁粉的顏色與工件表面的顏色形成很大的對比度，磁痕才容易觀察到，缺陷才容易發(fā)現(xiàn)；對于熒光磁粉，在紫外光下觀察時(shí)，工件表面呈紫色，只有微弱的可見光本底。磁痕呈黃綠色，色澤鮮明，能提供較大的對比度和亮度。但是，共表面由于熒光懸液的覆蓋，也會(huì)產(chǎn)生微弱的熒光本底，因此熒光磁懸液的濃度不宜太高，大約為非熒光磁懸液濃度的十分之一。

總的來說，影響磁粉使用性能的因素有以上六個(gè)方面，但這些因素又是相互關(guān)聯(lián)、相互制約的，如果孤立的追求某一方面而排斥另一方面，甚至可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗。如果磁性稱量法可以反映磁粉的部分磁特性，但憑磁性稱量法稱出磁粉樣品幾克為合格磁粉，實(shí)踐證明不是完全可靠的。較根本的方法應(yīng)通過綜合性能靈敏度實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來衡量磁粉的性能。

8.5.5 　電磁超聲

8.5.5.1 　電磁超聲（EMA）技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

1 　電磁超聲（EMA）技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展

無損檢測技術(shù)的發(fā)展已歷經(jīng)一個(gè)世紀(jì)，其重要性在全世界已得到公認(rèn)。作為無損檢測技術(shù)的一個(gè)新軍，EMA技術(shù)也越來越受到人們的青睞，它代表了超聲檢測的發(fā)展方向（無耦合），這一點(diǎn)在2000年第15屆世界無損檢測會(huì)議上得到了充分肯定。

EMA技術(shù)在國際上是從60年代末期開始崛起的，到了70年代 中后期開始迅速發(fā)展，英，美，俄，德，日都相繼進(jìn)行了聲波的EMA理論和實(shí)驗(yàn)，從而大大擴(kuò)展了EMA技術(shù)革新的應(yīng)用范圍，到了70年代末西德Hofch鋼廠研制出高分辨率的用于中厚板內(nèi)部探傷及螺旋彈簧內(nèi)部探傷的儀器設(shè)備，于此同時(shí)德國無損檢測研究所也成功的研制并轉(zhuǎn)產(chǎn)了火車輪動(dòng)態(tài)EMA探傷裝置。而到了80年代初，英國、日本也先后研制成功了高溫EMA探傷及測厚裝置，進(jìn)入21世紀(jì)，經(jīng)過了近50年的不懈努力，EMA技術(shù)已逐步進(jìn)入了工業(yè)應(yīng)用階段。其應(yīng)用領(lǐng)域從較初的中厚板、火車輪檢測及高溫測厚，發(fā)展到焊縫檢測、鋼棒檢測、鋼軌檢測、復(fù)合材料檢測等眾多領(lǐng)域。

我們國家EMA技術(shù)的研究，是從70年代開始的。主要代表是冶金鋼鐵研究總院張廣純教授等，經(jīng)過30幾年的深入研究與不斷完善，從理論研究的水平看，與國際的EMA技術(shù)研究基本同步，而在實(shí)際應(yīng)用方面的某些領(lǐng)域，我們與國外尚存在著一定的差距。但在鋼管管體及管端的自動(dòng)化探傷方面我們則走在了國際該領(lǐng)域的前列。

2 　EMA技術(shù)的基本理論與主要特點(diǎn)

EMA與傳統(tǒng)的壓電超聲同屬于超聲范疇，它們的本質(zhì)區(qū)別就在于換能器不同，也就是發(fā)射接收方式不同，壓電超聲換能器是靠壓電晶片的壓電效應(yīng)，發(fā)射和接收超聲波的，它的能量轉(zhuǎn)換是在晶片上進(jìn)行的。而EMAT則是靠電磁效應(yīng)發(fā)射和接收超聲波的。其能量轉(zhuǎn)換則是在工件表面的趨膚層內(nèi)直接進(jìn)行的，所以它不需要任何耦合介質(zhì)。由此可見，要了解EMA技術(shù)，首先就要掌握EMAT的基本理論。

圖8-44

EMAT的物理結(jié)構(gòu)由三部分組成：（如圖8-44所示）

高頻線圈①：用于產(chǎn)生高頻激發(fā)磁場。

磁鐵②： 　　　用來提供外加磁場，它可以是較好磁鐵或直流電磁鐵，也可以是交流電磁鐵或脈沖電磁鐵。

工件③： 　　　檢測對象它是EMAT的一部分。（簡稱EMAT三要素）但工件的材質(zhì)必須具有導(dǎo)電性或鐵磁性，或?qū)щ娦院丸F磁性都具有。

EMAT作為一種超聲發(fā)生器，它的基本原理是圍繞著EMAT三要素展開的。當(dāng)置于工件表面上的高頻線圈通過高頻電流時(shí)，它要在工件的趨膚層內(nèi)產(chǎn)生渦流，（或感應(yīng)磁場，相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子）此渦流在外加磁場（相當(dāng)于電機(jī)定子磁場）的作用下，也會(huì)像電動(dòng)機(jī)那樣受到機(jī)械力的作用，而產(chǎn)生高頻振動(dòng)，形成了超聲波波源。在接收超聲波時(shí)，如同發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在定子的磁場中旋轉(zhuǎn)，會(huì)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流一樣，工件表面的震蕩也會(huì)在外加磁場力的作用下，在高頻線圈中感應(yīng)出電壓而被儀器接收。因此，存在于上述機(jī)制中的這些相互作用就構(gòu)成了檢測的全過程。圖8-45給出了激發(fā)EMAT的各種機(jī)制（力）以及它們的方向。

圖8-45

EMAT可激發(fā)出所有超聲波波形。與傳統(tǒng)的超聲波技術(shù)一樣，材料的種類、可能產(chǎn)生的缺陷位置以及缺陷方向，決定了聲束方向和振動(dòng)波形的選擇。但在實(shí)際應(yīng)用中，EMAT技術(shù)較之傳統(tǒng)的壓電超聲技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢以及一系列壓電超聲所無法取代的特點(diǎn)：

1） 無需任何耦合劑

EMAT的能量轉(zhuǎn)換，時(shí)在工件表面的趨膚層內(nèi)直接進(jìn)行的。因而可將趨膚層看成是壓電晶片，由于趨膚層是工件的表面層，所以EMAT所產(chǎn)生的超聲波不需要任何耦合介質(zhì)。

2） 靈活的產(chǎn)生各類波形

EMAT在檢測的過程中，在滿足一定的激發(fā)條件時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生表面波、SH波和Lamb波。如改變激勵(lì)電信號(hào)頻率使之滿足下式要求：

　　　　　　　f=nC/2Lsinθ　　　(n為任意整數(shù))

式中：C=聲速；

f=電信號(hào)頻率；

L=1/2波長

則聲波便以傾斜角θ向工件內(nèi)傾斜輻射（但其速度也隨之下降），也就是說，在其他條件不變的前提下，只要改變電信號(hào)頻率，就可以改變聲的輻射角θ，這是EMAT的又一特點(diǎn)。由于這一特點(diǎn)的存在，我們就可以在不變更換能器的情況下實(shí)現(xiàn)波模的自由選擇。

3） 對被探工件表面質(zhì)量要求不高

EMAT不需要與聲波在其中傳播的材料接觸，就可向其發(fā)射和接收返回的超聲波。因此對被探工件表面不要求特殊清理，較粗糙的表面也可直接探傷。

4） 檢檢測時(shí)速度快

傳統(tǒng)的壓電超聲的檢檢測時(shí)速度，一般都在10米/分鐘左右（國產(chǎn)設(shè)備），而EMAT可達(dá)到40米/分鐘，甚至更快。

5） 聲波傳播距離遠(yuǎn)

EMAT在鋼管或鋼棒中激發(fā)的超聲波，可繞工件傳播幾周甚至十幾周。在進(jìn)行鋼管或鋼棒的縱向缺陷檢測時(shí)，探頭與工件都不用旋轉(zhuǎn)，使探傷設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對簡單。

6） 所用通道與探頭的數(shù)量少

在實(shí)現(xiàn)同樣功能的前提下，EMA探傷設(shè)備所選用的通道數(shù)和探頭數(shù)都少于壓電超聲。特別在板材EMA探傷設(shè)備上就更為明顯，壓電超聲要進(jìn)行板面的探傷需要幾十個(gè)通道和探頭，而EMA則只需要四個(gè)通道及相應(yīng)數(shù)量的探頭就可以了。

7） 發(fā)現(xiàn)自然缺陷的能力強(qiáng)

用戶反饋回來的信息就足以證明了這種說法的可信度，EMAT對于鋼管表面存在的折疊、重皮、孔洞等不宜檢出的缺陷都能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)。

3 　EMA技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的成功應(yīng)用

在我國雖然無損檢測事業(yè)發(fā)展很快，應(yīng)用的范圍也越來越廣泛，但是，由于各種探傷手段都有其局限性，到目前為止，仍有許多領(lǐng)域缺少可靠的探傷手段（如中厚板、火車輪、大口徑鋼管等），許多難點(diǎn)得不到解決（如鋼管表面的發(fā)紋、內(nèi)外折疊、重皮等），眾多的用戶急需可靠的檢測設(shè)備，來保證產(chǎn)品的較終質(zhì)量，到目前為止，EMA產(chǎn)品主要有：

1） 鋼管管體EMA探傷設(shè)備

針對現(xiàn)場的不同情況以及檢測標(biāo)準(zhǔn)要求的不同EMA探傷設(shè)備主要分成三種形式

鋼管直線前進(jìn)，兩個(gè)探頭沿管體周向120度布置，隨動(dòng)跟進(jìn)檢測。此種方法可連續(xù)檢測鋼管的縱向缺陷。主要用戶有天津市無縫鋼管廠；天津鋼管有限責(zé)任公司；鞍鋼無縫鋼管廠等。

鋼管螺旋前進(jìn)，縱、橫向各兩組探頭分別沿著管體周向布置，探頭各自對管體進(jìn)行隨動(dòng)跟進(jìn)檢測。此種方法可連續(xù)檢測鋼管的縱、橫向缺陷。主要用戶有滄州華北石油專用管材有限公司等。

鋼管原地旋轉(zhuǎn)，縱、橫向各兩組探頭在拖動(dòng)小車的驅(qū)動(dòng)下，直線前進(jìn)，對管體表面進(jìn)行螺旋式掃查。此種方法也可以連續(xù)檢測鋼管的縱、橫向缺陷。主要用戶有衡陽華菱鋼管有限公司；天津鋼管有限責(zé)任公司等。

2） 高頻焊管焊縫在線EMA探傷設(shè)備

探傷主機(jī)放置在焊管機(jī)組的飛鋸之前，兩組探頭騎在焊縫的兩側(cè)，在焊管連續(xù)焊接得過程中也同時(shí)完成了對焊縫的連續(xù)檢測。主要用戶有廊坊金華實(shí)業(yè)有限公司等。

3） 管端EMA探傷設(shè)備

兩臺(tái)探傷主機(jī)分別布置在鋼管橫向移動(dòng)裝置兩邊，鋼管在固定位置原地旋轉(zhuǎn)，縱、橫向探頭沿管體直線前進(jìn)對管端進(jìn)行螺旋式掃查。既可實(shí)現(xiàn)管端得的縱橫向缺陷的連續(xù)檢測。主要用戶有天津鋼管有限責(zé)任公司，攀鋼集團(tuán)成都鋼鐵有限責(zé)任公司等。

4） 板材EMA探傷設(shè)備

探傷主機(jī)放置在焊管機(jī)組成型前的合適位置，鋼板直線前進(jìn)，四個(gè)探頭沿板面按特定的距離依次排列，對鋼板進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)的掃查較終實(shí)現(xiàn)鋼板的連續(xù)檢測。主要用戶有遼陽鋼管廠、錦西鋼管廠等。

8.5.5.2 　電磁超聲探傷設(shè)備常見故障的判斷及處理

儀器和設(shè)備在長期使用過程中，難免會(huì)出現(xiàn)一些毛病和故障，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，不要手足無措，也不要急于下手，這樣可能會(huì)事倍功半，并且容易產(chǎn)生新的故障。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，首先要冷靜分析，根據(jù)故障的現(xiàn)象，劃分出故障的所屬范疇，縮小范圍，在通過比較和觀察的方法判斷故障的所在位置，找出故障，加以排除。

為了能使設(shè)備檢修人員在查找故障過程中，拓展排除故障的思路，為此，對一些常見故障排除，特作如下解析，作為參考。

1 　儀器有始波顯示而無回波顯示：

可從如下幾方面查找：

1） 檢查有無磁化電流（可觀察電流表顯示，應(yīng)在2A—4A之間），若磁化電流顯示正常

請檢查下一項(xiàng)。

如無磁化電流請查找：

檢查磁化頭線圈是否開路。

檢查磁化線是否有開路點(diǎn)或斷線。

檢查磁化回路中的低通率波器，固態(tài)繼電器，中間控制繼電器是否有損壞的。

檢查調(diào)壓器是否正常工作。

優(yōu)化查找：

a：通過調(diào)換兩個(gè)磁化頭的磁化線（4芯插頭），可判斷故障點(diǎn)是在磁化頭內(nèi)還是磁化頭外。

b：再通過調(diào)換磁化柜中兩個(gè)通道的磁化線（4芯插頭）可判斷故障點(diǎn)是在外部磁化線上還是磁化柜內(nèi)，再作進(jìn)一步查找。

2） 檢查探頭和探頭線；

檢查探頭芯保護(hù)膜是否破損漏線。

檢查探頭芯的發(fā)射和接收線圈是否有斷線。

檢查探頭芯的9芯插座到磁化頭的5芯插座的過渡連線是否有斷線。

檢查前置放大器盒到磁化頭的5芯探頭線是否有開路點(diǎn)或斷線。

優(yōu)化查找：

a：通過調(diào)換兩個(gè)磁化頭的磁化線（5芯插頭），可判斷故障點(diǎn)是在磁化頭內(nèi)還是外部探頭線。

b：再通過更變新的探頭芯可判斷出故障點(diǎn)是在探頭芯上還是在磁化頭的9芯變5芯的過渡插座上。

2 　儀器沒有始波和回波顯示：

可從如下幾方面查找：

1） 調(diào)換報(bào)警機(jī)箱后面板上的兩個(gè)20芯插頭，可判斷出故障點(diǎn)是在機(jī)內(nèi)還是機(jī)外（若兩通道顯示有變化說明故障點(diǎn)在機(jī)外，否則在機(jī)內(nèi)）。

2） 將20芯插頭恢復(fù)，調(diào)換兩個(gè)前置放大器盒上的7芯插頭，

觀察兩個(gè)顯示屏，可判斷出故障點(diǎn)是7芯信號(hào)線還是前置放大器盒（若兩個(gè)通道顯示有變化說明故障點(diǎn)在前置放大器盒上，否則是7芯信號(hào)線有開路點(diǎn)或斷線）。

3） 　將7芯插頭恢復(fù)，檢查有故障通道前置放大器盒電源，檢查3芯電源線插頭上是否有AC220V電壓，若無電壓輸出應(yīng)檢查電源線和該電源控制繼電器。（應(yīng)在該通道探頭落下時(shí)檢查電源）。

4） 若前置放大器盒電源正常，可將兩通道探頭落下，不加磁化，并將兩個(gè)通道的衰減器置0，增益較大，觀察兩個(gè)通道的電噪聲電平是否基本一樣，若一樣表明故障點(diǎn)可能在發(fā)射電路；若有某一通道無電噪聲顯示，表明故障點(diǎn)可能在該前置放大器。

5） 若經(jīng)判斷故障在機(jī)內(nèi)則：

可查儀器機(jī)箱后面板，報(bào)警箱到顯示箱的14芯連線是否有斷頭的。

調(diào)換報(bào)警箱兩個(gè)通道的主放板進(jìn)行觀察判斷。

調(diào)換顯示箱兩個(gè)通道的視放板進(jìn)行觀察判斷。

有故障通道若無閘門顯示還應(yīng)調(diào)換報(bào)警機(jī)箱兩個(gè)通道的同步板進(jìn)行觀察判斷。

3 　回波信號(hào)弱

產(chǎn)生該現(xiàn)象有如下幾種可能：

1） 若兩個(gè)通道顯示的回波信號(hào)都弱，可能是被探管的材質(zhì)、熱處理工藝、管子表面應(yīng)力等外界因素所致。

2） 若只有一個(gè)通道回波信號(hào)弱，可按如下幾點(diǎn)查找：

a．調(diào)整該通道探頭磁化電流，觀察回波信號(hào)使其較佳。

b．調(diào)整發(fā)射脈沖串頻率電位器，觀察回波信號(hào)使其較佳。

c．檢查磁化頭鐵芯和管子之間間隙是否過大（一般在1.5—2.5mm之間）

d．檢查探頭是否和管子表面良好接觸。

e．觀察動(dòng)態(tài)時(shí)磁化頭跟進(jìn)狀態(tài)是否良好。

4 　探傷過程中突然增加干擾

可按如下幾個(gè)方面查找原因：

1） 探頭保護(hù)套（或腳輪）磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致磁化頭鐵芯與鋼管表面間隙太小，使鐵芯和管子似接非接，會(huì)產(chǎn)生干擾雜波，應(yīng)更變新的保護(hù)套（或腳輪）。

2） 探頭芯表面的保護(hù)膜破損使發(fā)射或接收線圈通過氧化皮和灰塵與管子表面接觸產(chǎn)生微小放電，會(huì)造成明顯的干擾雜波，應(yīng)更變新探頭。

3） 磁化頭內(nèi)部吸浮的灰塵或氧化皮過多，使探頭板焊點(diǎn)絕緣程度降低，產(chǎn)生高壓放電造成干擾雜波，應(yīng)定期用風(fēng)管吹除灰塵雜質(zhì)。

4） 管子表面銹蝕嚴(yán)重，使鋼管不能良好接地（相當(dāng)于一個(gè)接收天線）也會(huì)造成明顯干擾，對此類鋼管探傷時(shí)應(yīng)加適當(dāng)?shù)慕拥厮ⅲ�使管子良好接地消除干擾。

5） 有些鋼管表面有一層膜，使導(dǎo)通電阻很大，接地效果也不好，同樣會(huì)產(chǎn)生一些干擾。

5 　顯示屏有亮點(diǎn)無基線

可從如下三方面查找：

1） 將顯示機(jī)箱兩個(gè)通道的掃描板調(diào)換觀察顯示，若有變化則證明掃描板有故障，如無變化應(yīng)按下一步查找。

2） 檢查報(bào)警箱到顯示箱的后面板14芯連線插，看同步線是否斷了，若沒斷則進(jìn)一步查找。

3） 將報(bào)警箱的兩個(gè)同步板調(diào)換，觀察顯示效果，看是否同步板有故障。

6 　無亮點(diǎn)無基線

可按以下幾點(diǎn)查找：

1） 調(diào)整垂直位移電位器，看基線是否在顯示屏以外。

2) 　調(diào)整亮度電位器，看是否亮度關(guān)至較小。

3) 　調(diào)換兩個(gè)通道的掃描板，判斷是否是掃描板增輝電路有故障。

4) 　如上述幾點(diǎn)都正常，就應(yīng)查找該通道顯示上的高壓分配電阻是否有開路的。

5) 　如上述幾點(diǎn)都正�？赡苁窃撏ǖ赖谋秹簤K或者是示波管損壞。

7 　有基線和回波信號(hào)無閘門顯示

可按以下幾點(diǎn)查找：

1) 　調(diào)換報(bào)警機(jī)箱兩個(gè)通道的監(jiān)控板，觀察顯示是否有閘門，效果相反證明監(jiān)控板（閘門形成電路）損壞，如果效果相同證明監(jiān)控板是好的，可進(jìn)行下一步查找。

2) 　檢查儀器后面板監(jiān)控機(jī)箱到顯示機(jī)箱的14芯信號(hào)連線插頭是否有開路點(diǎn)或斷線，如正常可 進(jìn)行下一步查找。

3) 　調(diào)換顯示機(jī)箱兩個(gè)通道的視放板觀察顯示效果，判斷視放板閘門入口元件是否有損壞的。

8 　監(jiān)視機(jī)箱有電源而顯示機(jī)箱無任何顯示

可按以下幾點(diǎn)查找：

1) 　檢查儀器后面板監(jiān)控機(jī)箱到顯示機(jī)箱的2芯電源線是否接觸不良，如正�？蛇M(jìn)行下一步查找。

2) 　檢查顯示機(jī)箱電源保險(xiǎn)絲是否熔斷，若保險(xiǎn)絲斷了，更變新的保險(xiǎn)絲，若沒熔斷，進(jìn)行下一步查找。

3) 　細(xì)聽顯示機(jī)箱內(nèi)是否有輕微的逆變電源響聲，如有響聲證明逆變電源板的高壓電源有故障，若無響聲，應(yīng)進(jìn)行下一步查找。

4) 　檢查顯示機(jī)箱低壓電源穩(wěn)壓輸出端是否有 12V電源輸出，若有證明逆變電源板損壞，應(yīng)更換或檢修，若無 12V電源輸出則證明穩(wěn)壓塊損壞，應(yīng)更變新的。

9 　顯示屏上有一個(gè)固定的竄動(dòng)雜波存在

出現(xiàn)此種現(xiàn)象主要是報(bào)警機(jī)箱內(nèi)的同步板上的同步觸發(fā)角偏移所致，應(yīng)由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行觸發(fā)角校正，同時(shí)監(jiān)視回波信號(hào)的幅度，在回波信號(hào)幅度較佳的前提下，通過調(diào)整觸發(fā)角將竄動(dòng)的雜波移到顯示范圍之外即可。

10 　設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)

為了充分發(fā)揮設(shè)備的使用效率，減少隱患，降低故障率，延長設(shè)備使用壽命，日常維護(hù)和定期保養(yǎng)設(shè)備非常重要。

1) 　要經(jīng)常檢查移動(dòng)部分、傳動(dòng)部分和行走部分的螺桿、螺帽，看是否有松動(dòng)的應(yīng)及時(shí)緊固。

2) 　設(shè)備應(yīng)經(jīng)常除塵，尤其是移動(dòng)部分、傳動(dòng)部分和行走部分的除塵。

3) 　每班都應(yīng)檢查磁化頭保護(hù)套（或腳輪）的磨損情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)磁鐵和管子間隙小于0.5mm時(shí)，應(yīng)及時(shí)更變新的保護(hù)套（或腳輪），確保磁鐵不被磨損。

4) 　若儀器長期不使用，應(yīng)定期通電烘干，一般冬季一個(gè)月通電一次，夏季半個(gè)月通電一次，每次一小時(shí)左右。