钢棒交流漏磁探伤技术.pdf

钢棒交流漏磁探伤技术 1 交流漏磁探伤原理和方法 ⑴ 漏磁探伤基本原理 钢棒的交流漏磁探伤是一种基于漏磁场检测的无损探伤技术。铁磁性钢棒被交流磁 场磁化后，钢棒表层中的缺陷会引起磁场畸变而在其表面形成漏磁场，通过检测漏磁场 的变化即可发现缺陷的存在。 交流漏磁探伤的原理与直流漏磁一样，不同的是交流漏磁探伤的磁化采用交变磁 场。钢棒交流漏磁探伤的磁化使用U形磁轭，磁轭上绕制磁化线圈，将一定频率的正弦 交流电通入磁化线圈，磁轭中即产生相同频率的交变磁场，并与被检钢棒形成磁回路， 如图1所示。我们知道，漏磁探伤必须将被检工件磁化至饱和状态，如果未达到磁饱和， 图1 交流漏磁探伤原理 则由于铁磁性材料的磁导率远大于空气的磁导率，缺陷处泄漏磁场较小而难以被检测 到。由于交流磁化存在趋肤效应，所以交变磁场主要集中在钢棒的表层，很容易使其达 到磁饱和状态。这是钢棒漏磁探伤一般需采用交流磁化的主要原因。 ⑵ 钢棒中磁场与涡流分布 在涡流探伤时，交变的磁场和涡流在导体中的分布具有趋肤效应，描述趋肤效应程 度的物理量是渗透深度δ。对于交变磁场垂直入射平面导体情况，有： 1  （1） f 式中f 为磁场频率 （Hz ），μ为导体磁导率 （H/m ），σ为导体电导率 （S/m ）。 在钢棒的交流漏磁探伤中，因为在U形磁轭的磁化线圈中通入交流电，所以在被检 钢棒中不仅激励交变磁场，同时也会感生涡流。而钢棒中交变磁场和涡流的分布，与由 （1）式描述的趋肤效应情况有明显差别。为了描述钢棒中磁场H和涡流密度J 的分布， 需要求解麦克斯韦方程。在1MHz以下频率范围，麦克斯韦方程具有以下简单的形式： 2  H  j 2 fH 0 （2 ） 公式（2 ）是研究导体中磁场和涡流分布的基本方程。利用有限元法进行求解，可以得 到U 形磁轭在钢棒中激励的磁场和涡流的分布。 U形磁轭激励的磁场和涡流如图2所示。U形磁轭激励的磁场在图中用磁力线（实线） 表示，在二个磁极下，磁力线垂直穿入钢棒表面；在二磁极之间，磁力线平行于钢棒表 面，且表面的磁力线密集，随着向深层渗透逐渐减弱。在磁化频率较低时，磁力线渗透 图2 磁场与涡流分布 深度随频率增大而变浅；但当频率到达1kHz之后 （对低碳钢材质而言，以下同），其渗 透深度变化趋缓，逐渐形成稳定的渗透层。 U形磁轭激励的涡流在图中用垂直纸面的箭头表示，在二个磁极下涡流为平行于钢 棒表面的环路，这部分涡流集中在钢棒的表层，渗透深度很浅，而且随着频率的增大趋 肤效应愈加明显，与涡流探伤中的趋肤效应类似；在二磁极之间涡流为垂直于磁力线的 闭合环路，在磁化频率较低时，这部分涡流的渗透深度随频率增大而变浅，但当频率到 达1kHz之后，其渗透深度变化趋缓，逐渐稳定在1mm左右。涡流的这一分布特点与磁场 相同。 在二磁极之间的磁场和涡流显示出的趋肤效应特点与涡流探伤不同的原因是：根据 楞次定律，涡流磁场的作用是阻碍进入钢棒的磁场的变化，当频率越高时，涡流磁场越 趋于表面，使这种阻碍作用越大，二个磁极下的涡流磁场即属于这种情况，它与涡流探 伤中的趋肤效应接近；而在二磁极之间的涡流磁场的方向平行于钢棒表面，它对交变磁 场在垂直深度上渗透的阻碍作用比较小，其主要作用是形成稳定的渗透层。 在钢棒漏磁探伤中，用于检测漏磁场的感应线圈置于二磁极之间。由于当磁化频率 达到1kHz之后该处的渗透深度不再减小而稳定在1mm左右，因此进一步增加磁化频率对 提高表面缺陷的检测灵敏度贡献不大。 ⑶ 交流漏磁场的特点 在对钢棒进行交流磁化时，如果在磁场路径上出现缺陷，一部分磁场泄漏出钢棒表 面形成交流漏磁场，该漏磁场的频率与磁化频率相同，强度与磁化强度有关。 当磁化频率一定时（如图3 中的5Hz、10Hz、20Hz或