無縫鋼管-無損檢測

鋼鐵產品是每一個工業化國家較重要的材料，為了保證鋼鐵產品的質量是相當重要的，隨著鋼鐵企業生產的發展與各式各樣無損探傷方法的發展相輔相成。

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、設備、結構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性，純潔度均勻性方面的不足，或總稱為不連續性。而狹義上的傷是指幾何上的不連續性，是缺陷上的一種，一般把傷和缺陷混在一起。

材料上的不連續性包括：

1 　幾何上的不連續性：裂紋、縮孔、小孔、分層、氣孔、尺寸公差等；

2 　物理上的不連續性：應力集中、籌備不均勻等；

3 　化學上的不連續性：化學成份的偏析。

鋼鐵在生產過程中容易產生多種缺陷，比如在進行壓力加工時鍛造會產生表面開裂、內裂、直橫、脫碳、白點；軋制過程中會產生尺寸公差、形狀不規范，以及在熱處理過程中產生的熱處理應力及熱處理裂紋等。

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、射線等方式進行內部探傷，較新還有聲發射、聲全息、遠紅外、中子射線、核磁共振和電磁超聲等多種方式。根據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）；除以上五大常規檢測手段外還有利用產品熱學性質的熱成像、紅外線檢測……

8.5.1.4 　無損探傷工序的任務

在生產線上，采用無損探傷系統能快速準確地實現對產品進行監控、自動檢測并進行分類，以保證合格的成品進入成品庫。

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級探傷人員的指導下操作，Ⅱ級探傷人員具有對操作人員操作設備及各種記錄的填寫進行審核的權利，并保證相關技術文件的執行。

2 　探傷人員均應通過冶金無損檢測人員技術資格鑒定規定考核

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

3 　無損探傷（檢測）人員技術資格目前通常包括3個級別

Ⅰ級—能夠按照現有說明書進行調試、檢測和評判工作

Ⅱ級—能夠安裝和校核儀器，并能根據規定、標準和技術要求對得到的結果進行解釋和評估。必須會寫書面說明和檢測結果報告。

Ⅲ級—負責開發新的檢測技術、解釋標準、以及設計使用新的檢測方法和技術。在工藝方面必須有實際工作經驗，并熟悉其它常用的無損檢測方法。

根據生產需要，在預精整區經吹灰后潔凈的鋼管，經橫移臺架和V形輥道送到兩套無損探傷裝置（NDE）上進行檢查，無損探傷裝置采用漏磁探傷原理，檢查鋼管縱向內外表面缺陷和橫向內外表面缺陷。有缺陷（超過設定要求）的鋼管，分別打上不同顏色的標記。判廢的鋼管，撥到探傷后的側向收集臺架上，有缺陷可修磨的鋼管，進行修磨后測壁厚、復探等工作。無缺陷的鋼管，上入庫臺架。為了安全快速的進行無損檢測，要求進入探傷設備準備進行檢測的鋼管應為經過鋸切、矯直整理并吹灰后的平頭鋼管，要在保證鋼管直度的同時盡可能去除鋼管表面的氧化鐵皮和鋼管內部的灰塵等干擾物質。下面針對漏磁探傷設備進行詳細介紹.

8.5.2 　漏磁探傷

8.5.2.1 　探傷機組簡介

預精整區探傷設備是從美國TUBOSCOPE公司引進的漏磁探傷機組，主要包括縱向探傷設備（AMALOG）、橫向探傷設備（SONOSCOPE）、夾送輥裝置、及集中傳動輥道(國內、變頻調速)等。采用漏磁探傷原理，檢查鋼管縱向內外表面缺陷和橫向內外表面缺陷。

1 　橫向探傷設備(SONOSCOPE)

1） 橫向探傷設備的基本組成

橫向探傷設備主要由導向套、磁化線圈、檢測探頭、信號傳輸系統、氣動件、橫移電機、升降電機及主機平臺組成。

2）橫向探傷設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，首先要有一個沿鋼管縱向軸的磁力線的強磁場。為此需二個（或三個）磁化線圈。探頭布置在沿鋼管圓周，分8個45度扇形面積中各設一個探頭，共8個分兩排，與鋼管外表面接觸。當管端進入時為避免管端碰撞探頭，故設有上下可移動的探頭懸掛裝置（氣動）。

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，因為如圖8-18，只有鋼管進入兩個線圈，才能建立穩定的強磁場，才能進行探傷。

2 　縱向探傷設備(AMALOG)

1） 縱向探傷設備的基本組成

縱向探傷設備主要由磁極、磁化線圈、旋轉體、滑環、旋轉電機、潤滑系統、檢測探頭、信號傳輸系統、氣動件、橫移電機、升降電機及主機平臺組成。

2） 縱向探傷設備的工作原理及探頭布置

如圖7-2所示，AMALOG載入穩定的直流電源，設備中產生一恒定磁場，磁力線的方向固定，當鐵磁性無縫鋼管進入設備中，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對磁力線的傳播造成阻礙，由于磁力線的連續性，磁力線將繞過形成障礙的缺陷在鋼管表面形成磁橋。設備的兩個探頭跟隨設備一同繞鋼管旋轉，每個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，在線圈中便產生感應電動勢。這個感應電動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。外表面缺陷會產生比較尖銳的磁橋而產生較高的感應電動勢頻率，內表面形成的磁橋還要經過管壁所以在表面處生成的磁橋比較平緩感生出的感應電動勢頻率較低（見圖8-20）。圖中1：磁場；2：探頭；3：缺陷。探頭檢測出的電信號經過放大和信號處理，根據感應電動勢頻率的高低可以分辨并確認缺陷是內傷或是外傷然后在顯示器上顯示出來并可配合聲光報警，同時可以轉化為模擬數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 　設備的工藝性能參數

　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

　噴標標記精度　　　　　　　　　　±50mm

　管端盲區　　　　　　　　　　　　　　≤230mm

　探傷方法　　　　　　　　　　　　　　測量漏磁量

材料　　　　　　　　　　　　　　　　　　鐵磁性

8.5.2.2 　工藝說明

漏磁探傷技術是根據鐵磁性材料外表面或內表面存在缺陷處產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，通過計算機控制來實現連續地、自動地、無破壞地檢測鐵磁性無縫鋼管內、外壁的橫向和縱向缺陷，并根據缺陷的位置和大小（當量）噴記不同顏色的標記。

8.5.2.3 　漏磁探傷原理

1 　漏磁探傷的物理基礎(EMI)

漏磁探傷技術是根據鐵磁性材料表面或內部存在缺陷會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生變形，逸出工件表面形成可檢測的漏磁場。）

2 　漏磁的產生

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，磁力線將分成三部分，其中一部分繼續保持原來的路徑，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，則從材料中逸出進入空氣當中，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 　覆蓋率的計算方法

V=NS/60

　　　　　式中：V---輥道的傳輸速度（M/S）(線速度)

　　　　　　　　　　　　N---主機旋轉速度（RPM）

S---螺距

6 　探頭切向速度的計算方法

V=DN∏/60

　　　　　　式中：V---探頭切向速度（M/S） 　　　　　

　　　　　　　　　　　　N---主機旋轉速度（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

　　---為了滿足檢驗條件的要求，固定或旋轉磁場的磁路形狀常常很復雜

8.5.2.4 　漏磁探傷設備的調整

1 　探傷所需樣管

校驗(或標定)探傷設備所用樣管根據API或相關標準制作，樣管上的人工刻槽缺陷基本可以有三種：N5、N10、N12.5。其中數值代表公稱壁厚的百分比，比如N5代表公稱壁厚的5%。數值越小即探傷標準越嚴格。除了按照API標準規定對不同的管材進行探傷外，通常根據用戶要求選用樣管的標準。

為適應國際標準規范的要求，樣管材料應該是從我廠自己軋制的鋼管未經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記錄其出處，比如：爐號、鋼種、鋼級、規格和批號等。經過加工制作好的樣管要由具有計量資格的第三方測量合格后出據合格證書，每根樣管都有自己的名稱標注出樣管的規格和刻槽標準等要素，樣管需要定期由第三方檢查并剔除人工缺陷超標的樣管以保證校驗設備的準確性和可信性。

探傷操作人員應精心使用樣管，保證樣管的使用壽命。操作人員一旦發現樣管有異常情況應立即通知有關人員及時補充避免影響正常生產。

2 　設備參數(系統參數)的調整原則

1） 定義

校準--定義：探傷設備在檢測鋼管產品之前，必須進行校準。校準是標準化的一個準備步驟，它是把檢驗系統的所有通道予以調整使能對一農業生產體系加工`刻痕的參考標準（樣管）產生等幅的信號。

對鋼管產品的正確檢驗，校準是較重要的步驟。

對鋼管產品的正確檢驗，校準是較重要的步驟。

標準化（系統靈敏度）--定義：標準化是對已校準的系統的總的靈敏度的調整，使系統能檢測在鋼管產品中的自然缺陷并按照API（美國石油學會）（或其他）的規定將它們分等。

參考標準（樣管）--定義：用于校準的參考標準為樣品長度（從要檢驗的鋼管產品上截下），具有切入表面的較好的機加工刻痕。參考標準應從可供應的較高質量的鋼管產品中選擇，筆直而且沒有缺陷。應為每一種鋼管產品的外徑、壁厚和等級加工一個參考標準。

這些參考標準的長度取決于在校準過程中它們保持的位置的狀態。

每個參考標準均應作出顯著的標記。它們的標記和數據均應予以記錄在案。

機加工的刻痕—定義：機加工的刻痕是用車床較好地割入參考標準（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按鋼管產品檢驗標準預先決定的管壁厚度的百分數。它們為產生用于校準電子裝置到預定檢測電平的信號提供了已知的輸入。

機加工的刻痕必須較好地切削到API（或其他）的規定并用準確的微米測量儀器核實。

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

2） 系統調整-----用于對機加工刻痕的校準

系統從一參考標準（樣管）得到的校準響應取決于線圈增益、頻帶增益、磁化電流電平（大小）、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（用于對機加工刻痕的校準）

每一頻帶的總的靈敏度可用調整頻帶增益予以加大或減小。每一頻帶可以有它自己的調整了的增益，或者所有三個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，并且只能應用于所選頻帶。

② 　前置放大器增益調整（用于對機加工刻痕的校準）

前置放大器增益選擇器用于補償對應于不同的鋼管直徑和壁厚的刻痕信

號的強度變化。對于恒定的轉速，與較小直徑的鋼管相比，直徑較大的鋼管產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的刻痕信號。類似的，較薄的管壁與較厚的比較可產生較強的內徑刻痕信號。

這樣，較大的前置放大器增益選擇數對應于產生較弱信號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對應于產生較強信號的直徑較大或管壁較薄的鋼管。

③ 　濾波器值的選擇（用于對機加工刻痕的校準）

通常，濾波器值的選擇用于補償與不同的鋼管直徑和壁厚對應的內徑刻

痕頻率（HZ）變化。對于恒定的轉速，與較小直徑的鋼管相比，直徑較大的鋼管產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生頻率（HZ）較高的內徑刻痕信號。類似的，較薄的管壁與較厚的比較可產生頻率較高的內徑刻痕信號。

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

④ 　磁化電流的調整（用于對機加工刻痕的校準）

磁化電流是無法適應所有的鋼管產品的。產品中磁化電流的強度依賴于質量（壁厚和直徑）和金屬成份（等級）。必須為每一種產品等級、壁厚和直徑決定一個磁化電流。

太高的磁化電流電平可能會由于過多的表面噪聲和/或刻痕的掩蔽而不能識別。太低的磁化電流電平可能會使刻痕信號不能被檢測或太弱而不能被應用。

在檢驗時，貫穿整個金屬厚度的缺陷的檢驗必須只用一個磁化電流，由于內側（ID）的缺陷與外側的（OD）缺陷相比離外側較遠，它們的信號相應地比那些在外側的要弱一些。

因此，內側的缺陷檢測決定要應用的磁化電流。然而，如果此電流過高，有些外側（外徑）檢測可能被中斷。通常，為檢測內側（內徑）缺陷所必須的較低磁化電流將不會導致外側（外徑）缺陷信號的掩蔽。因此，確定磁化電流的一般原則是：應用在內徑獲得可用的缺陷信號所必須而又不會掩蔽外徑缺陷信號的較低磁化電流。

3） 系統調整---用于對自然缺陷的標準化

① 　被檢驗的鋼管產品應與參考樣管具有相同的外徑、壁厚及缺陷等級

② 　標準化處理的目標是建立對自然缺陷的適當的檢測靈敏度（即設備的動態調整）

③ 　標準（校準）用的樣管上的機加工刻痕為已知形狀和位置，而鋼管產品內的自然缺陷可以是不同形狀并可在鋼管壁厚內任何地方發生。同樣的，機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控制作獨特的調整以求對鋼管產品內的自然缺陷進行適當的檢測。

④ 　調整方法：A---頻帶增益的較好調整（調整增益）

　　　　　　　　　　B---缺陷標志系統的動作電平的調整（報廢閥門的調整）

對這些參數（控制）的調整不損害系統的校準（即線性）

注意事項：前置放大器增益選擇器、濾波器、磁化電流這些參數調整會損害系統的校準（線性）。一旦這些參數發生變化，設備必須進行重新校準。

8.5.2.5 　漏磁探傷設備的常見故障及處理

1 　主機小車不能正常進、出

可能原因：1）主機軌道被異物阻塞

2）齒輪鏈條故障

　　　　　　　　　　3）操作臺控制IN/OUT開關為斷開位置

　　　　　　　　　　4）主機接線立拄處的IN/OUT斷路器為OFF位置

　　　　　　　　　　5）橫移電機故障

　　　　　　　　　　6）小車底輪軸承損壞

故障處理：1）清除主機軌道異物

2）檢查齒輪鏈條是否脫落或斷開 　　　　　　　　

　　　　　　　　　　3）將操作臺控制IN/OUT開關打到相應位置

　　　　　　　　　　4）將主機接線立拄處的IN/OUT斷路器打到ON位置

　　　　　　　　　　5）更換或修理橫移電機

　　　　　　　　　　6）更變新的小車底輪

2 　主機小車不能正常升/降

可能原因：1）操作臺控制升/降的開關為斷開位置

2）齒輪鏈條故障

3)　主機接線立拄處的升/降斷路器為OFF位置

　　　　　　　　　　4)　升降電機故障

故障處理：1）將操作臺控制升/降開關打到相應位置

2）檢查齒輪鏈條是否脫落或斷開

　　　　　　　　　　3）將主機接線立拄處的升/降斷路器打到ON位置

　　　　　　　　　　4）更換或修理升降電機

3 　夾送輥故障

故障現象：1）自動過管時，夾送輥位置過低，鋼管撞擊夾送輥。

2）在自動控制下，顯示值在夾管時高于管外徑。

3）在自動控制下，顯示值在夾管時和實際值相差不合理，由手動打自動后，自動位有變化。

4）在自動控制下，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，緊固即可。

2）手動調連軸器，顯示值躍變時為編碼器壞，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 　勵磁電源故障

故障現象：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）

故障處理：1）柜后保險燒，同時調電壓限幅到一半，24VDC原因較多。

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

3）在檢查滑環正常的情況下，更換電源。

5 　編碼器故障

故障現象：1）自動過管時，夾送輥位置過低，鋼管撞擊夾送輥。

2）在自動控制下，顯示值在夾管時高于管外徑。

3）在自動控制下，顯示值在夾管時和實際值相差不合理，由手動打自動后，自動位有變化。

4）在自動控制下，顯示值異常。

故障原因：1）為連軸器松動。

2）為連軸器松動。

3）手動調連軸器，顯示躍變時為編碼器壞。

4）線斷或編碼器壞。

6 　計算機死機

由于NDT設備計算機系統較為復雜，極易在通訊和交流數據時造成死機。

處理方法：

1）操作和點擊窗口的速度必須控制，尤其是調節參數時必須注意連續動作的間隔時間。

2）打開窗口操作設備時，原則上不允許同時打開兩個或兩個以上窗口，退出一個窗口，再進另一個操作窗口進行操作。

3）系統死機：

現象：夾送輥動作不正常，自動不噴標，報警窗口不正常（探頭起落不正常——這種情況很少見）。

建議處理方法：重新導入系統配置文件，然后重新輸入該輸入的參數。

7 　SON探頭不動作

可能原因：1）無壓縮空氣

　　　　　　　　　　2）氣動件損壞

　　　　　　　　　　3）主機處電氣信號與氣動件連接處的航空插頭脫落

故障處理：1）恢復壓縮空氣供給

　　　　　　　　　　2）更換損壞的氣動件

　　　　　　　　　　3）將航空插頭插上并擰緊

8 　探傷誤報

可能原因：1）死機

　　　　　　　　　　2）探頭損壞

　　　　　　　　　　3）航空插頭臟或松動、滑環臟

　　　　　　　　　　4）相關濾波板損壞

故障處理：1）關斷所有電源，冷啟計算機系統

2）更換損壞探頭

3）清理航空插頭并擰緊、清理滑環

4）更換相關損壞的濾波板

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。試件參數及試件和線圈相對位置等發生變化時就引起渦流幅度和相位變化，而渦流的變化又會引起檢測線圈阻抗（感應電壓）的變化。渦流檢測試驗正是根據線圈阻抗的變化間接地判斷試件的質量情況。

如果金屬導體量于變化的磁場中，金屬導體內也要產生感應電流，當線圈中有交變電流時，金屬導體內的磁通量發生變化，金屬導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電流產生，這種電流的流線在金屬導體內自行閉合呈旋渦狀，所以稱之為渦電流，簡稱渦流。

在電磁感應現象中，閉合回路中出現感應電流，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了電場，通常稱為感生電場（或渦流電場）所以說，電磁感應就是變化的磁場產生電場的現象。

8.5.3.2 　渦流的趨膚效應

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

我們知道，渦流是由磁場感應產生的，既然導體的磁場呈衰減分布，可以料想，渦流分布也不會均勻。

導體內的磁場強度和渦流密度呈指數衰減，衰減的快慢取決于導體的μ、σ及交變磁場的f。

為了說明趨膚效應的程度，我們規定磁場強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/。

工程上經常采用的滲透高層度公式是：

δ=　 　 　 　 　 　 　 　　（1）

式中：μr—相對磁導率，無量綱 　

　　　　　　　　　　　　σ—電導率 　　　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）

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

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。導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。

相位滯后是描述導體內磁場和渦流的另一個重要物理量。

　　　　　　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x等于滲透高層度δ時，相位滯后量為1個弧度或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與交流電路中電壓和電流的相位差概念混淆。事實上，導體中的感應電壓和感受應電流隨著高層度的變化都存在相位滯后現象。

相位滯后在渦流檢測信號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的缺陷信號就會產生相位上的差。根據信號相位與缺陷位置之間的對應關系，我們可對缺陷的位置進行判定。

8.5.3.3 　線圈阻抗的變化

1 　影響線圈阻抗的因素

1） 與線圈自身有關的因素

線圈的形狀、尺寸、匝數、層數、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N和自感L0等來表示線圈阻抗的大小。

2） 與試件有關的因素

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

3） 與線圈和試件間相對位置有關的因素

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

4） 缺陷

主要指不連續性缺陷，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率σ發生變化，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生改變的這種性質，對識別檢測因素、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） 電導率的變化

2） 試件尺寸變化

3） 磁導率變化、偏心程度

4） 提離變化、填充系數的變化

8.5.3.4 　線圈阻抗的模型試驗

試驗結果：對于兩個不同的試驗物體，假若各自對應的填充系數η和頻率比f/fg相同，則所引起的線圈阻抗相同。這一結論稱為線圈阻抗的相似定律。

=　和f1µ1σ1= f2µ2σ2　 　 　 　 　 　　（4）

式中的腳標分別代表與被檢物體1和2相對應的條件和物理性質。

作用：為模型試驗的合理性提供了理論依據。例如：在檢測線材和小直徑管材時，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驗來獲得。

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量信息的渦流信號。

渦流探傷儀——從測量到的帶有眾多信息的信號中識別出傷的存在。

輔助裝置——完成包括對工件進行飽和磁化，記錄檢測結果，傳送被檢測工件。

1 　檢測線圈

檢測線圈有兩個功能：

一是激勵功能，建立一個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、內插式線圈、探頭式線圈（點探頭）、馬鞍式線圈

②　按用途分：

較好式線圈——測量繞組只采用一個繞組進行工作。

自比較式線圈——測量繞組采用兩個相距很近的相同繞組進行工作。

標準比較式線圈（他比式）——測量繞組采用兩個相同的繞組進行工作，一個放在被測試件上，一個放在標準試件樣上。

③ 　按檢出方式分：

自感式線圈——激勵繞組和測量繞組共用同一個繞組。

互感式線圈——激勵繞組和測量繞組是兩個分立的繞組。

2) 　檢測線圈的一般特點

影響檢測線圈檢測效果的有以下幾個方面：

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和填充系數；

④ 　檢測線圈對各種缺陷和各種材料性能變化的響應。

2 　渦流探傷儀

1） 工作原理：

信號發生電路產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，渦流受到試件材質或缺陷的影響反過來使線圈阻抗發生變化，通過信號處理電路，消除阻抗變化中的干擾因素而鑒別出缺陷效應，較后顯示出探傷結果。

儀器應該具備三個基本功能：

① 　產生交變信號；

② 　識別缺陷因素；

③ 　指示探傷結果。不論渦流探傷儀的組成方式如何，均應具備以上功能。

2） 渦流探傷儀原理框圖：

信號發生電路→檢測線圈→放大電路→信號處理電路→指示電路

3） 渦流探傷儀的信號處理方法：包括相位分析法、調制分析法、幅度分析法等。

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

② 　調制分析法——是利用傷信號與噪聲信號調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——是利用傷信號與噪聲信號幅度上的差異來舒緩干擾和檢出缺陷的方法。

8.5.3.6 　探傷中各參數的設定和調整

在完成探傷的技術準備工作之后和開始正式的渦流探傷之前，需要調節儀器和設備，選定如下技術參數：

·檢測頻率；

·激勵電流；

·靈敏度；

·相位；

·濾波方式和濾波器檔位；

·報警方式和報警電平；

·探傷速度；

·磁飽和電流強度；

·標記的延遲時間。

1 　檢測頻率的選擇

一般依據下列因素進行選擇：

（1） 渦流滲透高層度和檢測靈敏度

由于趨膚效應，導體中的渦流趨于導體表面流動。渦流在導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，應兼顧考慮渦流滲透高層度和檢測靈敏度兩個因素，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） 選擇缺陷產生較大阻抗變化時的頻率：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，探傷頻率應在f/fg=15~50范圍內選取。

頻率越高，內部缺陷引起阻抗變化越小，也即檢測能力越低。這時的探傷頻率應該在f/fg=4~20的范圍內選取。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是工件的相對磁導率，為一無單位的純數；

σ是工件的電導率，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的頻率：渦流探傷儀可以利用相敏檢波技術將與缺陷信號相位不同的干擾信號舒緩掉。并且，缺陷信號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。而缺陷信號和干擾信號的相位都與激勵頻率有關，所以應選擇激勵頻率使缺陷與干擾在相位上較易分離。

2 　激勵電流的選擇

有些儀器的激勵電流設置為可調方式，可根據探傷靈敏度要求、工件大小、填充系數和提離間隙等適當選擇激勵電流。一般來說，增加激勵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。

探傷時靈敏度的調整是用帶有標準人工傷的對比試樣作為參考基準的。在用對比試樣調整、設定靈敏度時，應采用與實際探傷相同的激勵頻率、激勵電流、磁飽和電流、工件傳輸速度等。如果儀器有相位和濾波調節功能，也應將它們事先設定好，因為各種檢測信號是隨著檢波和濾波處理的不同而變化的。所以，靈敏度的較后設定應在其他檢測條件和參數設定、調節完成之后進行。

靈敏度的確定與檢測要求及所使用的儀器有關。習慣上是根據檢測缺陷的大小，將與之相應的當量人工缺陷的信號指示調到顯示器滿刻度的50%左右的位置上，這樣既在信號顯示和靈敏度調節量上留有余量，又能保證讀數的較好性。

4 　相位的設定

這里的相位，是指儀器進行相敏檢波的移相器的相位角。

檢波相位的設定，通常是在適當的靈敏度下，采用對比試樣反復地改變相位角進行試驗。相位的選擇應以能夠較有效地檢出對比試樣上的人工缺陷為好。現代渦流探傷儀器都具有矢量光點顯示，可以很快找到較佳相位。

相位的選擇應依據如下幾點來進行：

1） 選取缺陷信號在信噪比較大時的相位

選擇適當的檢波相位可以使試件傳輸中因振動產生的噪聲信號降低。

2） 選取能夠區分并檢出缺陷種類和位置時的相位

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

3） 利用多扇區報警進行相位區分

目前計算機化的渦流探傷儀器均帶有扇區報警功能。它是將整個阻抗平面（即顯示屏幕）按相位分為幾個扇形區域并使只在符合某些特殊的相位角范圍中的信號才能報警，而在其他相位時，信號再大也不會報警。

5 　濾波方式的選擇和濾波器檔位的設定

一般來說，來自環境的電磁干擾（如電焊機和行車等）是高頻成分，而由工件材質和尺寸變化以及工件傳輸中的振動產生的噪聲是低頻成分，它們都與缺陷信號的頻率不同，應該可以通過濾波加以區分，但是，由于工件探傷中的傳輸速度不同，引起的傷信號頻率也不相同。對于標準人工缺陷，由于工件探傷中的傳輸速度不同，引起的傷信號頻率也不相同。對于標準人工缺陷，其信號調制頻率fs可用下面的公式來估算：

1） 穿過式線圈

fs=　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　（7）

式中：v是檢檢測時速度（mm/s）;

b是穿過式線圈中兩差動測量組的間距（mm）；

d是鋼管上通孔的直徑（mm）。

2） 旋轉點探頭

fs=•　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　（8）

式中：n是點探頭的轉速（r/min）；

D是被檢管棒材的外徑（mm）；

dm是點探頭的直徑（mm）；

l是管棒上軸向槽傷的寬度（mm）。

選擇濾波方式和設定濾波器檔位，是在一定速度下使用對比試樣進行研究的校準試驗中，使人工缺陷的信號達到較大信噪比。

有些渦流儀同時具有高、低、帶通三種濾波方式。對于這種濾波功能較全的儀器，首先應確定使用哪種濾波方式。一般來說，低通濾波適用于靜態和速度較慢的動態探傷，如手工探傷；帶通濾波適用于速度恒定或速度波動不大的動態探傷，冶金行業中的在線和離線自動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較大的動態探傷，如高速線材的在線探傷。

6 　報警電平的設定

報警電平是衡量檢測信號幅值大小的門限。一般門限值的高低可以調節，以適應不同的被檢對象、不同探傷方法和不同探傷標準的需求。檢測信號經過儀器的各種信號處理之后，將其幅度與報警電平相比較，如果超過預設置的電平后，信號就會觸發儀器報警裝置，發出音響、燈光。所以報警電平相當于一把尺子，它的設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

探傷速度要根據生產工藝和探傷工藝來確定。一般來說，大批量金屬材料和產品的渦流探傷有兩種方式，是“在線”探傷，即在生產流水線上對產品直接進行探傷，產品生產出來了，探傷也已完成；另一種是“離線”探傷，即對離開生產流水線的成品進行探傷。從原理上講，渦流探傷對速度沒有嚴格的限制，有時可以達到很高的速度。但是速度增高時，工件傳輸中的振動往往較大，處理不好會帶來較大噪聲，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。

在進行自動探傷時，如果檢檢測時速度達到每秒鐘數米以上時，還應考慮到對檢測靈敏度的影響。

8 　磁飽和電流的設定

磁飽和線圈中通入的直流電流強度，需根據被探工件的材質、形狀及大小來設定。一般來說，要使金屬材料完全達到磁飽和狀態，所需要的磁場強度是非常強的。而在渦流探傷中，不一定需要材料達到高層度飽和狀態，只要所施加磁場能夠使材料中的磁導率達到均勻即可。高層度飽和往往會使檢測靈敏度降低，這是我們需要避免的。由此可見，磁飽和電流的設定原則是它產生的直流磁化場強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慣叫法，也許稱其為磁化裝置更為貼切。

對于設備各參數的設定，除了上面已講述的內容之外，還有幾點需要注意。

較好，因為設定各參數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，所以各參數的設定需相互協調。因為各參數并非孤立地影響著檢測效果，它們之間存在著內在聯系。例如在經過相位設定達到良好信噪比后，如果改變檢測頻率，我們會發現信號的相位隨著發生變化，要想達到較佳信噪比還需重新調節相位。可見，在參數設定時應反復調整，才能達到較佳狀態。

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

第三，即使在各參數調整設定完畢之后，儀器設備已經正常應用于實際探傷，也應經常檢查儀器設備是否正常。比如每隔一定時間（2小時或4小時），用對比試樣校驗一次。如果發現異常，對已探過的工件，應在異常排除之后重新進行探傷。

第四，每次探傷結束時，也應利用對比試樣對儀器設備狀態進行校驗，如果發現異常，應待正常后對已探過的工件進行重探。

8.5.3.7 　天津鋼管集團有限公司168廠渦流探傷裝置簡介

﹙Flawmark—Ec） 系統包括以下幾個主要部分：

◆　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

◆ 噴標系統

◆ 旋轉編碼器

◆ 光電管

1 　Flawmark—電器柜

1) 　　Flawmark—Ec　主單元

這是此設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控制件也在其中（在主單元中）。同時裝有信號處理電路，可與另一臺計算機進行標準通訊的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。

2) 　打印單元

打印單元是一個推拉式的結構，內部有一個噴墨數據打印機，是一個與PLC系統兼容的并行接口打印機。

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，在緊急情況下該急停開關可以立即關閉多個系統。

4) 　穩壓器：電器檢測系統的穩定性依賴于幾個因素，其中較重要的兩個是周圍磁場與電器環境。為使系統有一個穩定正常的電源供給進而延長電子單元的壽命，在系統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，要先進行磁飽和以消除磁導率變化造成的影響，這樣可提高信噪比。磁飽和電源內部安裝有渦流探頭。磁飽和線圈內供給直流電。

在磁飽和線圈上有個兩檔的開關控制磁飽和強度。

1) 　加強用于需要強磁化材料

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，當鐵磁性鋼管通過探頭時直流磁場，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。磁飽和單元使鋼管在一個待定方向產生了極性，在這套設備中只有兩檔：一般/加強來設置。

4 　退磁線圈

被磁化的鋼管需要再進行退磁以消除剩余磁場，退磁線圈就可以完成這個任務，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，探頭是一個纏繞的檢測線圈，采用穿過式，即探頭靜止鋼管直線前進。鐵磁管材料，檢測線圈置于磁飽和線圈內，如果檢測非鐵磁管材料，不需要磁飽和線圈，探頭通過一導線連接至電器單元。

6 　夾送輥裝置

V形輥位置可根據鋼管尺寸進行上下調整它有以下幾個作用：

1） 使鋼管平穩地進入主機

2） 使鋼管不偏離傳動系統中心線

3） 傳送鋼管

底部V　形輥與上部壓輥使鋼管穩定地通過探頭，很明顯，當底部V形輥轉到一定時，鋼管前進的線速度取決于鋼管外徑。

7 　噴標系統

在系統中有三個噴標器，一個用于標記報廢鋼管，一個用于標記可挽救鋼管，另外一個噴標器用于標記合格鋼管。三個噴標器置于離探頭一定距離的位置上由Flawmark—Ec主單元通過相應的繼電器觸發。工作時示系統在缺陷的圓周位置上噴標，但不能區分缺陷在圓周上的位置。

8 　旋轉編碼器

負責向系統提供關于鋼管從探頭中傳輸的速度系統，所有延時可用距離單位代替而非時間單位，旋轉編碼器安裝于系統的一個底部V形輥上，并通過導線連接至電器單元。

9 　光電管

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

補充1：磁飽和線圈裝置升降/移動

因為探頭包含在磁飽和裝置內，所以磁飽和的升降/移動也就是探頭的升降/移動。

磁飽和裝置水平、上下移動無均靠旋轉絲杠機械結構，粗調用旋轉電機控制，可通過按下相應按鈕，細調用手轉控制進給時極小，以適于細調。

補充2：上部壓輥調整墊

根據鋼管外徑不同，靠旋轉電機調整上部壓輥初始位置，可上下移動，初始位置調整好后，上部壓輪壓力大小可通過手輪調整，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　　　　　η=（d/D）2 　。

2 　穿過式線圈適用于（管　、棒　、線材）的探傷。

3　　磁場強度保持不變，試驗f增加，則表面渦流密度（加大）。

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

5　　渦流探傷信號處理方法有：（相位分析、調制分析、振幅分析）。

6　　渦流檢驗線圈按應用分為（穿過式線圈、內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行檢測，不僅應具有渦流儀器和探頭，而且被檢

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

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生的顯示，而保留缺陷產生的顯示，其方法是在渦流檢測儀器中加一個低通濾波器。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（×）

4　　渦流的滲透高層度與材料的電導率、磁導率以及激勵頻率有關。　　　（√）

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強度稱為矯頑力。　　　　　　　（×）

7　　由于受趨膚效應影響，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　　渦流是在導體中用交變磁場方式感應出來的環電流。　　　　　　　　　　　（√）

10　　渦流檢測是根據檢測線圈的阻抗變化來檢測試件的材質變化。　　（√）

11　　渦流檢測不適用于導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　　由試件尺寸或材質的變化所產生的顯示，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圍繞式線圈中時，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　　　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體極薄外層流動的現象的術語是：（A）

A.　趨膚效應　　　B.高頻濾波　　　C.低頻濾波　　　D.以上任一個

6　　用試驗信號中產生的相位角不同來鑒別零件中變量的技術叫做：（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時所需要的試驗頻率為；（C）

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

9　　試驗線圈的阻抗通常可用哪兩個量的矢量和表示？（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生的直徑、化學成分、硬度等少量變化造成的影響？（B）

A.外部參考差動式線圈　　　　　　　B.自比差動式線圈　　　　　　　　　　　　　　　

C.單較好線圈　　　　　　　　　　　　　　　D.雙較好線圈

11　　用一個圍繞線圈檢驗管材時，內、外壁相同缺陷的輸出信號的相位關系是：（B）

A.信號相同　　　B.外壁缺陷的相位比內壁缺陷的相位超前

C.內壁缺陷的相位比外壁缺陷的相位超前　　　D.不定

12　　為了對縱向裂紋進行檢測應優先選用下列哪種探頭？（　B　）

A.穿過式線圈　　　　B.點式旋轉線圈　　　　C.扇形線圈　　　D.內插式線圈

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

A．50% 　　　　B．75% 　　　　C．高標準 　　　　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　　問答計算題

1　　用穿過式線圈對同一缺陷進行ET，當掃查速度為20m/min時，該缺陷的調制頻率為40HZ，當速度提至45m/min時，其它條件不變，調制頻率為多少HZ？

2　　為了確保渦流探傷靈敏度。一般要求一個缺陷的調制波內包含10個以上的激勵正弦波。在激勵頻率為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徑為50㎜，壁厚為4㎜的鋁管，試計算其填充系數為多少。（87.5%）

4　　鋼管自動渦流探傷系統綜合性能測試方法執行什么標準，其測試項目和合格判據各為什么？

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；

漏報率≤1%

誤報率≤3%

管端不可探區≤200mm。

5　　簡述ET原理。

答：渦流檢測是以電磁感應原理為基礎的。即檢測線圈通以交變電流，線圈內交變電流的流動將在線圈周圍產生一個交變磁場，這種磁場稱為“原磁場”。把一導體置于磁場中時，在導體內將產生感應電流，這種電流叫做渦流。導體中的電特性（如電阻、磁導率等）變化時，將引起渦流的變化。利用渦流的變化檢測工件中的不連續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性（材料的均質狀態即致密性受到破壞）存在，則在不連續性處磁力線離開工件和進入工件表面發生局部畸變產生漏磁場，并形成可檢測的漏磁場進行探傷的方法。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處的磁粉聚集磁痕，從而顯示出不連續處的位置、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、磁敏二極管和感應線圈等。

2 　磁粉探傷

磁粉探傷磁粉探傷（Magnetic Particle Testing,縮寫符號為MT），又稱磁粉檢驗或磁粉檢測，是應用較為廣泛的常規無損檢測方法之一。磁粉探傷的基礎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，由于不連續性的存在，使工件表面和近表面的磁力線產生漏磁場，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，從而顯示出不連續性的位置、形狀和大小。如圖8-24所示。

圖8-24 　不連續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，可以進行磁粉探傷。

磁粉探傷可發現裂紋、夾雜、發紋、白點、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現。

3) 　磁粉探傷的基本操作步驟

磁粉探傷較基本的六個步驟是：① 預處理；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

1 　鐵磁性材料

1) 　磁疇

任何物質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的電子組成，電子不僅繞核旋轉，而且還進行自旋，而電子自旋效應是主要的，產生磁效應，相當一個非常小的電流環，原子、分子等微觀粒子內電子的這些運動便形成了分子電流，這是物質磁性的基本來源，它相當于一個微小的磁鐵和磁偶極子（一個可以用無限小的電流回路描述的磁體）。鐵磁性材料內部自發磁化的大小和方向基本均勻一致的小區域稱為磁疇，其體積約為10-3cm³,在這個小區域內，含有大約1012~1015個原子，各原子的磁化方向一致時，對外呈現磁性。但是在沒有外加磁場的情況下，磁疇在鐵磁性材料內部的方向是任意的，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　鐵磁質的磁疇方向

2) 　磁化過程

鐵磁性材料的磁化過程可運用磁疇理論和磁荷理論來說明。當把鐵磁性材料放到外加磁場中去時，磁疇就會受到外加磁場的作用，一是使磁疇磁矩轉動，二是使疇壁（指相鄰磁疇的分界面）發生位移，較后全部磁疇的磁矩方向轉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，顯示出很強的磁性來。

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

在高溫情況下，磁體中分子熱運動會破壞磁疇的有規則排列，使磁體的磁性削弱。超過某一溫度后，磁體的磁性全部消失，實現了材料的退磁。鐵磁性材料在加熱時，磁性消失變為順磁性材料的臨界溫度稱為居里點，或居里溫度。如鐵的居里點為769。C。

下面舉例詳細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，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，疇壁發生位移，如圖8-26（b）。

③ 加大外加磁場時，磁矩轉動疇壁繼續位移，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 繼續加大外加磁場場，磁矩方向轉動，與外加磁場方向接近，如圖8-26（d）。

⑤ 當外加磁場加大到一定值時，所有磁疇的磁矩都沿外加磁場方向有序排列，達到磁化飽和，相當于一個微小磁鐵或磁偶極子，產生N極和S極，宏觀上呈現磁性，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電荷間的作用相似，所以人們認為，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極上的叫負磁荷，同性磁荷相斥，導性磁荷相吸，磁力線是從正磁荷出發，終止于負磁荷的閉合線，所以可以認為磁荷是帶磁粒子的物體。它與電荷的顯著區別是，磁荷總是成對出現的，不管把一塊磁鐵分是多么小，它總是存在兩個磁極。（實際上磁荷是不存在的，是一種假設）因此，鐵磁化材料的每個磁分子都可以看作是一個磁偶極子，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了N極和S極，或者說正、負磁荷，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度H與磁感應強度B的變化的關系。

將鐵磁性材料做成環形樣品，繞上一定匝數的線圈，線圈經過換向開關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，算出材料內部的磁場強度H值。

用沖擊檢流計或磁通計測量此時穿過環形樣品橫截面的磁通量Ф，從而算出磁感應強度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律。

各種鐵磁性材料的曲線都是具有類似的形狀。當外加磁場H=0時，B=0，鐵磁性材料未被磁化，這一狀態相應于坐標原點O。當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c處，斜率較大，磁導率µ達到較大值µm，能被強烈磁化，對應的磁場強度為Hµm。第三階段（bm段）B的增加緩慢下來，到了m點，當外磁場再增加時，B不再增加，鐵磁性材料達到了磁化飽和，再飽和點m對應的磁場強度稱為飽和磁場強度，用Hm　表示；對應的磁感應強度成為飽和磁感應強度，用Bm表示。由此可以看出，鐵磁性材料的感應強度B乃是外加磁場與附加磁場強度之和，實質上是鐵磁性材料內部的合成磁場強度。

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

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

如果反向磁場強度繼續增加，材料就與原來方向相反的磁性，同樣可達到飽和點m，當H從負值回到零時，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，為了使—Br減小到零，必須外加反向磁場強度Hc，如圖中的0~6，磁場再正方向繼續增加時曲線回到m點1，完成一個循環，如圖的1-2-3-4-5-6-1，即材料內的磁場感應強度B時按照一條對稱于坐標原點的閉合曲線變化的，該閉合曲線成為磁滯回線。

圖中，±Bm——飽和磁感應強度，表示工件在飽和磁場強度±Hm磁化下B達到飽和，不再隨H的加大二加大，對應的磁疇全部轉向于磁場方向一致。±Br——工件的剩磁，表示工件經Hm磁化后，當H降為零時，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減小到零時所施加的反向磁場強度；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℃回火狀態下測得的磁化曲線。包括B~H曲線，µ～和Ｂr～Ｈ曲線。根據上面的闡述，可歸納出鐵磁性材料具有以下特性：

① 高導磁性——能在外加磁場中強烈的磁化，產生非常強的附加磁場。它的磁導率很高，相對磁導率可達數百、數千以上。

② 磁飽和性——鐵磁性材料由于磁化所產生的附加磁場，不會隨外加磁場增加而無限地增加。當外加磁場達到一定程度后，全部磁疇的的方向都與外加磁場的方向一致，磁感應強度Ｂ不再增加，呈現磁飽和。

③ 磁滯性——當外加磁場的方向發生變化時，磁感應強度的變化滯后于磁場強度的變化。當磁場強度減小到零時，磁鐵性材料在磁化時所獲得的磁性并不完全消失，而保留剩磁。

根據磁鐵性材料矯頑力Ｈc大小可分為軟磁材料和硬磁材料兩達類。Ｈc≥8000Ａ／m（100Oe）認為是典型的軟磁材料,Hc≤400A/m(5 Oe)認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,在線圈內產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部的磁場方向.見圖8-32。

圖8-32 　　通電線圈產生的縱向磁場強度

3 　漏磁場

1) 　漏磁場的形成

所謂漏磁場，有時鐵磁性材料磁化后，在不連續性處或磁路的截面表化處，磁感應線離開和進入表面時形成的磁場。

漏磁場形成的原因，是由于空氣的磁導率遠遠低于鐵磁性材料的磁導率。如果在磁化了的鐵磁性工件上存在著不連續性或裂紋，則磁感應線優先通過磁導率高的工作，這就迫使一部分磁感應線從缺陷下面繞過，形成磁感應線的壓縮。但是，工件上這部分可容納的磁感應線樹木也是有限的，又由于同行磁感應線相斥，隨意，一部分磁感應線從不連續性中穿過另一部分磁感應線遵從折射定律幾乎從工件表面垂直的進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。假設有一矩形缺陷，則在矩形中心，漏磁場的水平分量有較大價值，并左右對稱。而垂直分量為通過中心點的曲線，其示意圖見圖8-33，圖中（a）為水平分量，（b）為垂直分量，如果將兩個分量合成，則可得到如圖（c）所示的漏磁場。

缺陷處產生漏磁場是磁粉探傷的基礎。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通過，則將被磁化，也呈現處Ｎ極和Ｓ極，并沿著磁感應線排列起來。當磁粉的兩極與漏磁場的兩極相互作用時，磁粉就會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，其方向指向磁感應線較大密度區，即指向缺陷處。見圖8-34。

漏磁場的寬度要比缺陷的實際寬度大數倍至數十倍，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

交變電流通過導體時，導體表面電流密度較大而內部電流密度較小的現象稱為趨膚效應（或集膚效應）。這是由于導體在變化著的磁場里因電磁感應產生渦流，在導體表面附近，渦流方向與原來電流方向相同，使電流密度加大；而在導體內部電流密度減弱，如圖8-36所示。材料的電導率和相對磁導率增加時，或交流電的頻率提高時，都會使趨膚效應更加明顯。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

在我國磁粉探傷中，交流電被廣泛應用，是由于它具有以下優點：

1)　對表面缺陷檢測靈敏度高場 　　由于趨膚效應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退磁的實質就是對工件施加一個換向衰減的磁場，由于交流電的方向本身在不斷地換向，所以退磁方法簡單，容易實現。

3）能夠實現感應電流法磁化 　根據電磁感應定律，交流電可以在磁路里產生交變磁通，而交變磁通又可以在回路產生感應電流，用感應電流以磁化環形件。

4）能夠實現多向磁化 　　多向磁化常用于兩個交流磁場相互疊加來產生旋轉磁場或用一個直流磁場和一個交流磁場量合成來產生擺動磁場。

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，可發現用交流電磁化，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，所產生的磁場方向不斷地改變，它有利于攪動磁粉促使磁粉向漏磁場處遷移，使磁痕顯示清晰可見。

7）用于評價直流電（或整流電）磁化發現的磁痕顯示 　　由于直流電磁化較交流電磁化發現的缺陷深，所以直流電磁化發現的磁痕顯示，若退磁后用交流電磁化發現不了，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 　　用交流電磁化，檢驗在役工件表面疲勞裂紋靈敏度高，設備簡單輕便，有利于現場操作。

9）適用于≤φ12mm弱簧鋼絲的檢驗 　　用交流電磁化檢驗中、細彈簧鋼絲表面缺陷靈敏度高，能夠控制彈簧鋼絲的質量。

10）使用交流電磁化時，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 　磁場方向與發現缺陷的關系

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。工件磁化時，當磁場方向與缺陷方向垂直時，缺陷處的漏磁場較大，檢測靈敏度較高，當磁場方向與缺陷方向夾角為45度時，缺陷可以顯示，但靈敏度降低。當磁場方向與缺陷方向平行時，不產生磁痕顯示，發現不了缺陷。由于工件中缺陷有各種取向，難以預知，故應根據工件的幾何形狀，采用不同的方法直接、間接或通過感應電流對工件進行周向、縱向或多向磁化，以便在工件上建立各種不同方向的磁場，發現所有方向的缺陷，于是發展了各種不同的磁化方法。

2 　選擇磁化方法應考慮的因素

① 　工件的尺寸大小；

② 　工件的外形結構；

③ 　工件的表面狀態；

④ 　根據工件過去斷裂的情況和各部位的應力分布，分析可能產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

根據工件的幾何形狀，尺寸大小和欲發現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體，旨在工件中建立一個環繞工件的并與工件軸垂直的周向閉合磁場用于發現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。用于發現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行縱向磁化，稱為開路磁化，開路磁化在工件兩端產生磁極，因而產生退磁場。

將工件夾在電磁軛的兩極之間，對工件進行整體磁化，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，閉路磁化不產生退磁場。

3) 　多向磁化——是指通過復合磁化，在工件中產生一個大小和方向隨時間呈原形、橢圓型或螺旋形變化的磁場。因為磁場的方向與工件上不斷的變化著，所以可發現工件上所有方向的缺陷。

4) 　輔助通電法——是指將通電導體置于受檢部位而進行局部磁化的方法，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、應用范疇和優缺點

1) 　中心導體法

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

　　　　　圖8-37 　中心導體法

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

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

D　　中心導體法的優點是：

①磁化電流不從工件上直接流過，不會產生電弧；

②在空心工件的內、外表面及端面都會產生周向磁場；

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。

其缺點是：

①　對于厚壁工件，外表缺陷的見得靈敏度比內表面低；

②　②檢查大直徑管子時，采用偏置芯棒法，需轉動工件，進行多次磁化和檢驗；

③　③僅用于有孔工件的檢驗。

中心導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，用于發現工件的橫向不斷續性。適用于縱長工件如時接件、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，會在工件兩端形成磁極，因而產生退磁場。工件在線圈中磁化與工件的長度L和直徑D之比（L/D）有密切關系，L/D愈小愈難磁化，所以L/D必須≥2，若L/D＜2，應采用下列措施之一進行磁化：

a以大約90度的分度在兩上或多個方向上對工件進行周向磁化；

b.把外徑相似的兩個或多個工件，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充磁化。

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

D　　線圈法的優點是：

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。

其缺點是：

①　L/D值對退磁場和靈敏度有很大的影響，決定安匝數時要加以考慮；

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減至較小，應采用“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行整體磁化，或用便攜式電磁軛兩磁極接觸工件表面進行局部磁化，用于發現與兩磁極連線垂直的不連續性。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，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更為嚴重；

②應盡量避免工件與電磁軛之間的空氣隙，應空氣隙會降低磁化效果；

③當極間距大于1m時，工件便不能得到必要的磁化；

④形狀復雜而且較長的工件，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，有利于發現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，取決于探傷設備的性能、磁化規范、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測工件表面磁場強度，或用標準或片試驗得到；

②工件上的磁場分布，取決于磁軛產生的磁場強度和磁極的間距。當磁場強度一定時，工件表面的磁場強度隨著兩極間距的加大而減小；如果兩磁極間中距過于小，由于磁極附近磁通密度過大會產生非相關顯示，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關節式磁極兩種，活動關節越多，磁阻越大，工件上得到的磁場強度越小；

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，對磁場強度也有一定的影響。并且間隙還會使接觸處產生相當強的漏磁場，吸附磁粉，形成非相關顯示，因而存在著探傷盲區。盲區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，檢驗表面缺陷靈敏度高。

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，工件表面的磁場強度也越小，使探傷靈敏度降低。所以檢驗厚板表面缺陷應采取交流電磁軛。

⑨較好磁鐵可用于無電源的現場和野外檢驗，但在檢驗大面積或大部件時，不能提供足夠的磁場強度，磁場大小不能調節，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　　磁軛法的優點是：

①非電接觸；

②改變磁軛方位，可發現任何方向的缺陷；

③便函攜式磁軛可帶到現場探傷，靈活，方便；

④　可用于檢驗帶漆層的工件（當漆層厚度允許時）；

⑤　檢測靈敏度較高。

其缺點是：

①　幾何開關復雜的工件檢驗較困難；

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較小的區域，大面積檢驗時，要求分塊累積，很費時。

磁軛法適用于焊接件及各種大、中型工件的局部檢驗。

8.5.4.4 　標準試片和靈敏度校驗

1 　標準試片

A型磁粉探傷標準試片。（見表8-7）

1) 　分母相同時，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，分母越大，試片顯示靈敏度越低，檢測靈敏度越高。

表8-7 　A型磁粉探傷標準試片品種規格

2 　A型磁粉探傷標準試片使用注意事項：

1) 　標準試片使用過程中，不應將試片反復彎折或撕拉，以防槽底變形開裂，影響試片顯示。如發現試片已經變形開裂，必須更換。

2) 　試片使用前，應用溶劑清洗防銹油。如果工件表面貼試片處凹凸不平，應打磨平，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不能繼續使用。

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) 　有效的磁場方向應垂直與缺陷可能存在的方向。

7) 　鋼管表面的較小可見光強度為50英尺/燭光。

3 　探頭靈敏度的校驗：

在正式探傷前，首先要檢驗探傷靈敏度，將（30/100）A型標準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，同時在標準試片上噴灑磁懸液，如標準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，磁粉質量的優劣和選擇是否恰當，將直接影響探傷效果。與任何關鍵性檢測元件一樣，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合氧化物，具有良好的移動性和分散性，磁化工件時，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行磁粉探傷。空心球形磁粉只適用于干法。

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、磁化方法、磁化規范、磁粉施加方式、工件表面狀態和檢測環境照明等有關，還與磁粉本身的性能如磁特性、粒度、形狀、流動性、密度和識別度有關，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磁粉應具有高磁導率和低矯頑力及低剩磁。高磁導率的磁粉容易被缺陷產生的微弱漏磁場磁化和吸附，聚集起來便于識別。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，不容易分散開，磁粉還會被吸附到工件表面不易去除，形成過度背景，甚至會掩蓋相關顯示；磁粉吸附在管道上，會使油路堵塞；干法檢驗中，較好次磁化后的磁粉會被吸附在較初接觸的工件表面上，使磁粉移動性變差，難以為缺陷處微弱的漏磁場吸附，同樣也會形成過度背景，影響缺陷辯認。

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。

選擇適當的磁粉粒度時，應考慮缺陷的性質、尺寸、埋藏高層度及磁粉的施加方式。

檢驗暴露于工件表面的缺陷時，宜用粒度細的磁粉，檢查表面下的缺陷宜用較粗的磁粉，因為粗磁粉的磁導率較細磁粉高，檢驗小缺陷宜用粒度細的磁粉，細磁粉可使缺陷的磁痕線條清晰，定位準確；檢驗大缺陷要用較粗的磁粉，粗磁粉可跨接大的缺陷。采用濕法檢驗時，宜用粒度細的磁粉，因為細磁粉懸浮性好；采用干法檢驗時，要用較粗的磁粉，因為粗磁粉容易在空氣中分散開，如果用細的磁粉，會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，會影響缺陷辨認或掩蓋相關顯示。

在實際應用中，要求發現各種大小不同的缺陷，也要求發現工件表面和近表面的缺陷，所以應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，因為它很難在磁懸液中懸浮，粗大磁粉在磁懸液流動過程中，還會滯留在工件表面干擾相關顯示。而粒度過細的磁婁在使用中，它們會聚集在一起起作用，所以一般不規定粒度的下限，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，因為熒光磁粉的可見度、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，因為這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。就會產生嚴重聚集而導致靈敏度下降，磁粉的流動性也不好。對于干法用磁粉，條形磁粉相互吸引還會給噴撒操作帶來困難。

球形磁粉能提供良好的流動性，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域，不需要風力帶動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，又有良好的流動性，所以理想的磁婁應由一定比例的條形、球形和其它形狀的磁粉混合在一起使用。

4) 　流動性

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

在濕法檢驗中，是利用磁懸液的流動帶動磁粉向漏磁場上流動，在干法檢驗中，是利用微風吹動磁粉，并利用交流電方向不斷改變，產生的磁場也不斷換向和單相關波整流電產生的磁場的強烈脈動性攪動磁粉，促進磁粉流動的。由于直流電不利于磁粉的流動，所以直流電不適用于干法檢驗。

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，還與磁粉、熒光染料和粘結劑的配比有關。

磁粉的密度對探傷結果有一定的影響，在濕法檢驗中，密度大，易沉淀，懸浮性差；在干法檢驗中，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，所以應綜合考慮。

6) 　識別度

識別度系指磁粉的光學性能，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，缺陷才容易發現；對于熒光磁粉，在紫外光下觀察時，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，也會產生微弱的熒光本底，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方面，但這些因素又是相互關聯、相互制約的，如果孤立的追求某一方面而排斥另一方面，甚至可能導致實驗的失敗。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，實踐證明不是完全可靠的。較根本的方法應通過綜合性能靈敏度實驗的結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）技術的發展與應用

1 　電磁超聲（EMA）技術在國內外的發展

無損檢測技術的發展已歷經一個世紀，其重要性在全世界已得到公認。作為無損檢測技術的一個新軍，EMA技術也越來越受到人們的青睞，它代表了超聲檢測的發展方向（無耦合），這一點在2000年第15屆世界無損檢測會議上得到了充分肯定。

EMA技術在國際上是從60年代末期開始崛起的，到了70年代 中后期開始迅速發展，英，美，俄，德，日都相繼進行了聲波的EMA理論和實驗，從而大大擴展了EMA技術革新的應用范圍，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部探傷及螺旋彈簧內部探傷的儀器設備，于此同時德國無損檢測研究所也成功的研制并轉產了火車輪動態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，進入21世紀，經過了近50年的不懈努力，EMA技術已逐步進入了工業應用階段。其應用領域從較初的中厚板、火車輪檢測及高溫測厚，發展到焊縫檢測、鋼棒檢測、鋼軌檢測、復合材料檢測等眾多領域。

我們國家EMA技術的研究，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技術研究基本同步，而在實際應用方面的某些領域，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化探傷方面我們則走在了國際該領域的前列。

2 　EMA技術的基本理論與主要特點

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

圖8-44

EMAT的物理結構由三部分組成：（如圖8-44所示）

高頻線圈①：用于產生高頻激發磁場。

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）但工件的材質必須具有導電性或鐵磁性，或導電性和鐵磁性都具有。

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

圖8-45

EMAT可激發出所有超聲波波形。與傳統的超聲波技術一樣，材料的種類、可能產生的缺陷位置以及缺陷方向，決定了聲束方向和振動波形的選擇。但在實際應用中，EMAT技術較之傳統的壓電超聲技術具有明顯的優勢以及一系列壓電超聲所無法取代的特點：

1） 無需任何耦合劑

EMAT的能量轉換，時在工件表面的趨膚層內直接進行的。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所產生的超聲波不需要任何耦合介質。

2） 靈活的產生各類波形

EMAT在檢測的過程中，在滿足一定的激發條件時，則會產生表面波、SH波和Lamb波。如改變激勵電信號頻率使之滿足下式要求：

　　　　　　　f=nC/2Lsinθ　　　(n為任意整數)

式中：C=聲速；

f=電信號頻率；

L=1/2波長

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

3） 對被探工件表面質量要求不高

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） 檢檢測時速度快

傳統的壓電超聲的檢檢測時速度，一般都在10米/分鐘左右（國產設備），而EMAT可達到40米/分鐘，甚至更快。

5） 聲波傳播距離遠

EMAT在鋼管或鋼棒中激發的超聲波，可繞工件傳播幾周甚至十幾周。在進行鋼管或鋼棒的縱向缺陷檢測時，探頭與工件都不用旋轉，使探傷設備的機械結構相對簡單。

6） 所用通道與探頭的數量少

在實現同樣功能的前提下，EMA探傷設備所選用的通道數和探頭數都少于壓電超聲。特別在板材EMA探傷設備上就更為明顯，壓電超聲要進行板面的探傷需要幾十個通道和探頭，而EMA則只需要四個通道及相應數量的探頭就可以了。

7） 發現自然缺陷的能力強

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確發現。

3 　EMA技術在工業生產中的成功應用

在我國雖然無損檢測事業發展很快，應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），許多難點得不到解決（如鋼管表面的發紋、內外折疊、重皮等），眾多的用戶急需可靠的檢測設備，來保證產品的較終質量，到目前為止，EMA產品主要有：

1） 鋼管管體EMA探傷設備

針對現場的不同情況以及檢測標準要求的不同EMA探傷設備主要分成三種形式

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

鋼管螺旋前進，縱、橫向各兩組探頭分別沿著管體周向布置，探頭各自對管體進行隨動跟進檢測。此種方法可連續檢測鋼管的縱、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，縱、橫向各兩組探頭在拖動小車的驅動下，直線前進，對管體表面進行螺旋式掃查。此種方法也可以連續檢測鋼管的縱、橫向缺陷。主要用戶有衡陽華菱鋼管有限公司；天津鋼管有限責任公司等。

2） 高頻焊管焊縫在線EMA探傷設備

探傷主機放置在焊管機組的飛鋸之前，兩組探頭騎在焊縫的兩側，在焊管連續焊接得過程中也同時完成了對焊縫的連續檢測。主要用戶有廊坊金華實業有限公司等。

3） 管端EMA探傷設備

兩臺探傷主機分別布置在鋼管橫向移動裝置兩邊，鋼管在固定位置原地旋轉，縱、橫向探頭沿管體直線前進對管端進行螺旋式掃查。既可實現管端得的縱橫向缺陷的連續檢測。主要用戶有天津鋼管有限責任公司，攀鋼集團成都鋼鐵有限責任公司等。

4） 板材EMA探傷設備

探傷主機放置在焊管機組成型前的合適位置，鋼板直線前進，四個探頭沿板面按特定的距離依次排列，對鋼板進行高標準的掃查較終實現鋼板的連續檢測。主要用戶有遼陽鋼管廠、錦西鋼管廠等。

8.5.5.2 　電磁超聲探傷設備常見故障的判斷及處理

儀器和設備在長期使用過程中，難免會出現一些毛病和故障，當故障發生時，不要手足無措，也不要急于下手，這樣可能會事倍功半，并且容易產生新的故障。當設備出現故障時，首先要冷靜分析，根據故障的現象，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，應在2A—4A之間），若磁化電流顯示正常

請檢查下一項。

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或斷線。

檢查磁化回路中的低通率波器，固態繼電器，中間控制繼電器是否有損壞的。

檢查調壓器是否正常工作。

優化查找：

a：通過調換兩個磁化頭的磁化線（4芯插頭），可判斷故障點是在磁化頭內還是磁化頭外。

b：再通過調換磁化柜中兩個通道的磁化線（4芯插頭）可判斷故障點是在外部磁化線上還是磁化柜內，再作進一步查找。

2） 檢查探頭和探頭線；

檢查探頭芯保護膜是否破損漏線。

檢查探頭芯的發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或斷線。

優化查找：

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

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） 調換報警機箱后面板上的兩個20芯插頭，可判斷出故障點是在機內還是機外（若兩通道顯示有變化說明故障點在機外，否則在機內）。

2） 將20芯插頭恢復，調換兩個前置放大器盒上的7芯插頭，

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

3） 　將7芯插頭恢復，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，若無電壓輸出應檢查電源線和該電源控制繼電器。（應在該通道探頭落下時檢查電源）。

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，并將兩個通道的衰減器置0，增益較大，觀察兩個通道的電噪聲電平是否基本一樣，若一樣表明故障點可能在發射電路；若有某一通道無電噪聲顯示，表明故障點可能在該前置放大器。

5） 若經判斷故障在機內則：

可查儀器機箱后面板，報警箱到顯示箱的14芯連線是否有斷頭的。

調換報警箱兩個通道的主放板進行觀察判斷。

調換顯示箱兩個通道的視放板進行觀察判斷。

有故障通道若無閘門顯示還應調換報警機箱兩個通道的同步板進行觀察判斷。

3 　回波信號弱

產生該現象有如下幾種可能：

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

2） 若只有一個通道回波信號弱，可按如下幾點查找：

a．調整該通道探頭磁化電流，觀察回波信號使其較佳。

b．調整發射脈沖串頻率電位器，觀察回波信號使其較佳。

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．觀察動態時磁化頭跟進狀態是否良好。

4 　探傷過程中突然增加干擾

可按如下幾個方面查找原因：

1） 探頭保護套（或腳輪）磨損嚴重，導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，會產生干擾雜波，應更變新的保護套（或腳輪）。

2） 探頭芯表面的保護膜破損使發射或接收線圈通過氧化皮和灰塵與管子表面接觸產生微小放電，會造成明顯的干擾雜波，應更變新探頭。

3） 磁化頭內部吸浮的灰塵或氧化皮過多，使探頭板焊點絕緣程度降低，產生高壓放電造成干擾雜波，應定期用風管吹除灰塵雜質。

4） 管子表面銹蝕嚴重，使鋼管不能良好接地（相當于一個接收天線）也會造成明顯干擾，對此類鋼管探傷時應加適當的接地刷，使管子良好接地消除干擾。

5） 有些鋼管表面有一層膜，使導通電阻很大，接地效果也不好，同樣會產生一些干擾。

5 　顯示屏有亮點無基線

可從如下三方面查找：

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

2） 檢查報警箱到顯示箱的后面板14芯連線插，看同步線是否斷了，若沒斷則進一步查找。

3） 將報警箱的兩個同步板調換，觀察顯示效果，看是否同步板有故障。

6 　無亮點無基線

可按以下幾點查找：

1） 調整垂直位移電位器，看基線是否在顯示屏以外。

2) 　調整亮度電位器，看是否亮度關至較小。

3) 　調換兩個通道的掃描板，判斷是否是掃描板增輝電路有故障。

4) 　如上述幾點都正常，就應查找該通道顯示上的高壓分配電阻是否有開路的。

5) 　如上述幾點都正常可能是該通道的倍壓塊或者是示波管損壞。

7 　有基線和回波信號無閘門顯示

可按以下幾點查找：

1) 　調換報警機箱兩個通道的監控板，觀察顯示是否有閘門，效果相反證明監控板（閘門形成電路）損壞，如果效果相同證明監控板是好的，可進行下一步查找。

2) 　檢查儀器后面板監控機箱到顯示機箱的14芯信號連線插頭是否有開路點或斷線，如正常可 進行下一步查找。

3) 　調換顯示機箱兩個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 　監視機箱有電源而顯示機箱無任何顯示

可按以下幾點查找：

1) 　檢查儀器后面板監控機箱到顯示機箱的2芯電源線是否接觸不良，如正常可進行下一步查找。

2) 　檢查顯示機箱電源保險絲是否熔斷，若保險絲斷了，更變新的保險絲，若沒熔斷，進行下一步查找。

3) 　細聽顯示機箱內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，應進行下一步查找。

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

9 　顯示屏上有一個固定的竄動雜波存在

出現此種現象主要是報警機箱內的同步板上的同步觸發角偏移所致，應由專業技術人員進行觸發角校正，同時監視回波信號的幅度，在回波信號幅度較佳的前提下，通過調整觸發角將竄動的雜波移到顯示范圍之外即可。

10 　設備的維護和保養

為了充分發揮設備的使用效率，減少隱患，降低故障率，延長設備使用壽命，日常維護和定期保養設備非常重要。

1) 　要經常檢查移動部分、傳動部分和行走部分的螺桿、螺帽，看是否有松動的應及時緊固。

2) 　設備應經常除塵，尤其是移動部分、傳動部分和行走部分的除塵。

3) 　每班都應檢查磁化頭保護套（或腳輪）的磨損情況，當發現磁鐵和管子間隙小于0.5mm時，應及時更變新的保護套（或腳輪），確保磁鐵不被磨損。

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