沈功田 王寶軒 郭 鍇

（1.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 北京 100029）（2.中特檢科技發(fā)展（北京）有限公司 北京 100029）

檢測(cè)技術(shù)

漏磁檢測(cè)技術(shù)的研究與發(fā)展現(xiàn)狀

沈功田1,2王寶軒1郭 鍇2

（1.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 北京 100029）（2.中特檢科技發(fā)展（北京）有限公司 北京 100029）

漏磁檢測(cè)技術(shù)是一種用來(lái)檢測(cè)鐵磁性材料表面腐蝕、凹坑、凹槽、裂紋等缺陷的電磁無(wú)損檢測(cè)方法，已被廣泛應(yīng)用于大型常壓儲(chǔ)罐、壓力管道及元件和鋼絲繩的檢測(cè)。本文給出了漏磁檢測(cè)技術(shù)的原理及特點(diǎn)；綜述了國(guó)內(nèi)外漏磁檢測(cè)技術(shù)的理論研究和應(yīng)用研究現(xiàn)狀及漏磁檢測(cè)信號(hào)的放大、濾波、處理方式和缺陷識(shí)別等處理方法；分析了影響漏磁檢測(cè)結(jié)果的磁化強(qiáng)度、提離、掃查速度、缺陷位置及形狀、表面狀態(tài)等各種影響因素；介紹了國(guó)內(nèi)外鋼管（棒）生產(chǎn)線自動(dòng)化漏磁檢測(cè)設(shè)備、鋼絲繩漏磁檢測(cè)儀、儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)儀、管道外部漏磁檢測(cè)儀、管道內(nèi)漏磁檢測(cè)器等儀器設(shè)備和相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)；最后指出漏磁檢測(cè)技術(shù)目前仍然存在的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)。

漏磁 無(wú)損檢測(cè) 鐵磁性材料 綜述

漏磁（MFL，Magnetic Flux leakage）是一種電磁（EM，Electromagnetic）無(wú)損檢測(cè)方法。它廣泛應(yīng)用于石油、石化、港口、鋼鐵及交通等領(lǐng)域，可對(duì)棒材、桿材、壓力管道、壓力容器、鋼絲繩、儲(chǔ)罐、起重機(jī)及鐵軌等鐵磁性構(gòu)件進(jìn)行腐蝕、凹坑、裂紋等缺陷的快速檢測(cè)。

1 漏磁檢測(cè)原理及特點(diǎn)

漏磁技術(shù)從磁粉檢測(cè)技術(shù)中發(fā)展而來(lái)[1]，起源于1906年南非的C.Mc Cann等在鋼絲繩斷絲探傷方面的研究[2]。GB/T 31212—2014《無(wú)損檢測(cè) 漏磁檢測(cè)總則》對(duì)漏磁檢測(cè)原理給出了明確描述：鐵磁性構(gòu)件被磁化器磁化后，構(gòu)件內(nèi)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，若構(gòu)件上存在腐蝕等缺陷，磁場(chǎng)會(huì)泄漏到構(gòu)件外部，形成漏磁場(chǎng)，如在磁化器中部適當(dāng)位置放置—個(gè)磁場(chǎng)傳感器，則可探測(cè)到該漏磁場(chǎng)。由于漏磁場(chǎng)強(qiáng)度與缺陷相關(guān)，可以通過(guò)對(duì)漏磁場(chǎng)信號(hào)的分析來(lái)獲得構(gòu)件上的缺陷情況[3]。

漏磁檢測(cè)受掃查速度、掃查方向、提離值、被檢工件的尺寸和電磁特性以及檢測(cè)儀器的磁化能力等因素的影響，但該方法具有的非接觸特性，使得通常情況下無(wú)需對(duì)被檢件表面進(jìn)行特殊處理，具有檢測(cè)速度快、成本低的優(yōu)點(diǎn)，既可用于鐵磁性材料或元件制造過(guò)程中的檢測(cè)，也可用于相關(guān)設(shè)備的在役和在線檢測(cè)[3]。

根據(jù)鐵磁性材料的磁化特性和剩余磁場(chǎng)特性，漏磁檢測(cè)分為剩磁場(chǎng)檢測(cè)法和有源磁場(chǎng)檢測(cè)法。剩磁場(chǎng)檢測(cè)中，傳感器檢測(cè)的是缺陷處微弱的剩余漏磁場(chǎng)，因此要求傳感器的磁靈敏度較高，同時(shí)對(duì)信號(hào)的處理要求也較高。有源磁場(chǎng)檢測(cè)法一般采用磁化器[4]，磁化方式包括直流磁化（包括永磁體磁化）和交流磁化。為檢測(cè)出缺陷漏磁場(chǎng)，被檢鐵磁構(gòu)件需被磁化到一定的程度。典型鐵磁材料的磁化曲線如圖1所示，一般情況將被檢構(gòu)件磁化至近飽和區(qū)[5]。

圖1 鐵磁性材料典型磁化特性曲線

一般的漏磁檢測(cè)儀器主要包括傳感模塊、信號(hào)處理模塊及掃查模塊。如圖2所示，傳感模塊可磁化被檢對(duì)象，拾取原始漏磁信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，主要包括磁化器、磁敏元件等，目前磁化器大多采用永磁鐵與銜鐵的組合方式；信號(hào)處理模塊可處理漏磁電信號(hào)，包括放大器、濾波器、數(shù)據(jù)采集器及計(jì)算機(jī)等；掃查模塊可搭載傳感模塊對(duì)被檢對(duì)象進(jìn)行掃查，包括電動(dòng)、流體壓差驅(qū)動(dòng)及手動(dòng)掃查等方式。

圖2 漏磁檢測(cè)儀示意圖

2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

目前已有多國(guó)研究人員及公司開(kāi)展了漏磁檢測(cè)技術(shù)的研究，如前蘇聯(lián)Zastsepin團(tuán)隊(duì)、美國(guó)Iowa State University的Y. Sonho團(tuán)隊(duì)、韓國(guó)Pusan National University的H. M. Kim團(tuán)隊(duì)、Queen’s University的S.Lenard團(tuán)隊(duì)、德國(guó)Foster公司、美國(guó)Tuboscope公司、英國(guó)Silver Wing公司、英國(guó)Brtisih Gas公司、加拿大諾蘭達(dá)礦業(yè)有限公司等。國(guó)際上對(duì)漏磁技術(shù)的研究主要在漏磁理論、應(yīng)用、影響因素及信號(hào)處理等方面。理論方面提出了磁偶極子模型和數(shù)值解方法；應(yīng)用方面針對(duì)鋼棒、鋼絲繩、管道、儲(chǔ)罐等開(kāi)發(fā)并研制了相應(yīng)的設(shè)備與系統(tǒng)。

2.1 理論研究現(xiàn)狀

前蘇聯(lián)學(xué)者Zastsepin等[6，7]提出了用于計(jì)算缺陷漏磁場(chǎng)的磁偶極子模型，成為漏磁檢測(cè)解析法的基礎(chǔ)理論之一。Shcherbinnin等[8]采用該模型得出了試件有限長(zhǎng)開(kāi)口裂紋的磁場(chǎng)分布。Edwards等[9]研究了缺陷形狀參數(shù)與漏磁場(chǎng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，推導(dǎo)了裂紋缺陷的表達(dá)式，得出漏磁場(chǎng)強(qiáng)度與缺陷深度近似呈線性關(guān)系。

Hwang和Lord[10]將鐵磁性材料磁導(dǎo)率與漏磁場(chǎng)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析。1988年，Atherton[11]利用有限元法，研制了檢測(cè)裝置對(duì)漏磁場(chǎng)做了具體分析，得到了漏磁信號(hào)與裂紋缺陷的關(guān)系。H. M. Kim團(tuán)隊(duì)[12]利用三維有限元分析方法對(duì)軸向裂紋的漏磁檢測(cè)進(jìn)行了研究。Y. Sonho等研究了漏磁場(chǎng)的影響因素，推導(dǎo)出了關(guān)于漏磁場(chǎng)的矢量偏微分方程[13]。

2.2 應(yīng)用研究現(xiàn)狀

Zuschlug[14]提出了利用磁敏元件進(jìn)行漏磁檢測(cè)。Tuboscope公司研制了Amalog、Wellcheck等漏磁檢測(cè)裝置，應(yīng)用于無(wú)縫鋼管及井口的檢測(cè)。Silver Wing公司研發(fā)了儲(chǔ)罐和管道漏磁掃查裝置，如FIOORMAP 2000儲(chǔ)罐底板檢測(cè)裝置[15]。

1973年Brtisih Gas公司采用MFL-PIG對(duì)天然氣管線進(jìn)行了在役檢測(cè)[16]。ICO公司的EMI漏磁探傷儀用于檢測(cè)管體的橫向和縱向缺陷，并結(jié)合超聲測(cè)厚技術(shù)，提供綜合檢測(cè)服務(wù)[17]。2012年，韓國(guó)學(xué)者Hui Min Kim， Yong Woo Rho等[18]針對(duì)管道裂紋問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種圓周磁化的漏磁檢測(cè)探頭，對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行了有限元分析，證明了該探頭的可行性及實(shí)用性。之后，該團(tuán)隊(duì)利用研制的圓周磁化漏磁檢測(cè)設(shè)備對(duì)管道軸向裂紋進(jìn)行了檢測(cè)評(píng)價(jià)[12]。

3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

3.1 理論研究現(xiàn)狀

華中科技大學(xué)楊叔子、康宜華及武新軍等研究了漏磁檢測(cè)中的磁化技術(shù)[19]?？狄巳A與孫燕華等[20，21]研究了漏磁強(qiáng)磁化強(qiáng)度下檢測(cè)穿透深度問(wèn)題。孫燕華[22]通過(guò)對(duì)漏磁檢測(cè)方法及工況的分析，采用磁折射、磁擴(kuò)散和磁壓縮來(lái)描述缺陷漏磁場(chǎng)的形成機(jī)制。武新軍、王學(xué)宇等[23]主要研究了儲(chǔ)氣井漏磁內(nèi)檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)，提出了根據(jù)基爾霍夫定律與多路并聯(lián)原理的磁路模型，并結(jié)合三維有限元仿真與實(shí)驗(yàn)給予驗(yàn)證。

清華大學(xué)李路明團(tuán)隊(duì)[24，25]運(yùn)用有限元法研究了提離值與裂紋漏磁場(chǎng)的關(guān)系，提出傳感器提離并非越小越好；分析了磁化強(qiáng)度與缺陷尺寸對(duì)漏磁信號(hào)的影響。上海交通大學(xué)黃作英、闕沛文等[26]采用有限元對(duì)漏磁進(jìn)行了仿真分析，結(jié)合三維CAD和PDM組建了漏磁檢測(cè)器的研發(fā)系統(tǒng)，提高了漏磁檢測(cè)器的研發(fā)效率。

沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)楊理踐、張國(guó)光等[27，28]開(kāi)展了管道漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)研究。利用ANSYS分析了缺陷與漏磁場(chǎng)信號(hào)的關(guān)系，指出漏磁信號(hào)與缺陷特征存在一定的關(guān)系，可利用漏磁信號(hào)對(duì)缺陷特征進(jìn)行定量評(píng)估；研究了基于剩磁效應(yīng)的弱磁漏磁檢測(cè)技術(shù)。

東北石油大學(xué)戴光等[29]建立了換熱管漏磁3D有限元模型，研究分析了磁化器對(duì)缺陷漏磁場(chǎng)的影響。合肥工業(yè)大學(xué)何輔云等[30]研究了漏磁數(shù)據(jù)壓縮算法以及缺陷識(shí)別方法。廈門(mén)大學(xué)吳德會(huì)等[31，32]提出了交流勵(lì)磁條件下變勵(lì)磁漏磁檢測(cè)新方法。南京航空航天大學(xué)王平等[33]通過(guò)理論分析和有限元法（FEM）對(duì)動(dòng)態(tài)磁化中的速度效應(yīng)進(jìn)行了研究，在實(shí)驗(yàn)室條件下得出漏磁檢測(cè)技術(shù)對(duì)缺陷可實(shí)現(xiàn)有效的高速檢測(cè)，最大掃查速度約200km/h。

3.2 應(yīng)用研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)的華中科技大學(xué)、中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院、東北石油大學(xué)、沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、愛(ài)德森公司、合肥工業(yè)大學(xué)等單位研制了相應(yīng)的漏磁檢測(cè)設(shè)備及儀器[34]。

1984年華中科技大學(xué)楊叔子等針對(duì)鋼絲繩檢測(cè)開(kāi)展研究，開(kāi)發(fā)研制了系列化（φ2～φ200mm）鋼絲繩檢測(cè)儀，之后又開(kāi)發(fā)了礦用鋼絲繩在線檢測(cè)裝備，已應(yīng)用于管件制造廠、石油、電梯、起重機(jī)、索道等領(lǐng)域。1999年研制了第一代斜拉橋纜索檢測(cè)系統(tǒng)，之后持續(xù)改進(jìn)，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)研制到第三代斜拉橋纜索檢測(cè)系統(tǒng)，并在斜拉橋上做了測(cè)試實(shí)驗(yàn)。此外，華中科技大學(xué)開(kāi)發(fā)了油田管桿檢測(cè)系統(tǒng)（包括抽油桿、井口油管、套管、鉆桿等），石化管道檢測(cè)系統(tǒng)如HTP- II型直管檢測(cè)系統(tǒng)、HTP-I型彎頭檢測(cè)系統(tǒng)，棒材、管材高速自動(dòng)探傷漏磁檢測(cè)系統(tǒng)，儲(chǔ)罐檢測(cè)裝置及水冷壁管漏磁檢測(cè)裝置等。

東北石油大學(xué)研制了管道漏磁掃描儀以及儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)儀。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)開(kāi)展了管道漏磁在線檢測(cè)系統(tǒng)的研究，成功開(kāi)發(fā)了φ720mm管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器，打破了國(guó)外漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的壟斷，并在管線上成功應(yīng)用。清華大學(xué)研制了管道漏磁檢測(cè)儀，實(shí)現(xiàn)了對(duì)管道的無(wú)損檢測(cè)；開(kāi)發(fā)了φ1024mm等規(guī)格的管道內(nèi)檢測(cè)器[35]。合肥工業(yè)大學(xué)何輔云團(tuán)隊(duì)[36]對(duì)石油管道進(jìn)行了漏磁檢測(cè)，通過(guò)比較現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的信號(hào)與缺陷模板信號(hào)，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)外壁缺陷的識(shí)別。此外，愛(ài)德森公司研制了MFL-4000漏磁檢測(cè)設(shè)備。

4 檢測(cè)影響因素研究

針對(duì)工程應(yīng)用的實(shí)際情況，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)漏磁缺陷檢測(cè)的影響因素開(kāi)展了不少研究工作，主要包括檢測(cè)儀器和檢測(cè)對(duì)象兩方面的影響。本節(jié)對(duì)以下六種影響因素加以介紹。

4.1 磁化強(qiáng)度的影響

磁化是實(shí)現(xiàn)漏磁檢測(cè)的必備條件。磁化強(qiáng)度的選取既要保證檢測(cè)靈敏度，又要盡可能減小磁化器的重量。磁化強(qiáng)度越高，缺陷漏磁場(chǎng)越大；當(dāng)磁化強(qiáng)度使鐵磁材料達(dá)到近飽和狀態(tài)時(shí)，缺陷漏磁場(chǎng)已足夠大。一般要使被檢對(duì)象磁化至近飽和狀態(tài)[15，37]。

4.2 提離的影響

一般情況下提離值越大，漏磁場(chǎng)強(qiáng)度越小。設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)必須保證在檢測(cè)時(shí)提離值保持恒定[15]。被檢材料表面的涂層等的厚度對(duì)漏磁檢測(cè)影響很大，非鐵磁涂層厚度的增加相當(dāng)于提離距離的增大，因此隨著涂層厚度的增加，漏磁場(chǎng)強(qiáng)度減小，檢測(cè)靈敏度降低。

于清澄等[38]利用有限元分析不同提離對(duì)漏磁檢測(cè)的影響。吳德會(huì)等[39]利用ANSYS建立3D FEM仿真模型，并根據(jù)麥克斯韋方程組推導(dǎo)了缺陷漏磁場(chǎng)分布，并制造人工缺陷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析了不同提離值下的缺陷漏磁信號(hào)。得出不同尺寸缺陷對(duì)應(yīng)的可選提離值，如當(dāng)缺陷深度小于3mm時(shí)，提離可取2～2.5mm；當(dāng)缺陷深度在3～6mm時(shí)，提離可取2.5～3.5mm。

4.3 檢測(cè)速度的影響

漏磁檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)盡可能使檢測(cè)速度均勻；突然的加速或減速會(huì)帶來(lái)渦流噪聲。楊理踐團(tuán)隊(duì)[40]通過(guò)有限元仿真分析對(duì)漏磁速度效應(yīng)做了相應(yīng)研究，得出速度越快，漏磁信號(hào)會(huì)越小且會(huì)失真的結(jié)論。當(dāng)掃查速度大于8m/s，漏磁信號(hào)值會(huì)降低并伴隨信號(hào)失真，難以進(jìn)行漏磁檢測(cè)。

4.4 缺陷方向、位置和尺寸的影響

缺陷方向?qū)β┐艡z測(cè)具有較大影響，當(dāng)缺陷方向與漏磁磁化方向平行時(shí)，漏磁場(chǎng)最弱。缺陷位置對(duì)漏磁檢測(cè)也具有一定影響，如分布在管道內(nèi)外壁上缺陷其漏磁場(chǎng)強(qiáng)度不同，缺陷埋藏深度越小漏磁場(chǎng)越大。缺陷的大小對(duì)漏磁場(chǎng)影響很大，缺陷深度越大漏磁場(chǎng)越大[15，37]。

4.5 表面粗糙度的影響

當(dāng)試件表面粗糙度不同時(shí)，探頭與被檢試件的提離值也會(huì)相應(yīng)改變，進(jìn)而影響漏磁檢測(cè)。鄧志揚(yáng)，楊蕓等[41]探求了粗糙度與裂紋缺陷漏磁檢測(cè)靈敏度的關(guān)系，通過(guò)人工裂紋進(jìn)行了漏磁測(cè)試實(shí)驗(yàn)，得出表面粗糙度越大，缺陷檢出靈敏度越低。并通過(guò)ANSYS軟件仿真分析得出了最小可檢裂紋深度d與表面粗糙度r的關(guān)系，即d=2r，如果裂紋實(shí)際深度小于該最小可檢深度，則不能檢出缺陷。

4.6 表面附著物的影響

被檢試件表面的氧化皮、鐵銹、焊疤以及附件等，在檢測(cè)過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生干擾信號(hào)，對(duì)漏磁檢測(cè)信號(hào)的缺陷識(shí)別有一定的影響。目前鮮有學(xué)者對(duì)其影響進(jìn)行報(bào)道，有待后續(xù)研究。

5 信號(hào)處理方法研究

漏磁檢測(cè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多種干擾噪聲，對(duì)信號(hào)進(jìn)行降噪濾波是缺陷識(shí)別的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了除噪并獲取良好的檢測(cè)效果，需采用漏磁信號(hào)處理技術(shù)。信號(hào)處理包括放大、濾波、識(shí)別、壓縮等。

5.1 信號(hào)放大

信號(hào)放大是將獲取的微弱原始信號(hào)進(jìn)行放大，對(duì)于突變的信號(hào)，可采用交流放大，通過(guò)偏置或耦合等手段消除信號(hào)中的直流或低頻分量；對(duì)于緩慢變化的信號(hào)，采用直流放大[17]。

5.2 信號(hào)濾波

信號(hào)濾波主要包括模擬濾波和數(shù)字濾波。模擬濾波方法主要包括：空間濾波、時(shí)間濾波和時(shí)空濾波。當(dāng)探頭與被檢試件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度不變時(shí)，采用空間濾波。當(dāng)檢測(cè)速度波動(dòng)時(shí)采用時(shí)空濾波，此時(shí)特征頻率隨傳感器掃查速度波動(dòng)而變化[17]。數(shù)字濾波主要包括均值濾波、中值濾波、限幅濾波等，這里不再詳細(xì)描述。

5.3 處理方式

根據(jù)漏磁檢測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)，可采用硬件信號(hào)處理方法、軟件信號(hào)處理方法以及軟硬件結(jié)合的信號(hào)處理方法來(lái)抑制干擾信號(hào)以提高信噪比和檢測(cè)靈敏度。

如圖3所示，硬件處理電路把磁敏元件檢測(cè)到的微弱漏磁信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器放大適當(dāng)程度，然后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路，開(kāi)始下一階段的數(shù)字處理。軟件漏磁信號(hào)處理算法簡(jiǎn)單，運(yùn)行時(shí)間短，可解決漏磁檢測(cè)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題。黃松嶺團(tuán)隊(duì)采用軟硬件結(jié)合的漏磁信號(hào)處理方法，抑制了磁場(chǎng)梯度、工頻及高頻干擾，提高了信噪比[42]。

圖3 硬件信號(hào)處理電路框圖

5.4 識(shí)別方法

對(duì)漏磁信號(hào)的診斷識(shí)別主要有小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、離散傅里葉變換、相關(guān)分析、支撐矢量基等方法。

陳正閣，王長(zhǎng)龍等[43]對(duì)軍用裝備進(jìn)行漏磁檢測(cè)時(shí)，采用離散小波分解與重構(gòu)算法實(shí)現(xiàn)降噪，能提升檢測(cè)的信噪比。宋志強(qiáng)等[44]研究了降噪壓縮方法，提出了Haar小波漏磁信號(hào)降噪壓縮算法，在降噪壓縮處理時(shí)，保留了高頻信號(hào)特征，避免了信號(hào)失真的出現(xiàn)。

田凱等[45]將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與貝葉斯算法結(jié)合用于漏磁缺陷量化，控制了網(wǎng)絡(luò)模型的復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷長(zhǎng)寬深的量化。A.A. Carvalho團(tuán)隊(duì)采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別漏磁檢測(cè)中缺陷漏磁場(chǎng)信號(hào)[2]。J. Daniel團(tuán)隊(duì)[46]利用小波變換和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法分析了漏磁缺陷信號(hào)的特征。T. Nara團(tuán)隊(duì)[47]采用了離散傅里葉變換（DFT）算法處理了漏磁檢測(cè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了管道裂紋的探傷。

焦敬品等對(duì)低頻漏磁信號(hào)進(jìn)行分析處理，提取出低頻漏磁信號(hào)的幅值和相位信息，用于鐵磁構(gòu)件內(nèi)外表面損傷檢測(cè)與定量評(píng)價(jià)。在低頻漏磁中，激勵(lì)與接收的漏磁信號(hào)為同頻的三角函數(shù)（余弦或正弦）信號(hào)，利用二者的幅值比作為幅值表征參數(shù)。對(duì)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)分析，可得到接收信號(hào)相對(duì)于激勵(lì)信號(hào)的相位變化，作為相位表征參數(shù)。利用零時(shí)延下勵(lì)磁信號(hào)與漏磁信號(hào)互相關(guān)函數(shù)及自相關(guān)函數(shù)，得到漏磁信號(hào)的相位變化[48]。

楊理踐團(tuán)隊(duì)以漏磁信號(hào)軸向分量所占通道個(gè)數(shù)、正負(fù)峰值出現(xiàn)的先后順序、幅值以及曲線軸向長(zhǎng)度作為分析判別管道附屬部件與缺陷的依據(jù)，通過(guò)有限元計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合得出：法蘭、補(bǔ)板、焊縫三者漏磁信號(hào)軸向分量峰值為負(fù)極性，屬于增厚型漏磁場(chǎng)，與缺陷的減薄型漏磁場(chǎng)極性相反；三通屬于復(fù)合型漏磁場(chǎng)且為圓形，漏磁信號(hào)軸向分量?jī)啥朔逯禐樨?fù)極性，內(nèi)凹處峰值為正極性[49]。

6 國(guó)內(nèi)外漏磁檢測(cè)儀器現(xiàn)狀

6.1 國(guó)外儀器現(xiàn)狀

國(guó)外目前已有多家公司有成熟的漏磁檢測(cè)儀器產(chǎn)品，主要包括自動(dòng)生產(chǎn)線漏磁檢測(cè)設(shè)備、鋼絲繩漏磁檢測(cè)儀、儲(chǔ)罐底板檢測(cè)儀、管道外檢測(cè)儀以及管道內(nèi)檢測(cè)設(shè)備等。

●6.1.1 元件自動(dòng)生產(chǎn)線漏磁檢測(cè)設(shè)備

國(guó)外自動(dòng)生產(chǎn)線漏磁檢測(cè)設(shè)備生產(chǎn)廠家主要有Tuboscope與db PRUFTECHNIK等。美國(guó)Tuboscope公司的自動(dòng)生產(chǎn)線漏磁檢測(cè)設(shè)備主要有Amalog、WellChek、Sonoscope等。其中Amalog漏磁縱向檢測(cè)系統(tǒng)非常成熟，見(jiàn)圖4。自誕生以來(lái)已經(jīng)在世界各地銷(xiāo)售了數(shù)百套，主要應(yīng)用于鋼管廠，用于探測(cè)直徑從60.4～609.4mm管材的橫向缺陷、縱向缺陷、斜向缺陷、壁厚變化、分層、孔洞、凹坑、內(nèi)折、外折等缺陷。

德國(guó)db PRUFTECHNIK公司的自動(dòng)生產(chǎn)線漏磁檢測(cè)設(shè)備為NOVAFLUX?棒材漏磁檢測(cè)系統(tǒng)，見(jiàn)圖5，該系統(tǒng)可用于無(wú)鍍層或有鍍層棒材和無(wú)縫管材的漏磁在線檢測(cè)，可探測(cè)到深度小至0.1mm的裂縫。

圖4 Amalog漏磁檢測(cè)設(shè)備

圖5 NOVAFLUX?超靈敏棒材漏磁檢測(cè)系統(tǒng)

●6.1.2 鋼絲繩漏磁檢測(cè)儀

國(guó)外鋼絲繩漏磁檢測(cè)儀生產(chǎn)廠家主要有波蘭Zawada NDT 以 及 美 國(guó) NDT Technologies， Inc.等。其中波蘭Zawada NDT公司的鋼絲繩檢測(cè)儀主要有MD-20，見(jiàn)圖6。MD-20便攜式鋼絲繩檢測(cè)儀是用來(lái)檢測(cè)小直徑的鋼絲繩斷絲和腐蝕的儀器，其適用范圍為直徑8～22mm的鐵磁性鋼絲繩，檢測(cè)速度為 0.1 ～ 2.5m/s。美國(guó) NDT Technologies，Inc. 公司的鋼絲繩檢測(cè)儀主要有LMA-75及LMA-300等，見(jiàn)圖7，LMA-300鋼絲繩檢測(cè)儀適用的鋼絲繩最大直徑為83mm，適用的繩索導(dǎo)軌尺寸為25～83mm。

圖6 MD-20便攜式鋼絲繩檢測(cè)儀

圖7 LMA-300鋼絲繩檢測(cè)儀

●6.1.3 儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)儀

國(guó)外儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)設(shè)備生產(chǎn)廠家主要有英國(guó)Silver Wing、美國(guó)Tes Tex等。其中Silver Wing的FLOORMAP VS儲(chǔ)罐底板腐蝕掃查系統(tǒng)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、顯示、分析和儲(chǔ)存。其可自動(dòng)繪制罐底板圖、整罐視圖、單板視圖；可添加目視檢測(cè)、超聲、磁粉檢測(cè)的數(shù)據(jù)；可加入文字、圖片注釋?zhuān)詣?dòng)生成檢測(cè)報(bào)告。FLOORMAP VS見(jiàn)圖8。

美國(guó)Tes Tex公司的儲(chǔ)罐底板檢測(cè)設(shè)備主要有 Falcon 2000 Mark II、Falcon Jr及 Falcon Wingspan等。其中Falcon 2000 Mark II儲(chǔ)罐掃描儀有許多套件可供選擇，見(jiàn)圖9。Falcons可以安裝在Viper Crawler系統(tǒng)上，用于壁板或外殼檢查，以及遠(yuǎn)程操作的罐頂檢測(cè)掃描器。Falcon 2000 Mark II能檢查焊縫，系統(tǒng)采用等距掃查儀，傳感器通道數(shù)為16或64，覆蓋距離為102mm。

圖8 FLOORMAP VS儲(chǔ)罐底板腐蝕掃查系統(tǒng)

圖9 Falcon 2000 Mark II

●6.1.4 管道外檢測(cè)儀

國(guó)外管道外部漏磁檢測(cè)設(shè)備生產(chǎn)廠家主要有英國(guó)Silver Wing以及美國(guó)MFE等。英國(guó)Silver Wing公司的漏磁檢測(cè)設(shè)備主要有Pipescan等。見(jiàn)圖10，Pipescan管道掃描器可檢測(cè)管道腐蝕，選擇不同型號(hào)掃查探頭可覆蓋管徑50～2400mm的管道。其主要參數(shù)為：檢測(cè)管徑范圍為100～200mm；連續(xù)工作時(shí)間為8h；最大涂層厚度為6mm；靈敏度可調(diào)，最大靈敏度為6mm厚管壁30%的點(diǎn)蝕、12mm厚管壁40%的點(diǎn)蝕、16mm厚管壁50%的點(diǎn)蝕。

圖10 PS500管道腐蝕檢測(cè)儀

圖11為美國(guó)MFE Pipescan管道漏磁掃描檢測(cè)儀，其適用于管徑大于127mm的管道，可實(shí)時(shí)顯示數(shù)字信號(hào)，具有可供選擇的3～6磁橋，檢測(cè)寬度從210mm到420mm，掃描速度可達(dá)到1m/s。

圖11 MFE Pipescan管道掃描器

●6.1.5 管道內(nèi)檢測(cè)器

目前國(guó)外較有名的管道內(nèi)檢測(cè)公司有美國(guó)的Tuboscope、GE PII、 德 國(guó) 的 ROSEN、 英 國(guó) 的British Gas、俄羅斯的NGKH等公司[50-52]。

漏磁內(nèi)檢測(cè)儀器主要有GE PII的三軸漏磁檢測(cè)器MagneScanTriax、圓周漏磁檢測(cè)器TranScan等；如圖12(a)所示為MagneScanTriax三軸漏磁檢測(cè)器，適用管徑范圍為304.8～965.2mm，適用壁厚范圍為6～28mm，檢測(cè)速度為0～5m/s，適用最大壓力為22MPa。

ROSEN的管道漏磁內(nèi)檢測(cè)儀器有RoCorr MFL-A及RoCorr MFL-C等。如圖12(b)所示為RoCorr MFL-A在線高分辨率管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器，可檢測(cè)點(diǎn)蝕、軸向及周向刻槽缺陷。該檢測(cè)儀主要應(yīng)用于石油和天然氣管線。主要參數(shù)為：最大工作壓力為15MPa，最大運(yùn)行速度為5.0m/s，可通過(guò)管線最小曲率半徑為1.5倍的管道直徑，檢測(cè)壁厚范圍為4～32mm，最長(zhǎng)工作時(shí)間為400h，最大檢測(cè)距離為800km，距參考標(biāo)記的軸向位置精度為1∶1000，距參考焊縫的軸向位置精度為±0.1m（±3.9°），周向位置精度為±5°。

圖12 漏磁內(nèi)檢測(cè)儀器

6.2 國(guó)內(nèi)儀器現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)漏磁檢測(cè)儀器起步較晚，生產(chǎn)制造儀器的種類(lèi)和數(shù)量相比國(guó)外較少。國(guó)內(nèi)在1985年研制出第一代鋼絲繩漏磁探傷儀。21世紀(jì)初國(guó)內(nèi)成功研制了適用于儲(chǔ)罐底板和管道的漏磁檢測(cè)儀。

●6.2.1 鋼絲繩漏磁檢測(cè)儀

國(guó)內(nèi)的鋼絲繩漏磁檢測(cè)儀的主要廠家有武漢華宇一目檢測(cè)裝備有限公司、洛陽(yáng)泰斯特探傷技術(shù)有限公司等。武漢華宇一目鋼絲繩探傷儀主要有HYM-R50及HY-M-R20；鋼絲繩在線自動(dòng)漏磁探傷系統(tǒng)HY-M-R50鋼絲繩4繩漏磁檢測(cè)系統(tǒng)、HYMR50鋼絲繩2繩漏磁檢測(cè)系統(tǒng)以及HY-MR50鋼絲繩單繩漏磁檢測(cè)系統(tǒng)。其中HY-M-R50鋼絲繩4繩漏磁檢測(cè)系統(tǒng)用于φ16～48鋼絲繩斷絲、銹蝕探傷，適用提升機(jī)鋼絲繩在線監(jiān)測(cè)。如圖13所示，該系統(tǒng)配置4套M-RP探頭、4個(gè)探頭動(dòng)作機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與軟件。該系統(tǒng)具有64通道信號(hào)，其檢測(cè)速度為1 ～ 12m/s。

洛陽(yáng)泰斯特探傷技術(shù)有限公司的鋼絲繩漏磁檢測(cè)儀主要有GTC防爆型鋼絲繩探傷儀等，見(jiàn)圖14。該鋼絲繩探傷儀可探測(cè)判別鋼絲繩內(nèi)外斷絲及銹蝕等，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩的非接觸式寬距檢測(cè)，不受鋼絲繩油垢的影響。

圖13 HY-M-R50鋼絲繩4繩漏磁檢測(cè)系統(tǒng)

圖14 GTC防爆型鋼絲繩探傷儀

●6.2.2 儲(chǔ)罐底板檢測(cè)儀

國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)儀生產(chǎn)廠家主要有愛(ài)德森（廈門(mén)）電子有限公司、東北石油大學(xué)等。愛(ài)德森（廈門(mén)）電子有限公司的儲(chǔ)罐底板檢測(cè)設(shè)備主要為EEC-3001儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)系統(tǒng)，見(jiàn)圖15。EEC-3001儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)置電池驅(qū)動(dòng)，可檢測(cè)并量化凹坑及平緩壁厚減薄類(lèi)缺陷。

東北石油大學(xué)的儲(chǔ)罐底板檢測(cè)儀主要有TMS-08M與TMS-08H。如圖16所示，TMS-08M儲(chǔ)罐底板漏磁掃描檢測(cè)儀采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)底板掃查、實(shí)時(shí)顯示與分析。該儀器主要參數(shù)為：磁化方式為永久磁鐵磁化；通道為30；掃描寬度為260 mm；檢測(cè)速度可調(diào)節(jié)，最大檢測(cè)速度為1.0m/s；厚度范圍為4～12.5mm；靈敏度為10%板厚；可連續(xù)工作10h；非鐵磁性材料的最大涂層厚度為6mm。

圖15 EEC-3001儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)系統(tǒng)

圖16 TMS-08M儲(chǔ)罐底板漏磁掃描檢測(cè)儀

●6.2.3 管道外檢測(cè)儀

國(guó)內(nèi)管道外漏磁檢測(cè)儀生產(chǎn)廠家主要有愛(ài)德森（廈門(mén)）電子有限公司、中特檢科技發(fā)展（北京）有限公司等。愛(ài)德森（廈門(mén)）電子有限公司的管道漏磁檢測(cè)設(shè)備主要為MFL-4008八通道漏磁檢測(cè)儀，見(jiàn)圖17。MFL-4008可用來(lái)檢測(cè)鐵磁性管道內(nèi)、外部腐蝕，該裝置可用于檢測(cè)管徑從45mm到60mm的管道。

圖17 MFL-4008八通道漏磁檢測(cè)儀

圖18 ZTJ-MFL-A自動(dòng)爬行漏磁檢測(cè)儀

中特檢科技發(fā)展（北京）有限公司的管道漏磁檢測(cè)儀主要為ZTJ-MFL-A型無(wú)線自動(dòng)爬行漏磁檢測(cè)儀，見(jiàn)圖18。ZTJ-MFL-A型自動(dòng)爬行漏磁檢測(cè)儀配備高靈敏度檢測(cè)探頭和信號(hào)處理電路，采用無(wú)線遙控和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多種場(chǎng)景下的快速自動(dòng)化漏磁檢測(cè)。該儀器可應(yīng)用于管道、儲(chǔ)罐外壁板、起重機(jī)橫梁等多種管狀或板狀鐵磁性構(gòu)件。主要參數(shù)：檢測(cè)靈敏度為8mm試件上可檢出φ1.6mm通孔缺陷和直徑10mm深1.6mm盲孔缺陷；適用范圍為外徑大于200mm、厚度3～20mm管狀或板狀鐵磁性構(gòu)件。

●6.2.4 管道內(nèi)檢測(cè)儀器

2007年中國(guó)石油化工股份有限公司與沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)合作成功研制了φ720長(zhǎng)輸管道漏磁內(nèi)檢測(cè)設(shè)備系統(tǒng)。2015年中國(guó)海洋石油總公司研制出一款適用于海底管道的漏磁內(nèi)檢測(cè)儀器。近幾年來(lái)，在國(guó)家重大儀器科技項(xiàng)目的支持下，中特檢科技發(fā)展（北京）有限公司先后開(kāi)發(fā)了φ219、φ325、φ377、φ406、φ559和φ610等管道漏磁內(nèi)檢測(cè)儀。圖19所示為中特檢公司開(kāi)發(fā)的φ610油氣管道金屬損失多功能內(nèi)檢測(cè)儀，其主要參數(shù)為：適用介質(zhì)為原油、成品油和天然氣；凹陷檢測(cè)靈敏度長(zhǎng)度為內(nèi)直徑的10%，寬度為內(nèi)直徑的20%，深度為內(nèi)直徑的1.5%，角度為22°；可檢出的最小缺陷深度為管道壁厚的10%或1.5mm；位置精度為參考焊縫間距軸向±0.1m，周向±10°；最小彎曲半徑為1.5D；最大承受壓力為10MPa；連續(xù)工作時(shí)間大于150h。

7 國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

7.1 國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了ISO 10893-3-2011《鋼管無(wú)損檢測(cè).第3部分：無(wú)縫與焊接(埋弧焊除外)鐵磁鋼性管縱向與/或橫向缺陷檢測(cè)用自動(dòng)漏磁檢測(cè)》；歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)制定了EN 10246-4-1999《無(wú)縫鐵磁性鋼管的自動(dòng)全圓周磁傳感器和漏磁檢測(cè)》和EN 10246-5-1999《無(wú)縫和焊接(埋弧焊除外)鐵磁性鋼管縱向缺陷的自動(dòng)全圓周磁傳感器和漏磁檢測(cè)》；美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)制定了ASTM E570-2009《鐵磁性鋼管制品漏磁檢驗(yàn)實(shí)施方法》，美國(guó)石油學(xué)會(huì)API對(duì)油管、抽油桿的檢驗(yàn)也提出了相應(yīng)的漏磁檢測(cè)規(guī)范。

7.2 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方面，我國(guó)制訂了標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12606—1990《鋼管及圓鋼棒的漏磁探傷方法》，規(guī)定了鐵磁性鋼管、圓鋼棒表面缺陷的漏磁探傷方法。標(biāo)準(zhǔn)適用范圍為外徑12～510mm、壁厚為50mm以下的鋼管及圓鋼棒，之后該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，更名為《鋼管漏磁檢驗(yàn)方法》。2014年發(fā)布了GB/T 31212—2014《無(wú)損檢測(cè) 漏磁檢測(cè) 總則》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對(duì)鐵磁材料及構(gòu)件進(jìn)行漏磁檢測(cè)的一般原則，適用于繩、桿、棒、管、板等元件及構(gòu)件的漏磁檢測(cè)。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面，發(fā)布了石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY 6186—1996《鋼質(zhì)管道管體腐蝕損傷評(píng)價(jià)方法》，2007年進(jìn)行了修訂，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了石油天然氣工藝管道和輸油、輸氣管道的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、管理、檢驗(yàn)、修理和改造等方面的安全管理基本要求。2007年發(fā)布了JB/T 10765—2007《無(wú)損檢測(cè) 常壓金屬儲(chǔ)罐漏磁檢測(cè)方法》，該標(biāo)準(zhǔn)適用的工作介質(zhì)為氣體或液體，工作壓力小于0.1MPa的新制造和在用地上鐵磁性金屬儲(chǔ)罐的漏磁檢測(cè)。2015年發(fā)布并實(shí)施了能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.12—2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第12部分：漏磁檢測(cè)》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鐵磁性材料制壓力容器、無(wú)縫鋼管和焊管（埋弧焊除外）的漏磁檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法。

8 存在問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

漏磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用廣泛，適用于檢測(cè)鐵磁性材料表面及近表面腐蝕、凹坑、凹槽、裂紋等宏觀缺陷。漏磁檢測(cè)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、快速及不停機(jī)檢測(cè)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了漏磁檢測(cè)技術(shù)的理論與應(yīng)用研究，制定了相關(guān)國(guó)際、國(guó)家以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，研制了適應(yīng)不同工況的漏磁檢測(cè)設(shè)備及儀器并提供了檢測(cè)服務(wù)工作，為壓力容器、大型常壓儲(chǔ)罐、壓力管道、客運(yùn)索道和礦山運(yùn)輸機(jī)械等設(shè)備的檢驗(yàn)和安全評(píng)估提供了一種高效可靠的檢測(cè)手段。我國(guó)在漏磁檢測(cè)設(shè)備的開(kāi)發(fā)和制造方面還剛剛起步，隨著市場(chǎng)需求的擴(kuò)大以及安全意識(shí)的提高，漏磁檢測(cè)技術(shù)迎來(lái)了重大機(jī)遇。但是漏磁檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)機(jī)理、儀器、方法及應(yīng)用等方面還有很多工作有待開(kāi)展。

在漏磁機(jī)理研究方面，相關(guān)理論尚不完備，如不同應(yīng)力下對(duì)漏磁檢測(cè)信號(hào)的影響規(guī)律、漏磁信號(hào)處理理論及方法以及鐵磁性合金材料的漏磁場(chǎng)分析等仍需進(jìn)一步研究。

在漏磁檢測(cè)儀器方面，隨著現(xiàn)代各領(lǐng)域技術(shù)的交叉融合，漏磁儀器研制將向著小型化、自動(dòng)化、集成化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。為滿(mǎn)足檢測(cè)安全可靠、高效、便捷的要求，研制的漏磁檢測(cè)儀器的檢測(cè)結(jié)果將更加靈敏和準(zhǔn)確，性能將更加穩(wěn)定，功能將更趨于便攜、復(fù)合及智能。

在漏磁檢測(cè)方法及應(yīng)用方面，許多方面還是空白，在大型起重機(jī)械、大型游樂(lè)設(shè)施和大型橋梁等鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)方面的應(yīng)用研究才剛剛起步，仍需更多的科技工作者面向廣大的工程需求，開(kāi)展更多領(lǐng)域的檢測(cè)方法和應(yīng)用研究。

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Review of Research and Development of Magnetic Flux Leakage Technique

Shen Gongtian1,2Wang Baoxuan1Guo Kai2
(1. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)(2. ZhongTeJian Technology & Development (Beijing) Co., Ltd. Beijing 100029)

Magnetic fl ux leakage (MFL) testing technique is a kind of electromagnetic nondestructive testing(NDT) methods, which is used to detect defects on ferromagnetic materials, such as corrosion, pit, notch, crack and etc.It has been widely applied for testing of large atmospheric tanks, pressure vessel, pressure piping and wire rope. In this paper, the principle and features of MFL testing technique are introduced. The research and application progress and signal processing methods such as ampli fi cation, fi ltering and defect identi fi cation of MFL technique are overviewed.The in fl uence factors such as magnetization, lift off, scanning speed, defect location and shape, surface condition and so on are analyzed. The domestic and foreign steel pipe (rod) production line automatic MFL testing equipment, wire rope MFL instrument, tank floor MFL instrument, pipeline external MFL instrument, pipeline inner MFL detector and the corresponding testing standards are introduced. Finally, the existing problems and development trend of MFL testing technology are pointed out.

Magnetic fl ux leakage Nondestructive testing Ferromagnetic material Review

X924

B

1673-257X(2017)09-0043-10

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.09.009

沈功田（1963～)，男，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，從事聲發(fā)射、紅外和電磁等無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)研究工作。

沈功田，E-mail： shengongtian@csei.org.cn。

國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目(2012YQ090175)

2017-08-14）