高 翔，胡俊偉，胡才望

（湖北新冶鋼有限公司，湖北 黃石 435000）

目前鋼管漏磁探傷設(shè)備普遍能夠?qū)崿F(xiàn)縱向缺陷和橫向缺陷的檢測，但對于斜向缺陷的檢出效果不穩(wěn)定，其原因主要是斜向缺陷的漏磁場強度較弱以及漏磁探頭相對漏磁場的掃查方向不垂直，從而導(dǎo)致靈敏度較低。一直以來，人們?yōu)閷崿F(xiàn)不同方向缺陷的相同靈敏度檢出做了大量研究工作，也取得一些進展，但仍未獲得十分理想結(jié)果。

2017 年某公司新上線一套探頭固定、鋼管螺旋旋轉(zhuǎn)前進式的鋼管漏磁探傷設(shè)備，這套設(shè)備采用陣列漏磁檢測技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對鋼管縱向、橫向和斜向缺陷的同時檢測。本文以該套漏磁探傷設(shè)備為基礎(chǔ)，分析了陣列漏磁檢測的工作原理，介紹了其實際探傷效果。

1 陣列漏磁探傷設(shè)備構(gòu)成

鋼管漏磁探傷設(shè)備主要由縱傷探傷機、橫傷探傷機、漏磁探傷儀以及帶動鋼管螺旋前行的傳輸輥道組成，而縱傷探傷機、橫傷探傷機和漏磁探傷儀是實現(xiàn)鋼管漏磁探傷的核心部件［1-2］。縱傷探傷機和橫傷探傷機的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

縱傷探傷機由環(huán)形鐵芯（又稱軛鐵）、磁極、磁化線包、縱傷探頭組成。在兩個磁化線包通入直流電后，探傷機中的環(huán)形鐵芯和磁極與被檢鋼管一起構(gòu)成閉合磁回路（圖1a 所示虛線），實施對管壁的周向磁化。2 個探頭分別位于兩個磁極的中間位置，用以檢測管壁中缺陷的漏磁場。從圖1a 可以看出，縱傷探傷機激發(fā)的磁力線方向與鋼管的縱軸線垂直，所以對于鋼管中的縱向缺陷的檢測最敏感，這也正是縱傷探傷機名字的由來。

橫傷探傷機由殼體（或框架）、導(dǎo)套（又稱極靴）、磁化線包和橫傷探頭組成。在兩個磁化線包通入直流電后，探傷機中的殼體和導(dǎo)套與被檢鋼管一起構(gòu)成閉合磁回路（圖1b 所示虛線），實施對管壁的軸向磁化。2 個探頭或4 個探頭圍繞鋼管對稱布置在兩個線包的中央，用以檢測管壁中缺陷的漏磁場。從圖1b 可以看出，橫傷探傷機激發(fā)的磁力線方向與鋼管的縱軸線平行，所以對于鋼管中的橫向缺陷的檢測最為敏感，這也正是橫傷探傷機名字的由來。

圖1 縱傷探傷機和橫傷探傷機結(jié)構(gòu)示意

縱傷探傷機與橫傷探傷機前后銜接安裝在鋼管傳輸線上，當(dāng)鋼管螺旋前行通過，縱傷探頭和橫傷探頭分別實現(xiàn)對整個鋼管表面的掃查。由于磁化裝置分別對被檢鋼管實施縱向和橫向磁化，斜向缺陷的漏磁場就會較弱；此外，鋼管傳輸時既做旋轉(zhuǎn)運動又做直線運動，探頭在鋼管表面描繪出一條傾斜的軌跡，當(dāng)缺陷方向與軌跡不垂直，漏磁場的電磁感應(yīng)效應(yīng)會降低。這些都會造成漏磁檢測靈敏度的波動，這是傳統(tǒng)漏磁探傷設(shè)備存在的固有問題。而采用陣列式的漏磁探頭，可以克服傳統(tǒng)鋼管漏磁探傷的不足［3-13］。

2 陣列漏磁檢測工作原理

陣列漏磁檢測技術(shù)的核心是陣列漏磁探頭。橫傷和縱傷陣列漏磁探頭均為條形，且都沿鋼管軸向擺放［2］。橫傷陣列漏磁探頭工作原理如圖2 所示。每個橫傷探頭中有32 個線圈，每個線圈連接探傷儀的一個輸入端口。在探頭中，每四個線圈組成1個檢測單元，一個探頭共分8 個單元。以圖3 所示最左側(cè)單元為例，將1、2 線圈的信號接入儀器后進行差分處理，將3、4 線圈的信號進行差分處理，這兩種組合均適于檢測橫傷；將2、3 線圈的信號接入儀器后進行差分處理，適于檢測斜傷1；將1、4 線圈的信號進行差分處理，適于檢測斜傷2。由此可見，在一個檢測單元中的4 個線圈，通過不同組合的信號差分運算，即可實現(xiàn)檢出橫傷和兩個方向的斜傷。

圖2 橫傷陣列漏磁探頭工作原理

縱傷陣列漏磁探頭工作原理如圖3 所示。縱傷探頭與橫傷探頭的結(jié)構(gòu)完全一樣，不同的是對線圈信號處理的組合方式不同。仍以圖3 所示最左側(cè)的檢測單元為例，將1、3 線圈的信號接入儀器后進行差分處理，將2、4 線圈的信號進行差分處理，這兩種組合均適于檢測縱傷；將2、3 線圈的信號接入儀器后進行差分處理，適合于檢測斜傷1；將1、4 線圈的信號進行差分處理，適合于檢測斜傷2?？梢娕c橫傷探頭一樣，對于一個檢測單元中的4 個線圈，通過不同組合的信號差分運算，即可實現(xiàn)檢出縱傷和兩個方向的斜傷。

圖3 縱傷陣列漏磁探頭工作原理

3 陣列漏磁探傷的應(yīng)用效果

為了驗證陣列漏磁技術(shù)檢出不同取向缺陷的能力，在 Ф76 mm×10 mm 對比樣管上按照 GB/T 12606—2016《無縫和焊接（埋弧焊除外）鐵磁性鋼管縱向和/或橫向缺欠的全圓周自動漏磁檢測》規(guī)定的F2 等級制作外表面縱傷、橫傷和斜傷，其中斜傷的角度分別為鋼管軸線左旋和右旋30°、45°和60°，所有人工傷的尺寸均為25 mm×0.5 mm×0.5 mm（長×寬×深）。對比樣管上的人工傷分布如圖4所示。利用陣列漏磁探傷設(shè)備得到對比樣管人工缺陷的檢測波形如圖5 所示。從顯示波形中可以看出，不同取向人工傷的信號幅度差異不大，基本做到檢測靈敏度的一致性。

圖4 樣管上的人工缺陷分布示意

圖5 人工缺陷的檢測波形顯示

采用陣列漏磁探傷設(shè)備對材質(zhì)為40Cr 的Ф180 mm×35 mm 熱軋鋼管進行探傷，檢測出自然缺陷的情況如圖6～7 所示。在圖6（b）和 7（b）中各有一種斜向分布的缺陷被有效探測出來，這些超標(biāo)缺陷經(jīng)過修磨后的磁粉檢測被得到證實，缺陷深度0.30～0.50 mm。

圖6 鋼管上45°斜向缺陷及其漏磁檢測波形

4 結(jié) 語

陣列漏磁技術(shù)是鋼管漏磁探傷的一種新的嘗試，其利用漏磁探頭中線圈陣列的不同組合，形成在不同方向上對漏磁場信號的差動處理，用以實現(xiàn)對縱向、橫向、斜向缺陷近似相同的檢測靈敏度，這是傳統(tǒng)漏磁探傷方法所不能及的。陣列漏磁檢測技術(shù)具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景，必將成為無損檢測工藝改進的一種有效手段。

圖7 鋼管上30°斜向缺陷及其漏磁檢測波形