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1.1 ACFM技术的检测原理

ACFM技术的检测原理:由激励探头在待测试件表面感应出均匀的交变电流,若有缺陷存在,则会由于空气和试件电阻率的差异,使感应电流在缺陷两边和底部绕过,引起表面电磁场的扰动,检测探头能采集缺陷上方的电磁场畸变信息并进行分析,可获得描述缺陷状态的尺寸信息,从而达到定量分析的目的,如图1-2所示。

图1-2 ACFM技术的检测原理

ACFM技术可以测量试件表面感应磁场磁通密度的三个分量, x 分量记作 B x ,与电流方向垂直,与试件表面平行; y 分量记作 B y ,与电流方向一致; z 分量记作 B z ,与试件表面垂直。当缺陷的长度方向也与电流方向垂直时, x 分量的方向与缺陷的长度方向平行(见图1-2)。

根据电磁感应定律可知,当试件表面无缺陷存在时,感应电流均匀分布,分量 B y B z 的值为零,磁场在 x 轴方向均匀分布并与电流方向垂直。当电流经过含缺陷的试件表面时,电流向缺陷两端和底面偏转,使流经存在缺陷的试件表面的电流强度减小,缺陷越深的地方,电流线越稀疏,感应磁场的磁通密度值也就越小;另外,当电流在缺陷两端聚集时,势必会使缺陷两个端点处的磁通密度处于极大值。当探头沿着缺陷表面进行扫描时, B x 会出现一个宽凹陷区, B y B z 会出现高幅值的波峰和波谷(见图1-2)。由于 B y 的数量级较小,因此在不需要特殊处理的情况下,探头只需测量 B x B z 分量,即可判定缺陷的存在。而且裂纹的形貌可通过磁场信号的特征量进行反演,如裂纹的深度可由 B x 的波谷深度度量,裂纹的长度可由 B z 的波峰与波谷的间距度量。

ACFM具备均匀感应电流的特性,可使电流均匀绕过缺陷区域,在非缺陷区域呈现一致稳定性,使ACFM技术具备以下优势。

(1)提离不敏感。相较于涡流、漏磁等电磁检测技术,假设均匀感应电流和扰动场使ACFM技术对探头提离有一定的容忍度,特别是特征信号 B z 与探头提离无关,可实现对海洋结构焊缝、涂层、附着物下缺陷的检测,无须打磨或彻底清理附着物和涂层,在海洋结构缺陷检测领域具有突出的经济效益和工程应用价值。

(2)定量检测。海洋结构疲劳裂纹、应力腐蚀开裂等缺陷属于装备重大安全隐患,但受制于海洋水下环境、复杂结构及维修成本等因素,裂纹等缺陷并不会在发现后立即被修复,而是在容限损伤理论指导下定期评估缺陷尺寸。ACFM技术具备对裂纹长度、深度进行定量检测的能力,完全满足海洋装备裂纹等缺陷的检测及评估需求,因此ACFM技术得到了众多国际标准、规范及组织的推荐,适于海洋装备特殊工况的结构缺陷检测。

(3)操作简便。ACFM技术无须耦合剂、无须磁化及退磁处理,检测过程无危险,是一种环保、高效、便捷的电磁无损检测技术,经过团队的技术研发及改良,能实现检测过程缺陷可视化及识别智能化,搭载水下无人作业机器人等完成深水检测,适合复杂环境、特殊表面状态、异形检测、无人化作业场景等,能够契合海洋装备水下及水上结构检测的需求。 M0R/2uJCogExex7cNyJFc4uAWs7B+K0gwM9iEXjJ6BHO48x4zmA9taHTnBYu1OMu

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