一种采用表面磁导技术的缺陷检测装置及检测方法与流程

本发明属于无损检测技术领域，尤其涉及一种采用表面磁导技术的缺陷检测装置及检测方法。

背景技术：

漏磁检测是一种快速、方便的扫描技术。日常生活和生产中，经常可见其应用于储罐、管道等检测。储罐、管道等这类特种设备，因为盛装具有腐蚀性的原料等，或者在高温高压高湿等极端条件上长期运行，所以比较容易出现腐蚀等缺陷。对这些大大小小的腐蚀缺陷的检测和评估，是保障其安全运行的必要手段。漏磁检测技术因为其快速、方便的特征，被广泛用于特种设备的检测和评估。

目前漏磁检测技术，存在如下问题：

1、只能检测到某个位置附近存在缺陷，无法区分缺陷是腐蚀坑还是焊瘤。

2、漏磁检测技术不具备区分缺陷具体位置的功能，主要表现为无法区分缺陷在上表面还是下表面的问题，同时更难以对缺陷深度进行精确定量。而对于储罐剩余寿命的评估，都需要知道现有缺陷的腐蚀速度。而上下表面缺陷的腐蚀速度大大不同。在不能区分上下表面缺陷的情况下，就不能准确的评估储罐的剩余寿命，业主也不能拟定更合适的修理方案。因而上下表面缺陷的区分，对剩余寿命评估非常重要。

3、漏磁检测技术无法确定缺陷形貌。漏磁检测因为漏磁场的非局域性(non-localized)，一个很小的物理缺陷，反映在漏磁信号上，可能是一个比较大的缺陷，这样就不好确定缺陷的实际形貌。

4、漏磁检测技术无法区分蜂窝麻面(麻坑)。上表面出现蜂窝麻面的时候，因为漏磁信号的非局域性，大面积的麻面成为了一个整体，漏磁检测技术无法区分。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种采用表面磁导技术的缺陷检测装置及检测方法，旨在解决上述漏磁检测技术存在的问题。

一方面，所述采用表面磁导技术的缺陷检测装置包括磁桥，所述磁桥两端下方各设置一块磁铁，这两块磁铁极性方向相反放置，其中一块磁铁的下方固定有磁敏元件。

进一步的，所述两块磁铁之间设置有漏磁检测传感器。

另一方面，所述采用表面磁导技术的缺陷检测方法，所述方法采用如权利要求1或2所述的缺陷检测装置实现，所述方法包括下述步骤：

操作缺陷检测装置在待检测对象表面扫描，扫描过程中保持缺陷检测装置与待检测对象一定提离值不变；

在扫描过程中，如果磁敏元件输出的信号值变小，则判定当前磁敏元件对应待检测对象上表面位置出现了腐蚀坑，如果磁敏元件输出的信号值变大，则判定当前磁敏元件对应待检测对象上表面位置出现了焊瘤。

进一步的，所述方法还包括下述步骤：

在扫描过程中，如果漏磁检测传感器检测到有漏磁信号，这里当前漏磁检测传感器对应待检测对象位置称为漏磁位置，操作缺陷检测装置使得磁敏元件经过该漏磁位置，如果磁敏元件输出的信号值不变，则判断当前待检测对象漏磁位置下表面出现了腐蚀坑。

本发明的有益效果是：首先，本发明根据磁敏元件输出的信号值变化可以区分上表面焊瘤和腐蚀坑，有利于排除焊瘤对检测信号的干扰，减少误检；另外，结合漏磁检测技术，可以进一步区分缺陷在上表面或下表面，可以确定缺陷的位置，更准确的评估储罐的剩余寿命，为业主提供更精准的修理方案；另外，在缺陷定量方面，在上表面缺陷比较浅的情况下，采用曲线拟合或者插值的方式，可以确定缺陷的深度，作为一种对漏磁信号定量的相互校验；此外，对于缺陷形貌的检测更准确，因为表面磁导技术所得信号更局域化，所以能更准确的得到缺陷的形貌；同时麻坑太多时的检测问题也得到了解决，通过表面磁导技术所得数据，可以检测出上表面的蜂窝麻面。

附图说明

图1是本发明实施例提供的缺陷检测装置的检测原理示意图；

图2是不同提离值对球状模拟缺陷的信号值的关系图；

图3是不同板厚下信号值随距缺陷距离变化的关系图；

图4是不同缺陷深度下信号值随距缺陷距离变化的关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

首先本发明实施例提供了一种采用表面磁导技术的缺陷检测装置，如图1所示，为了便于说明，图中仅示出了与本发明实施例相关的部分。所述缺陷检测装置包括磁桥101，所述磁桥101两端下方各设置一块磁铁102，这两块磁铁102极性方向相反放置，其中一块磁铁102的下方固定有磁敏元件103。

本缺陷检测装置是一种测量磁回路的磁导(magneticpermeance)的仪器。磁导是表征一个磁路的导磁能力的参数，是衡量物体导磁能力的物理量，是磁路的固有特性，磁路一旦固定，在相同的环境下其磁导就是固定的值。和电导的概念相似，磁导在数值上用磁阻的倒数表示，其单位名称为亨(亨利)，单位符号为h。本质上，磁导是一个表征特定磁路的导磁能力的物理量。表面磁导(surfacepermeance)则是针对于一个特定的表面区域的磁导。这个特定区域可以很小，取决于用于测量的磁敏元件的大小。本实施例根据此原理，设计出一种缺陷检测装置，应用检测磁回路磁导，再通过回路磁导，反过来得知表面缺陷。

图1所示，该图是表面磁导检测技术典型磁路和漏磁检测磁路复用示意，也显示出了本实施例的缺陷检测原理。下方的平板为待检测对象，磁桥、磁铁、磁敏元件和待检测对象形成一个磁回路。本实施例中，所述磁桥一般采用高磁导率的工业纯铁制作。在磁桥的两端，分别安置两块磁铁，可以是电磁铁，也可以是永磁铁，本实施例采用永磁铁为例说明。但是，在磁铁的安装时，两端的磁铁极性必须相反，也就是使一端的磁铁的s极吸附在磁桥下，另外一端的磁铁的n极吸附在磁桥下。然后，把一个磁敏元件固定在一端的磁铁下方。具体的固定方式本实施例不做限定，固定磁敏元件的方式比较简单，通过固定支架即可，固定支架可以是磁性的金属，也可以是非磁性的塑料、金属等。

在检测使用时，操作缺陷检测装置在待检测对象表面扫描，首先要保持缺陷检测装置与待检测对象之间的提离值不变，所述提离值为磁敏元件与待检测对象的垂直距离。当磁敏元件接近其下面的待检测对象(图示中待检测对象为铁板)时，缺陷检测装置和待检测对象构成一个高磁导回路，大量的磁通在磁敏元件和待检测铁板中通过。因为磁敏元件就在回路中，所以能立即读取出磁回路中的磁通量，或者磁场强度，磁敏元件一般输出的数据是磁感应强度信号值，单位是特斯拉t。

扫描过程中，当磁敏元件下方没有缺陷的时候，从磁铁中出来的磁力线比较均匀并且平稳地进入待检测铁板，此时磁敏元件输出为一个正常信号值。在扫描行进的过程中，当磁敏元件正下方出现腐蚀坑的时候，因为对于此腐蚀坑出现的局部区域，磁铁和待检测铁板之间的距离增大，磁导降低，磁阻增大，因而磁通减少，磁敏元件的输出信号值就减少，因此根据磁敏元件输出的信号值变小，就能识别到一个腐蚀坑。同理相反，如果磁敏元件正下方出现了焊瘤，此时磁导增大，局部磁通量也增大，磁敏元件输出信号值变大，可以判断出现了焊瘤。而利用漏磁检测技术并不好区分焊瘤和腐蚀坑。采用本发明的表面磁导技术，就可以很好的识别出焊瘤和腐蚀坑。后期进一步通过简单处理，可以方便地识别、标记和报告，包括记录信号值大小，推算出腐蚀坑深度、记录腐蚀坑位置范围等等，供业主进行下一步的处理。可见，本装置采用表面磁导技术可以区分焊瘤和腐蚀坑。

如果腐蚀坑出现在待检测铁板的下表面。这种情况下，因为磁铁和待检测铁板上表面之间的距离并没有改变，因而其磁导并没有太大的变化，因此磁敏元件所感受到的磁通量并没有改变，这样磁敏元件的输出信号值也没有改变。所以，在待检测底板的下表面出现腐蚀坑的时候，磁敏元件输出并没有变化。此时，需要进一步结合漏磁检测技术进行识别。漏磁检测技术是现有技术，其原理这里不再具体介绍。漏磁检测是利用漏磁检测传感器检测漏磁信号判断当前位置是否存在缺陷，但是只能确定是否有缺陷，具体的缺陷范围大小、缺陷在上下表面、缺陷深度等都无法检测。

本装置结合漏磁检测技术，需要在两块磁铁之间设置漏磁检测传感器104。在扫描过程中，如果漏磁检测传感器检测到有漏磁信号，这里定义当前漏磁检测传感器对应的待检测对象位置为漏磁位置，操作缺陷检测装置使得磁敏元件经过该漏磁位置，如果磁敏元件输出的信号值不变，则判断当前待检测对象漏磁位置下表面出现了腐蚀坑。如果经过漏磁位置磁敏元件输出的信号值发生了变化，那必定缺陷在上表面，和前述判断方法一致，根据信号值大小变化确定是腐蚀坑还是焊瘤。

当然，由于待检测铁板的上下表面是相对缺陷检测装置的方向而定义的，朝向缺陷检测装置的一面为上表面。因此如果要确定待检测铁板下表面是否有缺陷时，可以将缺陷检测装置放置到待检测铁板的另一面即可检测下表面缺陷。如果缺陷检测装置不方便放置在待检测铁板的下表面时，只能利用前述漏磁检测技术判断下表面的缺陷。

下面通过有限元模拟计算证明表面磁导技术的有效性。

图2是计算磁敏元件在不同的提离值(磁敏元件离待检测铁板垂直距离)时的对模拟缺陷的检测信号大小。计算分为三种情况：模拟缺陷在上表面、模拟缺陷在下表面，以及没有模拟缺陷的情况。多种情况进了计算，此处，选用待检测铁板为14mm厚的q235铁板，铁板缺陷为20％板厚、直径为20mm的球形孔缺陷为例来说明。图示中“上表面缺陷-下表面缺陷”表示的是模拟缺陷在上表面所得信号值减去模拟缺陷在下表面所得信号值的差值；“上表面缺陷-无缺陷”表示的是模拟缺陷在上表面所得信号值减去没有模拟缺陷信号值的差值。

从图2中可以看出，两条曲线完全重合，这说明主要信号来源于上表面缺陷，下表面有无缺陷不影响信号值的大小，因此通过磁导检测技术可以识别出上表面是否有缺陷。另外，提离值越低，即磁敏元件越接近待检测铁板，同一个缺陷的信号值就越大，越容易获得比较好的信号。这个规律和漏磁检测的“提离值-信号强度”的规律相似。

图3是不同厚度的待检测铁板对腐蚀坑的深度检测的影响，图示中横轴表示磁敏元件与模拟缺陷中心水平偏移距离，纵轴为磁敏元件输出的磁感应强度信号值大小。此处计算了四种不同的厚度铁板，分别是8mm，10mm，12mm和20mm。模拟缺陷都是直径10mm，深度2mm的平底盲孔。从所得曲线可以看出，四条曲线几乎重合，说明待检测铁板厚度基本不影响对缺陷的深度定量。缺陷的深度绝对值和板厚没有直接的关系。这实际上有利于对缺陷的深度定量检测。

另外，同一厚度的待检测底板，磁敏元件对不同深度的缺陷输出的信号值不同。图4中可以清楚证实这种结论。图4计算中，采用20mm的待检测铁板，模拟缺陷是人工平底孔，直径是15mm，深度分别是2mm、4mm、8mm和16mm，图示中横轴表示磁敏元件与模拟缺陷中心水平偏移距离，纵轴为磁敏元件输出的磁感应强度信号值大小。可以看出来，磁敏元件输出的信号值大小和缺陷深度并不是线性的关系。这方面，可以采用曲线拟合，或者插值法的方式来确定缺陷深度，特别是，当缺陷深度较浅时(如小于8mm)，可以较为准确的通过曲线拟合或者插值法来计算得到缺陷深度。对于曲线拟合，一般方式是，在同一提离值下，将磁敏元件依次对准多个已知不同深度缺陷的中心位置进行缺陷检测，即图示横轴0mm位置，这样就可以得到同一提离值下，不同缺陷深度与对应信号值的对应关系，该对应关系在横坐标为缺陷深度、纵坐标为信号值的坐标系中体现为一系列离散点，将这些离散点拟合成一条连续曲线，然后检测时，根据具体检测到的信号值大小，即可从连续曲线中找到对应的缺陷深度。对于插值法，一般方式是，按照上述方式得到了一系列离散点后，检测时，直接根据具体检测到的信号值大小，在纵坐标上确定相邻的两个离散点，然后确定这两个离散点在横坐标上的值，即深度值，这两个深度值之间选择一个数值作为当前检测到信号值对应的缺陷深度。插值法有多种不同的具体插值方式，现有技术均有公开，这里不多赘述。

从图4中可以看到，缺陷深度2mm和4mm时，信号值的差距还是比较明显的，缺陷深度4mm和8mm时，信号值的差距也能体现出来，如果缺陷大于8mm时，信号值的变化就不怎么明显了，因此缺陷深度较浅时，可以根据信号值大小计算出具体的缺陷深度。

此外，磁敏元件可以做得很小，这样就可以检测元件同样大小范围内的磁通量。所以，从原理上来说，其空间分辨率可以做到很小，根本上主要取决于磁敏元件的尺寸。目前的水平，磁敏元件的尺寸可以是平方毫米量级，这就大大的提高了对缺陷的表面形貌的检测和复现能力。图3和图4，沿着缺陷表面扫描所得的信号值切面图，也说明了信号切面和缺陷切面的对应关系。因此，磁敏传感器尺寸越小，所得信号越局域化，所以根据信号值的变化情况，越能准确的得到缺陷的形貌；因此麻坑太多时的检测问题也得到了解决，通过表面磁导技术所得信号值，可以检测出上表面的蜂窝麻面，这个是漏磁检测技术难以实现的功能。

最后需要强调的是，本实施例缺陷检测装置可以单独采用表面磁导技术实现对腐蚀坑、焊瘤的区分，还可以实现确定缺陷的深度以及更准确进行缺陷形貌检测。另外，还可以结合漏磁检测技术进行上下表面缺陷的区分。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。