高速漏磁检测的磁后效及其作用机理研究

MFL (Magnetic flux leakage) nondestructive testing is widely used in the safety and quality inspection of ferromagnetic materials due to its testing feature of strong penetrability and its freedom from the effect of the non-ferromagnetic medium. For the failure of MFL to detect the high-speed railway, wire rope for coal mine and oil pipe tool in high speed (over 3 m/s) owning to its current testing speed limit, the assumption that the magnetic aftereffect influence exists in the high-speed MFL testing and restricts the increase of testing speed is proposed. Then, the verification of magnetic aftereffect influence appearing in the high-speed is conducted by using the high-speed MFL approach of rotary motion instead of linear one, combined with the relaxation time and process theory that the magnetic induction gradually achieves the stable state. Meanwhile, the feature of dynamic magnetization (magnetic aftereffect influence) and MFL mechanism are obtained in the high-speed testing state. Further, a high-speed MFL method based on the saturated magnetization advanced in time and space is provided. The new method could break through the bottleneck of low-speed detection, could realize the high-speed and high-precision MFL testing technology and finally could accomplish efficiently the safety and quality inspection of ferromagnetic materials such as high-speed mentioned above. Lastly, a high-speed MFL testing theory is built to richen the subject content of MFL nondestructive testing on the basis of high-speed magnetic characteristics (magnetic aftereffect influence).

漏磁无损检测技术因穿透能力强且不受非磁性介质影响而被广泛应用于铁磁性材料的安全质量检测。针对目前漏磁检测速度受限而难以胜任高速铁轨、煤矿钢丝绳及石油管具等高速（3 m/s以上）检测问题，提出高速漏磁检测中存在着磁后效（磁化滞后的简称）副作用影响而制约着检测速度提高的假说，采用回转替代纯直线运动的高速磁化检测方法，结合磁感应强度逐渐达到稳定状态的弛豫时间以及过程理论，探索证明高速运动下磁后效影响作用，获得高速状态下铁磁性材料的动态磁化特性（磁后效影响）及漏磁检测机制，进而建立一种在时间和空间上超调饱和磁化的高速漏磁检测方法，以突破漏磁检测低速瓶颈，实现高速高精漏磁检测技术，完成上述如高速铁轨等铁磁性材料的高效安全质量检测；最后在铁磁性材料的高速动态磁化规律（磁后效影响）基础上形成一套高速漏磁检测理论，以丰富漏磁无损检测学科内容。

漏磁无损检测技术因穿透能力强且不受非磁性介质影响而被广泛应用于铁磁性材料的安全质量检测。针对目前漏磁检测速度受限而难以胜任高速铁轨、煤矿钢丝绳及石油管具等高速（3 m/s 以上）检测问题，系统研究了高速漏磁检测中的磁后效（磁化滞后的简称）机理及相关现象，为实现检测速度的提高提供了理论基础。.本课题开展了下列五方面的研究：.a).通过麦克斯韦方程组等电磁学理论构建动生涡流的控制方程，研究两种主要类型的磁化方式产生的动生涡流分布，阐明了在磁源和试件两个参考系中动生涡流的表现形式。有限元仿真高速漏磁检测中的动生涡流后发现：当钢管沿线圈轴向穿过时，涡流主要集中在线圈的边缘处，并由于钢管的自感，涡流强度随速度的增大而增大。在磁极式磁化方式中，涡流主要集中在磁极的正下方，同样由于钢管的自感，涡流会沿运动方向扩散。.b).动生涡流对钢管漏磁检测信号的影响主要分为两个部分：一方面是涡流导致钢管内磁场分布的变化进而影响漏磁检测信号；另一方面裂纹对涡流产生扰动引起磁传感器拾取磁场的变化。对钢管周向裂纹检测时，钢管直行通过线圈，涡流导致钢管外层磁场的增大和内层磁场的减小。在强饱和磁化时，涡流扰动场占据主导地位，导致内壁、外壁裂纹信号的减小。.c).同时分析了动生涡流对轴向裂纹检测的影响，在圆周方向偏离磁极45°位置布置的探头中，涡流导致钢管旋转离开磁极位置处外层磁场的增大和内层磁场的减小；在钢管旋转进入磁极的区域涡流较弱，对漏磁信号的影响也较小。在偏离90度位置布置的探头中，影响关系与45°的相同。.d).将钢管在磁场中运动的空间域问题转换为钢管经历一个变化磁场的时间阈问题，从另一个角度分析研究，由麦克斯韦方程出发，推导了外磁场突变时钢管内部磁场的变化过程，计算了磁场达到稳定状态所需的时间，.e).从磁化滞后的角度说明了速度对漏磁检测的影响，并基于计算和实验得到的磁化滞后时间，提出了一种消除高速检测中动生涡流影响的方法。