目前为止，钢棒交流漏磁检测可靠性仍是困扰无损检测业界同行的疑难问题，行业人士对现行的工艺解释都局限于试验摸索和经验总结，未见确切的量化理论依据。本文深入分析交流漏磁信号获取机理，建立漏磁信号获取公式，由此找出影响漏磁检测可靠性的各种因素，进而总结归纳实际检测中可能出现的各种设备和工艺问题及其相应克服或改进措施，达到提高检测可靠性、有效控制质量风险的目的。

1 钢棒漏磁检测原理

1.1 漏磁场形成机理

漏磁检测是利用励磁源对被检工件进行磁化，在理想状态下，磁通几乎全部从工件内部通过，表面没有磁场的泄露；当工件表面或近表面存在缺陷时，缺陷处及其附近区域磁力线被压缩，密度增大，磁阻增加，磁场发生畸变，其中，大部分磁通从工件内部绕过缺陷，少部分穿过缺陷，还有一部分离开工件表面经空气绕过缺陷形成漏磁场，如图1所示。漏磁场被磁敏传感器检测到生成电信号，再经放大、滤波等处理给出波形显示和声光报警，达到检出缺陷的目的。

图1 漏磁场的形成

钢棒漏磁检测方式如图2所示，检测时钢棒直线前进，一对磁轭和探头对称排布并绕钢棒旋转，实现对钢棒表面的螺旋扫查。钢棒漏磁检测采用高频交流磁化，交变磁场的趋肤效应使被检区域极易达到近饱和状态，此时，一旦工件表面存在缺陷，磁力线即溢出表面形成漏磁通。

图2 探头对钢棒表面的扫查

1.2 漏磁检测信号获取

钢棒的漏磁检测采用线圈作为传感器，通过线圈与漏磁场之间的电磁感应获得检测信号。检测时线圈垂直钢棒表面放置，采集缺陷漏磁场的水平分量（如图3所示）。

图3 线圈与裂纹的漏磁场

2.影响钢棒漏磁检测可靠性的原因分析

2.1 钢棒表面粗糙度

线圈封装在探头耐磨靴中，理想检测状态下（钢棒表面光滑且纵向平直无弯曲、探头受到弹簧均匀的顶推压力），耐磨靴紧贴钢棒表面滑动，此时，线圈的提离h/b保持恒定，探头重复扫查钢棒上同一缺陷的信号不变。而在实际检测中，探头受到弹簧压力、旋转离心力以及钢棒粗糙表面支撑力的共同作用，耐磨靴会在钢棒表面快速跳动并发出哒哒声，如图4所示。跳动使探头产生提离效应，即由于提离h/b不同而使检测信号幅值发生变化，产生检测灵敏度波动；跳动还会带来振动噪声，使检测信噪比降低。

图4 扫查过程中的探头跳动

在钢棒漏磁检测过程中，一旦出现探头跳动，即使辊道与设备同心度很好、钢棒直线度和圆度非常标准，也可能出现缺陷的漏检或误报，无法保证检测的可靠性。探头跳动主要由钢棒表面不平引起，且很难消除，故此常将这种由探头跳动引起的检测结果偏差称为固有偏差。固有偏差的特点是信号幅度在一定范围内波动，缺陷波高处于报警闸门附近，容易引起误报和漏检，但不会造成大缺陷的漏检。

探头的跳动幅度和跨度与探头旋转速度有关，随着转速的提高，探头跳动的幅度和跨度均增大，提离效应愈加明显，检测的准确性和稳定性变差。在对钢棒表面全覆盖扫查的检测中，探头转速由钢棒直径和检测速度决定，当后两个因素变化时，探头转速也随之变化。因此，要克服探头转速间接带来的影响，应针对不同规格的钢棒制定检测规程，对于大直径钢棒应注意适当降低检测速度要求。

2.2 设备同心度

设备的同心度对漏磁检测的可靠性影响很大。造成设备同心度不好的原因有很多，其一是旋转探头的中心与传输辊道的中心不一致，使周向灵敏度差加大（如图5所示），此时，探头贴近钢棒的一侧容易引起误报，远离钢棒的一侧容易引起漏检。其二是传输辊道自身的平直度不好，使钢棒在行进中产生跳动，引起探头的瞬间提离效应，且瞬时h/b值变化越大，产生漏检和误报的可能性越大。其三是设备长时间运行后主机前后的三爪定心辊轮磨损以及传输辊道的V型辊轮磨损，使钢棒运行中心与探头旋转中心不一致或使钢棒传输中产生振动。

图5 同心度劣化引起的周向差

克服设备不同心对检测可靠性影响的方法是，针对具体引起周向差的原因对设备采取整修措施，如定期调整旋转主机与辊道的同心度，定期校准辊道平直度，定期检查辊道辊轮和三爪定心辊轮的磨损情况，并对磨损严重的及时进行更换。

2.3 旋转探头对称性

当两边的磁轭相对旋转中心不对称时，两个耐磨靴对钢棒表面的压力不等，探头的跳动幅度增大，两个探头的灵敏度不一致。当探头不对称时，提高转速会使探头的跳动加剧，增大两个探头的灵敏度差异。克服的办法是调节磁轭间距减小两边对称性偏差。大棒漏磁机的两边磁轭间距可单独调节，容易矫正探头的不对称性；中棒漏磁机的两边磁轭为联动同步调节，需要与辊道配合调整才能消除不对称性。

正常情况下，探头的耐磨靴与旋转中心平行且垂直指向旋转中心，但如果装配不好造成不对称，就会与被检钢棒发生偏磨情况，如图6所示。耐磨靴偏磨时，不仅两边探头的提离值不均、灵敏度不一致，同边探头中不同线圈的灵敏度也容易存在差异。克服的办法是经常对设备进行静态平衡校准，根据各通道灵敏度差异情况调节耐磨靴的安装精度。

图6 耐磨靴不对称对钢棒表面的磨损

2.4 钢棒的弯曲度和头尾挠曲

当钢棒存在局部弯曲时，弯曲部位经过漏磁旋转主机时会引起同心度偏差。在钢棒凸面一侧，探头与钢棒紧密接触，跳动幅度小，提离h/b变化范围小，检测灵敏度高，误报的可能性大；反之，在钢棒凹面一侧，探头提离h/b变化范围大，漏检的可能性大。如果弯曲出现在钢棒头尾时影响会更大，头尾弯曲和端部剪切不仅会带来较大噪声（如图7所示），还有可能由于钢棒偏心在进出主机时撞击三爪辊轮使其松动或损坏，造成对后续钢棒夹持不稳、震动加剧、同心度变差。克服办法是在主机前安装“看门狗”导套，限制弯曲度超标的钢棒进入主机；适当收紧主机前后的三爪辊轮，尽量防止钢棒的跳动。

图7 钢棒头尾弯曲引起的噪声

在检测小直径钢棒（一般小于φ30mm）时，由于其刚性不足容易产生头尾摆动，当三爪辊轮压合和张开时摆动更严重，这是因为当头部进入主机时只有入口端的三爪辊轮夹持钢棒，出口端的辊轮尚未起作用，同理，当钢棒尾部离开主机时，只有出口端的三爪辊轮夹持钢棒，入口端的辊轮已经脱开，在这些时候，处于单端自由状态的钢棒端部很容易摆动，引起误报。克服的办法是装入口导向套筒（小于φ28mm），并收紧套筒内三爪辊轮。

2.5 钢棒表面氧化物

表面粗糙的钢棒，在凹坑和凹槽处会形成氧化粉附集。粗糙表面上残留的氧化皮和氧化粉在如下情况下容易产生表面扬尘和氧化粉附集：传输钢棒的振动、主机前后三爪辊轮的夹持、耐磨靴敲击钢棒表面、磁轭与钢棒表面间的磁场吸附、表面粗糙引起的漏磁场。氧化粉的导磁率高，很容易被吸附在磁轭和耐磨靴之间形成磁极，检测时产生杂乱噪声，使信噪比降低造成误报，如图8所示。克服的办法是改善钢棒矫直时的表面光洁度；及时清理钢棒表面残留的氧化物；定期停机清理旋转主机机构中的集灰；随时关注检测中的噪声信号情况。

图8 氧化粉集附引起的噪声

3 结语

在钢棒的漏磁检测中，对可靠性影响最大的是提离效应，而产生提离效应的原因可能是钢棒表面粗糙、设备同心度不佳、旋转探头不对称、钢棒弯曲度大或表面附着氧化物。在实际检测中，这些因素往往关联存在，给检测结果的准确性和稳定性带来多重、综合影响。全面深入地了解漏磁检测机理及其影响因素，进而正确地操作和使用设备，避免影响检测可靠性的情况发生，对于最大限度发挥漏磁检测设备的判定把关作用、保证出厂交货钢棒质量具有重要的意义。

关键词:冶金 无损监测 交流漏磁检测 测试测量

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编辑：胡柏上

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