常见压力容器内外侧缺陷共存情况下的漏磁检测

在石油化工和工业制造等行业中，锅炉、储罐和管道等压力容器的安全性能对于保障生产稳定性和人员安全至关重要。在众多无损检测技术中，漏磁检测技术以其高效性和准确性被大量应用在储罐和管道的检测领域[1-4]。

随着工业技术的不断进步，对于这些关键设备的安全检测和评估的需求日益增长。作为无损评价的第一步，内外侧缺陷的定位对于缺陷后续的精确评估至关重要[5-6]。XIAO等[7]提出了一种基于外部脉冲激励的远场涡流检测技术，用以区分管道的内外缺陷。其通过分析不同激励条件下缺陷尺寸与信号特性的关联性，揭示了探头性能的优化及其在区分管道内外缺陷方面的能力，并利用管道缺陷深度的测量结果进行了验证。王荣彪[8]提出了一种基于交流磁化调制的钢管缺陷检测技术，通过在直流磁化的基础上施加交流磁化，改变内表面缺陷漏磁场在钢管内部传播路径的磁特性，使得检测信号更加丰富，有效提升了对内侧缺陷的检测灵敏度，并对较大壁厚的钢管内侧缺陷具有良好的检测效果。呼婧等[9]通过建立动态漏磁场，提出了一种基于漏磁信号的上升、下降沿磁场参数联合决策区分方法，并通过试验验证了区分内外侧缺陷的可行性。JIAN等[10]提出了一种基于支持向量机的缺陷识别分类方法。该方法通过时频分析技术从磁漏信号中提取了包含时域和频域信息的特征向量，再将选择的特征向量输入到支持向量机模型中，并采用了粒子群优化算法对SVM模型的参数进行了调整。试验结果表明，该方法是一种有效的基于漏磁信号的内外缺陷分类方法。

在实际检测作业中，当需要对管道、储

罐底板等压力容器进行内外侧缺陷定位时，可能会面临内外侧缺陷同时存在的复杂工况。目前大多数研究主要针对内外侧缺陷的区分，而对铁磁性构件内外侧同时存在缺陷的研究较少，因此文章以常见的Q235钢储罐底板、X60管线钢的管道作为研究对象，对内外侧同时存在缺陷的漏磁信号进行分析，为压力容器漏磁无损检测方法的完善和发展提供理论支撑。

1. 漏磁检测原理

1.1 检测原理

漏磁检测技术是一种非破坏性检测方法，该技术利用了铁磁性材料在外部磁场作用下被磁化时，材料内部磁畴会重新排列而与外加磁场方向一致的特性。然而，当材料内部存在如裂纹、孔洞等缺陷时，这些区域的磁化过程会受到阻碍，导致部分磁力线逸出，形成了可以被检测到的漏磁场。通过分析漏磁场的信号，可间接评估材料表面缺陷的参数特征。

1.2 内外侧缺陷漏磁特性

漏磁检测原理如图1所示。当材料外侧表面存在缺陷时，在材料外侧布置的传感器通过获取检测信号对缺陷进行识别。如图1（a）所示，H1为外侧缺陷在磁化状态下自身产生的漏磁场扩散至检测点的磁场强度，如图1（b）所示；当材料内、外侧都存在缺陷时，传感器所获取到的信号为外侧缺陷和内侧缺陷产生的叠加信号，H2为内侧缺陷在磁化状态下自身产生的漏磁场扩散至检测点的磁场强度。

任一漏磁场强度矢量都可以分解为相对应的轴向和径向漏磁场分量，即

式中：H1x，H2x为漏磁场轴向分量；H1y，H2y为漏磁场径向分量。

则在材料外侧表面布置的传感器所检测到的漏磁场强度可以表示为

2. 漏磁检测模型

利用COMSOL仿真软件建立漏磁检测模型，将钢板作为铁磁性材料的基本模型进行计算。根据实际检测中的要求，采用局部磁化的磁路设计，为了避免产生趋肤效应且获得稳定的背景磁场，试验采用直流磁化。在仿真软件中对内、外侧缺陷处进行网格细化，内外侧缺陷共存情况下的漏磁检测模型如图2所示。

图 2内外侧缺陷共存情况下的漏磁检测模型

3. 内外侧缺陷共存仿真分析

上文通过对漏磁场信号的矢量分解进行了内外侧缺陷共存的信号分析，文章提到的重合度，指的是内侧、外侧缺陷在垂直于材料表面方向的对齐程度。笔者首先通过在仿真模型中设置不同类型的缺陷，进行模拟分析。

3.1 钢板仿真分析

设置钢板材料为Q235，钢板厚10 mm，在材料内外侧设置参数相同的矩形槽缺陷，缺陷长度为6~16 mm，深度为1.6，2.4 mm。记录漏磁场轴向分量信号，不同长度、深度缺陷的漏磁检测轴向信号如图3，4所示。

图 3深度为1.6 mm的不同长度缺陷的漏磁检测轴向信号

图 4深度为2.4 mm的不同长度缺陷的漏磁检测轴向信号

如图3，4所示，缺陷深度一定时，随着矩形槽长度的增加，峰峰值间距也逐渐增大；随着重合度的降低，原本对称的左右波峰出现不对称性，具体表现为，左侧波峰值减小，右侧波峰值增加；深度的增加主要对漏磁信号的幅值造成了影响，深度越大，可检测到的信号越大。记录各缺陷参数下左右侧波峰差值，其结果如表1所示。

由表1可知，深度不变时，对于不同长度的平底孔，随着重合度的减小，左右波峰差值逐渐增大，最大差值出现在40%重合度；相同缺陷长度时，随着深度增大，整体波峰差值呈现增大趋势。

结合图3，4分析可知，重合度减小时，内侧单侧缺陷向右移动，内侧单侧的波峰向外侧单侧轴向信号的右侧波峰“移动”并线性叠加，对于总轴向漏磁信号，造成了左右波峰的不对称；在40%重合度附近，内侧单侧的波峰“移动”至外侧单侧信号的右侧波峰处，因而产生最大峰差值，与表1所记录结果一致。

3.2 管道仿真分析

在X60管线钢的管道材料表面设置矩形槽、平底孔两种类型的缺陷，管道尺寸为ϕ508 mm（外径）×9.5 mm（壁厚）。考虑到油气管道在实际服役期间，管壁内侧受到的腐蚀相较于管壁外侧更为严重，因此设置矩形槽外侧缺陷深为20%壁厚，内侧缺陷深为30%壁厚，矩形槽尺寸（长×宽）为30 mm×30 mm，平底孔缺陷直径为10 mm。记录漏磁场轴向分量信号，不同类型缺陷的漏磁场轴向信号如图5所示。

图 5不同类型缺陷的漏磁场轴向信号

记录不同类型缺陷各重合度参数下左右侧波峰差值，其结果如表2所示。

4. 试验验证

搭建漏磁检测平台，并在钢板和管道上加工不同参数缺陷进行试验，试验现场如图6所示。

图 6试验现场

4.1 钢板缺陷试验

在厚度为10 mm的Q235钢板上加工深度为1.6，2.4 mm的两组缺陷，缺陷类型为矩形槽。记录不同尺寸的外侧单侧缺陷及100%，80%，60%，40%重合度下的漏磁轴向信号，结果如图7，8所示。

图 7深度为1.6 mm的不同长度缺陷验证试验结果

图 8深度为2.4 mm的不同长度缺陷验证试验结果

结合检测数据（见表3）可知，漏磁检测技术能较好地区别单侧缺陷与重合缺陷；相同深度下，随着重合度的减小，左侧波峰呈减小趋势，右侧波峰呈增大趋势，波峰差在40%重合度左右达到最大值；对于不同缺陷长度，峰峰值间距较好地反映了参数特征；深度越大，可检测到的磁感应强度越大，这与理论分析结果一致。

4.2 管道缺陷试验

在X60管线钢的管道上加工矩形槽、平底孔缺陷，外侧缺陷深度为20%壁厚，内侧缺陷深度为30%壁厚，矩形槽尺寸为30 mm×30 mm，平底孔缺陷直径为10 mm，验证试验结果如图9所示。

图 9管道缺陷验证试验结果

结合检测数据（见表4）可知，对于重合类型缺陷，漏磁检测能较好地区别外侧单侧缺陷；对于相同材料的管道，随着重合度的减小，左侧波峰呈减小趋势，右侧波峰呈增大趋势，波峰差在40%重合度左右达到最大值，这与理论分析结果一致。

5. 无损检测挂证网结论

文章通过研究常见压力容器内外侧缺陷共存时的漏磁场，结合试验分析得出以下结论。

（1）内外侧缺陷共存时产生的漏磁信号相较于单侧缺陷时更为复杂，且轴向信号对于重合度的变化较为敏感，通过轴向信号左右侧波峰差可以对重合度进行初步判定。

（2）重合度在40%左右时漏磁信号的峰值差达到最大值，之后随着重合度的减小，峰值差减小，其峰值差仍大于高重合度下的峰值差，因而仍可以作为高、低重合度判定的标准之一

推荐阅读：无损检测证书挂靠多少钱一年【2025下半年最新】