隔水管环焊缝裂纹交流电磁场检测系统的研制

(中国石油大学(华东) 海洋油气装备与安全技术研究中心，青岛 266555)

交流电磁场检测(ACFM)是一种基于电磁感应原理的无损检测技术，近年来发展日益迅速[1-2]。在ACFM检测中，在工件表面感应出均匀电流，电流绕过缺陷产生电场扰动，进而导致附近的磁场畸变，最后提取磁场信号实现缺陷的检测与评估。相比其他水下无损检测技术，ACFM检测技术具有非接触测量、操作简单、不需要耦合剂、检测精度高、稳定性好、效率高、成本低等优势，目前已经在海洋油气装备领域得到了广泛应用[2-3]。

在目前ACFM检测系统中，单传感器检测探头受传感器数量的限制，覆盖检测范围小，在焊缝检测中需要对焊缝和热影响区进行多次扫查，检测效率低[4]。设计的阵列传感器检测探头可扩大探头的检测范围，提高检测效率。笔者以ACFM技术为基础，通过研究阵列传感器分布对检测信号的影响，设计了ACFM隔水管环焊缝阵列检测探头，最终开发出一套完整的隔水管环焊缝快速检测系统，实现了隔水管环焊缝缺陷的一次扫查，不同区域的裂纹能够全部检出，对维护隔水管结构的安全具有重大意义。

1 有限元模型

利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件构建隔水管环焊缝裂纹ACFM仿真模型(见图1)。仿真模型主要由激励线圈、U型磁芯、隔水管环焊缝试件和裂纹等组成。激励线圈为φ 0.15 mm的铜线，缠绕在U形磁芯横梁上，匝数为500匝，线圈中加载电流为1 A、频率为1 000 Hz的正弦交流电，隔水管环焊缝裂纹长20 mm，位于U形磁芯的正下方。

图1 隔水管环焊缝裂纹ACFM仿真模型