漏磁檢測是指鐵磁材料被磁化后，利用磁敏感元件檢測缺陷附近的漏磁場進(jìn)而發(fā)現(xiàn)缺陷的無損檢測方法。漏磁檢測是一種高效的電磁無損檢測方法，在細(xì)長鐵磁構(gòu)件的無損檢測中應(yīng)用十分廣泛，如不銹鋼管、鋼絲繩等。當(dāng)它與超聲檢測聯(lián)合使用時，能對鐵磁性構(gòu)件提供快捷而全面的評定。

1. 漏磁檢測方法

  對磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)可以追溯到我國春秋時期《呂氏春秋》中關(guān)于“慈（磁）石召鐵”的描述；但用于無損檢測的磁學(xué)現(xiàn)象始于1922年，美國工程師霍克（W．F．Hoke）發(fā)現(xiàn)，裝夾在磁性夾頭上的鋼件上存在裂紋時，其周圍出現(xiàn)鐵粉堆積現(xiàn)象，從而拉開了磁性檢測的序幕。1923年，美國Sperry 博士首次提出采用U形電磁鐵作為磁化器對鐵磁性材料進(jìn)行磁化，然后采用感應(yīng)線圈拾取裂紋漏磁場，并于1932獲得了專利。1947年，美國標(biāo)準(zhǔn)石油開發(fā)公司的Joseph F.Bayhi 發(fā)明漏磁檢測“管道豬”，用于在役管道內(nèi)檢測，利用U形永磁鐵和感應(yīng)線圈作為勵磁源和傳感器，整個檢測裝置在不銹鋼管內(nèi)壁形成螺旋掃查路徑。1949年，美國Tuboscope公司的Donald Lloyd提出了以穿過式線圈磁化器作為軸向磁化器的鋼管橫向缺陷檢測方法。1960年，美國機(jī)械及鑄造公司的Hubert A．Deem采用N-S磁極對，產(chǎn)生周向磁化場來檢測縱向劈縫，檢測過程中磁化器和探頭做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。到1967-1969年，美國的Alfred E.Crouch 發(fā)明了同時可以檢測橫向缺陷和縱向缺陷的“管道豬”。與此同時，Tubo-scope公司的Fenton M.Wood等人也發(fā)現(xiàn)了鋼管上縱、橫向缺陷同時檢測時周向和軸向磁化必須同時施加的關(guān)系，最終發(fā)明了基于鋼管螺旋推進(jìn)的鋼管橫縱向漏磁檢測設(shè)備。2009年，華中科技大學(xué)的康宜華和孫燕華等提出基于多維正交磁化的檢測方法，在不銹鋼管直線前進(jìn)和檢測探頭固定的情況下實現(xiàn)了縱、橫向缺陷的檢測。之后，在此基礎(chǔ)上，他們提出了單一軸向磁化方法，實現(xiàn)了縱、橫向缺陷的全面檢測。

  上述各類鋼管漏磁檢測方法一直沿用至今，在具體實施鋼管漏磁檢測的過程中，需要根據(jù)具體檢測條件來選擇合適的檢測方法，如鋼管軋制工藝、鋼管運(yùn)行狀態(tài)、檢測靈敏度要求以及成本等。

2. 漏磁檢測設(shè)備

  在漏磁檢測方法研究基礎(chǔ)上，立足于漏磁檢測具體需求，形成了各種類型的漏磁檢測設(shè)備，與之相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括漏磁場高靈敏度拾取、高強(qiáng)度均勻磁化以及傳感器掃查路徑規(guī)劃。

  a. 傳感器 

     1959年，瑞士的Ermt Vogt發(fā)明了感應(yīng)線圈；1970年，美國AMF公司的Noel B．Proctor首次提出了印刷線圈，從而提高了傳感器的工藝精度和一致性；1976年，加拿大諾蘭達(dá)礦業(yè)有限公司的Krank Kitzinger等人首次采用霍爾元件測量漏磁場絕對值；1994-1996年，捷克的Ripka和瑞士的Popovic等人綜合比較了感應(yīng)線圈、霍爾元件、磁通門及磁阻的敏感特性；2002年，法國的Jean-Louis Robert等人首次制作了適應(yīng)高溫檢測環(huán)境的霍爾元件；2008年，印度甘地原子研究中心的W．Sharatchandra Singh 發(fā)明了巨磁阻傳感器。

  b. 漏磁檢測設(shè)備 

     1980年，日本住友金屬工業(yè)株式會社發(fā)明了移動式漏磁檢測設(shè)備，美國磁性分析公司、德國NUKEM有限公司相繼研制了鋼管周向加軸向復(fù)合磁化的漏磁檢測設(shè)備；1994-2000年，荷蘭屯特大學(xué)、加拿大Pipetronix 有限公司及BJ服務(wù)公司利用漏磁檢測設(shè)備“管道豬”實施管道內(nèi)檢測；我國華中科技大學(xué)的康宜華等人自1989年報道了自行研制的首臺漏磁檢測設(shè)備以來，進(jìn)行了大量的漏磁檢測設(shè)備的開發(fā)工作，并開發(fā)了數(shù)字化磁性無損檢測技術(shù)；另外，清華大學(xué)的黃松嶺、沈陽工業(yè)大學(xué)的楊理踐及合肥工業(yè)大學(xué)的何輔云等人對漏磁檢測設(shè)備的應(yīng)用也做了大量研究工作。

3. 信號后處理

  漏磁檢測在實施過程中將鐵磁性構(gòu)件磁化至飽和或者近飽和狀態(tài)，此時在缺陷附近會產(chǎn)生漏磁場，然后利用磁敏感元件拾取試件表面磁場變化并依次轉(zhuǎn)換為模擬信號和數(shù)字信號，最后根據(jù)檢測信號特征對試件質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行評價。因此，漏磁檢測最終是以缺陷檢測信號的特性來分析和判斷構(gòu)件質(zhì)量的。

  檢測信號進(jìn)行后續(xù)處理的研究進(jìn)展：1996年，美國愛荷華州立大學(xué)的Mandayam等人提出平衡式濾除算法，用于消除電磁感應(yīng)現(xiàn)象和磁導(dǎo)率不均對漏磁檢測信號所產(chǎn)生的影響；1997年，美國的Bubenik等人提出內(nèi)外缺陷區(qū)分的可行性；2000年，印度巴布哈原子研究中心的Mukhopadhyay采用小波分析處理缺陷漏磁場信號；2005年，美國的Mikkola 發(fā)表了內(nèi)外缺陷區(qū)分方法；2006年，美國的McJunkin等人提出內(nèi)部缺陷漏磁場強(qiáng)度小，可以采用敏感度小的檢測探頭來檢測外部缺陷，以實現(xiàn)內(nèi)外部缺陷評價一致性；2007年，印度甘地原子研究中心的R.Baskaran 將偽逆方法應(yīng)用于漏磁信號圖像處理中。在國內(nèi)，康宜華、彭永勝、馬鳳銘及張勇等同樣在檢測信號后處理方面做了相關(guān)研究工作。

4. 漏磁檢測理論

  為了給漏磁檢測技術(shù)的應(yīng)用和推廣提供理論支撐，關(guān)于漏磁場的形成機(jī)制、影響因素、信號解釋與反演等相關(guān)理論得到快速發(fā)展。

  缺陷漏磁場分布計算方法主要有：磁偶極法、有限元數(shù)值仿真、試驗法、全息照相法。1966年，蘇聯(lián)的 Zatespin 和Shcherbinin 提出表面開口無限長缺陷的磁偶極子模型，分別用點磁偶極子、無限長磁偶極線和無限長磁偶極帶來模擬工件表面的點狀缺陷、淺裂紋和深裂紋。1972年，蘇聯(lián)的Shcherbinin利用面磁偶極子模型計算了截面為矩形開口的長度有限的裂紋的3D漏磁場分布，從而計算位數(shù)拓展到了三維空間。1975年，美國愛荷華州立大學(xué)（ISU）的Hwang等人采用有限元數(shù)值模擬法對漏磁場進(jìn)行計算。1982-1986年，德國的F?rster F采用試驗的方法對美國的Lord和Hwang所提出的有限元漏磁場分析計算進(jìn)行了驗證及部分修正。1986年，英國赫爾大學(xué)的Edwards和Palmer 通過拉普拉斯方程解得截面為半橢圓形的缺陷的2D漏磁場分布，并且在此基礎(chǔ)上給出了有限長表面開口的3D表達(dá)式。2003年，烏克蘭國家科學(xué)院物理研究所的S．Lukyanetsa 給出了線性鐵磁性材料表面缺陷的漏磁場分布解析模型。

  國內(nèi)研究方面，1982年孫雨施提出了永磁場的計算模型，1984年張琪采用數(shù)學(xué)建模解析的方法研究了漏磁場分布特性，1990年南京燃?xì)廨啓C(jī)研究所的仲維暢開始對磁偶極子開展大量的研究工作；這期間，華中科技大學(xué)的楊叔子及康宜華、清華大學(xué)的李路明及軍械工程學(xué)院的徐章遂及南昌航空大學(xué)的任吉林等研究團(tuán)隊對缺陷漏磁場分布計算也做了大量研究工作。

  影響漏磁場分布的因素主要包括：檢測速度、缺陷特性、構(gòu)件受力狀態(tài)、提離效應(yīng)、激勵場強(qiáng)度及磁導(dǎo)率變化等。1993年，美國愛荷華州立大學(xué)的YK Shin 建立了電磁感應(yīng)現(xiàn)象對漏磁檢測影響的數(shù)字有限元模型。1995年，日本國家鋼鐵研究中心的Ichizo Uetake 利用磁偶極子模型分析了兩平行裂紋的漏磁場分布。1996-1998年，加拿大女王大學(xué)的Thomas、Mandal、Atherton 及 Weihua Mao 和Lynann Clapham等人分別研究了壓力對漏磁檢測信號的影響，分析了相鄰缺陷之間或不同走向缺陷之間的漏磁檢測信號關(guān)系。2000-2003年，日本九州工業(yè)大學(xué)的M.Katoh、K. Nishio、Y.Yamaguchi、Katoh和Nishio 采用有限元法計算材料屬性、極靴氣隙對漏磁場的影響。2004年，韓國的Gwan Soo Park 通過3D有限元數(shù)值仿真和試驗法發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象對漏磁信號波形和幅值都會產(chǎn)生影響。2005年，加拿大女王大學(xué)的 Vijay Babbar研究了凹痕尺寸與殘余應(yīng)力對漏磁檢測信號的影響。2006年，英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的 Gui Yun Tian和Yong Li等通過有限元數(shù)值仿真研究了在不同缺陷深度下渦流效應(yīng)對漏磁檢測的影響。國內(nèi)，武漢大學(xué)的杜志葉、清華大學(xué)的黃松嶺和沈陽工業(yè)大學(xué)的楊理踐等也在這方面做了相應(yīng)的仿真研究工作。

  缺陷反演的目的是根據(jù)檢測信號得出缺陷損傷程度，從而對構(gòu)件質(zhì)量進(jìn)行有效評價，其中一個關(guān)鍵問題就是尋找檢測信號與缺陷尺寸的對應(yīng)關(guān)系。1995年，日本京都大學(xué)的KoichiHanasaki提出了一種鋼絲繩缺陷反演模型。2000年，美國愛荷華州立大學(xué)的 Kyungtae和Hwang采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及小波分析方法研究了反演問題。2002年，我國鐘維暢利用磁偶極子理論進(jìn)行了缺陷的反推工作；同年，德國的Jens Haueisen 等人采用最大熵法進(jìn)行了評估分析，給出了一種可根據(jù)檢測信號得出缺陷的尺寸及位置的有效算法；密西根州立大學(xué)的Ameet Vijay Joshi結(jié)合傳統(tǒng)反演算法，提出了一種高階統(tǒng)計法。2009年，合肥工業(yè)大學(xué)的張勇采用粒子群優(yōu)化算法對缺陷進(jìn)行反演，華中科技大學(xué)的劉志平及天津大學(xué)的蔣奇也做了部分缺陷反演工作。