无损探伤领域“零”的突破：基于金属磁记忆效应微磁量子探伤

国家的长治久安，依靠社会各领域的安全有序。各生产、服务单位的安全运营至关重要。然而，各类安全事故造成生命财产损失的报道时常见诸媒体。究其原因，诸如桥梁垮塌、房屋倒塌、列车脱轨、电梯事故、煤矿事故、石油管道等安全事故，大多因为钢结构件产生疲劳损伤、缺陷未被及时发现和处理。

经常性检测钢结构件的疲劳损伤和缺陷十分重要。长期以来，探伤从肉眼观察、触碰摸排探伤，发展到电学、光学探伤，再发展到磁学探伤，即借助现代物理学、化学、地球物理学原理逐渐实现科学化、精确化探伤。然而，我国的高端无损探伤技术和设备依靠进口的局面长期没有改变。当前，发达国家还对我国进行技术封锁。自主研发、生产新型高精度无损探伤仪十分必要和紧迫。

传统无损探伤技术原理及缺陷

在我国油田，很多废弃油井是由套管问题引起的。据统计，由于种种原因，约有3.5%-5.5%的套管有出厂缺陷。不仅存在套管缺陷问题，石油运输管道也会出现磨损、锈蚀、裂缝等缺陷。由这些缺陷引发石油生产和运输安全问题导致巨大经济损失、员工人身安全损害，此种情况时有发生。

为了避免安全事故发生，当前采用传统的射线、超声波等无损探伤技术和设备。传统无损探伤技术包括X射线、γ射线、超声波、磁粉、涡流、渗透(荧光、着色)等，这些技术均存在不同程度的自身缺陷，难以确保石油管道等类管材、棒材安全。

x射线探伤和γ射线探伤原理是利用x射线、γ射线或其他高能射线穿透金属材料，由于材料对射线的吸收和散射作用不同，使胶片感光不一样，在底片上形成黑度不同的影像，据此来判断材料内部缺陷情况。射线探伤要求工作表面平滑，且高度依赖检验人员经验，只能辨别缺陷种类、无法直观体现缺陷形态。而且射线辐射会严重威胁操作人员的身体健康。

超声波探伤原理是在均匀的材料中，缺陷的存在造成材料的不连续，从而造成声阻抗的不一致。根据反射定理，超声波在两种不同声阻抗的介质交界面上会形成反射，反射波的能量大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。超声波无法探测应力集中部位，另外缺陷的尺寸小于波长时，超声波将绕过缺陷而不能反射。

磁粉探伤原理是利用工件缺陷处的漏磁场与磁粉的相互作用。铁磁性材料制品缺陷处磁导率与正常部位磁导率存在差异，磁化后这些材料不连续处的磁场将发生畸变，磁通泄漏处工件表面产生了漏磁场，从而吸附磁粉形成缺陷处的磁粉堆积-------磁痕，在适当的光照条件下，可显现出缺陷位置和形状。磁粉探伤需要磁化，操作程序过于复杂。

涡流探伤利用电磁感应原理，用激磁线圈使导电构件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。涡流探伤需要检测线圈激磁。

渗透探伤是利用毛细现象检查材料表面缺陷的一种无损检验方法，包括渗透、清洗、显象和检查四个基本步骤，但不适用于结构疏松的粉末冶金零件及其他多孔性材料探伤。

金属磁记忆无损探伤原理及优势

磁探测从空中到地面，再到水下，可以全范围覆盖、全天候进行。金属磁记忆探伤属于新型磁探测技术，是一种利用金属磁记忆效应来检测部件应力集中部位的快速无损检测方法，能替代传统无损探伤技术。

所谓金属磁记忆效应是指：铁磁性材料在加工和运行时，在应力和变形集中区域会发生磁畴组织定向和不可逆的重新取向。金属构件表面的这种磁状态“记忆”着微观缺陷或应力集中的位置，即所谓的磁记忆效应。

磁异常探测理论认为，当磁探测传感器位置与铁磁性目标的距离大于3倍目标几何尺寸时，可以把铁磁性目标简化成磁偶极子模型，不考虑地磁背景场情况下，磁场总强度B大小可以由下列公式计算出来。

当处于地磁场环境中的铁磁性构件受到外部载荷作用时，该部位会出现磁畴的固定节点，产生磁极，形成退磁场，在金属表面形成漏磁场。该漏磁场强度的切向分量Hpx具有最大值，而法向分量Hpy改变符号并具有零值。这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后依然保留记忆下来。

基于金属磁记忆效应的基本原理制作的检测仪器，通过记录垂直于金属构件表面的磁场强度分量沿某一方向的分布情况，能够对铁磁性金属构件内部的应力集中区，即微观缺陷和早期失效、损伤等进行诊断，防止突发性的疲劳损伤，是无损检测领域的一种新的检测手段。

金属磁记忆方法与X射线、γ射线、超声波、磁粉、涡流、渗透(荧光、着色) 等方法相比较，具有这些优点：不需要专门的磁化装置；不需要对表面进行清洁处理；不需要采用耦合技术；可快速、准确检测出应力集中部位；既可检测现有缺陷，亦可根据内应力变化预测未来可能发生的缺陷。



国创智能国产化无损探伤技术设备实现技术突破

面对国家科技自强需求和生产生活安全需求发展形势，国创智能加大微磁基础传感器及其相关技术设备研发生产力度，助力国家科技发展进步和民生领域安全保障。值得一提的是，国创智能已经取得实质性突破，实现金属磁记忆探伤技术设备国产化。

国创智能无损探伤仪可以分为钢轨探伤仪、钢丝绳探伤仪、钢管和钢棒探伤仪、输送带探伤仪。其中管材、棒材探伤仪是基于金属磁记忆效应原理，采用自主知识产权的微磁基础传感器，对管材、棒材表面裂纹、磨损、锈蚀及其内部应力变化进行被动式、非接触、在线和无损检测的专用设备，其内部集成了自主知识产权的巨磁阻抗效应和轴向采集特性的八通道超高灵敏度磁传感器，实现降噪、磁异信息特征量提取、缺陷识别和判断等系列软件算法。其所有部件均采用环氧树脂灌封在铝壳中，达到防水、防尘、防爆、抗振动冲击的要求。

基于金属磁记忆效应的被动式、非接触、无损、在线棒材/管材探伤设备，能检测出棒材/管材的内外裂纹和内部应力的变化情况，与现有传统探伤设备相比，具有下列优点：不需要对表面进行清洁处理；与超声法相比不需要采用耦合技术；与射线法相比无辐射影响；既可检测出现有缺陷，也可根据内应力变化预测未来将会发生的缺陷。

国创智能GC-TS402棒材/管材探伤仪主要用于棒材/管材生产过程中的材料和制成品检验，也可以在其后期使用过程中进行定期检验；可针对棒材、管材等不同规格尺寸要求进行定制，完全适用于包括石油管道在内的棒材、管材无损探伤。

国创智能作为一家集科研、生产于一体的高技术企业，从事微磁基础传感器自主研发及生产，不断进行科技创新，致力于微磁基础传感器及相关技术设备国产化。国创智能高精度微磁基础传感器是一种基于微磁量子巨磁阻抗效应和具有轴向采集原理工作的传感器，可用于包括金属无损探伤在内的，如地磁定位导航、地震前兆监测、航道管理、应力监测、生物医疗、水下搜救等数十个行业领域。国创智能微磁基础传感器产业化成果助力经济社会发展，其影响日益广泛。