交變電場是指電場強度為交變數的電場（即電場強度、通斷都隨時間改變的電場）。在結構的斷裂力學評定中，一般要求有準確的缺陷尺寸，如對厚壁壓力容器，其表面裂紋深度就是很重要的判據之一。交變磁場測量(ACFM)法和交流電壓降(ACPD) 法是近幾年興起的精確測量表面裂紋的無損檢測方法。與ACPD法相比，ACFM法具有能測定裂紋尺寸、無需同工件接觸等優點。
基本介紹
- 中文名：交變電場
- 外文名：alternatingelectricfield
- 定義：電場強度為交變數的電場
- 套用學科：電力一級學科；通論二級學科
- 學科：電力工程
- 領域：能源
簡介,ACFM 法的原理,ACFM 法的特點,ACFM 法的套用,總結,
簡介
在結構的斷裂力學評定中，一般要求有準確的缺陷尺寸，如對厚壁壓力容器，其表面裂紋深度就是很重要的判據之一。交變磁場測量(ACFM)法和交流電壓降(ACPD) 法是精確測量表面裂紋的無損檢測方法。與ACPD法相比，ACFM法具有能測定裂紋尺寸、無需同工件接觸等優點。
ACFM法是在待測工件中通以交變電流，此時工件表面外空間產生交變磁場，若工件表面存在裂紋等缺陷，勢必對電流分布產生影響，從而影響到磁場分布，測量這個磁場變化，就能確定裂紋的長度和深度。由於檢測是非接觸的，ACFM法對工件表面狀況要求不高，甚至不需要去除油漆等抗腐蝕介質和塗層，同時不需要標定試塊，因此在結構的在役檢測等方面起著越來越重要的作用。
ACFM 法的原理
導體中通以交流電時，電流會由於集膚效應而聚集於導體表面，當工件中無缺陷時，電流線彼此平行，工件表面有一均勻磁場存在；若工件中有缺陷存在，由於電阻率的變化，電流線在缺陷附近會產生偏轉，工件表面的磁場會發生畸變。
遠離裂紋處，電流場是均勻的，電流線相互平行，電流流至裂紋時，由於裂紋電阻大，電流線會向裂紋兩端和裂紋底面偏轉，使裂紋處電流線變疏，電流密度下降。電流線的變化會導致工件表面磁場的變化，在ACFM中一般要測出如下兩個相互正交的磁場變化量。因為信號是時域信號，當探頭移動速度有變化時，就會導致時域波形的擾動，這可能對缺陷判別帶來影響。
ACFM 法的特點
和傳統的無損檢測方法相比，ACFM法有著不需要標定、對表面要求較低等特點。在傳統無損檢測方法中，標定並不總是十分理想。因為首先，標定試塊的人工缺陷通常是機械加工出來的槽、孔等，人工缺陷的反射信號和同樣尺寸的實際缺陷反射信號一般是有差異的，何況人工缺陷和實際缺陷的尺寸一般並不相同; 而且，通常人工缺陷和實際缺陷的位置不符，人工缺陷是在均勻材料上加工的，而實際缺陷則可能出現在焊縫、母材、熱影響區等很多部位。這樣在無損檢測中，一般引用當量的概念，即並不涉及到缺陷的實際尺寸狀況。但缺點是當實際缺陷和人工缺陷反射回波相當時，不反映缺陷尺寸和人工缺陷尺寸的對應關係，對缺陷的判別造成困難。而ACFM法通過數學模型的建立，從理論上計算得到缺陷尺寸。實驗證明，理論尺寸和實際尺寸符合良好。
另一方面，ACFM法是從ACPD法發展而來。ACPD法廣泛用於測量裂紋的深度，它是基於導體表面上兩點間的電阻會由於兩點間存在垂直於兩點連線的裂紋而增大的機理，在導體表面通以電流，測量裂紋兩側表面間電壓降與無裂紋處同樣距離兩點間電壓降之差來測量裂紋的深度和長度。可以看出，ACPD 法不能用來探測缺陷，只能和其它方法相配合，用其它方法探明裂紋的位置，再用ACPD法來定量。另外，ACPD法需要探頭和工件之間良好接觸，對工件表面狀態要求較高。ACFM法具有ACPD法的優點，能對裂紋進行精確定量，同時，它不需要和工件接觸，對工件表面要求不高，能透過表面油漆等介質檢測，從而可單獨完成檢測工作。由於上述兩個特點，使ACFM法獲得了迅速的推廣使用。
ACFM 法的套用
由於上述特點，ACFM 法已經套用於水下結構、海上平台、石油化工、電力工業及航空航天等十分廣泛的領域，包括各種關鍵部位焊縫的檢驗及表面有塗層結構的檢驗等。
1.水下焊縫檢驗
潛水員手持探頭對焊縫進行掃描，信號傳至水面上後進行處理。由於不需要進行表面清理和標定，檢測工作迅速方便。以往的辦法是採用磁粉檢測，確定有缺陷後，再用ACPD 法進行定量，這就要先進行結構表面處理，如去除油漆等，檢驗完成後，再塗上防腐介質，比起ACFM法，檢驗周期長，成本高。
2.帶表面裂紋構件的修復
在很多場合，通過修磨淺表面裂紋來延長構件壽命。若裂紋沒有完全磨掉，則其危害比修磨前更大。因此修復完後，還需進行無損檢測複查。通常使用磁粉法來複查，可靠性較差。用ACFM法則可以可靠地對裂紋深度進行預測，制定合理的修磨工藝。而且修復完成後，可以再次檢查裂紋是否被完全去除，可靠性大大提高。
3.ACFM陣列技術
將多個ACFM 感測器按一定方式排列，實現對一定面積的無掃描檢測，這就是ACFM 陣列技術。陣列技術是由於自動檢測中，無法對感測器精確定位而發展起來的。由於感測器數量很多，需要對信號進行自動處理。水下焊縫缺陷檢測即可使用這種技術，尤其在水深很深時，潛水員手持探頭探測已不大可能，這時就可使用遙控小車將陣列感測器送入工作位置進行檢測。據報導，可檢測水深已達450m。最近有人將ACFM陣列技術用於體積型缺陷的定性和定量，已能檢出碳鋼和不鏽鋼中<0.75mm×0.75mm的缺陷。
4.ACFM 法的套用範圍
ACFM法的檢驗對象必須是導體。它最初只用於水下碳鋼結構的焊縫檢驗，隨著新材料在結構部件中的套用，ACFM法也很快成功地用於鐵素體鋼、奧氏體不鏽鋼、鋁、雙相鋼、蒙乃爾合金及鉻鎳鐵合金等材料的檢驗；理論和實踐都證明，ACFM法對帶有火焰噴塗層、環氧樹脂膠層及油漆層等結構的檢驗十分有效；ACFM法對環境溫度的適應性也較好，能在- 20～+500℃的環境中工作；實踐證明，ACFM法不僅能夠檢測外表面的裂紋，還能檢測管子內壁的表面裂紋，管壁最大檢測厚度可達10mm，此時探頭放置在管子的外面。
總結
ACFM法是近年來NDT技術的主要進展之一，它有如下特點：
(1) 同時進行缺陷(主要是表面裂紋)的定性和精確定量，單獨完成缺陷的檢測。
(2) 不需要標定即可完成檢驗工作。
(3) 具有非接觸檢驗能力，便於對帶塗層結構進行檢測。
因此該方法廣泛用於水下結構、海上平台、石油化工、電力工業及航空航天等各種場合的表面裂紋檢驗，尤其適於海上平台、水下結構等的在役定期檢查，效率很高，其套用前景十分美好。
