摘要：ACFM交流电磁场检测技术是一种新型的无损检测和诊断技术，用于检测金属和非金属构件的裂纹缺陷，可以测量裂纹的长度和计算裂纹深度,该检测技术在海上设施的水下无损检测中愈来愈广泛的应用。但是在要对裂纹进行详尽的分析和评定，以便和建立修复方案时，采用MPI和UT检测技术对裂纹作进一步的检测，依旧是不可缺少的检测手段。ACFM检测人员在对裂纹的评定中起到重要作用，对ACFM人员的资格鉴定和认证制度的建立，是保证质量的前提。

 

关键字：ACFM, 交流电磁场检测，电磁检测，铁磁焊缝，焊缝。

2.ACFM焊缝检测人员资格认证要求

    目前国际上较为权威的对ACFM检测人员的认证制度是英国焊接学会和英国无损检测学会指导制定的焊接检验人员资格鉴定大纲（Certification Scheme for Welding and Inspection Personnel以下简称CSWIP），该大纲对焊接和检测从业人员的知识和能力的资格认证进行鉴定，认证人员范围包括焊接检验员、焊接监督、焊接讲师、水下潜水检测人员等。其ACFM焊缝检测人员资格认证要求Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级,文件号 CSWIP-DIV-8-96, 对ACFM的检测人员的资格和职责范围作了详尽的规定。

 

证书资格职责

    ACFM操作资格证书分一级、二级和三级3个等级.

    一级人员的职责

    一级人员应能够根据书面说明和在二级人员监督下进行NDT操作，其职责如下：

    l 安装设备，完成所有相关的质量保证的功能测试。

    l 进行检测操作。

    l 根据书面标准对检测结果进行评价、记录和归类。

    l 测量裂纹的长度和深度（简单点蚀裂纹）。

    l 进行结果记录。

    l 遵照书面程序和检测说明。

    l 实施探头操作者简训。

    一级人员对探头选择或使用参数设置的能力不作要求。

    二级人员的职责

    二级人员应能够根据已制订的或认可的操作程序单独进行NDT操作，其职责如下：

    l 选择合适的检测方法。

    l 安装设备，进行操作检查。

    l 实行和监督检测

    l 根据使用标准，法规或者规范对结果进行解释和评价。

    l 详细说明其认可范围内的检测技术的应用限制

    l 理解NDT标准和规范，并能转化和运用于实际检测说明指导中。

    l 准备书面检测说明。

    l 履行和监督一级人员的所有职责。

    l 组织和编写NDT检测结果报告。

    l 理解磁性材料和非磁性材料效应的本质差异。

   三级人员职责

   三级人员应能够承担本文件涉及的NDT工业检测设备和人员的管理任务，其职责以下：

    l 根据客户要求，选配合适的持证人员。

    l 监督和管理一级和一级人员。

    l 审核报告和现行工作实践，管理和维持符合标准和安全工作实践。

    l 编制仪器性能记录。

    l 理解NDT检测标准和规范，并能转化和运用于书面说明。

    根据该大纲证书资格的描述，我们可以清晰的知道只有二级以上的ACFM检测人员才具备编写ACFM NDT检测结果报告的能力，才能对ACFM检测的数据结果进行分析、评定和提供报告，确定焊缝的服务寿命或其它工程特性。该大纲还规定持证人只能从事证书许可的NDT检测方法和专门应用（如特定的焊缝结构型式）。目前我国的ACFM检测人员均为持有ACFM一级和特定焊缝型式的检测认可证书，所以尚不具备出具报告的能力。但是目前海油对于海上设施的检测在《海上固定平台安全规则》尚未将ACFM作为强制的手段，所以业主对于人员的资格要求也没有提出更高的要求。但是为了规范我国的ACFM检测，CCS水下无损检测考委会能够在借鉴国际成熟的要求，制定我国的ACFM检测人员的一套行之有效的人员认证制度还是很有必要的。

 

三、ACFM检测作业中影响质量的干扰因素的分析和实际处理

    ACFM因其特点具有对工件表面的处理要求低、对水下探头的操作人员的专业技能要求少等优点，但正因如此，我们在ACFM的实际操作中很容易忽略一些重要的影响因素。我们在实际作业中应该特别注意。

    1 材料性质

    尽管焊缝金属、热影响区材料、母材这些铁磁材料的渗透性有所不同，但是探头通常沿着焊脚扫描，所以扫描线上的渗透性是相对不变的。如果探头沿焊缝扫描，渗透性改变则会产生与裂纹显示相近的显示。横向裂纹和焊缝信号的区别可通过进一步检测来区分，扫描方向平行于裂纹，则裂纹信号会很快消失。如距焊缝20mm扫描时，显示振幅没有明显改变，则这个显示很可能是由焊缝的渗透性的改变而产生的。

    2 磁场状况

    退磁——必须保证待测表面处于无磁场状态。因此检测程序必须包括消除上一次磁粉检测时遗留的表面磁场。这是因为残余磁场，特别是使用MPI检测过的，在X-Y图上能产生回路图，有时候会和裂纹显示相混淆。

    3 打磨痕迹

    表面处理（如打磨）会影响磁场渗透性，引起扫描线方向上局部区域渗透性的改变。探头操作者应总是报告打磨标记痕迹程度和压力，因为其可以产生向上强烈的Bx和Bz显示，可能和裂纹显示相混淆。如打磨区有疑似裂纹，则需进一步扫描确认，扫描方向平行于焊脚，但应远离焊脚。线性裂纹显示会很快消失，所以远离焊缝的扫描可以达到满意的效果。如距焊缝20mm处扫描显示的振幅无明显改变，那么该显示很可能是由打磨作用引起的。

    4 残余应力，会引起渗透性伴随变化，其显示和打磨类似，但小很多。

    5 对接焊缝：

    扫描线上的对接焊缝也会产生很强的B x和Bz显示，有时候会和裂纹显示相混淆。和打磨区进一步检测程序一样，远离影响区。如果显示仍不变，则显示不会是线性裂纹产生的。

    6 铁磁和导电体D―铁磁或者导电体靠近焊缝时，会引起灵敏度和裂纹特性准确度的降低的问题。

    7 邻近焊缝：在焊缝交接处，可能会错误地认为裂纹显示。其处理与对接焊缝类同。

    8 焊缝几何：探头扫描两个表面和窄角处时，Bx值增加，Bz变化则很小，X-Y图上升。

    9 裂纹几何效应

    ü 和扫描成一定角度的裂纹——和扫描成一定角度的裂纹会降低Bz的波峰或波谷，因为传感器探头仅仅通过裂纹一端的边缘，这将产生不对称的X-Y图。需进行附加扫描，沿着焊缝或者母材确定裂纹的另一端点位置。

    ü 和表面成一角度的裂纹——和探头方向非垂直的裂纹效应，通常是降低Bz信号值。Bx值则不会降低，在X-Y图上减小其宽度。

    ü 线接触或者多裂纹——裂纹中存在线接触时，裂纹在X-Y图上产生主环内出现一个小环。如不止一个裂纹，则会有几个环，最后回到背景。

    ü 横向裂纹——如果进行纵向裂纹扫描时存在横向裂纹，Bx值不是下降而是上升，Bz仍和纵向浅裂纹显示的一样。X-Y图上升而不是下降。

    ü ACFM末端效应——标准探头产生的磁场能在焊缝末端扩散，在Bx和Bz轨迹上产生坡度变化。如果裂纹或活跃探头元件靠近焊缝末端时，裂纹显示会不明显或变形。边缘效应的产生距离跟探头类别有关，但对于大探头来说是50mm. 小探头在这些场合派上用场，因为它们对边缘效应有较低敏感。

    10 仪器使用

    ü 操作员使用不同仪器时，应了解显示杂音信号，饱和或者信号变形。特别应注意以下方面：

    ü 选择使裂纹敏感性最强的操作频率，同时保持适当的杂音水平。

    ü 电子元件饱和是ACFM检测的一个潜在问题，因为在探头扫描窄角几何结构时，信号振幅增加得很快。这会引起Bx显示升至仪器A /D变频器范围的顶端。饱和条件下获得的数据是不可接受的。

    ü 仪器感应相位——磁场检测是在已选择和固定的相位进行的。所以跟涡流检测不同，它无需考虑相位角，而是厂家设定好并存储于探头文件，由仪器自动设置的。

    11 涂层厚度

    如果涂层厚度大于1mm, 则裂纹尺寸预算必须考虑涂层厚度的补偿，通过统软件的裂纹表格来达到。如输入不正确的涂层厚度, 当出入大于1mm时（含1mm），则会降低深度尺寸的准确度。

 

四、用于焊缝检测的包括ACFM技术的电磁技术的局限性

    1. 扫描面积

    如前所述，ACFM 技术对组件的近边缘部分比较敏感，这对探头的信号会产生很大的影响，将会使处于边缘附近的裂纹的信号变得模糊。因为这一点，当检测金属板边缘附近时，需要引起极大的注意。特殊的探头可用来降低这种影响，但在组件的其它部分，探头的一些性能将会受到影响。探头需要放置在距组件表面仅几毫米的范围之内，并要有一定的空间可供探头平滑移动，对组件整个区域进行扫描检测。

    2. 裂纹几何形状

    裂纹的几何形状对于裂纹深度尺寸的精确性有着一定的影响。类似ACPD 技术一样，如果裂纹是短且深的，则需要进行校正。如果沿着裂纹的整个长度，裂纹都没有暴露出来，则在计算裂纹尺寸的过程中，可能会有一些困难，有接触点或穿过裂纹的“线接触”的裂纹的表观裂纹深度将会降低，关于这一点特征是有证据可以证明的。所有电磁方法所给出的裂纹深度的测量都是沿着裂纹面进行的，均不可以测出穿透壁厚。

    3. 裂纹尺寸

    ACPD 和ACFM 技术均是依靠理论模型来判断其检测的精确性。首先需要假定的是，操作过程中不可能会达到理想条件，因此如果可能的话，需要对此进行修正。如果不能修正，则必须要接受部分不精确之处。ACFM 主要依赖两个基本标准，分别是假定材料上有一个线性的均匀场，另一个是假定疲劳裂纹的形状为半椭圆形。同时需努力确保测试过程中探头能放置在合适的位置上，这样便可尽最大可能保持均匀场。至于半椭圆形的裂纹，这是一种假定，虽然在检测到裂纹时发现这种假设是错误的，但通常它还是与实际情况非常接近的。涡流检测方法会将裂纹处的信号同机械狭缝作比较，这将会限制它的精确性，因为由校准狭缝得到的信号同实际裂纹的信号有着很大的区别，此外也没有适用于裂纹长度的依据，因此如果是在长的狭缝上进行校准操作，所测得的短且深的裂纹是不可信的(反之亦然)。对涡流检测方法来说，要想提高裂纹尺寸的精确性，那么用于校准仪器的狭缝必须要同所测得的裂纹有着非常相似的信号。

    4. 组件几何形状

    组件的几何形状对ACFM 的检测信号也有着影响。尤其是当接近严密或是复杂的几何形状，拐角处和一些附件时，表现更为明显。当校正时，需要考虑由这些特征所引起的信号，因为裂纹的信号将会在几何形状产生的信号上进行叠加，这会增加探测的难度，因此在校正时要格外引起注意。一些可用的特殊设计的探头能够降低边缘及几何形状的影响。

    5. 表面环境

    5.1 绝缘涂层

    只要良好状态下的非导电涂层的厚度不超过5mm，便可应用于ACFM 技术，否则就要修改尺寸参数。涂层在恶劣条件下可能会导致扫描出错或者产生升降信号以及降低尺寸测量的精确性。

    5.2 腐蚀

    如果是轻微腐蚀的话，不会影响任何电磁技术。主要问题是如果扫描不规则或如果出现引起附加噪音信号的深凹陷的话，输出信号对小裂纹的敏感性及尺寸的精确性将会降低。标准焊缝探头对凹陷的敏感度不如其它类型的探针。

    5.3 材料变化

    金属差别和材料的变化，如修补焊缝时遇到的材料变化或是不同金属相连接的地方，可能会产生很强的信号。这些信号很难同裂纹信号区分开来，因此将会发生信号混淆。

 

五、结束语

    随着近海石油工业的迅速发展，对近海中海上设施的无损检测，特别是一些延期平台的水下无损检测越来越受到重视，为了完成较大的水下检测工作，快速检测重要的节点，ACFM目前是行之有效的重要检测手段。我们应该在实践中不断的总结和完善我们检测技术和有关ACFM的规则，ACFM技术在我国和海油工程、船舶工程和石化铁道等领域的无损检测中将发挥更为重要的作用。

 

参考文献：

    1. 海上固定平台安全规则，中华人民共和国主席国家经济贸易委员会，2000

    2. Standard  Practice for Examination of Welds Using the Alternating Current Field Measurement Technique(ACFM焊缝检测标准规范), American Society for Testing and Materials (ASTM美国材料与试验协会）,Designation No.(文件号)：E2261-03 ,ASTM

    3. Requirements for the Certification of Personnel engaged in the ACFM Inspection of Welds-Levels 1, 2,and 3,(ACFM焊缝检测人员资格认证要求Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级）,Document No. CSWIP-DIV-8-96, CSWIP

    4. TWI ACFM Course Notes for Use with CSWIP and Lloyds ACFM Level 1 and 2 Training Courses(TWI CSWIP和劳氏船级ACFM一级和二级操作人员培训课程)，TWI

    5. Operation Manual for U310 Underwater ACFM(U310水下ACFM检测仪操作手册)，Technical Software Consultants Ltd.（技术软件咨询公司)，TSC

(本文作者：肖晓凌王火平 潘明光 徐进 鲍德胜）