无需除漆打磨！钢结构桥梁裂纹检测黑科技—交流电磁场检测（ACFM）技术

技术背景

随着钢结构桥梁运营年限的增加，在车辆荷载、环境因素反复作用下，疲劳裂纹不断出现。据美国土木工程师学会疲劳和断裂分委会的调查80％～90％的钢结构破坏与疲劳有关。正交异性钢桥面板作为普遍使用的钢结构桥梁结构形式，由于受到车轮荷载的直接作用，疲劳裂纹成为典型病害，严重威胁其耐久性和使用寿命。所以，及时有效地对疲劳裂纹进行检测和评估，掌握裂纹扩展状态，对结构安全评估及维修决策具有重要意义和工程应用价值，可以为钢结构桥梁的耐久性提升和长效保持提供良好基础。

目前，钢结构桥梁疲劳裂纹一般采用超声检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测，每种方法都有各自的优点和局限性。超声检测主要用于内部缺陷检测，对表层和近表层疲劳裂纹不敏感。磁粉检测和渗透检测可用于表面微小裂纹检测，根据表观显示判断裂纹开口走向和裂纹长度，但需要去除涂层保证检测的准确性，其工序繁琐，严重降低检测效率，且对原涂层进行修补又增加了检测成本。涡流

检测依靠阻抗分析进行疲劳裂纹检测，目前在表面缺陷无损检测领域得到广泛应用，但其对结构表面平整度要求高，容易受到提离效应的影响，涂层的存在增加了提离高度，显著影响检测精度。因此，钢结构桥梁涂层的存在限制了上述常规疲劳裂纹检测方法的实施。

为提高现场检测效率和识别结果的准确性，研究应用无须去除涂层的疲劳裂纹检测方法，对疲劳裂纹进行快速扫查检测和高精度定量评估，以避免传统检测方法需要去除涂层的不足，成为疲劳裂纹检测发展的新方向。

01 什么是ACFM技术？

ACFM技术基于电磁感应原理，其核心思想是在被测导体表面施加均匀的交流电流（通常频率在1-10kHz），电流在遇到缺陷（如裂纹）时会发生畸变，从而在缺陷周围产生可测量的磁场扰动，如图1所示。磁场信号变化与特征点对应如图2所示。

1-电流在裂纹两端聚集时，Bx出现凸起；2-电流在裂纹尖端顺时针旋转时，Bz出现波峰；3-电流从裂纹底部终过时，Bx出现波谷；4-电流在裂纹尖端逆时针旋转时，Bz出现波谷；5-缺陷；6-待检工件；7-传感器；8-激励线圈。

图1 ACFM检测原理示意图

图2 ACFM磁场信号变化与特征点

02 传统检测方式的“痛点”，ACFM全局破解

ACFM技术之所以能在工业检测领域快速推广，主要得益于其以下几方面的突出优势：

（1）无需表面处理：这是ACFM技术最引人注目的特点。它能够穿透数毫米厚的非导电涂层进行检测，省去了繁琐的除漆、打磨工序，极大缩短了检测时间，降低了检测成本。以储罐检测为例，传统方法需要先搭建脚手架，再对检测区域进行彻底打磨，仅准备工作就需数天时间。而使用ACFM技术，检测人员可以直接在涂层上进行检测，检测效率提高3倍以上。

（2）精确量化缺陷：与传统检测方法仅能提供定性结果不同，ACFM技术能够精确测量缺陷的长度和深度，为结构完整性评估提供可靠的数据支持。实际应用表明，ACFM技术对表面裂纹的长度测量误差可控制在±1mm，深度测量误差不超过20%。

（3）广泛的材料适应性：ACFM技术对铁磁性和非铁磁性材料均适用，无论是普通的碳钢、不锈钢，还是各种合金材料，都能获得良好的检测效果。这种广泛的材料适应性使ACFM技术能够满足不同行业的多样化需求。

（4）检测结果客观可靠：ACFM技术通过仪器设备记录和保存检测数据，排除了人为因素对检测结果的干扰。所有的检测数据都可以存储、回放和追溯，为设备的状态监测和寿命预测提供了有力支持。

03 ACFM试验测试

（1）检测设备

试验采用鲁科检测生产的LKACFM-X1型便携式ACFM检测仪进行检测，配套标准焊缝探头和笔式探头两种探头，如图3所示。笔式探头体积和接触面积小，可以降低边缘效应的影响，适用于端部开裂与空间狭窄位置的裂纹检测，可应用于正交异性桥面板Ｕ肋区域的疲劳裂纹扫查。考虑到测试试件预制疲劳裂纹距离边缘较近，为降低边缘效应的影响，采用笔式探头进行后续测试。

图3 ACFM检测仪及笔式探头

（2）试块制作

分别制作带涂层对比试件和无涂层对比试块进行试验测试，对比试件为两块焊接在一起的20#钢板，试件尺寸为200*150*13mm（长×宽×厚）。在一侧焊趾边缘通过高精度机加工预制两处不同长度、深度的裂纹，其中1号裂纹尺寸为长50mm、深5mm，2号裂纹尺寸为长6mm、深2.5mm，3号裂纹是横向裂纹，尺寸为长6mm、深2.5mm钢板上包覆厚度0.3mm左右厚度的非金属涂层，如图4所示。

图4 对比试块

（3）ACFM测试验证

带涂层1号裂纹缺陷图像：

带涂层2号裂纹缺陷图像：

带涂层3号裂纹缺陷图像：

04带涂层试块测试结果

通过观察带涂层试块Bx、Bz特征信号以及蝶形图，发现特征信号具有裂纹缺陷的典型特征，ACFM能够透过模拟涂层有效识别裂纹缺陷，检出率为100%。通过测量1、2号裂纹的长度分别为49mm、6.2mm，深度分别为4.5mm、2.1mm。对裂纹长度的评估准确率在98%以上，裂纹深度的量化评估相对误差分别为10%、16%。满足工程检测应用的要求；裂纹深度的评估误差随着裂纹深度的减小而增大，对裂纹深度的定量评估算法模型有待进一步的优化。

桥梁安全运维的“新利器”

ACFM技术整合了涡流检测和交流电压降法的优势，通过感应电流的磁场畸变识别裂纹，不用破坏桥梁涂层，就能快速、精准完成疲劳裂纹检测。它的出现，不仅解决了传统检测方法的痛点，还为在役钢结构桥梁的安全运维提供了高效方案，让桥梁“健康体检”更便捷、更精准。