高温“火眼金睛”：交流电磁场检测技术解决工业设备在线检测难题

在石油化工、电力能源等工业领域，大量管道和设备长期在高温高压环境下运行。一旦出现裂纹、腐蚀等缺陷，可能导致灾难性事故。传统检测方法必须停机降温，造成巨大经济损失，仅一座大型电站停机一天就可能损失数百万元。

有可以实现高温状态下的在线检测方法吗？答案是有的，交流电磁场检测技术（ACFM）正成为解决这一难题的“金钥匙”。

电站蒸汽管道系统长期处于高温、高压环境下，极易产生裂纹等缺陷，甚至引发破坏性事故。石化装置中的高温管道同样面临类似挑战。而常规无损检测方法如射线、超声、磁粉检测等，均需要停机冷却，还需对管道表面打磨处理，检测时间长且严重影响生产。

交流电磁场检测（简称ACFM）技术，由英国University College London（UCL）在20世纪90年代提出，旨在克服传统电磁检测方法的不足，实现非接触、高精度的裂纹检测。该技术通过测量导体表面感应电流畸变引起的磁场变化，可同时获取缺陷的长度和深度信息，适用于导电材料的表面及近表面缺陷检测。

近年来，ACFM在石油化工管道、船舶焊接、飞机结构、电力设备（如GIS）等领域的应用研究不断深入，展现出广阔的发展前景，逐渐被开发应用于特种设备的高温在线检测环境中。

1.ACFM技术原理

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。

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-电流从裂纹底部通过时，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

2.高温环境下的技术挑战

将ACFM技术应用于高温环境并非易事，现在面临多重技术的挑战：

（1）材料特性变化：高温导致金属材料的电导率和磁导率显著降低，直接影响电磁场分布和检测信号准确性；

（2）探头耐受性问题：高温会使探头内部的电磁铁芯退磁，内部电子元件在高温环境下性能急剧下降甚至失效；

（3）空间结构限制：工业现场许多管道位置紧凑，尤其是小径管（小型管道）的检测空间极为有限，常规探头难以安装。

（4）温度干扰：高温环境下温度的波动会引入额外信号噪声，干扰缺陷信号的识别。

3.突破高温壁垒限制下的技术创新

面对这些挑战，国内外研究团队已取得一系列突破性进展：

（1）耐高温探头的研发设计：国内研究机构最新开发的小径管专用ACFM探头采用PEEK材料（聚醚醚酮）制作外壳，这种材料的连续使用温度可达250℃左右，在高温下仍保持稳定的机械性能，最高临界耐受温度可达350℃。探头头部采用氧化铝陶瓷基底，耐受温度高达1800℃，直接保护与高温表面接触的检测部件。探头内部填充气凝胶隔热材料，有效阻断高温向内部敏感元件的热传导。相关实验研究表明，该探头可检测到最小5mm长的裂纹。

（2）宽温区磁场传感技术：杭州电子科技大学研发的谐振腔磁场传感系统可在-70℃至115℃的宽温度范围内稳定工作。该系统创新性地利用交流磁场增强直流磁场探测灵敏度，通过将磁致伸缩介质与光学谐振腔集成，实现了抗电磁干扰的高精度磁场测量。

（3）温度-磁场双参数传感：重庆大学团队开发的全绝缘光纤温度-磁场双参数传感器，将光纤光栅与磁光晶体集成，在15-85℃温度范围内保持0.998的线性温度响应，并能准确测量0.04-50mT范围的磁场。该传感器还实现了实时温度补偿，将磁场测量相对误差控制在1.78%以下，有效解决了温度对磁场测量的干扰问题。

4.ACFM高温检测应用案例

案例1：某天然气站输气管道在役检测案例2：某电厂蒸汽阀门在役检测