技術背景

隨著鋼結構橋梁運營年限的增加，在車輛荷載、環境因素反復作用下，疲勞裂紋不斷出現。據美國土木工程師學會疲勞和斷裂分委會的調查80％～90％的鋼結構破壞與疲勞有關。正交異性鋼橋面板作為普遍使用的鋼結構橋梁結構形式，由于受到車輪荷載的直接作用，疲勞裂紋成為典型病害，嚴重威脅其耐久性和使用壽命。所以，及時有效地對疲勞裂紋進行檢測和評估，掌握裂紋擴展狀態，對結構安全評估及維修決策具有重要意義和工程應用價值，可以為鋼結構橋梁的耐久性提升和長效保持提供良好基礎。

目前，鋼結構橋梁疲勞裂紋一般采用超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測和渦流檢測，每種方法都有各自的優點和局限性。超聲檢測主要用于內部缺陷檢測，對表層和近表層疲勞裂紋不敏感。磁粉檢測和滲透檢測可用于表面微小裂紋檢測，根據表觀顯示判斷裂紋開口走向和裂紋長度，但需要去除涂層保證檢測的準確性，其工序繁瑣，嚴重降低檢測效率，且對原涂層進行修補又增加了檢測成本。渦流

檢測依靠阻抗分析進行疲勞裂紋檢測，目前在表面缺陷無損檢測領域得到廣泛應用，但其對結構表面平整度要求高，容易受到提離效應的影響，涂層的存在增加了提離高度，顯著影響檢測精度。因此，鋼結構橋梁涂層的存在限制了上述常規疲勞裂紋檢測方法的實施。

為提高現場檢測效率和識別結果的準確性，研究應用無須去除涂層的疲勞裂紋檢測方法，對疲勞裂紋進行快速掃查檢測和高精度定量評估，以避免傳統檢測方法需要去除涂層的不足，成為疲勞裂紋檢測發展的新方向。

01 什么是ACFM技術？

ACFM技術基于電磁感應原理，其核心思想是在被測導體表面施加均勻的交流電流（通常頻率在1-10kHz），電流在遇到缺陷（如裂紋）時會發生畸變，從而在缺陷周圍產生可測量的磁場擾動，如圖1所示。磁場信號變化與特征點對應如圖2所示。

1-電流在裂紋兩端聚集時，Bx出現凸起；2-電流在裂紋尖端順時針旋轉時，Bz出現波峰；3-電流從裂紋底部終過時，Bx出現波谷；4-電流在裂紋尖端逆時針旋轉時，Bz出現波谷；5-缺陷；6-待檢工件；7-傳感器；8-激勵線圈。

圖1 ACFM檢測原理示意圖

圖2 ACFM磁場信號變化與特征點

02 傳統檢測方式的“痛點”，ACFM全局破解

ACFM技術之所以能在工業檢測領域快速推廣，主要得益于其以下幾方面的突出優勢：

（1）無需表面處理：這是ACFM技術最引人注目的特點。它能夠穿透數毫米厚的非導電涂層進行檢測，省去了繁瑣的除漆、打磨工序，極大縮短了檢測時間，降低了檢測成本。以儲罐檢測為例，傳統方法需要先搭建腳手架，再對檢測區域進行徹底打磨，僅準備工作就需數天時間。而使用ACFM技術，檢測人員可以直接在涂層上進行檢測，檢測效率提高3倍以上。

（2）精確量化缺陷：與傳統檢測方法僅能提供定性結果不同，ACFM技術能夠精確測量缺陷的長度和深度，為結構完整性評估提供可靠的數據支持。實際應用表明，ACFM技術對表面裂紋的長度測量誤差可控制在±1mm，深度測量誤差不超過20%。

（3）廣泛的材料適應性：ACFM技術對鐵磁性和非鐵磁性材料均適用，無論是普通的碳鋼、不銹鋼，還是各種合金材料，都能獲得良好的檢測效果。這種廣泛的材料適應性使ACFM技術能夠滿足不同行業的多樣化需求。

（4）檢測結果客觀可靠：ACFM技術通過儀器設備記錄和保存檢測數據，排除了人為因素對檢測結果的干擾。所有的檢測數據都可以存儲、回放和追溯，為設備的狀態監測和壽命預測提供了有力支持。

03 ACFM試驗測試

（1）檢測設備

試驗采用魯科檢測生產的LKACFM-X1型便攜式ACFM檢測儀進行檢測，配套標準焊縫探頭和筆式探頭兩種探頭，如圖3所示。筆式探頭體積和接觸面積小，可以降低邊緣效應的影響，適用于端部開裂與空間狹窄位置的裂紋檢測，可應用于正交異性橋面板Ｕ肋區域的疲勞裂紋掃查。考慮到測試試件預制疲勞裂紋距離邊緣較近，為降低邊緣效應的影響，采用筆式探頭進行后續測試。

圖3 ACFM檢測儀及筆式探頭

（2）試塊制作

分別制作帶涂層對比試件和無涂層對比試塊進行試驗測試，對比試件為兩塊焊接在一起的20#鋼板，試件尺寸為200*150*13mm（長×寬×厚）。在一側焊趾邊緣通過高精度機加工預制兩處不同長度、深度的裂紋，其中1號裂紋尺寸為長50mm、深5mm，2號裂紋尺寸為長6mm、深2.5mm，3號裂紋是橫向裂紋，尺寸為長6mm、深2.5mm鋼板上包覆厚度0.3mm左右厚度的非金屬涂層，如圖4所示。

圖4 對比試塊

（3）ACFM測試驗證

帶涂層1號裂紋缺陷圖像：

帶涂層2號裂紋缺陷圖像：

帶涂層3號裂紋缺陷圖像：

04帶涂層試塊測試結果

通過觀察帶涂層試塊Bx、Bz特征信號以及蝶形圖，發現特征信號具有裂紋缺陷的典型特征，ACFM能夠透過模擬涂層有效識別裂紋缺陷，檢出率為100%。通過測量1、2號裂紋的長度分別為49mm、6.2mm，深度分別為4.5mm、2.1mm。對裂紋長度的評估準確率在98%以上，裂紋深度的量化評估相對誤差分別為10%、16%。滿足工程檢測應用的要求；裂紋深度的評估誤差隨著裂紋深度的減小而增大，對裂紋深度的定量評估算法模型有待進一步的優化。

橋梁安全運維的“新利器”

ACFM技術整合了渦流檢測和交流電壓降法的優勢，通過感應電流的磁場畸變識別裂紋，不用破壞橋梁涂層，就能快速、精準完成疲勞裂紋檢測。它的出現，不僅解決了傳統檢測方法的痛點，還為在役鋼結構橋梁的安全運維提供了高效方案，讓橋梁“健康體檢”更便捷、更精準。