基于渦流技術(shù)分析的大直徑鋼管檢測方法

宋樹波 王海波 林紅偉

(1．吉林化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院；2．吉林市特種設(shè)備檢驗(yàn)中心)

某大化肥項(xiàng)目要求對(duì)進(jìn)口大直徑鋼管在現(xiàn)場進(jìn)行1%渦流檢測的抽查，鋼管材料為A335GRP91，規(guī)格為OD24＂×38mm×6000mm。目前我國無縫鋼管進(jìn)行渦流檢測主要在外徑φ180mm以下規(guī)格，而且大多數(shù)采用穿過式線圈進(jìn)行探傷[1]。渦流探傷有很多種檢測線圈，其中點(diǎn)式線圈有很高的檢測靈敏度，因不受被檢工件幾何尺寸的限制，因而大尺寸直徑的鋼管完全可以采用。點(diǎn)式線圈沿鋼管軸向進(jìn)行螺旋式掃查可有效檢測出軸向及與軸向成一夾角的裂紋等缺陷[2]。另外，點(diǎn)式線圈運(yùn)行中被檢表面因不平造成的顛簸現(xiàn)象對(duì)檢測影響有限。在鋼管制造業(yè)，已經(jīng)廣泛使用旋轉(zhuǎn)點(diǎn)探頭的自動(dòng)化渦流檢測裝置。但在鋼管材料場地或施工現(xiàn)場要應(yīng)用復(fù)雜的自動(dòng)化探傷裝置來進(jìn)行檢測是難以實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)分析，在現(xiàn)場筆者采用了工件原地旋轉(zhuǎn)、探頭直線前進(jìn)的探傷方案，在使鋼管做原地旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，讓點(diǎn)探頭沿鋼管表面軸線方向平移，完成對(duì)整個(gè)外表面的掃查。這種探傷方式需要使用多個(gè)檢測探頭以加大掃查螺距，提高檢測速度。

1 檢測原理

檢測過程原理框圖如圖1所示，主要由計(jì)算機(jī)、激勵(lì)接收電路、數(shù)字信號(hào)處理器及電源等組成。

圖1 檢測原理框圖

檢測時(shí)，探頭的激勵(lì)線圈感應(yīng)試件，當(dāng)試件表面有變異存在(如裂紋)，感應(yīng)線圈內(nèi)磁通發(fā)生異常改變，探頭能夠同時(shí)接收到這一信息并將信息傳入數(shù)字化信號(hào)處理器，通過計(jì)算機(jī)處理，實(shí)時(shí)地將裂紋的圖像幅值在屏幕上顯示出來。

2 限制提離效應(yīng)影響方法

檢測時(shí)渦流傳感器與被測試件間的相對(duì)位置十分敏感，提離效應(yīng)就是指檢測傳感器與試件之間距離(提離)變化引起檢測線圈阻抗變化的現(xiàn)象。當(dāng)傳感器在工件表面掃查時(shí)，因?yàn)楣ぜ砻娲植凇纪共黄交蛘卟僮鞑划?dāng)都會(huì)產(chǎn)生提離效應(yīng)，這種干擾信號(hào)會(huì)影響檢測結(jié)果，因此要抑制。采取阻抗平面圖幾何改變以限制提離達(dá)最小，原理如圖2所示。

A和B為阻抗平面圖上的兩個(gè)不同的點(diǎn)，A處沒有發(fā)生提離，B處是發(fā)生提離的點(diǎn)，從坐標(biāo)中心O點(diǎn)向與P方向成一夾角的方向作直線OP′，使OP′與AB線平行，作直線AA′、BB′、CC′，使這3條線與直線OB′垂直。從圖2中可看出，從坐標(biāo)中心分別到A、B、C3點(diǎn)的距離不相等，但從A、B、C3點(diǎn)分別到A′、B′、C′ 3點(diǎn)的距離相等，這說明傳感器與試件之間距離變化時(shí)引起了檢測線圈阻抗的變化，從坐標(biāo)中心分別到A、B、C3點(diǎn)阻抗值發(fā)生了變化，但應(yīng)用變換相位的方法可以間接地獲得信號(hào)去除干擾，比從坐標(biāo)中心到A點(diǎn)的信息可間接從AA′獲得。

圖2 提離抑制原理

3 試驗(yàn)測試分析

對(duì)比試塊如圖3所示。為了保證試塊與被測鋼管的材料及其他性能一致，取部分被檢鋼管的外表面沿長度方向開縱向切槽，參照GB7735-2004鋼管渦流探傷檢驗(yàn)方法的驗(yàn)收等級(jí)A，在試塊上分別刻槽深為0.5、1.0、1.5mm，寬度為0.12mm。刻槽深1.5mm的阻抗圖幅值為定標(biāo)值，刻槽深為0.5、1.0mm的阻抗圖幅值為確定裂紋深度參考幅值。圖4中從左到右分別為刻槽深為0.5、1.0、1.5mm的幅值圖形，刻槽深度大阻抗圖幅值也大[3]，每個(gè)深度的刻槽顯示出的阻抗圖幅值明顯比各種雜波的幅值大很多[4]，雜波集中在圖像的中心，試塊上的刻槽深度值與平面圖形上顯示信號(hào)的幅度值呈非線性關(guān)系[5]，但根據(jù)顯示的幅值的大小可基本上判別出槽深度值[6]。

圖3 對(duì)比試塊

圖4 不同槽深對(duì)應(yīng)的幅值變化

4 實(shí)際檢測與分析

按要求對(duì)某石化大化肥項(xiàng)目進(jìn)口大直徑鋼管其中6根進(jìn)行了此方法的渦流檢測，鋼管規(guī)格為OD24＂×38mm×6000mm，材料為A335GRP91。檢測儀器為EEC-51八通道渦流探傷儀，制作的組合傳感器如圖5所示。

圖5 組合傳感器

掃查時(shí)在使鋼管做原地旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，讓傳感器縱向沿鋼管表面軸線方向平移，圖6所示為無缺陷顯示時(shí)的八通道阻抗圖，雜波很小且集中在圖形中心。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)一處裂紋(圖7)，其阻抗圖如圖8所示，將裂紋出現(xiàn)的阻抗圖幅值與試塊上分別刻槽深為0.5、1.0mm的阻抗圖幅值進(jìn)行比較，可見裂紋的深度在0.5～1.0mm之間約為0.6mm。對(duì)問題部位進(jìn)行打磨處理，打磨深度約0.6mm時(shí)顯示的信號(hào)消失，檢測可有效發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷，滿足工程檢測要求。

圖6 八通道阻抗

圖7 裂紋

圖8 裂紋阻抗

檢測中應(yīng)注意的問題：

a. 檢測中偶爾會(huì)出現(xiàn)因操作不當(dāng)出現(xiàn)較大雜波幅值的圖形，但圖形幅值大小還是明顯小于試塊上刻槽深為0.5mm的幅值，而且重操作一次會(huì)消失,沒有重復(fù)性；

b. 檢測時(shí)為了減小噪聲，探頭掃描的速度要均勻；

c. 掃查時(shí)傳感器縱向與沿鋼管表面軸線方向平行。

5 結(jié)束語

通過試驗(yàn)測試及應(yīng)用結(jié)果表明，在鋼管材料場地或施工現(xiàn)場不具備應(yīng)用自動(dòng)檢測裝置的情況下，此方案是可行的。采用適當(dāng)?shù)木€圈之間的相互位置的配置，檢測中限制提離信號(hào)去除干擾的影響，能有效將缺陷信息檢測出來，可直觀地區(qū)分各種圖像信息，缺陷的深度也有一定的當(dāng)量值對(duì)比確定，檢測過程簡便易行，可有效地發(fā)現(xiàn)表面裂紋等缺陷，完全能應(yīng)用于工程檢測和維修中。

[1] 李光海，沈功田，李鶴年.工業(yè)管道無損檢測技術(shù)[J].無損檢測，2006,28(2)：89～91.

[2] 任吉林.渦流檢測[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2013.

[3] 宋樹波，王斌，王海波，等. 管線對(duì)接焊縫的在役渦流檢測技術(shù)[J].壓力容器，2010,27(7)：60～63.

[4] 張會(huì)云，嚴(yán)乃春，樓敏珠. 阻抗平面顯示技術(shù)在渦流檢測信號(hào)處理中的應(yīng)用[J].無損檢測，2003,25(1)：44～47.

[5] 潘曉明，林紅偉. 基于ACFM分析的在役管道焊縫檢測技術(shù)[J] .壓力容器，2013,30(5)：70～73.

[6] 張玉華，羅飛路，白奉天，等.渦流檢測缺陷定量評(píng)估的研究[J].無損檢測，2004,26(11)：575～577.