涂層厚度對渦流檢測的影響

(天津誠信達金屬檢測技術有限公司，天津 300384)

渦流檢測方法能夠檢測導體表面及近表面缺陷，適用于表面平整母材及容器結構件的裂紋檢測。渦流檢測方法以其非接觸式測量、不需要耦合劑、不受油污介質的影響、靈敏度高、操作簡單、檢測速度快等優點，越來越廣泛地被應用于石油、天然氣管道、鐵路軌道質量監測、發動機包覆層和金屬材料表層油漆等涂覆層厚度的測量中[1-5]。工業中壓力容器、管道和結構件等由于長期暴露在腐蝕介質中，其表面缺陷很容易迅速擴展，甚至造成嚴重的事故，故為了防止管道在空氣中氧化腐蝕，通常在其表面涂覆一層保護膜。若涂層太薄，則無法達到防腐效果；若涂層太厚，不僅浪費材料，還會造成涂層內部的應力過大，降低涂覆層的結合強度[6-8]。同時這層保護膜限制了磁粉、滲透對表面缺陷的檢測，而去除這層保護膜不僅工作量大、效率低，基體也會有較大的損傷。筆者主要對帶有不同厚度涂層(主要是油漆類非導電性涂層)的模擬試件及真實焊接件進行渦流檢測，研究涂層厚度對渦流檢測信號的影響。

1 試驗方案

1.1 模擬涂層厚度對檢測結果影響的試驗方案

(1) 設計加工不同深度的人工裂紋缺陷試件一組，材料為不銹鋼。裂紋與試件表面垂直，相鄰裂紋之間的距離為20 mm，裂紋最小深度為0.2 mm，最大深度為4 mm，各試件裂紋參數如表1所示。

(2) 加工已知厚度的非金屬涂層模擬墊片。放置式渦流檢測靈敏度與探頭距被檢測工件表面的遠近程度有直接關系(提離距離)，磁性或非磁性材料表面保護層為非導電介質，這相當于增加了探頭和工件表面之間的距離，因此采用已知厚度的非導電彈性墊片來模擬保護涂層，非導電彈性墊片厚度分別為80，400，800，1 200，1 600 μm。

(3) 在試件未覆蓋模擬涂層前進行渦流檢測，并記錄相應缺陷的情況。

(4) 在試件上覆蓋不同厚度的模擬墊片，分別對這些模擬墊片進行渦流檢測，記錄可檢測出的缺陷及相應的深度。

(5) 將覆蓋模擬墊片前后的渦流檢測結果進行對比。

(6) 總結分析檢測數據。

表1 人工試件裂紋參數 mm

1.2 不同涂層厚度對檢測結果的影響試驗方案

(1) 取厚度為16 mm的不銹鋼板，手工電弧焊加工縱焊縫，焊接過程中加工裂紋、氣孔、咬邊等表面常見缺陷，焊接表面余高經過打磨與母材圓滑過渡。

(2) 采用滲透檢測方法對焊接試板進行缺陷的定性和定量檢測，以便于與渦流檢測結果進行對比。

(3) 噴涂真實的防腐涂層，對不同涂層的厚度進行測量，結果如表2所示。第一層為環氧樹脂底漆，底漆厚度約為50 μm，第二層中間層由共聚物或三聚物組成，厚度通常為250～400 μm，第三層為聚烯烴表面涂層，厚度范圍一般為1 500～3 000 μm。

表2 真實涂層厚度 μm

(4) 對每一點進行渦流檢測，記錄相應缺陷的幅值和相位。

(5) 總結分析測量數據。

2 試驗結果與分析

2.1 提離距離與放置式探頭渦流檢測信號的關系

采用EEC-39RFT型四頻遠場渦流檢測儀，選擇S1=P1F1(第一通道第一頻率)，頻率為500 kHz，高通濾波頻率為1.5 Hz，低通濾波頻率為300 Hz。以0 mm提離時的渦流檢測信號幅值和相位為參考點，通過改變不同厚度的模擬墊片，獲得不同提離距離下的渦流檢測信號(見圖1)。

圖1 不同提離距離下的渦流檢測信號

由圖1可以看出，渦流檢測信號的幅值和相位角與提離距離呈非線性關系。當提離距離范圍在0～2 mm時，隨著提離距離的增大，渦流檢測信號的幅值快速減小，相位角線性增大；當提離距離范圍在2～2.5 mm時，渦流檢測信號變化趨于緩慢，幅值減小，相位角增大；當提離距離大于2.5 mm時，渦流檢測信號變化趨于零，實際檢測過程中無法再通過渦流信號確定缺陷是否存在。

2.2 模擬不同厚度的涂層與裂紋深度檢測信號關系

模擬不同厚度的涂層覆蓋在人工裂紋試件的表面，通過放置式探頭進行渦流檢測，記錄相應的缺陷檢出情況(見表3)，“√”表示裂紋能檢出，“╳”表示裂紋未檢出，“●”表示裂紋檢測不明顯。

由表3可知，影響渦流檢測能力的因素有缺陷尺寸和涂層厚度。當裂紋尺寸較小時，隨著涂層厚度的增加，渦流檢測裂紋的能力有所下降;當裂紋尺寸較大時，在合理的涂層厚度范圍內不會影響渦流檢測能力。長度同為10 mm的表層裂紋，寬度越小越不容易檢測，當寬度為0.13 mm時，涂層厚度小于1 600 μm時，能檢測的最淺裂紋深度為4 mm；寬度同為0.2 mm的表層裂紋，長度越大越容易檢測，當長度為5 mm，涂層厚度小于800 μm時，能檢測的最淺深度為1 mm；當涂層厚度小于400 μm時，渦流檢測缺陷的能力不會受到影響。

表3 模擬不同厚度的涂層覆蓋在人工裂紋試件表面的缺陷檢出情況

2.3 實際不同涂層厚度對焊縫檢測的結果

3PE防腐表層由三層結構的聚乙烯防腐涂層涂覆，具有良好的抗腐蝕性以及力學性能。對不同涂覆次數存在表面開口型缺陷的焊縫進行渦流檢測，結果如表4所示。

表4 涂層厚度與不同缺陷類型的檢測情況

由表4可知，涂層厚度較薄時(低于某一值)，其對缺陷檢測能力的影響較小，隨著涂層厚度的增加，渦流檢測信號的幅值略有降低，相位角上下浮動很小，但當涂層厚度大于2 500 μm后，有部分缺陷將無法檢出，如氣孔；而裂紋、咬邊等表面缺陷雖然存在渦流檢測信號，但是信號的幅值太小，并未達到判廢標準，也將視為漏檢。當涂層厚度超過3 000 μm后，渦流檢測能力將完全喪失。這與提離距離大于2.5 mm時，渦流檢測信號的幅值變化趨于0，渦流的檢測能力也將喪失相一致。實際焊接過程中形成的裂紋深寬比、氣孔的直徑及個數、咬邊的長度等都要大于人工模擬缺陷，因此當表面防腐涂層厚度小于2 500 μm時，焊縫表面開口型缺陷都能夠檢出，但是隨著涂層厚度的增加，缺陷的幅值略有降低。

3 結語

放置式探頭的渦流檢測能夠穿透焊縫表面一定厚度的非導電性涂層，能夠較好地檢出表面型缺陷(裂紋、氣孔、咬邊等)，能夠對在役的帶有保護涂層的壓力管道、容器等進行檢測，而涂覆層的厚度(探頭與被檢測工件的距離)對渦流檢測結果有影響。當涂層厚度不大于2 500 μm時，焊縫及母材表面缺陷能夠通過放置式探頭的渦流檢測方法檢出，并且隨著涂層厚度的增加，渦流檢測信號的幅值降低;當涂層厚度大于2 500 μm時，無法用放置式探頭渦流檢測方法進行有效檢測。另外，在檢測過程中要保證探頭平穩地在焊縫和母材上做至少兩次相互垂直的掃查作業，以防止出現漏檢。

[1] 徐可北,周俊華. 渦流檢測[M]. 北京: 機械工業出版社, 2004.

[2] 劉振作. 渦流涂鍍層測厚儀開發與應用現狀[J]. 工程與試驗, 2003, 43(2):4-7.

[3] 張會云. 金屬薄鍍層渦流測厚技術研究[D]. 北京：北京機械科學研究院, 2003：2-3.

[4] 呂香慧, 張宇, 樓淼, 等. 帶涂層焊縫的電磁渦流檢測[J]. 無損檢測, 2010 ，32(6): 441-443.

[5] 陳朝暉. 基于渦流探傷原理的焊縫疲勞裂紋監測系統設計[D]. 南昌：華東交通大學, 2013.

[6] 彭國平, 杜南勝, 李洪剛. 不銹鋼儲液罐的渦流檢測[J]. 無損檢測, 2012, 34(10): 35-36.

[7] 林俊明, 張開良, 林發炳, 等. 焊縫表面裂紋渦流檢測技術[J].中國鍋爐壓力容器安全,2004,20(6):33-36.

[8] 劉凱, 沈功田. 帶防腐層焊縫疲勞裂紋的快速探傷[J]. 中國鍋爐壓力容器安全, 2004, 20(6): 29-33.