金屬薄壁管材渦流檢測(cè)中異常信號(hào)的產(chǎn)生原因分析及處理

顧強(qiáng)　雷銘

摘 要：不同類型的金屬薄壁管材渦流檢測(cè)工作中，出現(xiàn)異常信號(hào)的原因會(huì)有所不同，為了提高問題原因分析的全面性，本文首先采取了試驗(yàn)研究的方式，合理地選擇了試驗(yàn)材料與方法，并對(duì)試驗(yàn)最終得到了結(jié)果進(jìn)行了分析;隨后，根據(jù)試驗(yàn)研究得到的結(jié)果，建立金屬薄壁管材渦流檢測(cè)異常信號(hào)處理的仿真模型，通過仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)金屬薄壁管材渦流檢測(cè)的異常進(jìn)行了優(yōu)化，希望能為該領(lǐng)域關(guān)注者提供有益參考。

關(guān)鍵詞：金屬薄壁管材;渦流檢測(cè);異常信號(hào);仿真模型;仿真實(shí)驗(yàn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.022

0 引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的提升，國內(nèi)現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)與制造領(lǐng)域，也得到了飛速發(fā)展。金屬薄壁管材渦流檢測(cè)技術(shù)，對(duì)于金屬薄壁管材當(dāng)中存在的折疊、裂紋、點(diǎn)坑、非金屬雜質(zhì)以及外來金屬嵌入等方面問題，都可以進(jìn)行集中地檢驗(yàn)。該項(xiàng)方法可以對(duì)金屬制造的質(zhì)量進(jìn)行有效地控制和管理。但是在實(shí)際操作中，金屬薄壁管材渦流檢測(cè)可能會(huì)出現(xiàn)信號(hào)異常的問題，如何對(duì)該問題進(jìn)行處理顯得十分重要。

1 金屬薄壁管材渦流檢測(cè)中信號(hào)異常產(chǎn)生的原因

（1）試驗(yàn)材料與方法。在進(jìn)行試驗(yàn)操作階段，需要選擇兩種不同的材料，其中一種材料可以選擇熱處理狀態(tài)為T4態(tài)，ф20mm×1mm的鋁合金冷拉管材;另一種材料可以使用ф6mm×0.5mm的奧氏體不銹鋼冷拔管材。確保兩組材料的選取均為同一試制階段的兩個(gè)不同批次。應(yīng)用自比差動(dòng)式的外穿試驗(yàn)方法，對(duì)上述金屬薄壁管材進(jìn)行手動(dòng)的渦流檢測(cè)。在進(jìn)行試驗(yàn)操作階段，工作人員可以規(guī)定水平方向，代表金屬薄壁管材的長(zhǎng)度方掃過的距離或者時(shí)間。垂直方向表示的是，不同的時(shí)刻或者不同的位置，渦流位置處對(duì)于信號(hào)響應(yīng)的信息。在具體的操作階段，工作人員重點(diǎn)關(guān)注到了，試驗(yàn)操作中，幅度值的顯示情況與儀器的相位設(shè)定之間，存在著十分密切的聯(lián)系[1]。在試驗(yàn)操作階段，不同型號(hào)和品牌的管材所使用的檢測(cè)儀器還是時(shí)間條件等方面的因素，都基本保持一致。此種管理方法，可以有效地排除外界電磁干擾，對(duì)于信號(hào)異常所造成的負(fù)面影響。

（2）試驗(yàn)結(jié)果與分析：經(jīng)過試驗(yàn)研究可以得出，該批次的T4態(tài)鋁合金管材的外表狀態(tài)不佳，經(jīng)過目視檢驗(yàn)的方式，可以明顯地看出系統(tǒng)內(nèi)部有異常信號(hào)，并且在對(duì)其進(jìn)行金屬薄壁管材渦流檢測(cè)時(shí)，還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)管材內(nèi)部出現(xiàn)了一些細(xì)小的擦痕。通過對(duì)比無明顯異常信號(hào)的管材，可以看出管材內(nèi)部同樣也存在此種類型的擦痕。由此可見，金屬薄壁管材渦流檢測(cè)工作中發(fā)現(xiàn)的擦痕因素，并不是導(dǎo)致檢測(cè)過程中出現(xiàn)明顯異常問題的主要原因。之后，分別取有明顯異常信號(hào)的管材以及無明顯異常信號(hào)的管材各一段，通過縱向剖開的方式，對(duì)而二者壁厚的均勻性、內(nèi)部表面的狀況進(jìn)行檢查。經(jīng)過檢驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，兩種管材的均勻性基本保持一致，但是有明顯異常信號(hào)的管材內(nèi)部，表面存在著面積較大，并且較淺的凹痕，因此可以得到，金屬薄壁管材渦流檢測(cè)過程中，造成信號(hào)異常的主要原因，是管材內(nèi)部的裂痕，且裂痕越嚴(yán)重，對(duì)于金屬薄壁管材渦流檢測(cè)的干擾越明顯。

2 金屬薄壁管材渦流檢測(cè)中信號(hào)異常的處理方法

（1）建立仿真模型。經(jīng)過前文的試驗(yàn)可以得出，金屬薄壁管材渦流檢測(cè)工作中，會(huì)受到管材內(nèi)部光滑程度的影響。為了對(duì)異常信號(hào)的問題進(jìn)行妥善地處理和解決，工作人員可以通過建立仿真模型的方式，對(duì)金屬薄壁管材渦流檢測(cè)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。金屬薄壁管材渦流檢測(cè)系統(tǒng)主要是由差動(dòng)檢測(cè)探頭和被檢工件所組成。其中，被檢工件為形狀為圓形的非鐵磁性不銹鋼管材料。差動(dòng)探頭主要是由兩個(gè)具有一定間隔距離的環(huán)形銅線圈所組成。其中每個(gè)線圈既是檢測(cè)線圈同時(shí)也是激勵(lì)線圈。根據(jù)金屬薄壁管材渦流檢測(cè)的要求，建立相應(yīng)仿真模型，其中，不銹鋼管材的壁厚設(shè)定為2mm，內(nèi)徑為15mm。人工缺陷呈周向環(huán)狀，檢測(cè)線圈使用ф150銅漆包線纏繞[2]。

（2）仿真實(shí)驗(yàn)。在仿真實(shí)驗(yàn)操作的過程中，需要將上述仿真模型賦予三種不同類型的介質(zhì)，將相對(duì)磁導(dǎo)率設(shè)為μ，常溫狀態(tài)下的電阻率為ρ。將仿真模型納入到ANSYS系統(tǒng)當(dāng)中，通過提供磁力線平行便界條件以及磁力線垂直便界條件的方法，對(duì)磁力線平行邊界條件的對(duì)邊值問題加以解決，并將其作為第一類便界條件。在ANSYS當(dāng)中，將第一類便界條件設(shè)定為0時(shí)，第二類便界條件會(huì)自動(dòng)滿足。除此之外，還需要對(duì)金屬薄壁管材渦流檢測(cè)中的缺陷信號(hào)仿真。根據(jù)ANSYS計(jì)算可以得到，檢測(cè)線圈電流實(shí)部與虛部分別為Ireal和Iimag，線圈的阻抗Z此時(shí)可以使用公式表示：

當(dāng)兩線圈中心連線為x軸時(shí)，連線中點(diǎn)為原點(diǎn)O，可以建立相應(yīng)的坐標(biāo)系，對(duì)其對(duì)缺陷的位置和兩線圈之間的阻抗進(jìn)行計(jì)算。

（3）優(yōu)化檢測(cè)異常。將仿真實(shí)驗(yàn)當(dāng)中實(shí)際檢驗(yàn)出的結(jié)果中的穿過式探頭為例，可以取不同的激勵(lì)頻率，對(duì)最終得到的缺陷信號(hào)頻率進(jìn)行優(yōu)化。在這一過程中，應(yīng)用歸一化的處理方法，可以得到金屬薄壁管材渦流檢測(cè)中，材料內(nèi)部和外部的缺陷歸一化信號(hào)的幅值、相位與頻率。對(duì)于穿過式探頭來說，不論是金屬薄壁管材渦流檢測(cè)材料的內(nèi)壁或者外壁存在缺陷，都可以達(dá)到較高的靈敏度檢驗(yàn)結(jié)果，最佳的頻率可以達(dá)到30kHz。對(duì)此，要在相同頻率下，對(duì)內(nèi)壁和外壁的缺陷相位進(jìn)行區(qū)別對(duì)待。選擇具有較高的靈敏度檢驗(yàn)?zāi)Ｊ剑瑫r(shí)又可以對(duì)管材的內(nèi)壁和外壁缺陷進(jìn)行明確區(qū)分的檢驗(yàn)方法，可以有效地滿足實(shí)際的金屬薄壁管材渦流檢測(cè)需求，將地異常信號(hào)出現(xiàn)的頻率，優(yōu)化檢測(cè)效果。

3 總結(jié)

綜上所述，通過試驗(yàn)探究和仿真實(shí)驗(yàn)的方式，可以對(duì)金屬薄壁管材渦流檢測(cè)出現(xiàn)信號(hào)異常的主要原因進(jìn)行全面地分析，同時(shí)，借助仿真實(shí)驗(yàn)還可以為金屬薄壁管材渦流檢測(cè)工作中出現(xiàn)的問題進(jìn)行逐一分析和探究，進(jìn)而制定出更有的問題解決方法，對(duì)金屬薄壁管材渦流檢測(cè)的探頭設(shè)計(jì)以及參數(shù)選擇等進(jìn)行合理化控制。相關(guān)領(lǐng)域的工作人員，要充分地認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，妥善處理故障問題，優(yōu)化系統(tǒng)工作效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳亞群.金屬薄壁管材銹蝕問題及防護(hù)措施[J].世界有色金屬，2018（07）：261-262.

[2]王東升，李碩寧，何躍維.金屬薄壁管材渦流檢測(cè)中異常信號(hào)的產(chǎn)生原因[J].無損檢測(cè)，2014，36（07）：52-55.

作者簡(jiǎn)介：顧強(qiáng)（1988-），男，重慶人，碩士研究生，研究方向：材料檢測(cè)。