金屬薄壁管材渦流檢測中異常信號的產生原因分析及處理

顧強　雷銘

摘 要：不同類型的金屬薄壁管材渦流檢測工作中，出現異常信號的原因會有所不同，為了提高問題原因分析的全面性，本文首先采取了試驗研究的方式，合理地選擇了試驗材料與方法，并對試驗最終得到了結果進行了分析;隨后，根據試驗研究得到的結果，建立金屬薄壁管材渦流檢測異常信號處理的仿真模型，通過仿真實驗，對金屬薄壁管材渦流檢測的異常進行了優化，希望能為該領域關注者提供有益參考。

關鍵詞：金屬薄壁管材;渦流檢測;異常信號;仿真模型;仿真實驗

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

0 引言

隨著我國科學技術水平的提升，國內現代化的工業生產與制造領域，也得到了飛速發展。金屬薄壁管材渦流檢測技術，對于金屬薄壁管材當中存在的折疊、裂紋、點坑、非金屬雜質以及外來金屬嵌入等方面問題，都可以進行集中地檢驗。該項方法可以對金屬制造的質量進行有效地控制和管理。但是在實際操作中，金屬薄壁管材渦流檢測可能會出現信號異常的問題，如何對該問題進行處理顯得十分重要。

1 金屬薄壁管材渦流檢測中信號異常產生的原因

（1）試驗材料與方法。在進行試驗操作階段，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為T4態，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不同批次。應用自比差動式的外穿試驗方法，對上述金屬薄壁管材進行手動的渦流檢測。在進行試驗操作階段，工作人員可以規定水平方向，代表金屬薄壁管材的長度方掃過的距離或者時間。垂直方向表示的是，不同的時刻或者不同的位置，渦流位置處對于信號響應的信息。在具體的操作階段，工作人員重點關注到了，試驗操作中，幅度值的顯示情況與儀器的相位設定之間，存在著十分密切的聯系[1]。在試驗操作階段，不同型號和品牌的管材所使用的檢測儀器還是時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，對于信號異常所造成的負面影響。

（2）試驗結果與分析：經過試驗研究可以得出，該批次的T4態鋁合金管材的外表狀態不佳，經過目視檢驗的方式，可以明顯地看出系統內部有異常信號，并且在對其進行金屬薄壁管材渦流檢測時，還進一步發現管材內部出現了一些細小的擦痕。通過對比無明顯異常信號的管材，可以看出管材內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工作中發現的擦痕因素，并不是導致檢測過程中出現明顯異常問題的主要原因。之后，分別取有明顯異常信號的管材以及無明顯異常信號的管材各一段，通過縱向剖開的方式，對而二者壁厚的均勻性、內部表面的狀況進行檢查。經過檢驗可以發現，兩種管材的均勻性基本保持一致，但是有明顯異常信號的管材內部，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過程中，造成信號異常的主要原因，是管材內部的裂痕，且裂痕越嚴重，對于金屬薄壁管材渦流檢測的干擾越明顯。

2 金屬薄壁管材渦流檢測中信號異常的處理方法

（1）建立仿真模型。經過前文的試驗可以得出，金屬薄壁管材渦流檢測工作中，會受到管材內部光滑程度的影響。為了對異常信號的問題進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，對金屬薄壁管材渦流檢測進行優化設計。金屬薄壁管材渦流檢測系統主要是由差動檢測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。差動探頭主要是由兩個具有一定間隔距離的環形銅線圈所組成。其中每個線圈既是檢測線圈同時也是激勵線圈。根據金屬薄壁管材渦流檢測的要求，建立相應仿真模型，其中，不銹鋼管材的壁厚設定為2mm，內徑為15mm。人工缺陷呈周向環狀，檢測線圈使用ф150銅漆包線纏繞[2]。

（2）仿真實驗。在仿真實驗操作的過程中，需要將上述仿真模型賦予三種不同類型的介質，將相對磁導率設為μ，常溫狀態下的電阻率為ρ。將仿真模型納入到ANSYS系統當中，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，對磁力線平行邊界條件的對邊值問題加以解決，并將其作為第一類便界條件。在ANSYS當中，將第一類便界條件設定為0時，第二類便界條件會自動滿足。除此之外，還需要對金屬薄壁管材渦流檢測中的缺陷信號仿真。根據ANSYS計算可以得到，檢測線圈電流實部與虛部分別為Ireal和Iimag，線圈的阻抗Z此時可以使用公式表示：

當兩線圈中心連線為x軸時，連線中點為原點O，可以建立相應的坐標系，對其對缺陷的位置和兩線圈之間的阻抗進行計算。

（3）優化檢測異常。將仿真實驗當中實際檢驗出的結果中的穿過式探頭為例，可以取不同的激勵頻率，對最終得到的缺陷信號頻率進行優化。在這一過程中，應用歸一化的處理方法，可以得到金屬薄壁管材渦流檢測中，材料內部和外部的缺陷歸一化信號的幅值、相位與頻率。對于穿過式探頭來說，不論是金屬薄壁管材渦流檢測材料的內壁或者外壁存在缺陷，都可以達到較高的靈敏度檢驗結果，最佳的頻率可以達到30kHz。對此，要在相同頻率下，對內壁和外壁的缺陷相位進行區別對待。選擇具有較高的靈敏度檢驗模式，同時又可以對管材的內壁和外壁缺陷進行明確區分的檢驗方法，可以有效地滿足實際的金屬薄壁管材渦流檢測需求，將地異常信號出現的頻率，優化檢測效果。

3 總結

綜上所述，通過試驗探究和仿真實驗的方式，可以對金屬薄壁管材渦流檢測出現信號異常的主要原因進行全面地分析，同時，借助仿真實驗還可以為金屬薄壁管材渦流檢測工作中出現的問題進行逐一分析和探究，進而制定出更有的問題解決方法，對金屬薄壁管材渦流檢測的探頭設計以及參數選擇等進行合理化控制。相關領域的工作人員，要充分地認識到這一點，妥善處理故障問題，優化系統工作效率。

參考文獻：

[1]吳亞群.金屬薄壁管材銹蝕問題及防護措施[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中異常信號的產生原因[J].無損檢測，2014，36（07）：52-55.

作者簡介：顧強（1988-），男，重慶人，碩士研究生，研究方向：材料檢測。