脈沖渦流在鐵磁性管道腐蝕檢測(cè)中的應(yīng)用

脈沖渦流在鐵磁性管道腐蝕檢測(cè)中的應(yīng)用

帶覆層鐵磁性管道腐爛的檢測(cè)在工業(yè)中一直是一個(gè)難題。通常的檢測(cè)方法是要先剝?nèi)ネ饷娴陌矊?然后再采用常規(guī)的無損檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè),這樣不僅耗時(shí)耗力,而且還增加了檢測(cè)成本。因此對(duì)帶包覆層鐵磁性管道腐蝕的檢測(cè)具有很大的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。脈沖渦流(PEC)檢測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)渦流檢測(cè)相比,采用具有一定占空比的方波作為激勵(lì),這種方波具有頻譜寬、包含信息豐富、能檢測(cè)到遠(yuǎn)近缺陷等優(yōu)點(diǎn),因而對(duì)帶包覆層鐵磁性管道腐蝕的檢測(cè)具有良好的應(yīng)用前景。筆者應(yīng)用脈沖渦流檢測(cè)不同厚度包覆層鐵磁性管道中腐蝕,分別從0,25,55,110,165,250和300mm不同厚度的包覆層情況下進(jìn)行檢測(cè),研究鐵磁性管道腐蝕的面積和深度兩個(gè)因素對(duì)脈沖渦流檢測(cè)的靈敏度影響。1瞬態(tài)感應(yīng)電壓檢測(cè)帶包覆層鐵磁性管道腐蝕檢測(cè)示意圖如圖1所示,檢測(cè)激勵(lì)和響應(yīng)波形如圖2所示。檢測(cè)激勵(lì)采用雙極性方波電流作為激勵(lì),當(dāng)瞬間關(guān)斷激勵(lì)線圈中的電流時(shí),在激勵(lì)電流作用下,激勵(lì)線圈中產(chǎn)生一個(gè)快速衰減的脈沖磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)在鐵磁性材料中感應(yīng)出瞬時(shí)渦流,瞬時(shí)渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在檢測(cè)線圈上感應(yīng)出瞬態(tài)感應(yīng)電壓。檢測(cè)線圈上感應(yīng)電壓在一段時(shí)間后基本滿足指數(shù)衰減規(guī)律。圖3所示為有腐蝕和無腐蝕時(shí)檢測(cè)的衰減曲線,從圖中可以明顯看出腐蝕區(qū)域的衰減要快于無腐蝕區(qū)域的衰減。2試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的原理2.1銅導(dǎo)線束徑和長度傳感器是由激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈兩部分構(gòu)成。線圈的骨架是由尼龍棒加工而成。激勵(lì)線圈使用的銅導(dǎo)線線徑為1.0mm,150匝,線圈內(nèi)徑25mm,長度為30mm;接收線圈使用的銅導(dǎo)線線徑為0.1mm,800匝,長度為30mm,接收線圈是緊纏繞在激勵(lì)線圈的外層,中間用有一層絕緣紙隔開。整個(gè)探頭結(jié)構(gòu)如圖4所示。2.2包覆層的加工檢測(cè)試件采用的是名義尺寸為Φ139.7mm×7.72mm,實(shí)際精確測(cè)量尺寸為Φ141.5mm×7.7mm的鐵磁性的J55石油鋼管,管道外層使用不同厚度的海綿和0.5mm厚的鋁皮來模擬包覆層。整根管道長6m,分別加工了,B和C三處缺陷,如圖5所示。A是一個(gè)周向幅度為360°的小面積腐蝕缺陷,腐蝕深度為2.5mm,軸向長度為150mm;B是一個(gè)周向幅度為360°的大面積腐蝕缺陷,腐蝕深度為2.5mm,軸向長度為1000mm;C也是一個(gè)周向幅度為360°的大面積腐蝕缺陷,腐蝕深度為1.25mm,軸向長度為1000mm。2.3激勵(lì)參數(shù)設(shè)計(jì)檢測(cè)采用正負(fù)雙極性脈沖方波作為激勵(lì)源,激勵(lì)頻率為4Hz,激勵(lì)電流大小為3A。2.4多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的電壓時(shí)間剖面對(duì)圖5所示的包覆層鐵磁性管道試件進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)時(shí)傳感器置于包覆層鐵磁性管道上方,順著軸向方向移動(dòng)。為了避免管道端口效應(yīng)的影響,檢測(cè)是從距管道左端口750mm的地方進(jìn)行,每個(gè)測(cè)點(diǎn)的間距為100mm。對(duì)第m個(gè)檢測(cè)點(diǎn),N為每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的采樣點(diǎn)數(shù),則第m個(gè)測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)就可以表示成向量Xm=[xm1,xm2,…,xmN],把所有M個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)寫成矩陣形式為:矩陣X的行向量為某個(gè)測(cè)點(diǎn)在所有采樣時(shí)間點(diǎn)的感應(yīng)電壓值,列向量則為從始端至末端的檢測(cè)點(diǎn)在相同采樣時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電壓值,列向量擬合出來的曲線稱為測(cè)點(diǎn)的電壓時(shí)間剖面。若某個(gè)測(cè)點(diǎn)處存在缺陷,則該測(cè)點(diǎn)處的感應(yīng)電壓值將發(fā)生變化,電壓剖面會(huì)在某一測(cè)點(diǎn)上出現(xiàn)異常,從而與缺陷的位置對(duì)應(yīng)。3試驗(yàn)結(jié)果及分析3.1不同厚度包覆層檢測(cè)結(jié)果分析對(duì)J55鐵磁性石油管道分別從0,25,55,110,165,250和300mm等七種不同厚度包覆層進(jìn)行檢測(cè),將檢測(cè)數(shù)據(jù)按照2.4節(jié)的方法進(jìn)行處理分析,結(jié)果如圖6所示。橫軸表示每一個(gè)測(cè)點(diǎn)距管道端口的距離,縱軸表示接收線圈中歸一化的感應(yīng)電壓值。3.2不同包覆層厚度對(duì)檢測(cè)靈敏度的影響在利用脈沖渦流技術(shù)檢測(cè)帶包覆層鐵磁性管道腐蝕中,探頭的足底(footprint)即探頭覆蓋區(qū)域是影響檢測(cè)精確度的一個(gè)重要因素。探頭覆蓋區(qū)域是指激勵(lì)線圈所激發(fā)的磁場(chǎng)穿越包覆層投射到試件表面上的有效區(qū)域,如圖7中所示的陰影部分。探頭提離越大,即包覆層厚度越大,探頭的覆蓋區(qū)域也就越大。由圖6可知,有腐蝕缺陷地方的感應(yīng)電壓比沒有腐蝕處的感應(yīng)電壓要低。設(shè)無缺陷處的感應(yīng)電壓值為u,有缺陷處的感應(yīng)電壓值為u0,令△u=uu0,用下式來衡量檢測(cè)靈敏度:圖8為不同包覆層下檢測(cè)靈敏度的對(duì)比。從圖8可知,隨著包覆層厚度增加,探頭的足底增大,A,B和C三處的腐蝕檢測(cè)靈敏度呈下降趨勢(shì)。而腐蝕A處的靈敏度下降最快,即表明當(dāng)探頭足底增大包覆層厚度增加時(shí),對(duì)于局部小面積腐蝕缺陷檢測(cè)靈敏度會(huì)大大降低。在腐蝕B和腐蝕C中,雖然兩者腐蝕面積相同,但腐蝕深度較大的B缺陷檢測(cè)靈敏度明顯要高于腐蝕深度較小的C缺陷。4脈沖渦流檢查的基礎(chǔ)試驗(yàn)結(jié)果表明,在合適的檢測(cè)參數(shù)下,脈沖渦流檢測(cè)對(duì)帶包覆層鐵磁管道腐蝕缺陷具有很好的檢測(cè)效果。對(duì)于較大面積的腐蝕缺陷,即使包覆層較厚,脈沖渦流也具有較好的檢測(cè)能力。但隨