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远场涡流检测技术应用及优势

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:远场涡流检测是一种利用内探头检测由导电材料制成的管材的技术。通过远场涡流效应,可对整个壁厚范围进行检查。远场涡流检测的优点是较之磁饱和探头,探头可做得比较轻柔,因而可方便地用于弯管或变直径管的检测;对于铁磁性材料管子中的轴向或周向缺陷灵敏度几乎相同。为对此作出改善,引入了双激励线圈远场涡流。

远场涡流检测技术应用及优势

远场涡流检测是一种利用内探头检测由导电材料制成的管材的技术。通过远场涡流效应,可对整个壁厚范围进行检查。虽然此法可用于任何导电材料制成的管材,但主要还是用于铁磁性材料管材,因为通常的涡流方法除非将材料磁化到饱和,是不适合检测反面缺陷的。远场涡流检测的优点是较之磁饱和探头,探头可做得比较轻柔,因而可方便地用于弯管或变直径管的检测;对于铁磁性材料管子中的轴向或周向缺陷灵敏度几乎相同(相差在一倍以内)。远场涡流检测的主要缺点是当用于非铁磁性材料管检测时,与传统的涡流检测相比,不那么灵敏或准确。

1.单激励线圈、单检测线圈远场涡流检测

一个用线圈架绕制的激励线圈在管内与管子同轴放置,与其相距约1.5~3倍管径处(远场区)放有检测线圈。激励线圈在管中产生的交变磁场,其两侧可建立直接耦合区和远场区,如图11.4-23所示。也有将两区之间处称为过渡区的。

在直接耦合区,激励线圈产生的交变磁场是非常强的;但随着与激励线圈轴向距离的增大,其衰减是很急剧的,超过1.8倍,管子内径区几乎已不存在。这种直接耦合效应对远场区的检测线圈的输出作用不大。

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图11.4-23 直接耦合区远场区的表示

对检测线圈起作用的是第二种效应:激励线圈产生的交变磁场同时在附近管壁中可感生出周向涡流,由于趋肤效应,此时大的涡流密度是在靠近外壁处,相当于一载流的闭合线圈;此周向涡流所产生的交变磁场则可以扩散到管壁之外,被管体导向至远场区,进入管壁向内扩散,再返回而形成封闭磁路;而在远场区进入管壁向内扩散的交变磁场在管内壁近处感生涡流,此周向涡流所产生的交变磁场可进入检测线圈形成检测信号。可以看出,检测线圈信号的幅度和相位将取决于管子壁厚、磁导率电导率、工作频率及缺陷的有无;幅度通常是比较小的,必须作低噪声放大,而激励线圈和检测线圈常绕有数百匝,以提高信号幅度;工作频率的选择是重要的,通常,标准透入深度(δ)与壁厚是同一量级,典型的δ为壁厚的1~3倍。

从上述的基本原理可以看到,此法还存在的一些局限性。

1)探头的移动速率:检测的速率受到工作频率低的限制,例如对于标准的直径50mm、壁厚3.6mm的碳钢管道,所需要的工作频率低至40Hz,即使探头每移动2.5mm测量一次相位的变化,且每周测量一次,则每秒的移动最大为(2.5×40)mm=100mm,即速率为6m/min。

2)材料磁导率的影响:被检管磁导率的变化可影响铁磁性材料管材壁厚、局部损伤响应的灵敏度。为克服此缺点,需采用磁饱和技术,这又将使探头变得粗重。

3)与管子外部接触的导电体,如管的支架,对检测灵敏度有影响。

4)对缺陷的分辨尚有困难。

5)激励线圈的放置及移动时不得倾斜,因为倾斜将使场的分布发生变化。(www.xing528.com)

6)激励线圈和检测线圈(在远场区中)有一定的距离,大的距离将使整个探头组合长度变长,对检测可造成不便(如检测管的弯曲部分)。因此,常在过渡区靠近激励线圈处设置一屏蔽器(如铝极),通过对激励场的衰减,可使过渡区及远场区的起始位置移向激励线圈。当激励线圈无倾斜时,对于钢管,可将其正的远场从1.7倍内径处移至1.2倍内径处;对于铝管,可从3.5倍内径处移至2.1倍内径处。

2.单激励线圈和多节检测线圈的配置

由Schmidt提出的这种配置如图11.4-24所示,对局部的缺陷探测要灵敏得多。

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图11.4-24 单激励线圈和多节检测线圈的配置

3.双激励线圈的运用

对于非铁磁性管(如不锈钢和因康镍合金管),由于管子的材料不能像磁芯那样工作,较之铁磁性管,涡流在外表面衰减要快,因此远场的检测线圈输出信号是弱的,从而其灵敏度比铁磁性管缺陷较低。为对此作出改善,引入了双激励线圈远场涡流。

图11.4-25a所示为单激励线圈探头,有一个激励线圈和一个检测线圈;而双激励线圈探头(如图11.4-25b所示)是两个同样的激励线圈以相同的距离放在一检测线圈的两侧,每个激励线圈用低频交流电作相反的激励。在壁厚3mm、外径25.4mm、长1200mm的黄铜管进行了试验,每个线圈外径18mm、厚3.5mm、500匝,激励线圈由锁定放大器的内部振荡器产生的低频(3.4kHz)正弦波供电,检测线圈内的感生信号被送入同一锁定放大器,被处理后,输出的是检测信号的幅度及检测信号和激励信号之间的相移。以宽度为1.5mm、不同深度的周向壁厚减薄作为缺陷,试验结果表明,双激励线圈与单激励线圈相比缺陷信号的幅度灵敏度相同,但信号的相移要大到约30倍,如图11.4-26所示,这与双激励线圈的差动效应有关。

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图11.4-25 远场涡流激励、检测线圈的配置

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图11.4-26 单激励线圈与双激励线圈对不同深度周向壁厚减薄的响应(频率3.4kHz,电压300mV,黄铜管)

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