脈沖渦流在鐵磁性管道腐蝕檢測中的應(yīng)用

脈沖渦流在鐵磁性管道腐蝕檢測中的應(yīng)用

帶覆層鐵磁性管道腐爛的檢測在工業(yè)中一直是一個難題。通常的檢測方法是要先剝?nèi)ネ饷娴陌矊?然后再采用常規(guī)的無損檢測方法進行檢測,這樣不僅耗時耗力,而且還增加了檢測成本。因此對帶包覆層鐵磁性管道腐蝕的檢測具有很大的應(yīng)用價值和研究意義。脈沖渦流(PEC)檢測技術(shù)與傳統(tǒng)渦流檢測相比,采用具有一定占空比的方波作為激勵,這種方波具有頻譜寬、包含信息豐富、能檢測到遠近缺陷等優(yōu)點,因而對帶包覆層鐵磁性管道腐蝕的檢測具有良好的應(yīng)用前景。筆者應(yīng)用脈沖渦流檢測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行檢測,研究鐵磁性管道腐蝕的面積和深度兩個因素對脈沖渦流檢測的靈敏度影響。1瞬態(tài)感應(yīng)電壓檢測帶包覆層鐵磁性管道腐蝕檢測示意圖如圖1所示,檢測激勵和響應(yīng)波形如圖2所示。檢測激勵采用雙極性方波電流作為激勵,當瞬間關(guān)斷激勵線圈中的電流時,在激勵電流作用下,激勵線圈中產(chǎn)生一個快速衰減的脈沖磁場,變化的磁場在鐵磁性材料中感應(yīng)出瞬時渦流,瞬時渦流產(chǎn)生的磁場在檢測線圈上感應(yīng)出瞬態(tài)感應(yīng)電壓。檢測線圈上感應(yīng)電壓在一段時間后基本滿足指數(shù)衰減規(guī)律。圖3所示為有腐蝕和無腐蝕時檢測的衰減曲線,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試驗設(shè)計中的原理2.1銅導線束徑和長度傳感器是由激勵線圈和檢測線圈兩部分構(gòu)成。線圈的骨架是由尼龍棒加工而成。激勵線圈使用的銅導線線徑為1.0mm,150匝,線圈內(nèi)徑25mm,長度為30mm;接收線圈使用的銅導線線徑為0.1mm,800匝,長度為30mm,接收線圈是緊纏繞在激勵線圈的外層,中間用有一層絕緣紙隔開。整個探頭結(jié)構(gòu)如圖4所示。2.2包覆層的加工檢測試件采用的是名義尺寸為Φ139.7mm×7.72mm,實際精確測量尺寸為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激勵參數(shù)設(shè)計檢測采用正負雙極性脈沖方波作為激勵源,激勵頻率為4Hz,激勵電流大小為3A。2.4多個檢測點的電壓時間剖面對圖5所示的包覆層鐵磁性管道試件進行檢測,檢測時傳感器置于包覆層鐵磁性管道上方,順著軸向方向移動。為了避免管道端口效應(yīng)的影響,檢測是從距管道左端口750mm的地方進行,每個測點的間距為100mm。對第m個檢測點,N為每個檢測點的采樣點數(shù),則第m個測點的檢測數(shù)據(jù)就可以表示成向量Xm=[xm1,xm2,…,xmN],把所有M個檢測點的數(shù)據(jù)寫成矩陣形式為:矩陣X的行向量為某個測點在所有采樣時間點的感應(yīng)電壓值,列向量則為從始端至末端的檢測點在相同采樣時刻所對應(yīng)的感應(yīng)電壓值,列向量擬合出來的曲線稱為測點的電壓時間剖面。若某個測點處存在缺陷,則該測點處的感應(yīng)電壓值將發(fā)生變化,電壓剖面會在某一測點上出現(xiàn)異常,從而與缺陷的位置對應(yīng)。3試驗結(jié)果及分析3.1不同厚度包覆層檢測結(jié)果分析對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行檢測,將檢測數(shù)據(jù)按照2.4節(jié)的方法進行處理分析,結(jié)果如圖6所示。橫軸表示每一個測點距管道端口的距離,縱軸表示接收線圈中歸一化的感應(yīng)電壓值。3.2不同包覆層厚度對檢測靈敏度的影響在利用脈沖渦流技術(shù)檢測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)域是影響檢測精確度的一個重要因素。探頭覆蓋區(qū)域是指激勵線圈所激發(fā)的磁場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,用下式來衡量檢測靈敏度:圖8為不同包覆層下檢測靈敏度的對比。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三處的腐蝕檢測靈敏度呈下降趨勢。而腐蝕A處的靈敏度下降最快,即表明當探頭足底增大包覆層厚度增加時,對于局部小面積腐蝕缺陷檢測靈敏度會大大降低。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)試驗結(jié)果表明,在合適的檢測參數(shù)下,脈沖渦流檢測對帶包覆層鐵磁管道腐蝕缺陷具有很好的檢測效果。對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能力。但隨