無縫管渦流探傷和漏磁探傷分析比較

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種無縫管被廣泛應(yīng)用于石油化工與鍋爐制造等行業(yè)，尤其是高溫、高壓等惡劣工況，對(duì)無縫鋼管的質(zhì)量有更高的要求。無縫鋼管一般經(jīng)過冶煉、澆注、開坯、軋制和拉拔等工序制成，其缺陷除了鑄坯上帶來的各種冶金缺陷在成形過程中，成為沿管材軸向延伸的周向分層狀缺陷外，在各階段生產(chǎn)過程中還會(huì)因加工操作工藝不當(dāng)、軋輥或拉拔模設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)仍蚨阡摴苌显斐闪鸭y、折迭、翹皮、劃傷或拉傷等表面和內(nèi)部缺陷。為了保證無縫鋼管的質(zhì)量，根據(jù)相關(guān)的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在無縫鋼管生產(chǎn)線上須進(jìn)行表面和內(nèi)部無損探傷。目前無縫管無損探傷常采用渦流探傷和漏磁探傷兩種技術(shù)，它們各有特點(diǎn)和適用范圍，下面就兩者的原理、探傷的特點(diǎn)和應(yīng)用作一比較。

1 探傷工作原理和特點(diǎn)比較

1.1 渦流探傷原理和特點(diǎn)

渦流檢測(cè)是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的一種無損檢測(cè)方法，它將正弦波電流激勵(lì)探頭線圈，當(dāng)探頭接近無縫鋼管表面時(shí)，線圈周圍的交變磁場(chǎng)在鋼管表面產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，即渦流。該渦流又產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)作用于線圈，從而改變線圈的電參數(shù)。渦流通道的損耗電阻，以及渦流產(chǎn)生的反磁通，又反射到探頭線圈，改變了線圈的電流大小及相位，即改變了線圈的阻抗。探頭在無縫管表面相對(duì)移動(dòng)，遇到缺陷時(shí)，使得渦流磁場(chǎng)對(duì)線圈的反作用不同，引起線圈阻抗變化，從而測(cè)量出這種變化量來鑒定無縫鋼管表面缺陷。渦流探傷是可取代水壓試驗(yàn)的檢測(cè)方法之一。凡是導(dǎo)電的無縫鋼管，不論是鐵磁性還是非鐵磁性的，只要外徑大于2m m ，壁厚不小于 0.  lm m ，均可用渦流法探傷〔’〕。渦流探傷的結(jié)果可直接以電信號(hào)輸出，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化探傷。渦流探傷采用非接觸的方式，探傷速度很快。但渦流探傷的可檢測(cè)缺

陷深度有限，一般不大于5m m ，而檢測(cè)結(jié)果往往受檢測(cè)儀器功能和檢測(cè)條件影響。

1.2 漏磁探傷原理和特點(diǎn)

無縫管漏磁探傷的基本原理是建立在鐵磁材料的高磁導(dǎo)率這一特性之上，鐵磁性的無縫鋼管被磁化后，其表面和近表面缺陷在無縫鋼管表面形成漏磁場(chǎng)，通過檢測(cè)該泄露磁場(chǎng)變化信號(hào)可檢測(cè)出缺陷的存在。無縫鋼管中缺陷處磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小于鋼管的磁導(dǎo)率。當(dāng)無縫鋼管以流水線方式進(jìn)入鋼管探測(cè)線，快速穿過檢測(cè)區(qū)時(shí)，將受到直流線圈產(chǎn)生橫向和縱向磁場(chǎng)的磁化。若無縫管無缺陷，磁力線絕大部分通過無縫鋼管，此時(shí)磁力線分布均勻;若無縫鋼管有缺陷，磁力線發(fā)生彎曲，并且有一部分磁力線泄露出無縫鋼管表面。利用橫向和縱向探頭線圈(傳感器) 檢測(cè)無縫鋼管表面逸出的漏磁場(chǎng)，然后依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，將漏磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為缺陷信號(hào)(探頭內(nèi)檢測(cè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓)，對(duì)缺陷信號(hào)進(jìn)一步處理和分析，即可判斷缺陷是否存在及缺陷有關(guān)的尺寸參數(shù)。

2 流水線檢測(cè)方法比較

流水線渦流探傷檢測(cè)，采用穿過式線圈法進(jìn)行外表面的探傷，用內(nèi)插式線圈法進(jìn)行內(nèi)表面的探傷。外表面探傷常用線圈固定被檢無縫鋼管軸向送進(jìn)和線圈固定被檢無縫鋼管螺旋送進(jìn)兩種方法。探傷設(shè)備的機(jī)械傳動(dòng)裝置相對(duì)簡(jiǎn)單。流水線漏磁探傷檢測(cè)常用的方法有探頭旋轉(zhuǎn)無縫管直線前進(jìn)和探頭固定無縫鋼管螺旋前進(jìn)兩種方式。探傷設(shè)備的機(jī)械傳動(dòng)裝置比較復(fù)雜。

3 檢測(cè)性能比較

3.1 檢測(cè)范圍

渦流檢測(cè)適用于各種導(dǎo)電材料的無縫鋼管的表面檢測(cè)，不論無縫管是鐵磁性的，還是非鐵磁性的，也不論是黑色金屬，還是有色金屬或者是非金屬，只要無縫鋼管是導(dǎo)電的，且外徑和壁厚滿足一定條件均可用渦流法檢測(cè)。它較適宜于普通薄壁無縫鋼管的外表面缺陷的檢測(cè)，廣泛應(yīng)用于碳素鋼、合金鋼管和不銹鋼等無縫鋼管表面缺陷檢測(cè)。漏磁檢測(cè)只適用于鐵磁性無縫鋼管的檢測(cè)，它能檢測(cè)出無縫鋼管的內(nèi)、外表面缺陷。這種方法較適宜于大直徑厚壁鐵磁性無縫管的檢測(cè)。

3.2 檢測(cè)靈敏度

由電渦流基本特性可知，渦流密度主要分布于導(dǎo)電材料的表面附近。因此，被測(cè)無縫鋼管愈是存在表面缺陷，電渦流效應(yīng)的利用愈充分。所以渦流檢測(cè)適用于導(dǎo)電無縫管表面缺陷或近表面缺陷的檢測(cè)，此時(shí)靈敏度高于漏磁檢測(cè)。而對(duì)于內(nèi)部缺陷，渦流檢測(cè)由于存在著“趨膚效應(yīng)”，電渦流密度在導(dǎo)電導(dǎo)體內(nèi)部是按負(fù)指數(shù)規(guī)律衰減，并隨著頻率、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的增加而滲透深度減小，檢測(cè)靈敏度降低。渦流檢測(cè)一般只能檢測(cè)無縫鋼管的單面表面缺陷(內(nèi)表面或外表面);漏磁檢測(cè)可同時(shí)檢測(cè)無縫管的內(nèi)外表面缺陷，對(duì)于內(nèi)部缺陷也有一定的靈敏度。相對(duì)于渦流探傷，漏磁探傷檢測(cè)缺陷的靈敏度較低。

4 信號(hào)處理比較

渦流和漏磁檢測(cè)都采用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)參考樣管來校驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)的綜合性能，設(shè)定和校正探傷儀工作參數(shù)和操作條件，以及在檢測(cè)中對(duì)比評(píng)價(jià)缺陷信號(hào)。這兩種檢測(cè)方法都是以電信號(hào)輸出的形式來顯示缺陷，信號(hào)處理比較方便。但由于物理原理不同，兩種檢測(cè)方法的信號(hào)處理和傳感器結(jié)構(gòu)有較大的差異。渦流檢測(cè)由于必須有高頻激勵(lì)信號(hào)存在，給信號(hào)處理帶來一定的困難，容易引起信號(hào)相互干涉，信號(hào)處理及傳感器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。漏磁檢測(cè)磁化可采用永久磁鐵、直流磁化或交流磁化方式，在永久磁鐵和直流磁化中，沒有高頻信號(hào)存在，干擾小，給信號(hào)處理帶來很大方便，信號(hào)處理和傳感器結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無縫鋼管的這兩種表面在線探傷方法各有自身的優(yōu)點(diǎn)和局限性，無縫鋼管生產(chǎn)線上可視具體情況選擇。渦流探傷適用于各種導(dǎo)電的無縫鋼管的探傷，不論是不銹鋼管的還是碳素鋼的無縫管都適用，檢測(cè)不受無縫鋼管表面油污等雜質(zhì)的影響。檢測(cè)速度快，靈敏度高。漏磁檢測(cè)不僅能檢內(nèi)、外表面和皮下缺陷，而且無需測(cè)量就可從建立的電信號(hào)幅度與缺陷參數(shù)的關(guān)系中，獲知缺陷深度和長(zhǎng)度等特征尺寸及是否達(dá)到設(shè)定的拒收水平。檢測(cè)能力強(qiáng)，檢測(cè)速度快。但它只適用于鐵磁性的無縫鋼管，檢測(cè)設(shè)備投資大，檢測(cè)缺陷的靈敏度較低。