專利名稱:管道裂紋遠(yuǎn)場渦流檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及鐵磁材料管道軸向裂紋的遠(yuǎn)場渦流無損檢測方法,屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景管道軸向裂紋的在線檢測一直是無損檢測領(lǐng)域的難點(diǎn)。對(duì)于具有軸向長度、周向?qū)挾群?徑向深度三個(gè)方向尺寸的體積型腐蝕缺陷,采用永磁體生成軸向漏磁場的漏磁檢測法是一種 簡單有效的方法;裂紋一般只在兩個(gè)方向上延伸而在第三個(gè)方向尺度很小, 一般難以激發(fā)出 足夠檢測元件檢測的漏磁通。例如天然氣管道上危害最大也最常見的是沿管道軸向伸展的應(yīng) 力腐蝕裂紋(SCC),這種裂紋具有較大的徑向深度和軸向長度,而周向?qū)挾群苄?,需要特?方法來進(jìn)行檢測。遠(yuǎn)場渦流檢測方法在管道應(yīng)力腐蝕裂紋的檢測方面具有一定的應(yīng)用前景。遠(yuǎn)場渦流方法 始見于1951年的一篇美國專利(2573.799),是一種最初專用于管道缺陷檢測的方法,近年 也開始應(yīng)用于平板檢測。最初的遠(yuǎn)場渦流探頭的特征是遠(yuǎn)場渦流探頭由與管道同軸的通以 低頻交流電流的激勵(lì)線圈和距離激勵(lì)線圈兩倍管內(nèi)直徑之外(遠(yuǎn)場區(qū)域)的周向分布的多個(gè) 小檢測線圈構(gòu)成。從激勵(lì)線圈到位于遠(yuǎn)場區(qū)的檢測線圈共存在兩個(gè)不同的能量傳遞途徑在 管內(nèi)存在一個(gè)直接耦合能量傳輸路徑,這部分能量的特點(diǎn)是隨著離開激勵(lì)線圈的距離的增加 以指數(shù)衰減;另一部分能量在激勵(lì)線圈附近穿越管壁傳到管外,之后在檢測線圈附近回到管 內(nèi)被檢測線圈檢測到,這部分能量也以指數(shù)衰減,但衰減幅度比直接耦合能量小很多;最終 的作用結(jié)果就是,內(nèi)壁總的檢測信號(hào)在離激勵(lì)線圈較近的區(qū)域(近場區(qū)域)內(nèi)幾乎完全是直 接耦合的結(jié)果,在遠(yuǎn)場區(qū)幾乎完全是重新進(jìn)入管壁的遠(yuǎn)場耦合的結(jié)果。遠(yuǎn)場渦流常以檢測信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)的相位差作為待測的目標(biāo)信號(hào),根據(jù)趨膚效應(yīng)公式該 相位差值與遠(yuǎn)場耦合能量經(jīng)過的管壁厚度成正比,因此體積型的腐蝕缺陷的遠(yuǎn)場渦流檢測原 理可以獲得直觀的解釋;人們對(duì)于將遠(yuǎn)場渦流方法應(yīng)用于裂紋檢測的信心來自于傳統(tǒng)渦流對(duì) 金屬表面裂紋缺陷的靈敏響應(yīng)。對(duì)于遠(yuǎn)場渦流裂紋檢測的后繼研究發(fā)現(xiàn)軸向裂紋打斷周向 渦流從而檢測到裂紋存在這一傳統(tǒng)遠(yuǎn)場渦流采用的方案對(duì)于導(dǎo)體非鐵磁管道軸向裂紋缺陷的 檢測的確可行;該方法對(duì)于鐵磁管道并不實(shí)用,原因是對(duì)于鐵磁管道周向裂紋對(duì)軸向磁場的 作用比軸向裂紋對(duì)周向渦流的作用更為強(qiáng)烈,從而造成周向裂紋比軸向裂紋具有更為顯著的 響應(yīng)。為了克服遠(yuǎn)場渦流在檢測鐵磁管軸向裂紋缺陷方面的不足,本發(fā)明提出了針對(duì)管道軸 向裂紋檢測的新的遠(yuǎn)場渦流方法。中國發(fā)明專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?0105697.9,公開號(hào)CN1058097)公開了三種遠(yuǎn)場渦流探 頭改進(jìn)技術(shù),包括對(duì)激勵(lì)線圈設(shè)置磁回路、對(duì)檢測線圈設(shè)置磁回路以及在激勵(lì)和檢測線圈之間設(shè)置補(bǔ)償線圈,通過這些改進(jìn)獲得了信號(hào)幅值高,激勵(lì)功率小,探頭軸向長度小等成果。 這些改進(jìn)措施彌補(bǔ)了原有遠(yuǎn)場渦流技術(shù)中的一些缺點(diǎn),降低了遠(yuǎn)場渦流的應(yīng)用難度,但該專 利并沒有對(duì)鐵磁材料管道軸向裂紋檢測這一特殊需求做出進(jìn)一步分析討論。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種管道裂紋遠(yuǎn)場渦流檢測方法,以提高對(duì)管道軸向裂紋的檢測靈 敏度。本發(fā)明的技術(shù)方案如下-1. 一種管道裂紋遠(yuǎn)場渦流檢測方法,其特征在于該方法按以下步驟進(jìn)行1) 使用沿管道徑向布置的激勵(lì)線圈,在激勵(lì)線圈內(nèi)通入低頻交流激勵(lì)電流,引發(fā)沿管 道橫截面圓周分布的交變磁場;2) 在距離激勵(lì)線圈二倍管徑之外的遠(yuǎn)場區(qū)域沿著管道周向均勻布置多個(gè)檢測線圈,檢 測線圈測量間接耦合磁場信號(hào),該信號(hào)作為檢測數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄在電子包 中;3) 激勵(lì)線圈產(chǎn)生的交變磁場和軸向裂紋作用,對(duì)遠(yuǎn)場區(qū)域的檢測線圈接收到的信號(hào)幅 值和檢測信號(hào)相對(duì)激勵(lì)電流的相位差產(chǎn)生影響,由此實(shí)現(xiàn)軸向裂紋的檢測。本發(fā)明所述每個(gè)檢測線圈軸線沿管道徑向測量磁場的徑向分量,或者沿管道軸向測量磁 場的軸向分量。本發(fā)明的另一種技術(shù)方案是一種管道裂紋遠(yuǎn)場渦流檢測方法,其特征在于該方法按以下步驟進(jìn)行1) 使用交叉放置且線圈平面法線互相垂直的兩個(gè)線圈,在兩個(gè)線圈中分別通入幅值相 同相位差為90度的低頻交流電流,生成位于管道橫截面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁場,旋轉(zhuǎn)磁場引發(fā)沿 管道橫截面圓周分布的交變磁場;2) 在距離激勵(lì)線圈二倍管徑之外的遠(yuǎn)場區(qū)域沿著管道周向均勻布置多個(gè)檢測線圈,檢 測線圈測量間接耦合磁場信號(hào),該信號(hào)作為檢測數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄在電子包 中;3) 激勵(lì)線圈產(chǎn)生的交變磁場和軸向裂紋作用,對(duì)遠(yuǎn)場區(qū)域的檢測線圈接收到的信號(hào)幅 值和檢測信號(hào)相對(duì)激勵(lì)電流的相位差產(chǎn)生影響,由此實(shí)現(xiàn)軸向裂紋的檢測。本發(fā)明所述每個(gè)檢測線圈軸線沿管道徑向測量磁場的徑向分量,或者沿管道軸向測量磁 場的軸向分量。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出效果在傳統(tǒng)遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)中,對(duì)于 鐵磁性管道,周向裂紋對(duì)軸向磁場的作用比軸向裂紋對(duì)周向渦流的作用更為強(qiáng)烈,從而造成 周向裂紋比軸向裂紋具有更為顯著的響應(yīng)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),根據(jù)本發(fā)明中涉及的技術(shù)方案改 變傳統(tǒng)遠(yuǎn)場渦流技術(shù)的激勵(lì)線圈構(gòu)成方式采用周向磁化作為激勵(lì)后,鐵磁管道軸向裂紋在檢測信號(hào)中較明顯地顯示出來,軸向裂紋的檢測得以實(shí)現(xiàn)。
圖l為采用徑向單線圈交流激勵(lì)的遠(yuǎn)場渦流探頭的軸截面圖。 圖2為圖1的B向視圖。圖3為采用交叉放置且線圈平面法線互相垂直的兩個(gè)線圈實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場的遠(yuǎn)場渦流探頭 的軸截面圖。圖4為圖3的B向視圖。 圖5為旋轉(zhuǎn)磁場原理圖。l一徑向激勵(lì)線圈;2 —支撐軸;3—檢測線圈;4一數(shù)據(jù)采集模塊;5 —管道;6 —交叉激勵(lì)線圈。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明涉及的管道軸向裂紋遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)方案和實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。本發(fā)明提出基于同樣的周向勵(lì)磁技術(shù)的兩種遠(yuǎn)場渦流方法第一種方法采用管道徑向激勵(lì)線圈l代替原遠(yuǎn)場渦流探頭中使用的同軸激勵(lì)線圈,在徑向激勵(lì)線圈內(nèi)通入低頻(20到10000Hz)交流電流,交流電流引發(fā)的交變磁場分布在管道5 橫截面的圓周方向上。和傳統(tǒng)遠(yuǎn)場渦流的工作原理類似,交變磁場引發(fā)渦流,徑向激勵(lì)線圈 附近的管壁作為間接耦合能量路徑的一部分。在距離激勵(lì)線圈二倍管徑之外的遠(yuǎn)場區(qū)域中,間接耦合能量重新進(jìn)入管子內(nèi)部,被均勻 分布在管內(nèi)圓周的多個(gè)檢測線圈3接收到。檢測線圈的軸線可以在管道徑向上以測量磁場的 徑向分量,也可以在與管道軸平行的方向上以測量磁場的軸向分量。檢測信號(hào)采用數(shù)據(jù)采集 模塊4記錄在電子包內(nèi)保存下來,檢測工作完成后進(jìn)行統(tǒng)一的分析和處理。激勵(lì)和檢測線圈相對(duì)固定,和支撐軸2、數(shù)據(jù)采集模塊4等部分共同構(gòu)成探頭在管道中 一邊前進(jìn)一邊掃査,沒有裂紋存在時(shí)信號(hào)幅值和相對(duì)于激勵(lì)電流的相位差都不變。幅值和相 位差的突變表示在間接耦合能量傳遞路徑內(nèi)的管壁中存在裂紋缺陷。由于檢測到的信號(hào)較微 弱,需要降噪放大,可以結(jié)合對(duì)于遠(yuǎn)場渦流探頭的其他改進(jìn)措施提高信噪比。信號(hào)的幅值和 相位都可以作為檢測信號(hào),可根據(jù)實(shí)際情況選用。第二種方法采用交叉放置并且線圈平面法線互相垂直的兩個(gè)線圈作為激勵(lì)線圈,在交叉 激勵(lì)線圈6的兩個(gè)線圈中分別通入相位差為90度的低頻(20到10000Hz)激勵(lì)電流,這種配 置方法可以生成在管道橫截面內(nèi)的幅值不變而方向不斷變化的旋轉(zhuǎn)磁場。對(duì)照附圖5,對(duì)旋轉(zhuǎn)磁場簡單分析如下假設(shè)A線圈的法線在x軸,B線圈的法線在y軸。在A線圈和B線圈中分別通入相位差 為90度的同幅值交流激勵(lì)電流(/為電流幅值)卜j = /sin必/相應(yīng),磁場強(qiáng)度為(//為磁場強(qiáng)度幅值):假設(shè)x軸方向的單位矢量為i矢量形式為l仏=//costyfy軸方向單位矢量為,,則A線圏和B線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度的fH力=ix//sinft>/ lHfl = f x //cosW因此,總的磁場強(qiáng)度矢量為:H = H」+Hfl=ix//sin<y"fx// cos總磁場強(qiáng)度幅值為:因此總的激勵(lì)磁場是位于管道橫截面內(nèi)幅值恒定方向不斷勻速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁 場的作用結(jié)果和第一種方法類似,同樣在管壁內(nèi)引發(fā)周向的交變磁化場;不同的是理想情況 下旋轉(zhuǎn)磁場的作用效果更均勻,在圓周方向各個(gè)點(diǎn)處磁場的周期變化情況完全相同。交變磁場引發(fā)渦流,檢測線圈接收間接耦合信號(hào)并采集、記錄在電子包中等步驟和第一 種方法相同。
權(quán)利要求
1. 一種管道裂紋遠(yuǎn)場渦流檢測方法,其特征在于該方法按以下步驟進(jìn)行1)使用沿管道徑向布置的激勵(lì)線圈,在激勵(lì)線圈內(nèi)通入低頻交流激勵(lì)電流,引發(fā)沿管道橫截面圓周分布的交變磁場;2)在距離激勵(lì)線圈二倍管徑之外的遠(yuǎn)場區(qū)域沿著管道周向均勻布置多個(gè)檢測線圈,檢測線圈測量間接耦合磁場信號(hào),該信號(hào)作為檢測數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄在電子包中;3)激勵(lì)線圈產(chǎn)生的交變磁場和軸向裂紋作用,對(duì)遠(yuǎn)場區(qū)域的檢測線圈接收到的信號(hào)幅值和檢測信號(hào)相對(duì)激勵(lì)電流的相位差產(chǎn)生影響,由此實(shí)現(xiàn)軸向裂紋的檢測。
2. 按照權(quán)利要求1所述的管道裂紋遠(yuǎn)場渦流檢測方法,其特征在于每個(gè)檢測線圈軸 線沿管道徑向測量磁場的徑向分量,或者沿管道軸向測量磁場的軸向分量。
3. —種管道裂紋遠(yuǎn)場渦流檢測方法,其特征在于該方法按以下步驟進(jìn)行-1) 使用交叉放置且線圈平面法線互相垂直的兩個(gè)線圏,在兩個(gè)線圈中分別通入幅值相同相位差為90度的低頻交流電流,生成位于管道橫截面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁場,旋轉(zhuǎn)磁場引發(fā)沿 管道橫截面圓周分布的交變磁場;2) 在距離激勵(lì)線圈二倍管徑之外的遠(yuǎn)場區(qū)域沿著管道周向均勻布置多個(gè)檢測線圈,檢 測線圈測量間接耦合磁場信號(hào),該信號(hào)作為檢測數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄在電子包 中;3) 激勵(lì)線圈產(chǎn)生的交變磁場和軸向裂紋作用,對(duì)遠(yuǎn)場區(qū)域的檢測線圈接收到的信號(hào)幅 值和檢測信號(hào)相對(duì)激勵(lì)電流的相位差產(chǎn)生影響,由此實(shí)現(xiàn)軸向裂紋的檢測。
4. 按照權(quán)利要求3所述的管道裂紋遠(yuǎn)場渦流檢測方法,其特征在于每個(gè)檢測線圈軸 線沿管道徑向測量磁場的徑向分量,或者沿管道軸向測量磁場的軸向分量。
全文摘要
管道裂紋遠(yuǎn)場渦流檢測方法,屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域?;谥芟虼呕淼墓艿垒S向裂紋遠(yuǎn)場渦流在線檢測技術(shù),具體體現(xiàn)為兩種不同的激勵(lì)線圈配置方法采用通以低頻交流電流的徑向線圈作為激勵(lì)線圈生成周向磁場,或者采用交叉放置并且線圈平面法線互相垂直的兩個(gè)線圈作為激勵(lì)線圈,在兩個(gè)線圈中分別通入同幅值但相位差90度的低頻交流電流生成管道圓周截面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁場,旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生周向磁場。位于遠(yuǎn)場區(qū)域的周向分布的檢測線圈測量間接耦合磁場信號(hào),信號(hào)幅值和信號(hào)相對(duì)于激勵(lì)電流的相位差的變化表明裂紋缺陷的存在。采用周向磁化原理的遠(yuǎn)場渦流技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是周向磁場和管道壁的軸向裂紋有更強(qiáng)烈的作用,容易實(shí)現(xiàn)軸向裂紋的檢測。
文檔編號(hào)F17D5/00GK101261246SQ200710064290
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月9日
發(fā)明者劉洪清, 珅 王, 偉 趙, 陸文娟, 黃松嶺 申請(qǐng)人:清華大學(xué)