基于磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)爐管缺陷的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及爐管缺陷檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及基于磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)爐管缺陷的方法。該方法包括：MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的磁場(chǎng)施加裝置在待檢測(cè)的爐管上形成T模態(tài)導(dǎo)波，其中磁場(chǎng)施加裝置包括薄鐵磁性鐵鈷合金帶及磁化裝置；MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的適配器在爐管中發(fā)射既定頻率的電流脈沖；MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的回波信號(hào)采集裝置采集爐管上返回的回波信號(hào)；MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的主機(jī)接收回波信號(hào)，并生成爐管缺陷檢測(cè)圖；根據(jù)爐管缺陷檢測(cè)圖確定爐管的缺陷，其中確定的缺陷包括：裂紋類缺陷及腐蝕類缺陷。利用該方法能夠觀察整個(gè)爐管的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)爐管缺陷的快速檢測(cè)與定位，克服了相關(guān)技術(shù)中無(wú)法對(duì)爐管缺陷進(jìn)行有效檢測(cè)的技術(shù)問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】基于磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)爐管缺陷的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及爐管缺陷檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及基于磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè) 技術(shù)檢測(cè)爐管缺陷的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 能源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有特別重要的戰(zhàn)略地位，是人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。能源的主 要供應(yīng)者是石油化工，而大型管式燃料加熱爐是石油化工企業(yè)中廣泛應(yīng)用且必不可少的重 要設(shè)備，能否實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，對(duì)保證石化企業(yè)的安全生產(chǎn)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快 速發(fā)展至關(guān)重要。
[0003] 由于爐管長(zhǎng)期在火焰、煙氣、飛灰等十分惡劣環(huán)境下運(yùn)行，服役過(guò)程中的介質(zhì)腐 蝕、磨損、拉裂等因素的影響，爐管極易發(fā)生滲碳、滲碳開裂、彎曲、蠕變開裂、熱疲勞開裂、 鼓脹、氧化及高溫硫腐蝕等失效事故，由金屬材料學(xué)可知，合金元素在鋼中有兩種主要的存 在形式一存在于固溶體中或形成碳化物，因?yàn)樾纬珊辖鸸倘荏w要產(chǎn)生晶格畸變，有畸變 的晶格是不穩(wěn)定的，在高溫下，如果合金原子有充分的活動(dòng)能力，它就會(huì)從固溶體中出來(lái)逐 漸轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的碳化物中。固溶體中合金元素的貧化會(huì)使固溶強(qiáng)化這一強(qiáng)化機(jī)制 削弱，從而會(huì)使鋼的強(qiáng)度、蠕交極限和持久強(qiáng)度下降，不僅會(huì)導(dǎo)致裝置的非計(jì)劃停車給生產(chǎn) 上造成巨大的損失，而且還嚴(yán)重影響著石化企業(yè)的安全生產(chǎn)。
[0004] 爐管在使用過(guò)程中發(fā)生蠕變、熱疲勞、彎曲、高溫氧化及滲碳等，最終的物理失效 形式均表現(xiàn)為開裂和腐蝕減薄。雖然國(guó)內(nèi)外近些年對(duì)爐管檢測(cè)也進(jìn)行了大量的研究，但仍 未有行之有效的方法能夠檢測(cè)出爐管的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供基于磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)爐管缺陷的方法，以 解決上述的問(wèn)題。
[0006] 在本發(fā)明的實(shí)施例中提供了一種基于磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)爐管缺陷 的方法，包括=MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的磁場(chǎng)施加裝置在待檢測(cè)的爐管上形成T模態(tài)導(dǎo)波，其中 所述磁場(chǎng)施加裝置包括薄鐵磁性鐵鈷合金帶及磁化裝置；所述MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的適配器 在爐管中發(fā)射既定頻率的電流脈沖；所述MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的回波信號(hào)采集裝置采集所述 爐管上返回的回波信號(hào)；所述MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的主機(jī)接收所述回波信號(hào)，并生成爐管缺 陷檢測(cè)圖；根據(jù)所述爐管缺陷檢測(cè)圖確定所述爐管的缺陷，其中確定的所述缺陷包括：裂 紋類缺陷及腐蝕類缺陷。
[0007] 優(yōu)選地，所述MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的磁場(chǎng)施加裝置在待檢測(cè)的爐管上形成T模態(tài)導(dǎo) 波，包括：所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶沿所述爐管的周長(zhǎng)方向粘貼在待檢測(cè)的所述爐管上，其 中所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶的長(zhǎng)度比所述爐管的周長(zhǎng)小3?5毫米；所述薄鐵磁性鐵鈷合 金帶被磁化裝置磁化形成T模態(tài)導(dǎo)波。
[0008] 優(yōu)選地，所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶通過(guò)環(huán)氧樹脂粘貼在待檢測(cè)的所述爐管上。
[0009] 優(yōu)選地，所述MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的適配器在爐管中發(fā)射既定頻率的電流脈沖，包 括：所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶的外側(cè)覆蓋有探頭線圈，所述探頭線圈上設(shè)置所述適配器； 所述適配器通過(guò)傳感器電子探頭發(fā)射既定頻率的電流脈沖，其中所述電流脈沖通過(guò)設(shè)置在 所述爐管中的導(dǎo)波管。
[0010] 優(yōu)選地，所述適配器通過(guò)傳感器電子探頭發(fā)射既定頻率的電流脈沖，包括：利用所 述傳感器電子探頭發(fā)射多組電流脈沖，并采集每組所述電流脈沖施加時(shí)所形成的爐管缺陷 檢測(cè)圖；通過(guò)比對(duì)所述爐管缺陷檢測(cè)圖對(duì)爐管缺陷的檢出能力，從多組電流脈沖中確定最 佳施加電流脈沖，并利用所述最佳施加電流脈沖進(jìn)行爐管缺陷檢測(cè)。
[0011] 優(yōu)選地，發(fā)射的多組所述電流脈沖的中心頻率為32KHz、64KHz及128KHZ。
[0012] 優(yōu)選地，所述MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的主機(jī)接收所述回波信號(hào)，并生成爐管缺陷檢測(cè) 圖，包括：根據(jù)所述回波信號(hào)生成爐管的距離_波幅曲線圖及距離-波幅光譜圖。
[0013] 優(yōu)選地，所述根據(jù)所述爐管缺陷檢測(cè)圖確定所述爐管的缺陷，包括：根據(jù)所述距 離-波幅曲線圖及距離-波幅光譜圖確定缺陷可疑位置和/或類型。
[0014] 優(yōu)選地，該方法還包括：調(diào)整所述距離-波幅光譜圖的信噪比，在不同信噪比下的 距離-波幅光譜圖上確定所述爐管上的缺陷可疑位置和/或類型。
[0015] 優(yōu)選地，所述調(diào)整所述距離-波幅光譜圖的信噪比包括：調(diào)整所述信噪比分別為 0、40%、70%、80%及90%。
[0016] 本發(fā)明實(shí)施例提供的基于磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)爐管缺陷的方法，利用 磁致伸縮效應(yīng)，激發(fā)能沿有限形狀的結(jié)構(gòu)傳播的結(jié)構(gòu)機(jī)械彈性波，沿著爐管有限的邊界形 狀傳播并被爐管邊界約束、導(dǎo)向。所述磁致伸縮效應(yīng)是指鐵磁物質(zhì)（磁性材料）由于磁化 狀態(tài)的改變，其尺寸在各方向發(fā)生變化。磁致伸縮材料在磁場(chǎng)作用下，其長(zhǎng)度發(fā)生變化，可 發(fā)生位移而做功或在交變磁場(chǎng)作用可發(fā)生反復(fù)伸張與縮短，從而產(chǎn)生振動(dòng)或聲波，這種材 料可將電磁能（或電磁信息）轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或聲能（或機(jī)械位移信息或聲信息），相反也可 以將機(jī)械能（或機(jī)械位移與信息），轉(zhuǎn)換成電磁能（或電磁信息）。本發(fā)明實(shí)施例的爐管缺 陷檢測(cè)方法。
[0017] 根據(jù)上述的磁致伸縮原理，利用MsS超聲導(dǎo)波技術(shù)，在待檢測(cè)的爐管上形成T模態(tài) 導(dǎo)波，利用MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的適配器在爐管中發(fā)射既定頻率的電流脈沖，當(dāng)電流脈沖通 過(guò)導(dǎo)波管時(shí)，形成與導(dǎo)波管徑向方向分布的磁場(chǎng)，當(dāng)該磁場(chǎng)與T模態(tài)導(dǎo)波相遇時(shí)便返回回 波信號(hào)，利用該方式超聲導(dǎo)波能夠覆蓋整個(gè)爐管，通過(guò)回波信號(hào)形成的爐管缺陷檢測(cè)圖能 夠觀察整個(gè)爐管的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)爐管缺陷的快速檢測(cè)與定位，克服了相關(guān)技術(shù)中無(wú)法對(duì)爐管 缺陷進(jìn)行有效檢測(cè)的技術(shù)問(wèn)題。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例中基于磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)爐管缺陷的方 法的流程圖；
[0019] 圖2示出了在爐管上設(shè)置的模擬裂紋類缺陷的示意圖；
[0020] 圖3示出了在爐管上設(shè)置的模擬腐蝕類缺陷的示意圖；
[0021] 圖4-6示出了第一組爐管試驗(yàn)過(guò)程中生成的距離-波幅曲線圖；
[0022] 圖7-9示出了第二組爐管試驗(yàn)過(guò)程中生成的距離-波幅曲線圖；
[0023] 圖10-12示出了第二組爐管試驗(yàn)過(guò)程中生成的距離-波幅曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面通過(guò)具體的實(shí)施例子并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0025] 本發(fā)明實(shí)施例中提供了 一種基于磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)爐管缺陷的方 法，如圖1所示，主要處理步驟包括：
[0026] 步驟Sll :MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的磁場(chǎng)施加裝置在待檢測(cè)的爐管上形成T模態(tài)導(dǎo)波， 其中磁場(chǎng)施加裝置包括薄鐵磁性鐵鈷合金帶及磁化裝置；
[0027] 步驟S12 :MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的適配器在爐管中發(fā)射既定頻率的電流脈沖；
[0028] 步驟S13 :MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的回波信號(hào)采集裝置采集爐管上返回的回波信號(hào)；
[0029] 步驟S14 :MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的主機(jī)接收回波信號(hào)，并生成爐管缺陷檢測(cè)圖；
[0030] 步驟S15 :根據(jù)爐管缺陷檢測(cè)圖確定爐管的缺陷，其中確定的缺陷包括：裂紋類缺 陷及腐蝕類缺陷。
[0031] MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的磁場(chǎng)施加裝置在待檢測(cè)的爐管上形成T模態(tài)導(dǎo)波，包括：薄鐵 磁性鐵鈷合金帶沿爐管的周長(zhǎng)方向粘貼在待檢測(cè)的爐管上，其中薄鐵磁性鐵鈷合金帶的長(zhǎng) 度比爐管的周長(zhǎng)小3?5毫米；薄鐵磁性鐵鈷合金帶被磁化裝置磁化形成T模態(tài)導(dǎo)波，其中 薄鐵磁性鐵鈷合金帶通過(guò)環(huán)氧樹脂粘貼在待檢測(cè)的爐管上。
[0032] MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的適配器在爐管中發(fā)射既定頻率的電流脈沖，包括：薄鐵磁性 鐵鈷合金帶的外側(cè)覆蓋有探頭線圈，探頭線圈上設(shè)置適配器；適配器通過(guò)傳感器電子探頭 發(fā)射既定頻率的電流脈沖，其中電流脈沖通過(guò)設(shè)置在爐管中的導(dǎo)波管。
[0033] 在爐管上設(shè)置薄鐵磁性鐵鈷合金帶、探頭線圈及適配器的具體實(shí)施操作步驟包 括：
[0034] 1)、簡(jiǎn)單清理爐管用于布置適配器部位的表面灰塵，用卷尺測(cè)量待檢測(cè)爐管的周 長(zhǎng)，用金屬切割刀輕輕地剪切薄鐵磁性鐵鈷合金帶，使其稍短于被檢測(cè)爐管的圓周長(zhǎng)度，一 般地薄鐵磁性鐵鈷合金帶的長(zhǎng)度比爐管的圓周長(zhǎng)度小3?5毫米。
[0035] 2)、準(zhǔn)備足夠的粘貼劑（優(yōu)選地粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂，對(duì)爐管無(wú)影響）用攪棒將粘貼 劑均勻地涂抹在薄鐵磁性鐵鈷合金帶的接觸面，保證薄鐵磁性鐵鈷合金帶的所有接觸面被 全部涂抹，沿著爐管上所畫的線，將涂抹好粘貼劑的薄鐵磁性鐵鈷合金帶放置在管道圓周 上，并壓緊在管道上。通過(guò)控制塑料薄片，拉住朔料薄片，輕輕地晃動(dòng)、旋轉(zhuǎn)薄鐵磁性鐵鈷合 金帶，調(diào)整薄鐵磁性鐵鈷合金帶使其沿管道整齊排列。保證薄鐵磁性鐵鈷合金帶的整個(gè)長(zhǎng) 度完全緊貼于管道表面。在這個(gè)過(guò)程中，多余的粘接劑從薄鐵磁性鐵鈷合金帶下被擠壓出 來(lái)。
[0036] 3)、用磁化裝置進(jìn)行磁化，把磁化器放在接近薄鐵磁性鐵鈷合金帶終端的位置，以 便使磁化器的南北兩極平行于薄鐵磁性鐵鈷合金帶的縱向方向排列，以相對(duì)恒定的速度 (大約每英尺/秒）滑動(dòng)磁化器從薄鐵磁性鐵鈷合金帶的一端到另一端，重復(fù)2到3次。
[0037] 4)、將薄鐵磁性鐵鈷合金帶外側(cè)的塑料薄片從薄鐵磁性鐵鈷合金帶雙面膠帶區(qū)域 去除掉，拉住另一端的塑料薄片粘貼在雙面膠帶區(qū)域，將薄鐵磁性鐵鈷合金帶固定好。用一 根長(zhǎng)的橡膠帶將薄鐵磁性鐵鈷合金帶纏繞起來(lái)，直到粘接劑凝固。粘接劑凝固后，去除橡膠 帶，檢查并確認(rèn)薄鐵磁性鐵鈷合金帶被很好地粘接。
[0038] 5)、連接探頭線圈和適配器，在薄鐵磁性鐵鈷合金帶的外側(cè)覆蓋探頭線圈，將配器 與MsS系統(tǒng)通過(guò)電纜連接，打開MsS系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)屏上顯示MsS數(shù)據(jù)。
[0039] MsS系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，適配器通過(guò)傳感器電子探頭發(fā)射既定頻率的電流脈沖對(duì) 爐管進(jìn)行檢測(cè)，理論上電流脈沖的頻率越高，檢測(cè)精度越高，但對(duì)于不同的檢測(cè)對(duì)象，最合 適的檢測(cè)頻率是不同的，因此需要根據(jù)檢測(cè)爐管調(diào)試電流脈沖的頻率以確定出優(yōu)選檢測(cè)頻 率，具體調(diào)試方法為：利用傳感器電子探頭發(fā)射多組電流脈沖，并采集每組電流脈沖施加時(shí) 所形成的爐管缺陷檢測(cè)圖；通過(guò)比對(duì)爐管缺陷檢測(cè)圖對(duì)爐管缺陷的檢出能力，從多組電流 脈沖中確定最佳施加電流脈沖，并利用最佳施加電流脈沖進(jìn)行爐管缺陷檢測(cè)，一般地，可選 用的多組電流脈沖的中心頻率為32KHz、64KHz及128KHz。
[0040] MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的主機(jī)接收回波信號(hào)，根據(jù)回波信號(hào)生成爐管的距離-波幅曲 線圖及距離-波幅光譜圖，因此根據(jù)距離-波幅曲線圖及距離-波幅光譜圖確定缺陷可疑 位置和/或類型。
[0041] 在根據(jù)距離-波幅曲線圖及距離-波幅光譜圖確定缺陷可疑位置和/或類型時(shí)， 還可以通過(guò)調(diào)整距離-波幅光譜圖的信噪比，在不同信噪比下的距離-波幅光譜圖上確定 爐管上的缺陷可疑位置和/或類型，在距離-波幅光譜圖上，顏色代表信號(hào)的強(qiáng)度，顏色越 紅，表明信號(hào)越強(qiáng)烈。
[0042] 上述方法中，調(diào)整距離-波幅光譜圖的信噪比包括：調(diào)整信噪比分別為0、40%、 70%、80%及 90%。
[0043] 利用本發(fā)明實(shí)施例的該方法對(duì)表1中所示的三組爐管進(jìn)行缺陷檢驗(yàn)，以驗(yàn)證該方 法對(duì)爐管缺陷檢測(cè)的有效性。

【權(quán)利要求】
1. 基于磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)爐管缺陷的方法，其特征在于，包括： MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的磁場(chǎng)施加裝置在待檢測(cè)的爐管上形成T模態(tài)導(dǎo)波，其中所述磁場(chǎng) 施加裝置包括薄鐵磁性鐵鈷合金帶及磁化裝置； 所述MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的適配器在所述爐管中發(fā)射既定頻率的電流脈沖； 所述MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的回波信號(hào)采集裝置采集所述爐管上返回的回波信號(hào)； 所述MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的主機(jī)接收所述回波信號(hào)，并生成爐管缺陷檢測(cè)圖； 根據(jù)所述爐管缺陷檢測(cè)圖確定所述爐管的缺陷，其中確定的所述缺陷包括：裂紋類缺 陷及腐蝕類缺陷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的磁場(chǎng)施加裝置在 待檢測(cè)的爐管上形成T模態(tài)導(dǎo)波，包括： 所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶沿所述爐管的周長(zhǎng)方向粘貼在待檢測(cè)的所述爐管上，其中所 述薄鐵磁性鐵鈷合金帶的長(zhǎng)度比所述爐管的周長(zhǎng)小3?5毫米； 所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶被磁化裝置磁化形成T模態(tài)導(dǎo)波。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶通過(guò)環(huán)氧樹脂 粘貼在待檢測(cè)的所述爐管上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的適配器在爐管中 發(fā)射既定頻率的電流脈沖，包括： 所述薄鐵磁性鐵鈷合金帶的外側(cè)覆蓋有探頭線圈，所述探頭線圈上設(shè)置所述適配器； 所述適配器通過(guò)傳感器電子探頭發(fā)射既定頻率的電流脈沖，其中所述電流脈沖通過(guò)設(shè) 置在所述爐管中的導(dǎo)波管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述適配器通過(guò)傳感器電子探頭發(fā)射既 定頻率的電流脈沖，包括： 利用所述傳感器電子探頭發(fā)射多組電流脈沖，并采集每組所述電流脈沖施加時(shí)所形成 的爐管缺陷檢測(cè)圖； 通過(guò)比對(duì)所述爐管缺陷檢測(cè)圖對(duì)爐管缺陷的檢出能力，從多組電流脈沖中確定最佳施 加電流脈沖，并利用所述最佳施加電流脈沖進(jìn)行爐管缺陷檢測(cè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，發(fā)射的多組所述電流脈沖的中心頻率為 32KHz、64KHz 及 128KHz。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述MsS超聲導(dǎo)波系統(tǒng)的主機(jī)接收所述回 波信號(hào)，并生成爐管缺陷檢測(cè)圖，包括： 根據(jù)所述回波信號(hào)生成爐管的距離_波幅曲線圖及距離-波幅光譜圖。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述爐管缺陷檢測(cè)圖確定所述 爐管的缺陷，包括： 根據(jù)所述距離-波幅曲線圖及距離-波幅光譜圖確定缺陷可疑位置和/或類型。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該方法還包括： 調(diào)整所述距離-波幅光譜圖的信噪比，在不同信噪比下的距離-波幅光譜圖上確定所 述爐管上的缺陷可疑位置和/或類型。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述調(diào)整所述距離-波幅光譜圖的信噪 比包括：調(diào)整所述信噪比分別為0、40%、70%、80%及90%。
【文檔編號(hào)】B06B1/08GK104407052SQ201410743652
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】韓利哲, 陳彥澤, 方舟, 劉德宇, 趙彥修, 姜海一 申請(qǐng)人:中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院