無縫管渦流探傷和漏磁探傷分析比較

隨著國民經(jīng)濟的發(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)過程中還會因加工操作工藝不當(dāng)、軋輥或拉拔模設(shè)計不當(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)標準，在無縫鋼管生產(chǎn)線上須進行表面和內(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)，它們各有特點和適用范圍，下面就兩者的原理、探傷的特點和應(yīng)用作一比較。

1 探傷工作原理和特點比較

1.1 渦流探傷原理和特點

渦流檢測是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的一種無損檢測方法，它將正弦波電流激勵探頭線圈，當(dāng)探頭接近無縫鋼管表面時，線圈周圍的交變磁場在鋼管表面產(chǎn)生感生電動勢而產(chǎn)生感應(yīng)電流，即渦流。該渦流又產(chǎn)生感應(yīng)磁場作用于線圈，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移動，遇到缺陷時，使得渦流磁場對線圈的反作用不同，引起線圈阻抗變化，從而測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的檢測方法之一。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)果可直接以電信號輸出，易于實現(xiàn)自動化探傷。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缺

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

1.2 漏磁探傷原理和特點

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，通過檢測該泄露磁場變化信號可檢測出缺陷的存在。無縫鋼管中缺陷處磁導(dǎo)率遠小于鋼管的磁導(dǎo)率。當(dāng)無縫鋼管以流水線方式進入鋼管探測線，快速穿過檢測區(qū)時，將受到直流線圈產(chǎn)生橫向和縱向磁場的磁化。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) 檢測無縫鋼管表面逸出的漏磁場，然后依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，將漏磁場轉(zhuǎn)化為缺陷信號(探頭內(nèi)檢測線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓)，對缺陷信號進一步處理和分析，即可判斷缺陷是否存在及缺陷有關(guān)的尺寸參數(shù)。

2 流水線檢測方法比較

流水線渦流探傷檢測，采用穿過式線圈法進行外表面的探傷，用內(nèi)插式線圈法進行內(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和線圈固定被檢無縫鋼管螺旋送進兩種方法。探傷設(shè)備的機械傳動裝置相對簡單。流水線漏磁探傷檢測常用的方法有探頭旋轉(zhuǎn)無縫管直線前進和探頭固定無縫鋼管螺旋前進兩種方式。探傷設(shè)備的機械傳動裝置比較復(fù)雜。

3 檢測性能比較

3.1 檢測范圍

渦流檢測適用于各種導(dǎo)電材料的無縫鋼管的表面檢測，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。它較適宜于普通薄壁無縫鋼管的外表面缺陷的檢測，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。漏磁檢測只適用于鐵磁性無縫鋼管的檢測，它能檢測出無縫鋼管的內(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。

3.2 檢測靈敏度

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。所以渦流檢測適用于導(dǎo)電無縫管表面缺陷或近表面缺陷的檢測，此時靈敏度高于漏磁檢測。而對于內(nèi)部缺陷，渦流檢測由于存在著“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，檢測靈敏度降低。渦流檢測一般只能檢測無縫鋼管的單面表面缺陷(內(nèi)表面或外表面);漏磁檢測可同時檢測無縫管的內(nèi)外表面缺陷，對于內(nèi)部缺陷也有一定的靈敏度。相對于渦流探傷，漏磁探傷檢測缺陷的靈敏度較低。

4 信號處理比較

渦流和漏磁檢測都采用相應(yīng)的標準參考樣管來校驗檢測系統(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，以及在檢測中對比評價缺陷信號。這兩種檢測方法都是以電信號輸出的形式來顯示缺陷，信號處理比較方便。但由于物理原理不同，兩種檢測方法的信號處理和傳感器結(jié)構(gòu)有較大的差異。渦流檢測由于必須有高頻激勵信號存在，給信號處理帶來一定的困難，容易引起信號相互干涉，信號處理及傳感器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。漏磁檢測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，沒有高頻信號存在，干擾小，給信號處理帶來很大方便，信號處理和傳感器結(jié)構(gòu)很簡單。

5 結(jié)語

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，檢測不受無縫鋼管表面油污等雜質(zhì)的影響。檢測速度快，靈敏度高。漏磁檢測不僅能檢內(nèi)、外表面和皮下缺陷，而且無需測量就可從建立的電信號幅度與缺陷參數(shù)的關(guān)系中，獲知缺陷深度和長度等特征尺寸及是否達到設(shè)定的拒收水平。檢測能力強，檢測速度快。但它只適用于鐵磁性的無縫鋼管，檢測設(shè)備投資大，檢測缺陷的靈敏度較低。