一種基于渦流磁導率測量的鋼管外壁裂紋檢測方法與流程

本發明涉及一種電磁無損檢測新技術，特別是基于渦流磁導率測量的鋼管外壁裂紋檢測方法。

背景技術：

鋼管內、外壁裂紋定量檢測及有效區分非常重要。漏磁檢測在實施內、外層管壁裂紋檢測時，不易區分出內壁和外壁裂紋產生的漏磁場，檢測信號混為一起處理，產生內裂紋和外壁裂紋探傷靈敏度不一致現象，從而帶來外傷的誤報和內傷的漏報。施加磁飽和器的渦流檢測，又使得渦流探傷在拾取外壁裂紋信號的同時，內裂紋信號也被顯示出來，造成與漏磁探傷相同的問題。因此，在飽和磁化下，對鋼管的探傷，提出僅探測外壁裂紋而能有效屏蔽內部裂紋的方法十分必要，將有利于實現不同層面裂紋的區分和精確評價。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于渦流磁導率測量的鋼管外壁裂紋檢測方法，特別是實現鋼管外壁裂紋的區分檢測，同時對飽和磁化下內壁裂紋引起的表層磁導率變化不敏感。該方法區分度高，系統結構簡單，可實現非接觸的快速自動化檢測。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種基于渦流磁導率測量的鋼管外壁裂紋檢測方法，包括以下步驟：

第1步，通過磁化器將被檢鋼管磁化至飽和，鋼管外壁裂紋周圍產生最大的局部磁感應強度畸變；

第2步，同軸設置的一個渦流激勵線圈和兩個檢測線圈組成一組檢測探頭，渦流激勵線圈位于兩個檢測線圈之間，渦流激勵線圈中心線沿鋼管徑向一面正對鋼管表面、另一面正對參考鋼板；兩個檢測線圈采用同軸差動輸出，探測鋼管外壁裂紋產生的磁導率變化；

第3步，鋼管相對于磁化器和檢測線圈運動，渦流檢測信號發生變動，通過輸出信號分析鋼管外表有無裂紋及裂紋大小。

進一步，所述磁化器采用外穿過式直流磁化線圈或者永磁體磁化器，激發均勻靜態磁化場。

進一步，渦流激勵線圈的交變激勵磁場穿過空氣間隙直接作用于鋼管外壁和參考鋼板，激勵頻率在1kHZ-100kHZ之間。

進一步，空間錯開的兩個檢測線圈，一個檢測線圈CA中心線沿法向正對鋼管表面、另一個檢測線圈CB沿法向正對參考鋼板表面。

進一步，參考鋼板和檢測探頭一起放置在磁化器內與鋼管共同磁化，參考鋼板與鋼管外壁的距離可隨靈敏度要求變化。

進一步，鋼管相對于檢測探頭沿磁化器軸線直線運動，檢測探頭與鋼管表面的提離值在0-5mm之間，經過外壁裂紋上方時，獲取到渦流感應磁場最大的信號變化。

進一步，所述檢測探頭以陣列形式繞鋼管布置一周，并沿鋼管磁化方向進行掃查，多通道同時檢測鋼管外壁裂紋。

本發明方法原理是基于差動測量裂紋導致的鋼管表層的磁導率分布畸變，鐵磁性鋼管中，內部磁場B隨著施加直流磁化場H的增加而增大，材料中磁導率μ＝B/H逐漸增大到最大值后呈現下降趨勢。當存在內壁裂紋時，磁感線向鋼管外壁方向產生擾動，內壁裂紋產生的磁場畸變引起的是外層管壁內一定區域的磁導率緩變波動。而外壁裂紋引起磁感線向內壁方向擾動，在裂紋周圍形成強烈的非飽和磁化區，裂紋本身的磁導率相當于空氣的磁導率，與裂紋周圍的非飽和區域形成顯著的磁導率突變。當鋼管相對于檢測探頭運動時，內壁裂紋引起的表層磁導率緩變區域不能使同軸放置的檢測線圈產生差動檢測信號，而外壁裂紋引起的磁導率突變區域能夠引起檢測探頭的差動信號。

檢測時，利用外穿過式直流磁化線圈或者永磁體磁化器激發均勻靜態磁化場，調整直流電流源輸出大小，控制對有效磁化區內的鋼管的軸向磁化程度，在體表內形成飽和磁化區域。外壁裂紋和內壁裂紋附近區域分別形成磁導率突變區域和磁導率緩變區域。所述正弦信號源對渦流激勵線圈施加可調節激勵。所述兩個檢測線圈在空間錯開布置，并進行差動輸出，測量該磁導率突變區的感應磁場變化，輸出信號的變化實現有無外壁裂紋及其大小的判斷。鋼管沿磁化器軸線直線運動，經過外壁裂紋區域時，獲取到渦流感應磁場變化。檢測探頭差動輸出電信號，經過相敏檢波及信號調理放大模塊后與數據處理模塊電信號連接，實現對裂紋的實時判別。

實現上述鋼管外壁裂紋檢測方法的裝置，包括直流電流源、外穿過式磁化器、正弦信號源、渦流激勵線圈、檢測線圈CA、檢測線圈CB、參考鋼板、相敏檢波及信號調理放大模塊。

基于上述技術方案，本發明的有益效果是：本發明能夠在鋼管飽和磁化下測量外壁裂紋引起的磁導率突變信號，同時避免得到內壁裂紋的檢測信號，實現內外壁裂紋信號的分離。利用差動渦流檢測線圈來獲取檢測信號，可靠性高，彌補現有檢測方法中內外壁裂紋區分的不足。可多通道同時檢測鋼管外壁裂紋，從而實現高速高精的鋼管外壁裂紋檢測。具有系統結構簡單、通用性和互換性強的優點，并可實現非接觸的快速自動化檢測。

附圖說明

圖1為無外壁裂紋時鋼管飽和磁化磁感線均勻分布圖；

圖2為鋼管飽和磁化時的外壁裂紋檢測示意圖；

圖3為有外壁裂紋鋼管飽和磁化時磁導率分布云圖；

圖4為傳統差動檢測探頭檢測內壁裂紋示意圖；

圖5為檢測探頭結構及線圈位置關系示意圖；

圖6為外壁裂紋檢測示意圖；

圖7為內壁裂紋引起的表層磁導率緩變區域檢測示意圖；

圖8為本發明的實施裝置示意圖；

圖9為外壁裂紋實際檢測信號示意圖；

圖10為本發明方法的總體具體實施方式示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。

如圖1所示，鋼管1無外壁裂紋時，鋼管1飽和磁化磁感線均勻分布。圖2為鋼管有外壁裂紋時飽和磁化的示意圖，檢測探頭2沿鋼管1外壁掃查，鋼管1表面感應出渦流，由于渦流的集膚效應，渦流主要分布在圖2所示的裂紋區域4。當存在外壁裂紋3時，由于外壁裂紋3對磁感線的擾動，裂紋區域具有小范圍的強烈非磁飽和區，與此同時，裂紋3區域相當于空氣的相對磁導率。因此裂紋及其周圍區域形成磁導率劇烈變化區，圖3為有外壁裂紋鋼管飽和磁化時的磁導率分布云圖。

采用如圖4所示的檢測探頭結構時，若鋼管存在內壁裂紋3’，裂紋周圍磁感線向鋼管1外壁方向產生擾動，引起畸變磁場，使得裂紋上方區域產生較大范圍的磁導率畸變4’，并擴散到鋼管內壁裂紋對應的外壁表層，呈現與無裂紋處不同的磁導率特性，因此內壁裂紋產生磁場畸變引起的外層管壁內磁導率波動能夠被檢出。

因此要檢測出鋼管外壁裂紋而避免內壁裂紋引起的表層磁導率畸變帶來檢測信號，采用圖5所示的檢測探頭結構，檢測探頭2由激勵線圈5和檢測線圈6、7組成，三者在同軸放置。因此檢測探頭的工作方式如圖6所示，當鋼管1存在外壁裂紋3時，檢測線圈6和接受線圈7構成的差動輸出能夠產生異常從而檢出外壁裂紋，但是對于圖7所示的鋼管內壁裂紋3’，表層磁導率在空間上雖存在變異，但差動渦流檢測線圈得不到輸出。

因此具體實施步驟可分為：

第1步，采用外穿過式直流磁化線圈10產生軸向磁化場，作用于有效磁化區內的被檢鋼管1并將其磁化至飽和，在鋼管外壁裂紋周圍產生最大的局部磁感應強度畸變區域4。

第2步，渦流激勵線圈5的中心線沿鋼管1徑向布置在鋼管表面，激勵頻率在1kHZ-100kHZ之間選擇，交變激勵磁場穿過空氣間隙直接作用于鋼管1外壁和參考鋼板9；與此同時，檢測線圈CA和檢測線圈CB，即圖5中的6和7，其中心線沿鋼管徑向布置于鋼管表面，沿鋼管徑向空間錯開布置，兩個檢測線圈6、7采用差動輸出，探測鋼管表層裂紋產生的磁導率變化，渦流激勵線圈5和檢測線圈6、7共同構成它比式渦流檢測探頭2，與鋼管表面的提離值一般在0-5mm間。當檢測探頭經過外壁裂紋上方時，產生最大的信號變化。

第3步，鋼管1相對于磁化器和檢測探頭2沿軸向勻速直線運動，鋼管1不同區域經過檢測探頭2下方時，檢測探頭2兩端感應電動勢變化，分析處理后的信號顯示鋼管1外壁有無裂紋和裂紋大小。實驗中得到12mm厚度的鋼板正面的0.5mm深度，0.5mm寬度的檢測信號，如圖9所示。而對于相同鋼板背面相同尺寸和方向的裂紋，無信號輸出。

如圖8所示為本方法的實施裝置，裝置包括檢測探頭2、參考鋼板9、外穿過式直流磁化線圈10、放大濾波模塊11、相敏檢波模塊12、通過A/D采集模塊13、計算機14、交流激勵源15、直流電源16。

發明方法的總體具體實施方式為如圖10所示，磁化線圈10對鋼管1待檢區域實施飽和磁化，交流激勵源15提供可調節的正弦激勵施加到檢測探頭2上。檢測探頭2位于外穿過式直流磁化線圈10和鋼管1外壁之間，保持相對位置恒定，鋼管1經過檢測探頭2下方時，檢測探頭2獲得的信號經過放大濾波模塊11、相敏檢波模塊12，通過A/D采集模塊13后，提供給計算機14提取信號特征并用波形圖的形式顯示，得到待檢測鋼管1外壁的裂紋信息。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。