第六章遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)

1、第六章 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)中國(guó)工業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)網(wǎng)http:/遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷史及特點(diǎn)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷史及特點(diǎn)遠(yuǎn)場(chǎng)效應(yīng)是20世紀(jì)40年代發(fā)現(xiàn)的。1951年macleanw.r.獲得了此項(xiàng)技術(shù)的美國(guó)專利 1（見圖1）。50年代殼牌公司的schmidt t.r.獨(dú)立地再發(fā)現(xiàn)了遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無損檢測(cè)技術(shù)，在世界上首次研制成功檢測(cè)井下套管的探頭（見圖2），并用來檢測(cè)井下套管的腐蝕情況 2，1961年他將此項(xiàng)技術(shù)命名為“遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)”，以區(qū)別于普通渦流檢測(cè)。殼牌公司開發(fā)部向maclean購(gòu)買了該專利權(quán)，在探頭的研制中獲得了很大的成功，并用來檢測(cè)井下套管。20世紀(jì)60年代初期，殼牌公司應(yīng)用遠(yuǎn)場(chǎng)渦

2、流檢測(cè)技術(shù)來檢測(cè)管線，檢測(cè)設(shè)備包括信號(hào)功率源、信號(hào)測(cè)量、信號(hào)記錄和處理，做成管內(nèi)能通過的形式，像活塞一樣，加動(dòng)力之后即可在管線內(nèi)運(yùn)動(dòng)，取名“智能豬”（見圖3）。此裝置于1961年5月9日第一次試用，一次可以檢測(cè)80公里或更長(zhǎng)的管線。3中國(guó)工業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)網(wǎng)http:/殼牌公司在80年代促進(jìn)了此項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)化。一些制造商立刻認(rèn)可了此項(xiàng)技術(shù)的價(jià)值，開始生產(chǎn)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)設(shè)備。4圖1世界上第一個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)的專利中國(guó)工業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)網(wǎng)http:/圖2世界上第一個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流井下套管檢測(cè)探頭（schmidt，1961）圖3用“智能豬”來檢測(cè)管線（殼牌公司，1961）中國(guó)工業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)網(wǎng)http:/在過去的20多年中，

3、遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)引起了全世界有關(guān)研究人員的興趣，schmidt t.r.作出了杰出的貢獻(xiàn)，lordow，atherton d.l.等567對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流現(xiàn)象進(jìn)行了有限元模型的理論模擬，開發(fā)了計(jì)算機(jī)模擬程序，為遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。在80年代后期和90年代初期，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)得到了很大發(fā)展，開發(fā)了檢測(cè)系統(tǒng)，利用內(nèi)置式探頭來檢測(cè)輸氣管線、井下套管、地埋管線、熱交換器和鍋爐89，利用外置式探頭來檢測(cè)平板和鋼管。現(xiàn)代的檢測(cè)設(shè)備利用計(jì)算機(jī)來顯示和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，還有自動(dòng)信號(hào)分析程序。中國(guó)工業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)網(wǎng)http:/從20世紀(jì)80年代開始，加拿大路賽爾技術(shù)有限公司（russellndesystemsin

4、c簡(jiǎn)稱路賽爾公司）與加拿大女王大學(xué)（queensuniversity，世界應(yīng)用電磁研究中心）合作，致力于遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)在管道檢測(cè)方面的研究，特別是井下套管和地埋油氣水輸送管線的檢測(cè)。路賽爾公司1988年研制成功第一代遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)（108型），1992年研制成功第二代檢測(cè)系統(tǒng)（204型），2000年研制成功第三代檢測(cè)系統(tǒng)（308型，見圖8）。目前路賽爾公司生產(chǎn)的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無損檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)居世界領(lǐng)先水平。圖8路賽爾公司研制的三代遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無損檢測(cè)系統(tǒng)中國(guó)工業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)網(wǎng)http:/2000年美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)制定了astme2096-00熱交換器管遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)由路賽爾公司撰寫。美國(guó)無損探傷

5、試驗(yàn)學(xué)會(huì)asnt于2004年出版的電磁無損檢測(cè)手冊(cè)10，其中第八章遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)由路賽爾公司和加拿大女王大學(xué)撰寫。2000年以來我國(guó)電力、石化、化工行業(yè)向路賽爾公司購(gòu)買了數(shù)套204型和308型遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)，用于檢測(cè)鍋爐和熱交換器，應(yīng)用效果很好。我國(guó)2004年制定了國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)dl/t 883-2004電站在役給水加熱器鐵磁性鋼管遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢驗(yàn)技術(shù)導(dǎo)則。近二年來我國(guó)油田開始對(duì)路賽爾公司生產(chǎn)的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流井下套管無損檢測(cè)系統(tǒng)感興趣。中國(guó)工業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)網(wǎng)http:/遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無損檢測(cè)的原理和優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無損檢測(cè)的原理和優(yōu)點(diǎn)三種普通無損檢測(cè)方法存在的缺陷三種普通無損檢測(cè)方法存在的缺陷對(duì)于井下套管和地埋線的

6、無損檢測(cè)，人們通常嘗試使用漏磁、傳統(tǒng)渦流和超聲檢測(cè)方法，但這三種方法都存在很大的局限性。漏磁檢測(cè)存在的主要問題：漏磁檢測(cè)存在的主要問題：對(duì)于內(nèi)壁和外壁缺陷的靈敏度很不一致，如果探頭與外壁接觸，則外壁缺陷的靈敏度比內(nèi)壁高；無法檢測(cè)均勻腐蝕減??；對(duì)間隙非常敏感，間隙變化會(huì)引起檢測(cè)誤差；由于必須采用磁化裝置，因此設(shè)備比較笨重。中國(guó)工業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)網(wǎng)http:/傳統(tǒng)渦流存在的主要問題：傳統(tǒng)渦流存在的主要問題：傳統(tǒng)渦流對(duì)于鐵磁性管子，由于集膚效應(yīng)的作用，只能檢測(cè)管道的表面缺陷，不能做到對(duì)管壁100%的檢測(cè)；對(duì)間隙很敏感，間隙變化對(duì)靈敏度影響很大。超聲檢測(cè)存在的主要問題：超聲檢測(cè)存在的主要問題：超聲檢測(cè)要求被

7、檢測(cè)的表面很清潔，需要良好的聲耦合，管道檢測(cè)特別是管道的在役檢測(cè)很難實(shí)現(xiàn)良好的聲耦合。中國(guó)工業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)網(wǎng)http:/遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無損檢測(cè)的原理遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無損檢測(cè)的原理11內(nèi)置式探頭置于被檢測(cè)鋼管內(nèi)，探頭上有一個(gè)激勵(lì)線圈，還有一個(gè)（或二個(gè)）檢測(cè)線圈。激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈的距離為鋼管內(nèi)徑的2-3倍。激勵(lì)線圈發(fā)出的磁力線（能量）穿過管壁向外擴(kuò)散，在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)又再次穿過有表面缺陷的管壁向內(nèi)擴(kuò)散，被檢測(cè)線圈接收。檢測(cè)線圈接收到的信號(hào)的幅度和相位都和壁厚有關(guān)，利用專用的軟件就可測(cè)得管壁的厚度（見圖9）。圖9遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無損檢測(cè)的原理中國(guó)工業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)網(wǎng)http:/激勵(lì)線圈與檢測(cè)線圈間距的確定激勵(lì)線圈與檢測(cè)線圈間距的確定由圖

8、10的下部份可看出，在激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈之間存在三個(gè)區(qū)：直接耦合區(qū)、過渡區(qū)和遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。圖10的上部份是鋼管的外壁和內(nèi)壁的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流場(chǎng)的幅度與兩線圈的間距（為鋼管內(nèi)徑的信數(shù)）的分布曲線。從圖中可看出：外壁的幅度大于內(nèi)壁的幅度；當(dāng)間距等于、大于二倍鋼管內(nèi)徑后，外壁和內(nèi)壁的幅度與間距成正比，而且當(dāng)間距為2-3倍鋼管內(nèi)徑時(shí)（遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)），外壁和內(nèi)壁的幅度較大，因此，激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈的距離取2-3倍鋼管的內(nèi)徑。中國(guó)工業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)網(wǎng)http:/圖10遠(yuǎn)場(chǎng)渦流場(chǎng)強(qiáng)分布中國(guó)工業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)網(wǎng)http:/波在鋼板中的傳播波在鋼板中的傳播由圖11可看出，波在鋼板中傳播的過程中，波幅衰減，相位發(fā)生移動(dòng)。鋼板的厚度越大，波幅衰減得越大。圖11波在傳播過程中波幅的衰減和相位的移動(dòng)中國(guó)工業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)網(wǎng)http:/探頭附近磁力線的分布探頭附近磁力線的分布由圖12可看出，在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)磁力線的軌跡與管壁平行，因此，在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)通過管壁的磁力線的總數(shù)和壁厚成正比。圖12探頭附近的磁力線分布（3/4管，有限元計(jì)算結(jié)果）中國(guó)工業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)網(wǎng)http:/遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無損檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無損檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)與普通渦流、漏磁和超聲波無損檢測(cè)相比，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無損檢測(cè)具有以下優(yōu)點(diǎn)：被檢測(cè)的鋼管的表面不必清洗；探頭與鋼管表面不接觸，探頭外徑與鋼管內(nèi)徑之間的間隙變化對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響很小，允許的最大間隙為鋼管內(nèi)徑的30%，最佳間隙小于鋼管內(nèi)徑的15%；檢測(cè)鋼管內(nèi)表面