各常用電磁無損檢測(cè)方法原理,應(yīng)用,優(yōu)缺點(diǎn)比較

1、一普通渦流檢測(cè)1原理渦流檢測(cè)是以電磁感應(yīng)為根底,通過測(cè)定被檢工件內(nèi)感生渦流的變化來無損地評(píng)定導(dǎo) 電材料及其工件的某些性能,或發(fā)現(xiàn)其缺陷的無損檢測(cè)方法.當(dāng)載有交變電流的試驗(yàn) 線圈靠近導(dǎo)體試件時(shí),由于線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的作用感應(yīng)出渦流,渦流的大小,相 位及流動(dòng)形式受到試件性能和有無缺陷的影響,而渦流產(chǎn)生的反作用又使線圈阻抗發(fā) 生變化,因此,通過測(cè)定線圈阻抗的變化,就可以推斷被檢試件性能的變化及有無缺 陷的結(jié)論.2開展1渦流現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)己經(jīng)有近二百年的歷史.奧斯特 (Oersted、安培(Ampere ), 法拉弟(Faraday、麥克斯韋(Maxwell)等世界著名科學(xué)家通過研究電磁作用實(shí) 驗(yàn),發(fā)現(xiàn)

2、了電磁感應(yīng)原理,建立了系統(tǒng)嚴(yán)密的電磁場(chǎng)理論,為渦流無損檢測(cè)奠定 了理論根底l.1879年,體斯(Hughes)首先將渦流檢測(cè)應(yīng)用于實(shí)際一一判斷不 同的金屬和合金,進(jìn)行材質(zhì)分選.自 1925年起,在美國有不少電磁感應(yīng)和渦流檢 測(cè)儀獲得專利權(quán),其中,Karnz直接用渦流檢測(cè)技術(shù)來測(cè)量管壁厚度;Farraw首次設(shè)計(jì)成功用于鋼管探傷的渦流檢測(cè)儀器.但這些儀器都比較簡(jiǎn)單,通常采用60Hz ,110V的交流電路,使用常規(guī)儀表(如電壓計(jì)、安培計(jì)、瓦特計(jì)等),所以其工作 靈敏度較低、重復(fù)性較差.二戰(zhàn)期間,多個(gè)工業(yè)部門的快速開展促進(jìn)了渦流檢測(cè) 儀器的進(jìn)步.渦流檢測(cè)儀器的信號(hào)發(fā)生器、放大器、顯示和電源裝置等部件的

3、性 能得到了很大改進(jìn),問世了一大批各種形式的渦流探傷儀器和鋼鐵材料分選裝置, 較多地應(yīng)用于航空及軍工企業(yè)部門.當(dāng)時(shí)尚未從理論和設(shè)備研制中找到抑制干擾 因素的有效方法,所以,在以后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)渦流檢測(cè)技術(shù)開展緩慢.直到1950年以后,以德國科學(xué)家福斯特(Foster)博士為代表提出了利用阻抗分析方法來鑒別渦流檢測(cè)中各種影響因素的新見解,為渦流檢測(cè)機(jī)理的分析和 設(shè)備的研制提供了新的理論依據(jù),極大地推動(dòng)了渦流檢測(cè)技術(shù)的開展.福斯特也因此當(dāng)之無愧地被稱為“現(xiàn)代渦流檢測(cè)之父.由于福斯特的卓越奉獻(xiàn),自 20世 紀(jì)50年代起,美國、前蘇聯(lián)、法國、英國等工業(yè)興旺國家的科學(xué)家積極開展渦流 檢測(cè)技術(shù)研究.到20

4、世紀(jì)70年代以后,電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速開展,有效 地帶動(dòng)了渦流檢測(cè)儀器技術(shù)性能的改進(jìn),進(jìn)一步突現(xiàn)了渦流檢測(cè)技術(shù)在探測(cè)導(dǎo)電 材料外表或近外表缺陷應(yīng)用中的優(yōu)越性.世界各國相繼開展了大量的渦流檢測(cè)技 術(shù)研究和儀器開發(fā)工作,發(fā)表了大量的研究論文,并研制生產(chǎn)了一些高性能的渦流檢 測(cè)儀器L=l.我國從20世紀(jì)60年代開展渦流檢測(cè)技術(shù)的研究工作,并先后研制 成功了一系列渦流檢測(cè)儀器,如廈門愛德森公司的系列渦流檢測(cè)儀器.渦流檢測(cè) 技術(shù)的開展得到實(shí)質(zhì)性的突破并步入實(shí)用化階段.此后,隨著電子技術(shù)尤其是計(jì) 算機(jī)和信息處理技術(shù)的進(jìn)一步開展,影響和促進(jìn)了渦流檢測(cè)技術(shù)與儀器的不斷更 新和進(jìn)步.從渦流檢測(cè)儀器的開展歷程

5、來看,可分為五代產(chǎn)品fall.第一代產(chǎn)品是以分立元件為根底,采用簡(jiǎn)單諧振方式的一維顯示模擬儀器,只有一種檢測(cè)頻率.第二 代產(chǎn)品是以阻抗平面分析法為根底,局部采用集成電路技術(shù)的二維顯示模擬儀器, 檢測(cè)時(shí)可以選擇不同的鼓勵(lì)頻率以適應(yīng)不同檢測(cè)材料的要求.第三代產(chǎn)品是多頻 渦流檢測(cè)儀器,檢測(cè)時(shí)對(duì)探頭施加兩個(gè)或兩個(gè)以上不同的檢測(cè)頻率,利用不同頻 率下被檢導(dǎo)體材料反射阻抗不同的原理,提升了對(duì)材料特性或缺陷的檢測(cè)水平, 并通過混和運(yùn)算抑制干擾信號(hào),到達(dá)去偽存真的目的.第四代產(chǎn)品是以計(jì)算機(jī)技 術(shù)為根底的智能化、數(shù)字化產(chǎn)品,其特點(diǎn)是能夠大大簡(jiǎn)化操作,提升檢測(cè)效率和 數(shù)據(jù)處理水平,并具備頻譜分析、渦流成像等功能.

6、第五代產(chǎn)品是DSP技術(shù)、陣列技術(shù)、多通道技術(shù)、通信傳輸技術(shù)及其它無損檢測(cè)技術(shù)相互融合為一體的多功 能儀器,它能夠?qū)θ毕葸M(jìn)行檢測(cè)、分析、判斷,并通過其它技術(shù)的輔助檢測(cè),驗(yàn)證其結(jié)果的正確性.渦流檢測(cè)技術(shù)己進(jìn)入一個(gè)全新的開展時(shí)代,具有樂觀的開展前景.經(jīng)過一百多年的時(shí)間,渦流檢測(cè)技術(shù)得到了很大的開展,特別是近段時(shí)間以來,英國的DERA和美國的Iowa州立大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)做了很多的工作,在獲取信號(hào)、測(cè)量參數(shù)的選擇、信號(hào)處理和結(jié)果顯示等方面開展了大量的研究,進(jìn)一步推動(dòng)了渦流檢測(cè)技術(shù)的開展10.在國內(nèi),新世紀(jì)以來發(fā)表的文章大都著眼于三維缺損響特征的仿真技術(shù)研究、數(shù)字處理技術(shù)研究、檢測(cè)系統(tǒng)研制等.清華大學(xué)博士后

7、雷銀照的課題是核電站石墨渦流檢測(cè)理論和技術(shù),華中科技大學(xué)CAD中央博士后蔣齊密在國家自然科學(xué)基金工程“基于hp有限元和電磁場(chǎng)分布的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的研究中主要研究 有限元數(shù)值仿真技術(shù)11.3應(yīng)用目前,渦流檢測(cè)在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用,特別是在核電廠蒸汽發(fā)生器管道的檢測(cè)中,具有其他方?fe不可替代的作用 12.我國當(dāng)前把核電作為大力開展的對(duì)象, 提升我國的渦流檢測(cè)水平與水平具有重要意義.在線檢測(cè),用于工藝檢查,在制造和產(chǎn)品檢查.4優(yōu)缺點(diǎn)1 .非接觸檢測(cè),能穿透非導(dǎo)體涂鍍層,可以在不去除零件外表油脂、積碳和保護(hù)層的情況下進(jìn)行檢測(cè).2 .檢測(cè)無需禍合介質(zhì),可以在高溫狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè).探頭可伸入到遠(yuǎn)

8、處作業(yè),故可對(duì)工件的狹窄區(qū)域、深孔壁等進(jìn)行檢測(cè).3 .對(duì)工件外表或近外表的缺陷,有很高的檢出靈敏度,且在一定的范圍內(nèi)具有良好的線性指示,可對(duì)大小不同的缺陷進(jìn)行評(píng)價(jià).4 .可以對(duì)工件外表涂層厚度進(jìn)行測(cè)量,如測(cè)量導(dǎo)電覆蓋層或非導(dǎo)電涂層的厚度;可以對(duì)導(dǎo)體的電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量,進(jìn)行材料的分類.5 .由于檢測(cè)信號(hào)為電信號(hào),所以可對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化處理,并將處理后的結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)、再現(xiàn)及進(jìn)行數(shù)據(jù)比較分析.6在常規(guī)渦流檢測(cè)過程中,主要通過測(cè)量渦流傳感器輸出信號(hào)的變化以得到被檢對(duì)象特性.被檢對(duì)象中影響渦流傳感器輸出信號(hào)的因素很多,諸如磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、外形尺寸和缺陷等,各種因素的影響程度各異.另一方面,在一次檢測(cè)過

9、程中,有時(shí)需要同時(shí)獲得被檢對(duì)象的多個(gè)參數(shù).常規(guī)渦流檢測(cè)技術(shù)采用單一頻率工作,獲取的信息量有限,難以滿足實(shí)際檢測(cè)過程中的更高需求.7渦流檢測(cè)是當(dāng)前在線檢測(cè)應(yīng)用最為普遍成熟的檢測(cè)手段,但是渦流檢測(cè)自身存在一定缺陷,干擾因素多,提離效應(yīng)人,且難以對(duì)缺陷進(jìn)行當(dāng)量分析.8渦流檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是不需要直接接觸,無需耦合介質(zhì),速度快,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化.具 有較高靈敏度,可在高溫下作業(yè),同時(shí)探頭可伸向遠(yuǎn)處等.但是常規(guī)渦流檢測(cè)技術(shù)也 有缺乏之處：檢測(cè)對(duì)象必須是導(dǎo)電材料,只能檢測(cè)管道外表或近外表缺陷,干擾因素多, 對(duì)缺陷的定性和定量還比較困難 13.渦流檢測(cè)技術(shù)的缺點(diǎn)是：(1)只限于導(dǎo)電材料；(2)只限于外表或近外表;(

10、3)干擾因素多, 需進(jìn)行特殊處理；(4)對(duì)復(fù)雜形狀的構(gòu)件進(jìn)行測(cè)試的效率低 ；(5)探傷時(shí)難以判斷缺陷的 種類和形狀.5其他與常規(guī)渦流檢測(cè)技術(shù)相比,渦流陣列檢測(cè)技術(shù)的主要不同點(diǎn)是探頭由多個(gè)獨(dú)立工作的線圈構(gòu)成,這些線圈根據(jù)特殊的方式排布,且鼓勵(lì)線圈與檢測(cè)線圈之間形成兩種方向相互垂直的電磁場(chǎng)傳遞方式,有利于發(fā)現(xiàn)取向不同的線性缺陷66,67渦流陣列探頭中包含幾個(gè)或幾十個(gè)線圈,不管是鼓勵(lì)線圈,還是檢測(cè)線圈,相互之間距離都非常近,保證各個(gè)鼓勵(lì)線圈的鼓勵(lì)磁場(chǎng)之間、檢測(cè)線圈的感應(yīng)磁場(chǎng)之 間不相互干擾,是渦流陣列檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵.在檢測(cè)過程中,采用電子學(xué)的方法, 根據(jù)設(shè)定的邏輯順序,對(duì)陣列單元分時(shí)切換,將各單元獲

11、取的渦流檢測(cè)信號(hào)采集 進(jìn)入儀器的信號(hào)處理系統(tǒng).渦流陣列檢測(cè)技術(shù)除了具有掃查覆蓋面積大、檢測(cè)速 度快等優(yōu)點(diǎn)外,其探頭外形可根據(jù)實(shí)際被檢對(duì)象的形面進(jìn)行設(shè)計(jì),因此還具有容 易克服提離效應(yīng)影響的優(yōu)勢(shì)；采用C掃描顯示方式時(shí),圖像直觀清楚,檢測(cè)結(jié)果 一目了然68,69渦流陣列檢測(cè)技術(shù)不僅能夠?qū)Ρ粰z對(duì)象展開的或封閉的檢測(cè)面進(jìn) 行大面積的高速掃描,而且能用于掃描任何固定形狀構(gòu)成的檢測(cè)面,如各種異型 管、棒、條、板材,以及飛機(jī)機(jī)體、輪毅,發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤樺齒、外環(huán)、渦輪葉片 等構(gòu)件的外表70-75二遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)1原理遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)是一種能穿透金屬管壁的低頻渦流檢測(cè)技術(shù)55,56.探頭通常為內(nèi)通式,由鼓勵(lì)線圈和檢測(cè)

12、線圈構(gòu)成,檢測(cè)線圈與鼓勵(lì)線圈相距約2-3倍管內(nèi)徑長(zhǎng)度；鼓勵(lì)線圈通以低頻交流電流,感應(yīng)出的磁力線穿過管壁向外擴(kuò)散,在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)又再次穿過管壁向管內(nèi)擴(kuò)散,被檢測(cè)線圈接收,從而有效地檢測(cè)金屬管子的內(nèi)、外壁缺陷和管壁厚薄變化等情況 57-60.2開展遠(yuǎn)場(chǎng)效應(yīng)是20世紀(jì)40年代發(fā)現(xiàn)的,各國科學(xué)家對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了不斷的探索,使遠(yuǎn)場(chǎng)渦流理論得到了逐步完善和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.直至 2000年,美國試驗(yàn)與材料學(xué)會(huì)(American Society for Testingand Materials, ASTM) 公布了 "Standard Practice for In Situ Examination o

13、fFerromagnetic Heat-Exchanger Tubes Using Remote FieldTesting的標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)志著遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)正式被接受成為一項(xiàng)有效的管道無損檢測(cè)方法.3應(yīng)用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于核反響堆壓力管、石油及天然氣輸送管和城市煤氣管道 等結(jié)構(gòu)的探傷4優(yōu)缺點(diǎn).遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)檢測(cè)的是穿過管壁后在管外沿管軸傳播一段距離再返回到管內(nèi)的磁場(chǎng), 接收線圈必須處于距鼓勵(lì)線圈2 3倍管徑處的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū).常規(guī)渦流技術(shù)那么是采用靠近管壁的線圈以直接磁禍合的形式來拾取傳播到管壁又返回的信號(hào).(2)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)儀頻率較低(典型為50500 Hz),磁場(chǎng)可以穿過鐵磁性材料管壁,為了 保

14、證在鼓勵(lì)的每個(gè)周期內(nèi)采集到信號(hào),并且不漏檢,其檢測(cè)速度受到限制,通常只有 常規(guī)渦流檢測(cè)方法的1/3 1 /5 ,約在10 20 m/min之問.常規(guī)渦流檢測(cè)儀頻率較高 (1 000 Hz范圍),在鐵磁性材料管道中,磁場(chǎng)被限制在管道的內(nèi)外表,檢測(cè)外部缺非 常困難.(3)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)主要用于檢測(cè)鐵磁性管道,也可以用于檢測(cè)非鐵磁性管道,其最大優(yōu)勢(shì)是能檢查厚壁鐵磁性管道,最大檢測(cè)壁厚為25,這是常規(guī)渦流技術(shù)無法到達(dá)的其次,對(duì)大范圍壁厚缺損,遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)靈敏度和精確度較高,精度可以 到達(dá)2% 5%,對(duì)于小體積的缺陷,如腐蝕凹坑等,其檢測(cè)靈敏度的上下取決于被測(cè) 管道的材質(zhì)、壁厚、磁導(dǎo)率的均勻性、

15、檢測(cè)頻率和探頭的拉出速度等因素.常規(guī)渦檢 測(cè)技術(shù)與其相比造價(jià)較低,一般適用于檢測(cè)非鐵磁性材料.(4)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)測(cè)量的是接收線圈輸出的相位和幅度信號(hào),條形圖顯示的是相位 和幅度的對(duì)數(shù),這些參數(shù)都和管材大范圍的缺損呈線性關(guān)系.常規(guī)渦流檢測(cè)顯示的是 阻抗幅度和相位,與壁厚的關(guān)系較復(fù)雜.(5)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)儀對(duì)內(nèi)外管壁缺損有相同的檢測(cè)靈敏度,對(duì)填充系數(shù)要求低,對(duì)有 障礙物和凹痕的管了檢測(cè)效果很好,對(duì)探頭在管內(nèi)行走產(chǎn)生的偏心影響比常規(guī)渦流小.遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)最大優(yōu)勢(shì)是能檢查厚壁鐵磁性管道,最大檢測(cè)壁厚為25 mm ,同時(shí)也可檢測(cè)非鐵磁 性材料.該方法對(duì)大范圍壁厚缺損檢測(cè)靈敏度和精確度較高.對(duì)于小體積的缺

16、陷,其檢測(cè)靈敏度的高低取決于被測(cè)管道的材質(zhì)、壁厚、磁導(dǎo)率的均勻性、檢測(cè)頻率和探頭的拉出速度等因素.由于對(duì)管內(nèi)壁和管外壁缺陷具有相同的靈敏度,因此無法對(duì)內(nèi)外壁的缺陷定位.(1)滲透性變化會(huì)產(chǎn)生類似金屬缺損的信號(hào),掩蓋真正的金屬缺損信號(hào).需要研究開發(fā) 一種能把滲透性變化的情況濾除或?qū)⑵鋮^(qū)分出來的方法.(2支撐板會(huì)阻擋磁力線的傳播,掩蓋缺損信號(hào),導(dǎo)致靠近支撐板的管面檢測(cè)困難.(3)管了的彎曲部位在壁厚和滲透性上變化很大,嚴(yán)重影響了遠(yuǎn)場(chǎng)渦流信號(hào),探測(cè)此處 的缺陷和缺陷尺寸成為問題.(4)檢測(cè)時(shí),必須保證檢測(cè)速度的平穩(wěn),不能引起振動(dòng)噪聲,否那么振動(dòng)噪聲會(huì)湮沒缺陷 信號(hào).三脈沖渦流檢測(cè)1原理脈沖渦流檢測(cè)技

17、術(shù)采用脈沖信號(hào)鼓勵(lì),通常為具有一定占空比的周期矩形波,施加在探頭上的鼓勵(lì)信號(hào)會(huì)感應(yīng)出脈沖渦流在被檢對(duì)象中傳播.根據(jù)電磁感應(yīng)原理,此脈沖渦流又會(huì)感應(yīng)出一個(gè)快速衰減的磁場(chǎng)；隨著感生磁場(chǎng)的衰減,檢測(cè)線圈上就會(huì)感應(yīng)出隨時(shí)間變化的電壓2開展3應(yīng)用脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于導(dǎo)體較深層缺陷、飛機(jī)機(jī)身多層結(jié)構(gòu)等的探測(cè).脈沖渦 流目前主要用于軍用和民用吃機(jī)的無損檢測(cè)中,在多層金屬結(jié)構(gòu)中問層或次外表缺陷的檢測(cè)有應(yīng)用優(yōu)勢(shì),并被證實(shí)能有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)吃機(jī)多層結(jié)構(gòu)和機(jī)身重疊部位隱含的腐蝕缺陷的檢測(cè)和評(píng)估.4優(yōu)缺點(diǎn)脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)具有許多優(yōu)勢(shì).常規(guī)渦流檢測(cè)技術(shù)采用單一頻率的正弦信號(hào)作為激 勵(lì),主要對(duì)感應(yīng)磁場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析,即通

18、過測(cè)量感應(yīng)電壓的幅值和相位來識(shí)別缺 陷；而脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)主要對(duì)感應(yīng)電壓信號(hào)進(jìn)行時(shí)域的瞬態(tài)分析,提取信號(hào)特 征量,分析缺陷尺寸、類型和結(jié)構(gòu)參數(shù)等變化.在理論上,由于脈沖渦流檢測(cè)技 術(shù)中的鼓勵(lì)信號(hào)可以看成一系列不同頻率正弦諧波的合成信號(hào),具有很寬的頻譜, 廣義上可以認(rèn)為其是一種多頻渦流檢測(cè)技術(shù),所以,可以比常規(guī)渦流檢測(cè)技術(shù)提 供更多信息四多頻渦流檢測(cè)1原理多頻渦流檢測(cè)(Multi-Frequency Eddy Current Testing, MFECT)技術(shù)是一種渦流檢測(cè)新技術(shù),它用多個(gè)頻率鼓勵(lì)傳感器,比用單個(gè)頻率作為鼓勵(lì)信號(hào)的常規(guī)渦 流檢測(cè)技術(shù)能獲取更多信息【i,2,2i-232開展3應(yīng)用4

19、優(yōu)缺點(diǎn)i檢測(cè)中如何充分利用所獲取的信息,對(duì)其進(jìn)行特征提取分析是多頻渦流檢測(cè)技術(shù)的 關(guān)鍵問題,其檢測(cè)結(jié)果比常規(guī)渦流檢測(cè)技術(shù)可以更有效地實(shí)現(xiàn)干擾抑制或者多參數(shù)檢 測(cè).2 1970年,美國科學(xué)家Libby H L首先提出多頻渦流檢測(cè)技術(shù),用以實(shí)現(xiàn)渦流檢測(cè)過程中的干擾抑制或者被檢對(duì)象的多參數(shù)檢測(cè)21.多頻渦流檢測(cè)技術(shù)采用多個(gè)不同頻率鼓勵(lì)渦流傳感器,利用不同頻率下,參數(shù)有不同變化的原理來實(shí)現(xiàn)的.在不同頻率下得到的檢測(cè)信號(hào),通過一定的方法進(jìn)行分析處理,提取多個(gè)所需參數(shù),或者抑制干擾1,3,21,117.五 acfm1原理當(dāng)載有交變電流的檢測(cè)線圈靠近導(dǎo)體時(shí),交變電流在周圍的空間中產(chǎn)生交變磁場(chǎng),被檢對(duì)象外表感

20、應(yīng)出交變渦流；當(dāng)外表無缺陷時(shí),外表渦流線彼此平行,形成近似勻強(qiáng)渦 流場(chǎng),在周圍空間產(chǎn)生近似勻強(qiáng)的交變電磁場(chǎng)；當(dāng)被檢對(duì)象外表存在缺陷時(shí),由于電阻率的變化,渦流場(chǎng)發(fā)生畸變,勻強(qiáng)渦流分布受到破壞,進(jìn)而勻強(qiáng)磁場(chǎng)發(fā)生變化,測(cè)量 該擾動(dòng)磁場(chǎng)的變化,即可判斷出缺陷.2開展在我國,對(duì)其研究還處于起步階段,一些研究機(jī)構(gòu),比方國防科技大學(xué),華中科 技大學(xué),西安交通大學(xué)等通過仿真軟件等對(duì)電磁檢測(cè)機(jī)理及探頭研制進(jìn)行了探和設(shè)計(jì).北京科技大學(xué)相關(guān)人員還把 ACFM與SQUID檢測(cè)設(shè)備相配合,結(jié)合反演技術(shù)在成像領(lǐng) 域進(jìn)行了初步研究15.3應(yīng)用1在20世紀(jì)80年代后期,ACFM法首先被應(yīng)用于石油和天然氣的水下結(jié)構(gòu)和海上平臺(tái)

21、設(shè)備的無損檢測(cè)中,用來探測(cè)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位焊縫和外表涂層.現(xiàn)己被廣泛應(yīng)用于石油 化工、海上平臺(tái)、鐵路運(yùn)輸、電力工業(yè)及航空航天等十分廣泛的領(lǐng)域中,并取得顯著 效果.2 acfm方法的檢測(cè)對(duì)象必須是導(dǎo)體"它最早出現(xiàn)在近海石油工程領(lǐng)域 "WMf標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其 應(yīng)用范圍為固定&移動(dòng)海洋工程設(shè)施的水下結(jié)構(gòu)和飛濺區(qū)結(jié)構(gòu)的在役無損檢測(cè)(&)"現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于石油&石化&核工業(yè)&航天及土木等行業(yè)"尤其是大型工程結(jié)構(gòu)物 &螺紋&水 下結(jié)構(gòu)和體積缺陷等的在役檢測(cè) ！3(1)鉆桿、鉆挺等提升用具的螺紋檢測(cè)隨著當(dāng)前鉆井技術(shù)的不斷進(jìn)步

22、,相應(yīng)的鉆井速度也隨之加快,因而井隊(duì)使用的鉆具壽命周期相對(duì)縮短.據(jù)統(tǒng)計(jì),80%左右的石油管道失效事故都發(fā)生在鋼管接頭的連接部位,與鋼管接頭部位的螺紋質(zhì)量密切相關(guān).常見的鉆具螺紋檢測(cè)力一法,如磁粉檢測(cè)只能檢測(cè)外螺紋,其勞動(dòng)強(qiáng)度較大且難以量化缺陷;超聲波對(duì)螺紋根部裂紋的檢測(cè)靈敏度較低且探頭掃描受人為因素的影響較大.TSC公司最新 的ATI自動(dòng)螺紋檢測(cè)系統(tǒng)不需要標(biāo)定即可完成表 面裂紋的定性和定量缺陷檢測(cè),具有非接觸測(cè)量、檢測(cè)速度快、對(duì)內(nèi)、外螺紋均能檢測(cè)等諸多優(yōu)點(diǎn).因此,將該系統(tǒng)應(yīng)用到鉆具螺紋的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與評(píng)估中具有較大的經(jīng)濟(jì)和工程意義.(2)海洋平臺(tái)的平安檢測(cè)口前,AC'FM力一法在海洋平臺(tái)主

23、要用于水下結(jié)構(gòu)物檢測(cè),而隨著海洋平臺(tái)逐漸趨于后服役期,這些老齡化的鉆井、采油平臺(tái)的平安例行檢測(cè)就將提上議程.如果采用過去的結(jié)構(gòu)物缺陷常規(guī)檢測(cè)力一法,由于需要去除外表涂層那么工作量非常大；而利用AC'FM設(shè)備(對(duì)于水上結(jié)構(gòu)可直接使用 AMIU()金屬裂紋檢測(cè)儀,水下結(jié)構(gòu)那么需使用U31水下裂紋檢測(cè)儀)可以檢測(cè)包括水上、水下結(jié)構(gòu)及飛濺區(qū)的所有關(guān)鍵部位,如起重設(shè)備、儲(chǔ)罐、導(dǎo) 管架和平臺(tái)結(jié)構(gòu)的重要受力節(jié)點(diǎn)等,不僅大大縮短了檢測(cè)周期,而且檢測(cè)結(jié)果可精確定量,對(duì)提升我國海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的安全檢測(cè)水平具有積極的推廣意義.國外對(duì)ACFM的研究已經(jīng)較為成熟, ACFM的應(yīng)用已得到世界權(quán)威結(jié)構(gòu)如 Lloyds

24、、DNV、 BV和ABS等的認(rèn)證,也已具有相關(guān)的裂縫檢測(cè)儀以及更新?lián)Q代產(chǎn)品.1991年ACFM技術(shù)首先應(yīng)用于在北海平臺(tái)的水下裂紋檢測(cè),1999年P(guān)ETROBARS公司將ACFM技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)壓力容器的檢測(cè),到2001年世界上已經(jīng)有30多家應(yīng)用ACFM來檢測(cè)海底焊縫,包括俄羅斯、斯堪的納維亞、西澳大利亞、英國BP、巴西的SISTAC和PETROBRAS以及墨西 PEMEX公司.4優(yōu)缺點(diǎn)1交變磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)是近幾年興起的精確測(cè)量外表裂紋的無損檢測(cè)方法,它由交流電勢(shì)降(A代ernating Current Potential Drop, ACPD)技術(shù)開展而來,其突出優(yōu)點(diǎn)是能測(cè)量裂紋尺寸33-35 o

25、 ACFM 法結(jié)合ACPD法能測(cè)定裂紋尺寸和渦流法無需同工件接觸的優(yōu)點(diǎn),無需人工標(biāo)定試塊,具有精確理論依據(jù)的數(shù)學(xué)模型,能夠?qū)崿F(xiàn)缺 陷的定量檢測(cè).由于AC'FM技術(shù)建立在鐵磁性材料的高磁導(dǎo)率這一特征之上,所在的環(huán)境磁場(chǎng)容易 對(duì)被檢工件外表磁場(chǎng)產(chǎn)生十?dāng)_現(xiàn)象,因此檢測(cè)過程中應(yīng)注意對(duì)十?dāng)_因素進(jìn)行分析處理：(1)涂層厚度探測(cè)面的非導(dǎo)電涂層厚度不超過5 mm,但大于1 mm時(shí),裂紋尺寸計(jì)算必須考慮涂層厚度的補(bǔ)償.(2)探測(cè)面粗糙度情況探測(cè)外表雖然不需去除涂層,但應(yīng)保證探頭能平滑移動(dòng)并盡量勻 速掃查,經(jīng)打磨后的外表會(huì)改變磁場(chǎng)滲透性,因此檢測(cè)人員應(yīng)清楚雜音信號(hào)、飽和或 者信號(hào)變形現(xiàn)象.(3)材質(zhì)變化通

26、常情況下探頭沿焊縫的兩側(cè)焊腳分別進(jìn)行掃查,但當(dāng)焊縫寬度較寬,需 要沿焊縫掃查或遇到修補(bǔ)焊縫處的材料變化時(shí),由于材料的滲透性不同會(huì)引起偽缺陷 顯示.(4)磁化狀況探測(cè)面應(yīng)處于未磁化狀態(tài),對(duì)采用MT或其它磁設(shè)備近期檢測(cè)過的區(qū)域應(yīng)進(jìn)行退磁處理.(5)掃描面積單探頭最寬掃描范圍大5mm ,當(dāng)焊縫寬度超過20 mm時(shí)應(yīng)進(jìn)行屢次重疊日描或使用陣列探頭.(6)幾何效應(yīng)幾何效應(yīng)包括工件的幾何效泣和裂紋的幾何效應(yīng),前者是指探頭接近復(fù)雜 的幾何Ids伏或拐角處對(duì)檢測(cè)信號(hào)會(huì)產(chǎn)生影響,同時(shí)在焊縫末.ulfi有邊緣效應(yīng)；后者指裂紋的幾何形狀對(duì)測(cè)量裂紋尺寸為精確性存在一定影響,而與掃描成一定角度的裂墳、 線接觸或多裂紋、

27、橫向裂紋均會(huì)影響磁場(chǎng)幅值.(7)裂紋尺寸計(jì)算由于ACFM理論模型侶定材料上有一個(gè)線性的均勻場(chǎng),同時(shí)假定疲勞 裂紗J'1形狀為半橢圓形,因而檢測(cè)計(jì)算所得的裂紋缺陀長(zhǎng)度較實(shí)際的要小,實(shí)際測(cè) 試時(shí)探頭應(yīng)放置在適宜 J'I位置以盡可能地保持均勻場(chǎng).交流磁場(chǎng)檢測(cè)與渦流檢測(cè)相比最人的優(yōu)勢(shì)在于不需要標(biāo)定,具有涂層穿透性以及可探測(cè)較深層次裂紋的民度和深度,在定量描述上前進(jìn)了一步,但是仍舊不能對(duì)材料疲勞程度進(jìn)行評(píng)ACFM技術(shù)不需要測(cè)量前的標(biāo)定土作,減少了土作量,同時(shí)一提升了準(zhǔn)確度,但ACFM技術(shù)是建立在鐵磁性材料的高磁導(dǎo)率這一特征上的六漏磁檢測(cè)1原理漏磁檢測(cè)技術(shù)是指鐵磁材料試件被磁化后,因試件外

28、表或近外表的缺陷引起磁場(chǎng)畸變而在其外表形成漏磁場(chǎng),人們通過檢測(cè)漏磁場(chǎng)的變化來發(fā)現(xiàn)缺陷.當(dāng)用磁化器磁化被測(cè)試件時(shí),假設(shè)材料的材質(zhì)是連續(xù),均勻的,那么材料中的磁感應(yīng)線將被約束在材料中,被測(cè)試件外表沒有磁場(chǎng).但是,當(dāng)材料中存在著切割磁力線的缺陷時(shí),材料外表的缺陷會(huì)使磁導(dǎo)率發(fā)生變化,由于缺陷的磁導(dǎo)率很小,使磁路中的磁通發(fā)生畸變,磁感應(yīng)線流向會(huì)發(fā)生變化,除了局部直接通過缺陷或通過材料內(nèi)部外,還有局部的磁通會(huì)泄漏到材料外表的上空,通過空氣繞過缺陷再重新進(jìn)入,此時(shí)會(huì)形成漏磁場(chǎng),采用磁敏感傳感器檢測(cè)那么稱為漏磁檢測(cè)法.2開展漏磁檢測(cè)原理的研究開始于1966年Zatsptin和Scherbinin以裂紋缺陷外表

29、周圍磁場(chǎng)產(chǎn)生磁電荷角度將無限長(zhǎng)裂紋看作面磁偶極子模型開始的,這種方法使人們開始逐步熟悉漏磁場(chǎng).但這只是邁出探索的第一步,還存在著諸多的缺乏,正是由于他們的存在,才使得越來越多的專家學(xué)者開始涉足漏磁檢測(cè)原理的研究.Lord和Hwang最早開始將有限元法引入到漏磁場(chǎng)的計(jì)算中,使得漏磁檢測(cè)的理論獲得了重大的進(jìn)展.他們對(duì)不同形狀,不同傾角缺陷以及裂紋深度和寬度對(duì)漏磁場(chǎng)的影響的分析為其日后在工程應(yīng)用提供了可能18.進(jìn)入80年代后,大量的學(xué)者開始對(duì)漏磁通檢測(cè)技術(shù)加以重視,在理論模型、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析以及測(cè)試裝置方面做了大量的工作,深入分析了材料特性、磁場(chǎng)強(qiáng)度、檢測(cè)組件對(duì)漏磁檢測(cè)的影響.Foerste

30、rF用實(shí)驗(yàn)方法重復(fù)了 Lord和Hwang的研究?jī)?nèi)容,修正了 Lord和Hwang關(guān)于裂紋寬度影響缺陷漏磁 場(chǎng)的結(jié)論.Atherton在1987年和1988年用二維有限元的方法對(duì) Lord和Hwang的 研究進(jìn)行了改進(jìn),考慮了鋼管壓力對(duì)導(dǎo)磁率的影響,針對(duì)特定檢測(cè)裝置研究了磁場(chǎng)分 布和缺陷的漏磁場(chǎng),并且得出了管道檢測(cè)中缺陷信號(hào)與缺陷大小的關(guān)系.EduardoAlsthculer在1995年剔除了 Foerster研究中的缺乏,提出了針對(duì)鋼管檢測(cè)的非線性缺 陷檢測(cè)模型.通過有限元法可以描繪缺陷的漏磁場(chǎng)空間分布,采用有限元法和實(shí)驗(yàn)相 比照,研究了漏磁場(chǎng)與缺陷幾何參數(shù)之間的關(guān)系19.近幾年來,國際上對(duì)

31、漏磁檢測(cè)技術(shù)的研究日趨活潑,主要集中在漏磁信號(hào)的影響 因素的分析、信號(hào)反演算法和缺陷形狀重構(gòu)的方面.2004年Gwan Soo Park和SangHoPark利用三維有限元仿真分析了漏磁檢測(cè)過程中的速度效應(yīng),指出檢測(cè)裝置的運(yùn)行 速度可扭曲漏磁信號(hào),提出了速度效應(yīng)補(bǔ)償方法.2006年Yong Li等人利用數(shù)值仿真方法對(duì)高速運(yùn)行環(huán)境下的漏磁信號(hào)做了評(píng)價(jià),指出了檢測(cè)過程中應(yīng)該解決的技術(shù)問題.2002年Jens Haueisen和Ralf Unger等人提出了最大嫡、L1和L2范數(shù)等線性和非線性的信號(hào)反演算法,適合于依賴漏磁檢測(cè)分析數(shù)據(jù)反演計(jì)算確定缺陷區(qū)域和位置,為 缺陷的檢測(cè)與描述提供了強(qiáng)有力的手段

32、.Pradeep Ramuhalli和Lalita Udpa等人提出了基于函數(shù)逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的漏磁檢測(cè)的信號(hào)反演算法,能在噪聲存在的情況下較好地重構(gòu)缺陷輪廓.2004年Ameet Joshi等人提出了基于自適應(yīng)小波基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反 演算法,有效預(yù)測(cè)缺陷三維輪廓.2006年R. Christen和A. Bergamini提出了基于模型特征提取結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用算法,用于漏磁檢測(cè)中缺陷自動(dòng)檢測(cè).德國無損檢測(cè) 與效勞公司的 K. REBER和美國Tuboscope管道效勞公司 A.BELANGER合作研究了漏 磁檢測(cè)缺陷形狀尺寸重構(gòu)的可靠性問題.2007年印度學(xué)者K.C. Hari等人提出了一種簡(jiǎn)化

33、的有限元仿真模型,結(jié)合遺傳算法應(yīng)用于試件內(nèi)外表缺陷形狀的重構(gòu),節(jié)省了反演計(jì)算時(shí)間,獲得較好效果.2021年加拿大學(xué)者RezaKhalaj Amineh等人,引入漏磁信號(hào)的切向分量,用于描述外表裂紋缺陷的方向、長(zhǎng)度和深度20.3應(yīng)用在石油工業(yè)中,石油管通常包括油管,套管,輸送管和鉆桿等,而利用漏磁檢測(cè)技術(shù)對(duì)石油管的檢測(cè)也是目前最為常用的的檢測(cè)方法.世界的主要能源石油和天然氣多數(shù)采用管道運(yùn)輸?shù)姆绞?由于運(yùn)輸管道埋設(shè)在地下或裸露在空氣中,經(jīng)常會(huì)發(fā)生腐蝕、磨損、意外損傷等原因?qū)е碌墓艿佬孤┦鹿?不僅造成能源的損失,維修費(fèi)用也非常高21.在這種背景下,國外于 20世紀(jì)70年代中期開始研究一種稱為“爬機(jī)

34、英文稱作pig 的管道漏磁檢測(cè)儀器,80年代開始得到應(yīng)用.我國對(duì)運(yùn)輸管道的平安也給予了高度關(guān)注.在這種情況下,我國于 80年代中期從美國、德國等國家引入了包括漏磁檢測(cè)儀器在內(nèi)的各種檢測(cè)設(shè)備,成立了專門的管道技術(shù)公司,并開始了相關(guān)技術(shù)的研究.進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后漏磁檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究在我國得到很大開展,檢測(cè)對(duì)象也很快由運(yùn)輸管道拓展到其它方面.國內(nèi)從事漏磁檢測(cè)技術(shù)研究科研機(jī)構(gòu)和單位很多,主要有沈陽工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、天津大學(xué)等22.對(duì)于鉆桿而言,Tuboscope公司的鉆桿探傷系統(tǒng)系列包括固定式、移動(dòng)式、車載式三種.固定式鉆桿檢測(cè)系統(tǒng)可同時(shí)進(jìn)行橫向缺陷、壁厚變化的檢測(cè),以及鋼級(jí)比較.移動(dòng)式

35、鉆桿檢測(cè)系統(tǒng)可以檢測(cè)橫向缺陷和壁厚損失23.車載式鉆桿檢測(cè)系統(tǒng)專門為野外惡劣工作環(huán)境而設(shè)計(jì),自帶發(fā)電機(jī),可不依賴于其它條件而獨(dú)立工作.OEM公司的固定式鉆桿及油管探傷系統(tǒng)具有在線自診斷功能,專利數(shù)字信號(hào)處理技術(shù).而其同一系列的便攜式鉆桿及油管探傷系統(tǒng)的橫向缺陷和壁厚損失的覆蓋率超過100% ,其檢測(cè)速度可到達(dá)每分鐘 55米.2000年,大慶石油局鉆井技術(shù)效勞公司投資800萬元引進(jìn)一套美國ICO公司的鉆具檢測(cè)系統(tǒng)正式投入運(yùn)行,包括AGS5700固定式鉆桿管體檢測(cè)儀、SPECTZ000便攜式鉆桿管體檢測(cè)儀、PROSPECT2000UTES超聲波鉆桿端區(qū) 探傷儀等.系統(tǒng)可對(duì)管材的橫向裂紋、壁厚損失、

36、腐蝕、鋼級(jí)進(jìn)行檢測(cè)判定24.在國內(nèi),合肥齊美檢測(cè)設(shè)備研制出的鉆桿檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用漏磁與超聲相結(jié)合的技 術(shù),內(nèi)外缺陷檢測(cè)一次完成.華中科技大學(xué)研制出EMT系列的管、桿、繩自動(dòng)檢測(cè)線,采用遠(yuǎn)場(chǎng)磁場(chǎng)檢測(cè)技術(shù),綜合了漏磁通檢測(cè)方法,實(shí)現(xiàn)裂紋、銹蝕、桿狀磨損、壁厚 減少等的綜合檢測(cè)25.對(duì)套管、油管及小徑管的無損檢測(cè)技術(shù)是在漏磁探傷根底上開展起來的.在國外, 同類技術(shù)開展已有十多年,已有多家公司提供系列產(chǎn)品,但因技術(shù)復(fù)雜、難度大、價(jià) 格很高,不利于國內(nèi)推廣,并且尚有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難點(diǎn),有待進(jìn)一步解決26.國外開發(fā)此類技術(shù)的有 PiPetronix公司、拉賽爾公司、阿莫科研究中央和日本鋼管公司.國 外70年代中期

37、開始研制實(shí)用的漏磁探傷設(shè)備,以后推出了多種漏磁探傷儀,比較有名 的廠家是德國的F rster公司和美國的Tuboscope公司.國內(nèi)最早使用漏磁探傷儀的 廠家是上海寶山鋼管廠和成都無縫鋼管廠.分別使用F rster公司和Tuboscope公司的產(chǎn)品.而后清華大學(xué)探討了利用漏磁檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)采油套管、油管高速無損探傷的 研究,由這項(xiàng)技術(shù)構(gòu)成的高速探傷儀可以通過計(jì)算機(jī)顯示檢測(cè)過程,顯示傷信號(hào)數(shù)據(jù). 在長(zhǎng)輸管道的檢測(cè)方面沈陽工業(yè)大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)也作了不少研究.天津大學(xué)和南 昌航空工業(yè)學(xué)院等一些研究單位都對(duì)漏磁信號(hào)的特性和處理做了大量的理論和實(shí)際研 究工作.與此同時(shí),華中科技大學(xué)在吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的

38、根底上,不斷研究,研制 了初步具有自動(dòng)化水平的無損檢測(cè)儀器,并取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步27.漏磁檢測(cè)方法適用于中小型管道的細(xì)小缺陷檢測(cè).該方法操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快、 檢測(cè)費(fèi)用較低,對(duì)管道輸送的介質(zhì)不敏感,可以進(jìn)行油氣水多相流管道的腐蝕檢測(cè),可以覆蓋管道的整個(gè)圓周.此外,與常規(guī)檢測(cè)方法相比,漏磁檢測(cè)具有量化檢測(cè)結(jié)果、高 可靠性、高效、低污染等特點(diǎn)28.漏磁檢測(cè)方法以其在線檢測(cè)水平強(qiáng)、自動(dòng)化程度高等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)而滿足管道運(yùn)營中的連續(xù)性、快速性和在線檢測(cè)的要求,在管道內(nèi)檢測(cè)中使用極為廣泛.在實(shí)際應(yīng)用中,漏磁通法檢測(cè)器仍存在一些缺點(diǎn).具體如下：容易產(chǎn)生虛假信號(hào).漏磁通法檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)在腐蝕不嚴(yán)重但邊緣陡峭的局部腐