專利名稱：管道裂紋遠場渦流檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵磁材料管道軸向裂紋的遠場渦流無損檢測方法，屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景管道軸向裂紋的在線檢測一直是無損檢測領(lǐng)域的難點。對于具有軸向長度、周向?qū)挾群?徑向深度三個方向尺寸的體積型腐蝕缺陷，采用永磁體生成軸向漏磁場的漏磁檢測法是一種 簡單有效的方法；裂紋一般只在兩個方向上延伸而在第三個方向尺度很小， 一般難以激發(fā)出 足夠檢測元件檢測的漏磁通。例如天然氣管道上危害最大也最常見的是沿管道軸向伸展的應(yīng) 力腐蝕裂紋(SCC)，這種裂紋具有較大的徑向深度和軸向長度，而周向?qū)挾群苄?，需要特?方法來進行檢測。遠場渦流檢測方法在管道應(yīng)力腐蝕裂紋的檢測方面具有一定的應(yīng)用前景。遠場渦流方法 始見于1951年的一篇美國專利(2573.799)，是一種最初專用于管道缺陷檢測的方法，近年 也開始應(yīng)用于平板檢測。最初的遠場渦流探頭的特征是遠場渦流探頭由與管道同軸的通以 低頻交流電流的激勵線圈和距離激勵線圈兩倍管內(nèi)直徑之外(遠場區(qū)域)的周向分布的多個 小檢測線圈構(gòu)成。從激勵線圈到位于遠場區(qū)的檢測線圈共存在兩個不同的能量傳遞途徑在 管內(nèi)存在一個直接耦合能量傳輸路徑，這部分能量的特點是隨著離開激勵線圈的距離的增加 以指數(shù)衰減；另一部分能量在激勵線圈附近穿越管壁傳到管外，之后在檢測線圈附近回到管 內(nèi)被檢測線圈檢測到，這部分能量也以指數(shù)衰減，但衰減幅度比直接耦合能量小很多；最終 的作用結(jié)果就是，內(nèi)壁總的檢測信號在離激勵線圈較近的區(qū)域(近場區(qū)域)內(nèi)幾乎完全是直 接耦合的結(jié)果，在遠場區(qū)幾乎完全是重新進入管壁的遠場耦合的結(jié)果。遠場渦流常以檢測信號和激勵信號的相位差作為待測的目標(biāo)信號，根據(jù)趨膚效應(yīng)公式該 相位差值與遠場耦合能量經(jīng)過的管壁厚度成正比，因此體積型的腐蝕缺陷的遠場渦流檢測原 理可以獲得直觀的解釋；人們對于將遠場渦流方法應(yīng)用于裂紋檢測的信心來自于傳統(tǒng)渦流對 金屬表面裂紋缺陷的靈敏響應(yīng)。對于遠場渦流裂紋檢測的后繼研究發(fā)現(xiàn)軸向裂紋打斷周向 渦流從而檢測到裂紋存在這一傳統(tǒng)遠場渦流采用的方案對于導(dǎo)體非鐵磁管道軸向裂紋缺陷的 檢測的確可行；該方法對于鐵磁管道并不實用，原因是對于鐵磁管道周向裂紋對軸向磁場的 作用比軸向裂紋對周向渦流的作用更為強烈，從而造成周向裂紋比軸向裂紋具有更為顯著的 響應(yīng)。為了克服遠場渦流在檢測鐵磁管軸向裂紋缺陷方面的不足，本發(fā)明提出了針對管道軸 向裂紋檢測的新的遠場渦流方法。中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?0105697.9，公開號CN1058097)公開了三種遠場渦流探 頭改進技術(shù)，包括對激勵線圈設(shè)置磁回路、對檢測線圈設(shè)置磁回路以及在激勵和檢測線圈之間設(shè)置補償線圈，通過這些改進獲得了信號幅值高，激勵功率小，探頭軸向長度小等成果。 這些改進措施彌補了原有遠場渦流技術(shù)中的一些缺點，降低了遠場渦流的應(yīng)用難度，但該專 利并沒有對鐵磁材料管道軸向裂紋檢測這一特殊需求做出進一步分析討論。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種管道裂紋遠場渦流檢測方法，以提高對管道軸向裂紋的檢測靈 敏度。本發(fā)明的技術(shù)方案如下-1. 一種管道裂紋遠場渦流檢測方法，其特征在于該方法按以下步驟進行1) 使用沿管道徑向布置的激勵線圈，在激勵線圈內(nèi)通入低頻交流激勵電流，引發(fā)沿管 道橫截面圓周分布的交變磁場；2) 在距離激勵線圈二倍管徑之外的遠場區(qū)域沿著管道周向均勻布置多個檢測線圈，檢 測線圈測量間接耦合磁場信號，該信號作為檢測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄在電子包 中；3) 激勵線圈產(chǎn)生的交變磁場和軸向裂紋作用，對遠場區(qū)域的檢測線圈接收到的信號幅 值和檢測信號相對激勵電流的相位差產(chǎn)生影響，由此實現(xiàn)軸向裂紋的檢測。本發(fā)明所述每個檢測線圈軸線沿管道徑向測量磁場的徑向分量，或者沿管道軸向測量磁 場的軸向分量。本發(fā)明的另一種技術(shù)方案是一種管道裂紋遠場渦流檢測方法，其特征在于該方法按以下步驟進行1) 使用交叉放置且線圈平面法線互相垂直的兩個線圈，在兩個線圈中分別通入幅值相 同相位差為90度的低頻交流電流，生成位于管道橫截面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場引發(fā)沿 管道橫截面圓周分布的交變磁場；2) 在距離激勵線圈二倍管徑之外的遠場區(qū)域沿著管道周向均勻布置多個檢測線圈，檢 測線圈測量間接耦合磁場信號，該信號作為檢測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄在電子包 中；3) 激勵線圈產(chǎn)生的交變磁場和軸向裂紋作用，對遠場區(qū)域的檢測線圈接收到的信號幅 值和檢測信號相對激勵電流的相位差產(chǎn)生影響，由此實現(xiàn)軸向裂紋的檢測。本發(fā)明所述每個檢測線圈軸線沿管道徑向測量磁場的徑向分量，或者沿管道軸向測量磁 場的軸向分量。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出效果在傳統(tǒng)遠場渦流檢測技術(shù)中，對于 鐵磁性管道，周向裂紋對軸向磁場的作用比軸向裂紋對周向渦流的作用更為強烈，從而造成 周向裂紋比軸向裂紋具有更為顯著的響應(yīng)。通過實驗發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明中涉及的技術(shù)方案改 變傳統(tǒng)遠場渦流技術(shù)的激勵線圈構(gòu)成方式采用周向磁化作為激勵后，鐵磁管道軸向裂紋在檢測信號中較明顯地顯示出來，軸向裂紋的檢測得以實現(xiàn)。


圖l為采用徑向單線圈交流激勵的遠場渦流探頭的軸截面圖。 圖2為圖1的B向視圖。圖3為采用交叉放置且線圈平面法線互相垂直的兩個線圈實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場的遠場渦流探頭 的軸截面圖。圖4為圖3的B向視圖。 圖5為旋轉(zhuǎn)磁場原理圖。l一徑向激勵線圈；2 —支撐軸；3—檢測線圈；4一數(shù)據(jù)采集模塊；5 —管道；6 —交叉激勵線圈。
具體實施方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明涉及的管道軸向裂紋遠場渦流檢測技術(shù)方案和實施方式作進一步說明。本發(fā)明提出基于同樣的周向勵磁技術(shù)的兩種遠場渦流方法第一種方法采用管道徑向激勵線圈l代替原遠場渦流探頭中使用的同軸激勵線圈，在徑向激勵線圈內(nèi)通入低頻(20到10000Hz)交流電流，交流電流引發(fā)的交變磁場分布在管道5 橫截面的圓周方向上。和傳統(tǒng)遠場渦流的工作原理類似，交變磁場引發(fā)渦流，徑向激勵線圈 附近的管壁作為間接耦合能量路徑的一部分。在距離激勵線圈二倍管徑之外的遠場區(qū)域中，間接耦合能量重新進入管子內(nèi)部，被均勻 分布在管內(nèi)圓周的多個檢測線圈3接收到。檢測線圈的軸線可以在管道徑向上以測量磁場的 徑向分量，也可以在與管道軸平行的方向上以測量磁場的軸向分量。檢測信號采用數(shù)據(jù)采集 模塊4記錄在電子包內(nèi)保存下來，檢測工作完成后進行統(tǒng)一的分析和處理。激勵和檢測線圈相對固定，和支撐軸2、數(shù)據(jù)采集模塊4等部分共同構(gòu)成探頭在管道中 一邊前進一邊掃査，沒有裂紋存在時信號幅值和相對于激勵電流的相位差都不變。幅值和相 位差的突變表示在間接耦合能量傳遞路徑內(nèi)的管壁中存在裂紋缺陷。由于檢測到的信號較微 弱，需要降噪放大，可以結(jié)合對于遠場渦流探頭的其他改進措施提高信噪比。信號的幅值和 相位都可以作為檢測信號，可根據(jù)實際情況選用。第二種方法采用交叉放置并且線圈平面法線互相垂直的兩個線圈作為激勵線圈，在交叉 激勵線圈6的兩個線圈中分別通入相位差為90度的低頻(20到10000Hz)激勵電流，這種配 置方法可以生成在管道橫截面內(nèi)的幅值不變而方向不斷變化的旋轉(zhuǎn)磁場。對照附圖5，對旋轉(zhuǎn)磁場簡單分析如下假設(shè)A線圈的法線在x軸，B線圈的法線在y軸。在A線圈和B線圈中分別通入相位差 為90度的同幅值交流激勵電流(/為電流幅值)卜j = /sin必/相應(yīng)，磁場強度為(//為磁場強度幅值):假設(shè)x軸方向的單位矢量為i矢量形式為l仏=//costyfy軸方向單位矢量為，，則A線圏和B線圈產(chǎn)生的磁場強度的fH力=ix//sinft>/ lHfl = f x //cosW因此，總的磁場強度矢量為:H = H」+Hfl=ix//sin<y"fx// cos總磁場強度幅值為:因此總的激勵磁場是位于管道橫截面內(nèi)幅值恒定方向不斷勻速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁 場的作用結(jié)果和第一種方法類似，同樣在管壁內(nèi)引發(fā)周向的交變磁化場；不同的是理想情況 下旋轉(zhuǎn)磁場的作用效果更均勻，在圓周方向各個點處磁場的周期變化情況完全相同。交變磁場引發(fā)渦流，檢測線圈接收間接耦合信號并采集、記錄在電子包中等步驟和第一 種方法相同。
權(quán)利要求
1. 一種管道裂紋遠場渦流檢測方法，其特征在于該方法按以下步驟進行1)使用沿管道徑向布置的激勵線圈，在激勵線圈內(nèi)通入低頻交流激勵電流，引發(fā)沿管道橫截面圓周分布的交變磁場；2)在距離激勵線圈二倍管徑之外的遠場區(qū)域沿著管道周向均勻布置多個檢測線圈，檢測線圈測量間接耦合磁場信號，該信號作為檢測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄在電子包中；3)激勵線圈產(chǎn)生的交變磁場和軸向裂紋作用，對遠場區(qū)域的檢測線圈接收到的信號幅值和檢測信號相對激勵電流的相位差產(chǎn)生影響，由此實現(xiàn)軸向裂紋的檢測。
2. 按照權(quán)利要求1所述的管道裂紋遠場渦流檢測方法，其特征在于每個檢測線圈軸 線沿管道徑向測量磁場的徑向分量，或者沿管道軸向測量磁場的軸向分量。
3. —種管道裂紋遠場渦流檢測方法，其特征在于該方法按以下步驟進行-1) 使用交叉放置且線圈平面法線互相垂直的兩個線圏，在兩個線圈中分別通入幅值相同相位差為90度的低頻交流電流，生成位于管道橫截面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場引發(fā)沿 管道橫截面圓周分布的交變磁場；2) 在距離激勵線圈二倍管徑之外的遠場區(qū)域沿著管道周向均勻布置多個檢測線圈，檢 測線圈測量間接耦合磁場信號，該信號作為檢測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄在電子包 中；3) 激勵線圈產(chǎn)生的交變磁場和軸向裂紋作用，對遠場區(qū)域的檢測線圈接收到的信號幅 值和檢測信號相對激勵電流的相位差產(chǎn)生影響，由此實現(xiàn)軸向裂紋的檢測。
4. 按照權(quán)利要求3所述的管道裂紋遠場渦流檢測方法，其特征在于每個檢測線圈軸 線沿管道徑向測量磁場的徑向分量，或者沿管道軸向測量磁場的軸向分量。
全文摘要
管道裂紋遠場渦流檢測方法，屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域?；谥芟虼呕淼墓艿垒S向裂紋遠場渦流在線檢測技術(shù)，具體體現(xiàn)為兩種不同的激勵線圈配置方法采用通以低頻交流電流的徑向線圈作為激勵線圈生成周向磁場，或者采用交叉放置并且線圈平面法線互相垂直的兩個線圈作為激勵線圈，在兩個線圈中分別通入同幅值但相位差90度的低頻交流電流生成管道圓周截面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生周向磁場。位于遠場區(qū)域的周向分布的檢測線圈測量間接耦合磁場信號，信號幅值和信號相對于激勵電流的相位差的變化表明裂紋缺陷的存在。采用周向磁化原理的遠場渦流技術(shù)的優(yōu)點是周向磁場和管道壁的軸向裂紋有更強烈的作用，容易實現(xiàn)軸向裂紋的檢測。
文檔編號F17D5/00GK101261246SQ200710064290
公開日2008年9月10日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月9日
發(fā)明者劉洪清, 珅 王, 偉 趙, 陸文娟, 黃松嶺 申請人:清華大學(xué)