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有縫與無縫不銹鋼管的渦流檢測鑒別技術
發布時間：2017-09-01
1前言
在石油化工行業中,大量應用不銹鋼管以耐工藝介質的各種腐蝕。不銹鋼管分為有縫和無縫兩種。有縫管由于管子存在焊縫,耐腐蝕的能力較無縫管差。然而,由于種種原因在工程建設中經常出現有縫管與無縫管混料的情況,另外,兩種鋼管存在很大的價格差異以至個別商家以有縫充無縫來牟取暴利。尤其是內外表面都經過機加工的有縫管從外觀根本看不出來與無縫管有什么區別。如果將有縫管用于應該使用無縫管的部位,介質將使管道焊縫很快腐蝕,從而導致泄漏引起火災爆炸等重大事故。因而,在工程中鑒別鋼管有無焊縫存在對于確保工程質量,杜絕以次充好現象具有非常重要的實際意義。傳統的鑒別方法是采用酸蝕法,由于不銹鋼管非常耐酸腐蝕,故用酸蝕的辦法檢查不行。通過試驗發現,采用渦流檢測技術來鑒別不銹鋼管是否存在焊縫效果非常好,鑒別速度快,且對被檢表面狀態要求不高。
2渦流檢測鑒別的原理
導電體接近通有交流電的線圈,線圈中的交流電產生相應的交變磁場。該交變磁場通過導體,由于電磁感應的作用,在導體內感生出渦流,導體中的渦流也會產生自己的磁場,即渦流磁場。其作用改變了原交變磁場的強弱。當導體的幾何形狀、物理性質(電導率、磁導率)及不連續(如缺陷)產生變化時,將影響到渦流的大小和相位。從而導致線圈電壓和阻抗的變化,就可以間接地知道導體中的信息。有縫不銹鋼管由于焊縫部位的金屬組織與母材金屬組織顯著不同,而金屬組織是決定材料磁性的主要因素之一,亦即確定磁導率的大小。所以,焊縫部位的磁導率與母材的磁導率存在著較大差別。磁導率變化將引起線圈阻抗變化,從而鑒別出焊縫與母材。
3渦流檢測線圈的選取
3.1檢測線圈形式的確定
渦流檢測線圈可分為穿過式線圈、內通過式線圈和放置式線圈。檢測線圈的選擇應考慮必須能檢測出試樣中的缺陷,還應與試樣大小、探傷儀的電特性相匹配。穿過式線圈和內通過式線圈只能檢測周向缺陷與長度很短的軸向缺陷,而有縫不銹鋼管的焊縫都是與鋼管長度等長的軸向走向。故無法采用穿過式線圈、內通過式線圈實施檢測鑒別。而放置式線圈,即點式探頭,可置于鋼管端部沿圓周方向移動360°即可實施局部范圍內的檢測鑒別。所以檢測線圈形式必須選擇放置式線圈。
3.2檢測頻率的確定
在渦流檢測中,檢測頻率與檢測靈敏度有很大關系,因而在選擇頻率時要慎重。通常應根據以下三點進行考慮:(1)渦流的滲入深度;(2)缺陷和其他參數的阻抗變化;(3)檢測速度。渦流的滲入深度D=
由此式可見,頻率越高滲入深度越小,內部檢出靈敏度低而表面檢出靈敏度高。不同頻率對同一缺陷同一參數的阻抗變化影響也是不同的。通過頻率的選取,可找出缺陷與干擾因素阻抗變化之間的最大相位差,以利于檢測目的需要。當檢測速度達每秒幾米時,必須考慮檢測速度對檢測頻率的影響。因為檢測速度快,缺陷通過檢測線圈的時間就短,檢出的幾率就要降低,此時,必須提高檢測頻率。選擇檢測頻率的方法是利用阻抗平面:首先,找出由缺陷引起的阻抗變化最大處的頻率;然后找出缺陷與干擾因素阻抗變化之間相位差最大處的頻率。由于檢測線圈采用放置式線圈,根據其受頻率影響的阻抗圖(見圖1)。應選擇頻率在20～200kHz拐點的范圍內。但為了提高檢測靈敏度,可將檢測頻率提高到500kHz。
3.3線圈直徑的確定
放置式線圈的直徑與檢測靈敏度成反比,為了得到高的靈敏度,探頭直徑應該等于或者小于所要檢測的缺陷長度。在焊縫的檢測鑒別中,所要檢出的缺陷長度亦即最小的焊縫寬度,此寬度一般為2mm左右,故檢測線圈直徑≤2mm。
4對比試樣的制備
制備對比試樣的目的是為了調節檢測靈敏度、確認檢測系統的性能。對比試樣的材質、尺寸、人工缺陷種類、大小、加工方法及校核方法都應依據相應的標準進行。
尤其對比試樣的材質、尺寸、熱處理和表面狀態等必須與被檢工件相同。為了檢測鑒別不銹鋼管是否存在焊縫,選取兩塊與被檢材質相同、壁厚相同的不銹鋼材料,然后采用不銹鋼焊條焊在一起,再將焊縫端面部位打磨至與不銹鋼管端面相同的程度即可。最后,可用參數設置好的渦流檢測系統來鑒別焊縫邊界,并保證渦流信號明顯可識別。
5檢測鑒別
選定放置式線圈后,調好渦流儀的水平、垂直掃描范圍,將線圈放置在對比試塊端的母材部位,進行平衡調節。然后以某一恒定的速度移動并跨過焊縫。使焊縫信號的幅度大于熒光屏刻度的50%以上。然后將線圈放置到被測不銹鋼管的端部,并離開邊緣至少2mm以上進行平衡調節。調好后以某一恒定的速度沿周向移動,即可對該不銹鋼管是否存在焊縫進行有效判別。
圖2是無焊縫的不銹鋼管的渦流檢測阻抗圖。由圖可見,阻抗圖形狀基本上是一個位于平衡點的圓點。而圖3是有焊縫的不銹鋼管的渦流檢測阻抗圖。為了進一步確認焊縫的存在,特地在渦流檢測認為有焊縫的部位進行金相試驗,從金相試驗可清晰地看到焊縫熔合線的存在(見圖4)。
通過上述方法,可以很快地識別不銹鋼管是否存在焊縫。
摘自：中國計量測控網
