2012年锅炉检验师-涡流检测应用.pdf

涡流检测应用涡流检测应用 一、一、 基本试验技术基本试验技术 二、二、 穿过式穿过式 三、三、 放置式探头放置式探头 四、四、 非常规涡流非常规涡流 1 1 多频技术多频技术 2 2 远场涡流技术远场涡流技术 一、一、 基本试验技术基本试验技术 et et，了解特点、原理、仪器设备、被检工，了解特点、原理、仪器设备、被检工 件、制定规程、有效调节、正确使用，取件、制定规程、有效调节、正确使用，取 得可靠结果。得可靠结果。 1 1试验规范试验规范 2 2试验准备、内容试验准备、内容 3 3试验条件选择试验条件选择 4 4试验结果与处理试验结果与处理 5 5对比试件和标准对比试件和标准伤伤 1 1试验规范试验规范 为了有效检测得到可靠结果，实验前应根据检验种为了有效检测得到可靠结果，实验前应根据检验种 类、目的和要求就实验方法、仪器设备、检测条件及验收类、目的和要求就实验方法、仪器设备、检测条件及验收 标准等一系列实验有关的细则做明确规定标准等一系列实验有关的细则做明确规定 a a编制依据编制依据 ：检测种类：检测种类 主要内容主要内容 方法方法 目的要求目的要求 仪器设备仪器设备 试验有关细则制定试验有关细则制定 检测条件检测条件 规范规范 验收标准验收标准 b b通用内容通用内容 探伤探伤 试验目的试验目的 材质鉴别材质鉴别 测厚测厚 名称名称 试件试件 材质规格材质规格 数量数量 标准标准 检验检验 仪器仪器 检测装置检测装置 探头探头 附加装置附加装置 f f 试验条件试验条件 灵敏度灵敏度 速度速度 表面状况表面状况 材料材料 标准、对比样标准、对比样 形状形状 尺寸尺寸 人工伤类型、种类尺寸、加工方法人工伤类型、种类尺寸、加工方法 记录内容、人员、审核记录内容、人员、审核 2 2试验准备、内容试验准备、内容 目的目的 1 1）方法和设备的选择、考虑因素）方法和设备的选择、考虑因素 工作材质、规格、测点、形状大小工作材质、规格、测点、形状大小 检测参数及其大小检测参数及其大小 试件形状大小试件形状大小 2 2）探头选择、考虑因素）探头选择、考虑因素 探头与仪器匹配探头与仪器匹配 适合主检缺陷适合主检缺陷 金属粉金属粉 3 3）工件状况、表面制备）工件状况、表面制备 氧化垢氧化垢 油垢油垢 磁性吸附物磁性吸附物 材料、规格、热处理、表面状况材料、规格、热处理、表面状况 4 4）对比试样）对比试样 人工缺陷人工缺陷 主检对象主检对象 加工方法加工方法 5 5）仪器调节：正式实验前预调，通常实验条件的选）仪器调节：正式实验前预调，通常实验条件的选 择在予调、性能稳定后择在予调、性能稳定后 6 6）附加装置）附加装置 自动、传递、给电自动、传递、给电 磁饱和磁饱和 feii= 0 f 1 = 3 3试验条件选择试验条件选择 准备工作完成后，主要为频率准备工作完成后，主要为频率 f f / /f f g(1550)(g(1550)(浅浅/ /深深) ) 渗透深度渗透深度( (超肤效应超肤效应) () (低深低深/ /耦合率低耦合率低) ) 420 420埋藏埋藏 阻抗特性阻抗特性 检测因素所致阻抗变化最大检测因素所致阻抗变化最大f 15f 15内外兼顾内外兼顾 试验频率试验频率 f f 与干扰相位差最大与干扰相位差最大 f f/ /f f g=520(g=520(电导率电导率) ) 速度速度高速高速新新灵灵 测直径变化测直径变化- -较高较高 f f 平衡平衡 空载空载 测厚测厚 灵敏度灵敏度 : : （仪表读数变化量（仪表读数变化量/ /被测变化量被测变化量, ,主要依赖检主要依赖检 验验 频率）频率） 一般设在一般设在 50%60% 50%60% 相位相位（移相器）（移相器） 信噪比最大时相位信噪比最大时相位 可降低输出中抖动噪声可降低输出中抖动噪声 区分缺陷种类、位置区分缺陷种类、位置 滤波滤波 最大信噪比时滤波器的中心频率和频宽最大信噪比时滤波器的中心频率和频宽 抑制器抑制器去电噪声，相位设定和滤波调节时置去电噪声，相位设定和滤波调节时置0 0，上述操作之，上述操作之 后进行后进行 附加装置附加装置 磁保和磁保和80% :80% :磁饱和时，电流值根据磁通密度磁饱和时，电流值根据磁通密度80%80%以上试以上试 件磁特性影响并对比实验件磁特性影响并对比实验 报警报警 dx da x a lms x = = 0 4 4试验结果与处理试验结果与处理 试验条件选择合适后即可正式检验试验条件选择合适后即可正式检验 重复试验重复试验 怀疑怀疑 条件改变条件改变 剩磁在各续加工带来不良者剩磁在各续加工带来不良者 退磁退磁 磨损部位转动磨损部位转动 影响各读计量、试验影响各读计量、试验 合、不合、待复检合、不合、待复检 标记标记 正、次、废品、待复检正、次、废品、待复检 待退磁、已退磁待退磁、已退磁 名称、日期、规格、材质、数量名称、日期、规格、材质、数量 标准与记录标准与记录 仪器仪器- -探头探头 记录记录 实验条件实验条件 标准标准 结果结果 签字签字 5 5对比试件和标准对比试件和标准伤伤 不能对试件自然伤的深度，作直接定性定不能对试件自然伤的深度，作直接定性定 量，是相对法。量，是相对法。 目的要求目的要求 依据依据 材料材料 制定对比件制定对比件 相应标准规范相应标准规范 内外内外 灵敏度灵敏度 直径直径 应力应力 减薄减薄 性能校准性能校准伤伤 设备性能设备性能 分辨力分辨力 人工标准人工标准伤伤 末端长度末端长度 调节和检查设备调节和检查设备 验收验收 形状形状 人工缺陷人工缺陷 易做易做 与主检部位相似与主检部位相似 不变型、应力、物理性能不变型、应力、物理性能 v v槽槽 形状形状 瓦瓦状状 平底孔平底孔 自然自然伤伤 加工与测量加工与测量 材质成份，热处理状态相同材质成份，热处理状态相同 a a选材选材 尺寸、规格、类型一致尺寸、规格、类型一致 加工、程序加工、程序、表面与试件相同表面与试件相同 成型、弯曲及机加工引起残余应力相近成型、弯曲及机加工引起残余应力相近 显然，理想是同一批选取，先肉眼或其它显然，理想是同一批选取，先肉眼或其它ndtndt 确认无自然缺陷，再试验确认，避免选用磁化未退确认无自然缺陷，再试验确认，避免选用磁化未退 磁件。磁件。 变形变形 机械机械 材质变化材质变化 b.b.加工方法加工方法 化学化学 不允许不允许 残余应力残余应力 电火花电火花 加热加热 金属粉嵌入金属粉嵌入 二、二、 穿过式穿过式 1 1、穿过式线圈、穿过式线圈 2 2穿过式线圈应用穿过式线圈应用 1 1、穿过式线圈、穿过式线圈 线圈长度越大线圈长度越大灵敏度越高灵敏度越高分辨力分辨力 截面尺寸：考虑（分辨力、信号幅度）选择线截面尺寸：考虑（分辨力、信号幅度）选择线 圈长度和厚度，等于缺陷深度圈长度和厚度，等于缺陷深度 1 1 线圈（长、厚）线圈（长、厚）近似等于壁厚近似等于壁厚 差动式间距近似缺陷深度或管厚度差动式间距近似缺陷深度或管厚度 间隙间隙 尽量小尽量小 内穿式，间隙内穿式，间隙1/2t 1/2t 保证传保证传 动动 2 2穿过式线圈应用穿过式线圈应用 1 1）管子在线、离线探伤）管子在线、离线探伤 化学成份化学成份 材料材料 物理性能物理性能 应为连续应为连续单纯单纯均匀，均匀， 许可形状许可形状 否则缺陷断否则缺陷断 a a产生过程及缺陷形成产生过程及缺陷形成（例金属管道在离线检验）（例金属管道在离线检验） 无缝管为圆棒无缝管为圆棒- -管管穿孔机挤压机成毛管穿孔机挤压机成毛管轧管机压延轧管机压延 成形（小管还需反复冷轧成形（小管还需反复冷轧退火）退火） 夹渣、冶炼炉渣、夹渣、冶炼炉渣、 折叠折叠轧制轧制 常见缺陷常见缺陷 结疤（条块状表面附着）结疤（条块状表面附着） 直道（内外表面纵向凸凹）直道（内外表面纵向凸凹） 裂纹裂纹材质不良，加热不当、应力、热处理、材质不良，加热不当、应力、热处理、 皮下气泡皮下气泡 分层分层 焊管：夹渣、裂纹、气孔、未熔、形状缺陷焊管：夹渣、裂纹、气孔、未熔、形状缺陷 b b设备探头选择：设备探头选择： 尽量多通道多频、给出多信息尽量多通道多频、给出多信息 外外 内内 自动、新旧管自动、新旧管 探头探头 组合、旋转组合、旋转- -大直径大直径 焊管，扇型焊管，扇型 尽量使检测范围内高的涡流密度，且使电流垂直缺陷，尽量使检测范围内高的涡流密度，且使电流垂直缺陷， （因检出性决定于缺陷对涡流的阻抗程度）（因检出性决定于缺陷对涡流的阻抗程度） 注意电缆谐振注意电缆谐振（工作频率高于（工作频率高于100mhz100mhz，或长电缆大于，或长电缆大于30m30m） 磁饱和，（磁饱和，（铁磁性材料检测应附加，通常用直流电磁饱和，不宜过强否铁磁性材料检测应附加，通常用直流电磁饱和，不宜过强否 则推进困难），则推进困难），通常通常80%80%直流磁饱和直流磁饱和80%80% c c设定和调节仪器设定和调节仪器 机械传动、报警机械传动、报警 f f 一般为唯一可变的参数一般为唯一可变的参数 直径变化宜用高直径变化宜用高 f f 提高灵敏度提高灵敏度 检测对象给定后检测对象给定后 缺陷缺陷- - / / 差差 速度快速度快- - f f d d f f 9090 缺陷信号与其它足够的相位差；缺陷信号与其它足够的相位差； 内外壁缺陷区分相位差大内外壁缺陷区分相位差大 实践证明，选择实践证明，选择f f使填充因素变化（或内缺陷信号）使填充因素变化（或内缺陷信号） 和外壁缺陷信号之间产生和外壁缺陷信号之间产生9090 相移，对内外壁均有较相移，对内外壁均有较 高灵敏度高灵敏度 。 f f 9090经验公式： 经验公式：根据管子厚和趋肤深度一定比例而得根据管子厚和趋肤深度一定比例而得 一般选一般选f f90 90=3 =3/t /t 2 2 -cm t-mm cm t-mm t/ t/ =1.1 =1.1 一般选，一般选，t t壁厚，壁厚，mm mm ； 趋肤深趋肤深mm mm 2 2）棒丝材探伤）棒丝材探伤 棒材棒材 坯材轧制成坯材轧制成 坯缺陷坯缺陷 a a 轧缺陷轧缺陷 棒材棒材 涡流分布与管材不同，涡流分布与管材不同，更小，故选更小，故选f f较管低。较管低。 磁饱和更难。磁饱和更难。 端头效应取端头效应取决决 于直径和速度于直径和速度 丝材，直径小，缺陷统计丝材，直径小，缺陷统计 缺陷数缺陷数/m/m b b 缺陷长缺陷长/10/10米，米，100100米米 直径小，高频率，数十兆，上百兆直径小，高频率，数十兆，上百兆 外穿式外穿式 3 3）在役管道探伤）在役管道探伤 应力裂纹窄深应力裂纹窄深- -环境、应力、材质环境、应力、材质 裂纹裂纹 疲劳裂纹，冷热交变疲劳裂纹，冷热交变 a a常见缺陷常见缺陷 腐蚀腐蚀磨损腐蚀磨损腐蚀 b b设备探头设备探头 双、多双、多f fp131p131 由内过式由内过式 三、三、 放置式探头放置式探头 叶片、中心孔、螺孔、板材叶片、中心孔、螺孔、板材 涡流及磁通正比于到线圈中心的距离，中心为涡流及磁通正比于到线圈中心的距离，中心为 零，检不出零，检不出 1 1特性特性 探头（电感）阻抗与仪器、电流、阻抗匹配探头（电感）阻抗与仪器、电流、阻抗匹配 敏感区敏感区d deff eff=d =d c c +4+4 ，加铁氧环可使集中，加铁氧环可使集中 表面缺陷表面缺陷 2 2用途用途 厚度测量厚度测量 材料鉴定材料鉴定 3 3影响缺陷检测灵敏度因素影响缺陷检测灵敏度因素( (主要是频率和直径，直径大深度大主要是频率和直径，直径大深度大 ) ) f f 阻抗阻抗/ /相位相位 提提离离磁通磁通 小小，d d小小= = 小快小快灵下降快灵下降快 响应响应 深度的增加深度的增加, ,灵敏度下降灵敏度下降( (主要决定于探头尺寸而非趋肤衰减主要决定于探头尺寸而非趋肤衰减 ) ) 缺陷埋藏深度缺陷埋藏深度 表面探头局限于厚度小工件表面探头局限于厚度小工件5mm5mm（大多数缺陷长（大多数缺陷长 比工件厚小，而一定长缺陷检测灵敏度随探头直径增大而减低比工件厚小，而一定长缺陷检测灵敏度随探头直径增大而减低) ) 磁通密度减小磁通密度减小, ,灵敏度下降灵敏度下降( (趋肤效应趋肤效应) ) 涡流变化局限于磁场变化区涡流变化局限于磁场变化区 缺陷长度缺陷长度 区域的大小是线圈尺寸和几何形状的函数区域的大小是线圈尺寸和几何形状的函数 放置式探头灵敏度，反比于线圈直径，故直放置式探头灵敏度，反比于线圈直径，故直 径要小于检测管径要小于检测管 探头敏感区探头敏感区有效直径有效直径d deff eff=d =d c c +4+4 4 4应用例应用例 飞机音乐缺陷孔飞机音乐缺陷孔 叶片叶片 大轴大轴 四、四、 非常规涡流非常规涡流 1 1 多频技术多频技术 1 1阻抗分析法（相位分析法）阻抗分析法（相位分析法）单频技术单频技术 仅此鉴别两个参数（抑制一个）仅此鉴别两个参数（抑制一个） 2 2多频多频同时用几个同时用几个f f激励探头激励探头更多信息更多信息 香农哈特莱香农哈特莱c=wlogc=wlog 2 2 （1+s/n )1+s/n ) c c信号量，信号量，n n信噪比，信噪比，ww频宽频宽 3 3多频涡流化及其应用多频涡流化及其应用 缺陷信号与干扰对探头反应是独立的，共同作用时，缺陷信号与干扰对探头反应是独立的，共同作用时， 为矢量是迭加，通过改变为矢量是迭加，通过改变 f f ，改变涡流大小分布，使同缺，改变涡流大小分布，使同缺 陷或干扰在不同陷或干扰在不同 f f 下对涡流不同反应，矢量跌加消除干扰。下对涡流不同反应，矢量跌加消除干扰。 多频技术就是用几个不同多频技术就是用几个不同 f f 同时激励，不同同时激励，不同 f f 对不同参对不同参 数变化数变化, ,拾取信号，处理，提取所需信号。拾取信号，处理，提取所需信号。 2 2、 远场涡流技术远场涡流技术 1 1是一种能穿透金属管壁的低频涡流技术，是一种能穿透金属管壁的低频涡流技术， 探头为内通过式，由激励线圈和检测线圈组探头为内通过式，由激励线圈和检测线圈组 成成, ,两者两距约两者两距约2 2倍管内径，低频激励，拾取倍管内径，低频激励，拾取 二次穿过管壁