脈沖渦流檢測設(shè)備

脈沖渦流檢測設(shè)備作為渦流檢測技術(shù)的分支，是近幾年發(fā)展起來的這樣一種無損檢測技術(shù)，其采用方波作為激勵源，激勵能量更大，能穿透150mm厚的包覆層，實現(xiàn)對管道或設(shè)備壁厚的檢測。脈沖渦流檢測技術(shù)真正實現(xiàn)了無需拆除包覆層、無需表面處理、無需耦合劑，無需中斷設(shè)備運(yùn)行，不懼高低溫，快速（可直接在包覆層表面進(jìn)行掃查），大面積檢測，是一種合適的針對包覆層下管道或設(shè)備壁厚檢測的非接觸式無損檢測技術(shù)。

 

一、脈沖渦流檢測技術(shù)的基本原理

       脈沖渦流屬于渦流檢測（Eddy Current，簡稱ET）的一個分支，其基本原理是通過在探頭加載瞬間關(guān)斷電流，激勵出快速衰減的脈沖磁場，該磁場可以穿過一定厚度的保護(hù)層和保溫層而誘發(fā)被檢構(gòu)件表面產(chǎn)生渦流，所誘發(fā)的渦流會從上表面向下表面擴(kuò)散。同時，在渦流擴(kuò)散過程中又會產(chǎn)生與激勵磁場方向相反的二次磁場，在探頭的接收傳感器中會輸出這個感應(yīng)電壓（脈沖渦流信號）。如果管道上有缺陷，則會影響加載管道上脈沖渦流狀況，繼而影響接收傳感器上的感應(yīng)電壓。二次磁場感應(yīng)的電壓包含了被測構(gòu)件本身的一些特性，如：厚度、尺寸、電磁特性等綜合信息。通過算法解析，可以掃查得到腐蝕缺陷的具體位置及嚴(yán)重程度。圖1左圖為脈沖渦流檢測技術(shù)的基本原理示意圖。

脈沖渦流檢測技術(shù)的核心點是要找到與壁厚相關(guān)的特征值，脈沖渦流信號在被測構(gòu)件中的傳遞過程中可以分為早期信號、中期信號和晚期信號（見圖1右圖），其中中期信號和晚期信號與壁厚相關(guān)，并遵從以下公式：

    根據(jù)圖1右圖及上述公式，脈沖渦流中期信號衰減較慢，符合冪函數(shù)關(guān)系；晚期信號衰減較快，符合指數(shù)函數(shù)關(guān)系。中期信號和晚期信號之間有一個過渡區(qū)間，通常被稱為拐點，壁厚越薄，拐點出現(xiàn)越早，反之則拐點出現(xiàn)越晚，因此，可以利用拐點出現(xiàn)的時間（拐點時間）或拐點后的斜率來表征壁厚情況。經(jīng)實驗分析，拐點時間和拐點斜率不受提離（保溫層厚度）的影響，且與被測構(gòu)件的壁厚呈一定函數(shù)關(guān)系，拐點時間/斜率是良好的壁厚檢測特征值。

 

二、系統(tǒng)組成

   脈沖渦流檢測系統(tǒng)由工作主機(jī)、數(shù)據(jù)終端、探頭、連接線纜及輔助設(shè)施組成。其系統(tǒng)主要組成如下（見圖4）：

• 系統(tǒng)：采用分體式設(shè)計，系統(tǒng)主機(jī)和終端處理器（防爆PAD）通過藍(lán)牙連接，更便于現(xiàn)場操作。
• 主機(jī)：基于標(biāo)準(zhǔn)ISO20669-2017《鐵磁性金屬部件的脈沖渦流試驗》和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 28705-2012《脈沖渦流檢測方法》自主設(shè)計開發(fā)主機(jī)系統(tǒng)，僅6.5kg，便于攜帶。
• 探頭：按管徑及保溫層厚度分為P1/P2/P3/P4四類標(biāo)準(zhǔn)探頭，其中P1和P2探頭用于裸管掃查，P3探頭用于包覆層厚度小于等于50mm的管道/設(shè)備掃查，P4探頭用于壁厚小于100mm的管道/設(shè)備掃查；四個探頭基本滿足現(xiàn)場需要；且可根據(jù)要求提供其它各類探頭（不銹鋼探頭/小徑管探頭/水下探頭等）。
• 數(shù)據(jù)處理終端：采用防爆型PAD，可持續(xù)工作8小時，安裝核心算法軟件及控制軟件，圖形化顯示掃查面積結(jié)果。
• 核心算法軟件：基于拐點時間和拐點斜率的核心算法軟件，有效提高算法精度。
• 其它配件：延長桿及萬向接頭，有效增加現(xiàn)場檢測范圍。

 

三、主要技術(shù)參數(shù)

表1 系統(tǒng)基本參數(shù)

主機(jī)重量：	6Kg（主機(jī)）
外殼尺寸：	34 x 30 x 15 cm
電池容量：	20AH
額定功率：	約40 W
傳輸方式：	藍(lán)牙
工作時長：	6-8 Hour
充電時間：	6-8 Hour
配件包括：	防爆PAD、探頭、充電器、電纜、支撐工具、配件箱等
環(huán)境溫度：	-10℃至40℃
設(shè)備類型	SJAET-II-I
額定電壓：	16 V
發(fā)射電流：	0.1-3.0 A
電流精度：	±1%（測試）
供電頻率：	1-2-4-8-16-32 Hz
關(guān)斷時間：	0.1μs～100.0μs
前放增益：	8-32
主放增益：	8-16-32-64-128
工頻壓制：	≥ 80 dB
A/D位數(shù)：	16位

表2  系統(tǒng)功能參數(shù)

適用設(shè)備材質(zhì)：	碳鋼、16MnR、低碳合金鋼（Cr5Mo、19CrMo）等
設(shè)施壁厚范圍：	0-40mm
包覆層厚度：	0-150mm（掃查精度不同）
保護(hù)層外金屬：	1mm厚鋁皮、0.5mm厚鍍鋅鐵皮
介質(zhì)工作溫度：	-150℃ 至 500℃
檢測小管徑：	DN25（裸管）  DN100（保溫）
同一缺陷重復(fù)性：	±0.2mm
同一缺陷置信度：	裸管>95% ；保溫>85%
環(huán)境防護(hù)等級：	PAD電器防爆，主機(jī)隔爆（內(nèi)注氮?dú)猓?/span>
結(jié)果顯示：	測量相對壁厚、掃查疑似缺陷具體位置
缺陷位置校準(zhǔn)：	超聲波測厚儀
結(jié)果顯示：	2維（B掃）
缺陷定位：	整十打點法

 

表3 設(shè)備檢測精度 （單位mm）

探頭類型	工作 頻率	探頭平均 直徑	足印 直徑	提離 高度	金屬損失率（減薄率）
					10%	20%	30%	40%	50%	60%	70%
P1	1-4 Hz	15	17.6	4	22.3	15.7	12.9	11.1	10.0	9.1	8.4
P2	1-4 Hz	20	22.6	4	28.6	20.2	16.5	14.3	12.8	11.7	10.8
P3	1-4 Hz	35	68	50	85	60	49	43	38	35	32
	1-4 Hz		100	100	126	89	73	63	57	52	48
P4	1-4 Hz	40	73	50	92	65	53	46	41	37	35
	1-4 Hz		105	100	133	94	77	66	59	54	50