高質(zhì)量鋼管無損檢測方法的選擇

1鋼管材料缺陷的地方

管道是一種適用于工業(yè)生在不同方面的金屬管道。金屬材料直接決定鋼管的質(zhì)量,優(yōu)質(zhì)材

料的化學成分、物理性能及幾何形狀都必須是連續(xù)的、單純的和均勻的。如果這3方面存

在不足或者受到破壞,該金屬材料即為缺陷材料。鋼管的缺陷可通過各種形式的探傷進行

檢測。

(1)超聲探傷技術

超聲探頭發(fā)射的超聲波在工件的不連續(xù)區(qū)產(chǎn)生反射,從而被探頭和儀器接收。一般情況下，

超聲探傷主要用來探測鋼管內(nèi)外表面及其內(nèi)部的縱向缺陷，根據(jù)用戶需要也可探測橫向缺

陷。超聲探傷有較高的檢測靈敏度，對鋼管中裂紋、直道等缺陷比較敏感，也能探測出非金

屬夾雜等體積型缺陷。因比,它適用于檢測質(zhì)量高的無縫鋼管，但由于檢測速度較慢,難以

在鋼管檢測的流水線上進行快速在線檢測，因此一般作為高質(zhì)量鋼管的離線檢測手段。

(2)檢測速度的缺陷

適合于鋼管質(zhì)量檢驗的自動渦流探傷方法有點式探頭探傷和穿過式探傷法2種。采用點式

探頭探傷高速旋轉(zhuǎn)的方法來探測鋼管中的縱向缺陷，其檢測速度由探頭的數(shù)量和其旋轉(zhuǎn)的

速度而定，?般來說比較慢,加之設備較復雜，因而其應用不太廣泛;采用穿過式探頭檢測鋼

管中的橫向缺陷，這種方法設備簡單，探傷速度快(一般可達60m/min以上)，且對鋼管表面

和近表面的常見缺陷如裂口、凹面、結(jié)疤及部分外折等有較高的檢測靈敏度，因而成為鋼

管檢測的主要方法。

(3)自動化特征難以觀察

鋼管的漏磁探傷技術主要分為磁粉探傷法和磁場測定法2種。前者簡單，但是需要肉眼來

觀察磁痕,因此難以實現(xiàn)自動化。后者盡管設備復雜,成本高且操作難度大,但卻是通過傳

感器來拾取漏磁場信息的,因此易于實現(xiàn)自動化探傷。

(4)鋼管和傳感器均為市口的東北部調(diào)度，如

電磁超聲傳感器激發(fā)的超聲波可沿著管材圓周方向傳播，無須使鋼管或傳感器轉(zhuǎn)動便可掃

描鋼管的圓周。電磁超聲探傷能同時探出壓電超聲、渦流、漏磁探傷各自能探出的缺陷，

可實現(xiàn)自動檢測保證生產(chǎn)節(jié)奏。

(5)無損檢測技術所可能的特定缺陷

渦流、超聲、漏磁每種方法都只能探測到材料中的某些特定缺陷，因此，任何一種無損檢測

技術都不可能檢測出所有缺陷。所以采用多種無損檢測方法的組合以最大限度地探測出鋼

管中各類缺陷。

2高頻超聲波檢測

當通以高頻電流的線圈靠近金屬試件時,試件表層會感生高頻渦流,若在試件附近再加一個

強磁場,則渦流在磁場作用下使金屬材料中的帶電粒子產(chǎn)生高頻的力，即羅侖茲力。實質(zhì)上

這個力是高頻機械振動，所以它能在試件中傳播,即產(chǎn)生超聲波。由于上述過程本身是可逆

的，因而從試件邊角處或缺陷部位反射回的超聲波在外加磁場作用下形成渦流,渦流本身磁

場引起線圈兩端電壓變化,利用這一信號即可實現(xiàn)缺陷檢測，

EMAT(電磁聲傳感器)的物理結(jié)構如圖1所示,它由3部分組成：

(1)高頻線圈

用于產(chǎn)生高頻激發(fā)磁場。

(2)鐵磁光

用來提供外磁場,它可是直流電磁鐵,永久磁鐵或交流電磁鐵、脈沖電磁鐵。

(3)磁滯伸縮力機理

它是EMAT的一部分,這是與壓電超聲換能器的基本區(qū)別，但工件必須是電導體或磁導體。

EMAT的工作原理或稱其激發(fā)與接收超聲的機理有羅侖茲力、磁滯伸縮力和磁性力3種。羅

侖茲力機理是指在金屬表面趨膚深度層內(nèi)感生渦流在外磁場作用下產(chǎn)生的羅侖茲力所激發(fā)

的超聲振動及其反過程。滋滯伸縮力機理是指鐵磁性材料在線圈的高頻磁場及外磁場共同

作用下產(chǎn)生的宏觀形變所激發(fā)的超聲振動及其反過程。磁性力機理是指鐵磁性材料中的磁

偶極子在不均勻磁場中所受的磁性力(如同磁粉在磁場中受的磁性力一樣)所激發(fā)的超聲振

動及其反過程。這3種力的機理,究竟哪個占優(yōu)勢要由外磁場大小、外磁場與高頻線圈的

配置方式及頻率等因素決定。總之,這3種力機理都是微觀的物理過程,在宏觀上可將之比

喻為電動機-發(fā)電機的工作過程。而EMAT的接收類似于發(fā)電機的工作過程。

3電磁超聲傳感器

因EMAT由3部分組成(高頻線圈、磁鐵、工件)，在檢測對象的趨膚層產(chǎn)生超聲振動。高頻

線圈，外界磁場和試件本身均參加廣電、磁、聲轉(zhuǎn)換過程，所以電磁超聲傳感器由該三者組

合。電磁超聲傳感器進行鋼管缺陷檢測的模型如圖2所示。

當電磁鐵的通電線圈的電流為直流時,選擇工業(yè)純鐵為電磁鐵的鐵芯；當電磁鐵的通電線圈

的電流為交流或脈沖時，選擇硅鋼片為電磁鐵的鐵芯。當電磁鐵的通電線圈的電流分別為

直流、交流和脈沖時,鋼管介質(zhì)中磁場的分布及激勵線圈所覆蓋的鋼管中趨膚層磁場的數(shù)

值分布不同。

4鋼管缺陷的電磁超聲檢測

電磁超聲檢測鋼管具有非接觸、無須使鋼管或傳感器轉(zhuǎn)動、能同時探出壓電超聲、渦流、

漏磁探傷各自能探出的缺陷等優(yōu)點，因此鋼管缺陷的電磁超聲檢測具有重要的研究意義和

應用價值。

電磁場模型建立和求解的夏雜性，使電磁超聲無損檢測定量分析難度大。電磁超聲無損檢

測要實現(xiàn)從定性到定量的跨越，必須對以下問題進行深入研究以提高電磁超聲無損檢測水

平。

(1)電磁超聲無損檢測技術

由于計算機技術的發(fā)展，極大地改善了電磁應用技術的實時應變能力，使其擴展到能夠應用

電磁計算技術對復雜系統(tǒng)進行仿真、分析和綜合、調(diào)整和優(yōu)化、正求和逆求、預測和規(guī)劃

等，由于電磁無損檢測理論是電磁超聲無損檢測理論的基礎,因此，對電磁超聲無損檢測理

論的進一步研究必須首先居于以鐵磁材料為檢測對象的電磁無損檢測理論的深入研究C

(2)電磁超聲檢測系統(tǒng)設計

探頭是整個電磁超聲檢測系統(tǒng)的關鍵部件，目前對于電磁超聲檢測理論的研究都圍繞這一

課題展開。電磁超聲檢測屬于微弱信號測試范圍，設計高敏感和高信噪比的探頭非常必要。

將最高靈敏度與最小能量原則相結(jié)合，進行探頭的計算機輔助優(yōu)化設計是今后的發(fā)展方向。

(3)前電磁超聲檢測關鍵技術

由于數(shù)字技術的發(fā)展，使得信號處理技術成為日前電磁超聲檢測技術中的關鍵技術之一。

此外,在電磁超聲無損檢測中，存在很多干擾信號的影響，可以通過提高信號處理水平使其

得到消除和抑制。

(4)智能診斷系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

為了進一步提高電磁超聲檢測設備的可靠性和自動化程度,數(shù)字化、智能化檢測儀器將得

到更加廣泛的發(fā)展,研究祖經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)完全融合的智能診斷系統(tǒng)已成為將來發(fā)展的

必然趨勢。

(5)電磁超聲檢測技術

工業(yè)CT及求解過程可視化是電磁超聲檢測一直追求的目標。位置、形狀及大小或其他參

數(shù)所要提取的信號的直觀顯示,復雜運算和數(shù)值求解后的實時顯示及圖像存儲等,都依賴計

算機速度及存儲能力的提高，該技術將從數(shù)值算法的改進及計