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  • 頭條新型探頭可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)輸金屬管道內(nèi)壁缺陷的高靈敏性與高效檢測(cè)
    2021-05-16 作者:段志榮 解社娟 等  |  來(lái)源:《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語(yǔ)渦流無(wú)損檢測(cè)方法是一種基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象對(duì)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行缺陷檢測(cè)的有效方法,其具有檢測(cè)能力強(qiáng)、非接觸、掃描速度快等優(yōu)點(diǎn)。但是,對(duì)于長(zhǎng)輸金屬管道結(jié)構(gòu),當(dāng)探頭位于管道內(nèi)部時(shí),如何實(shí)現(xiàn)探頭的掃描是缺陷檢測(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題。 針對(duì)這一問(wèn)題,機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與振動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院、中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院的研究人員段志榮、解社娟、李麗娟、李驥、陳洪恩、陳振茂,在2020年第22期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文,提出并設(shè)計(jì)了一種磁力傳動(dòng)式陣列渦流探頭,用于檢測(cè)長(zhǎng)輸管道結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁缺陷。與傳統(tǒng)的反射式探頭相比,管道內(nèi)壁缺陷的檢測(cè)信號(hào)具有不飽和性。該探頭的檢出裝置設(shè)計(jì)為陣列結(jié)構(gòu),能夠顯著提高管道缺陷檢測(cè)的靈敏度和效率。

    管狀結(jié)構(gòu)在能源、化工等各類工業(yè)領(lǐng)域廣泛運(yùn)用。在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中,其結(jié)構(gòu)內(nèi)部不可避免地會(huì)產(chǎn)生損傷或缺陷。由于損傷或缺陷會(huì)對(duì)管道結(jié)構(gòu)的安全性帶來(lái)嚴(yán)重后果,因此對(duì)其進(jìn)行定期無(wú)損檢測(cè)和評(píng)價(jià)非常必要。

    渦流檢測(cè)方法是基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行缺陷和損傷檢測(cè)的方法,具有對(duì)表面缺陷檢測(cè)能力高、非接觸、快速掃查等優(yōu)點(diǎn),是一種對(duì)管道結(jié)構(gòu)表面缺陷進(jìn)行定量無(wú)損評(píng)價(jià)的有效方法。然而現(xiàn)有渦流探頭的激勵(lì)線圈和檢出線圈都是通過(guò)機(jī)械連接,便攜性差,尤其對(duì)于長(zhǎng)輸管道檢測(cè),普通機(jī)械連接很難進(jìn)入管道深處,很大程度限制了渦流探頭的檢測(cè)范圍。

    另一方面,傳統(tǒng)渦流探頭為激勵(lì)線圈和檢出線圈放在管道同側(cè)的反射式渦流探頭,這種探頭在實(shí)現(xiàn)管道檢測(cè)時(shí)有以下兩方面缺點(diǎn):一是僅對(duì)探頭同側(cè)的表面缺陷檢測(cè)靈敏度高,但對(duì)探頭異側(cè)的缺陷檢測(cè)靈敏度較差;二是對(duì)于探頭同側(cè)的深缺陷或異側(cè)的淺缺陷,存在信號(hào)飽和、無(wú)法定量的問(wèn)題。

    為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題,新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院、中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院的研究人員提出并設(shè)計(jì)了一種磁力傳動(dòng)式陣列渦流探頭,并用該探頭對(duì)管道結(jié)構(gòu)內(nèi)壁缺陷進(jìn)行檢測(cè)。

    新型探頭可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)輸金屬管道內(nèi)壁缺陷的高靈敏性與高效檢測(cè)

    圖1 渦流檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

    該探頭包含套在管外的帶永磁體的激勵(lì)裝置和放置在管內(nèi)同樣攜帶永磁體的檢出裝置,是一種分離式結(jié)構(gòu)(激勵(lì)裝置和檢出裝置位于管道內(nèi)外兩側(cè),以下簡(jiǎn)稱異側(cè)),兩個(gè)裝置可在磁力作用下在管道內(nèi)外同步移動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)管道缺陷的掃查;同時(shí)檢出裝置中裝有環(huán)形陣列的檢出線圈,不僅可以對(duì)管道缺陷進(jìn)行軸向定位,還可以對(duì)管道缺陷的環(huán)向位置進(jìn)行有效定位。

    相較于傳統(tǒng)的將激勵(lì)線圈和檢出線圈放在管道同側(cè)的反射式渦流探頭(激勵(lì)裝置和檢出裝置位于管道同側(cè),以下簡(jiǎn)稱同側(cè)),這種磁力傳動(dòng)式陣列渦流探頭對(duì)管道內(nèi)壁和外壁的表面缺陷具有相似的檢測(cè)靈敏度,對(duì)于外壁深缺陷及內(nèi)壁淺缺陷不存在信號(hào)飽和、無(wú)法定量的問(wèn)題,尤其在檢測(cè)管道內(nèi)壁缺陷時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)。

    新型探頭可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)輸金屬管道內(nèi)壁缺陷的高靈敏性與高效檢測(cè)

    圖2 磁力傳動(dòng)式渦流陣列探頭

    通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種探頭針對(duì)管道內(nèi)壁缺陷檢測(cè)的優(yōu)勢(shì),得出以下結(jié)論:

    1)通過(guò)數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分離式探頭與反射式探頭對(duì)管道內(nèi)壁裂紋檢測(cè)的優(yōu)劣。結(jié)果表明,對(duì)于管道內(nèi)壁缺陷的檢測(cè),相對(duì)于傳統(tǒng)的反射式探頭,分離式探頭由于其檢出信號(hào)的不易飽和性以及檢測(cè)靈敏度好,表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。

    2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種探頭的激勵(lì)裝置和檢出裝置在磁力作用下能夠沿著管道內(nèi)外保持一致移動(dòng)步調(diào),說(shuō)明其對(duì)于管道缺陷進(jìn)行掃查檢測(cè)具有可行性。相對(duì)于單檢出線圈的渦流探頭,陣列渦流探頭接收信號(hào)的范圍大大增加,顯著提高了探頭的檢測(cè)靈敏度和檢出效率。

    3)應(yīng)用該探頭檢測(cè)帶內(nèi)壁裂紋的鋁管,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其優(yōu)勢(shì)。結(jié)果表明,磁力傳動(dòng)式陣列渦流探頭不僅可以確定裂紋在管道內(nèi)壁的軸向位置,還可以確定其環(huán)向位置。因此,該研究團(tuán)隊(duì)所提出的這種探頭對(duì)于長(zhǎng)輸管道內(nèi)壁缺陷的檢測(cè)具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。

    以上研究成果發(fā)表在2020年第22期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》,論文標(biāo)題為“基于磁力傳動(dòng)式陣列渦流探頭的管道缺陷檢測(cè)”,作者為段志榮、解社娟、李麗娟、李驥、陳洪恩、陳振茂。