远场涡流技术检测带翼片管的研究

　　远场涡流检测的理论基础为涡流检测,遵循电磁场扩散方程^[1~3]。远场涡流检测与常规涡流检测的区别是其检测线圈必须置于远离激励线圈的二次穿透区(或称间接耦合区)。当激励线圈通以交变电流时,其产生的电磁能量沿各种可能的方向传播(图1)。远场涡流检测管材多使用内通过式探头,由于管壁中的涡流限制了磁场能量在管中沿轴向扩散,所以在激励线圈附近,能量沿径向扩散到管外,管外能量沿轴向衰减的情况比管内相应磁场小得多,从而使得在远离激励线圈的区域,管外场远强于管内场,能量又向内扩散,此时与检测线圈耦合的磁场能量已两次穿过管壁,对应的区域就是二次穿透区。

　　因此,远场涡流检测除了具有常规涡流检测的特点外还独具有透壁性,能检测整个管壁上的缺陷而不受集肤效应的限制,对内外壁的缺陷具有相同的灵敏度,且相位信号不受提离效应的影响。远场涡流技术可用来检测高导磁高导电率的厚壁管材。一些研究提出了新型的远场涡流探头的结构^[4~6],以克服远场涡流探头长及信号弱的缺点,远场涡流仪在我国也已研制成功并面市。近期研究成果^[7,8]表明,远场涡流现象不仅存在于管材内,而且存在于导电板材,因此该技术可扩展到对导电导磁板的检测。

　　工业生产中常遇到管外带有翼片(散热片或金属隔板组件)管的检测问题,若要应用远场涡流检测技术就必须研究翼片对远场涡流耦合特性的影响、缺陷响应信号的特点以及翼片信号与缺陷信号的分离问题。

　　图2为带翼片管子的远场涡流检测示意图。其中d为被检测钢管的内径,t为管壁厚度,h为翼片间距,a为翼片厚度,D为翼片的外径;Φ为远场涡流探头的外径,L为激励线圈和检测线圈之间的距离。被测钢管为油田采油管,d=62mm,t=6mm,a=3mm,D=120mm,滑套于油管外,Φ=40 mm。

　　1　翼片对远场涡流耦合特性的影响

　　当管外带有翼片时,翼片处于远场能量传递的路径上,激励线圈产生的能量扩散到管外并向远处扩散时必将在翼片中也产生涡流,从而影响能量传递,同时影响激励线圈和检测线圈之间的耦合特性和缺陷响应特性。

　　图3所示为一组翼片对耦合特性影响的实验结果。图3a和b为原始结构(即只有激励线圈和检测线圈)探头的耦合特性;图3c和d为带有磁路和组合屏蔽的探头(称甲型探头)的耦合特性。曲线1为无翼片状态;曲线2为翼片间距100mm状态;曲线3为翼片间距50mm状态。

　　从图3可见,由于翼片的影响,二次穿透区向激励线圈移远、信号幅度下降,检测线圈电压与激励线圈电流之间的相位加大。上述影响随翼片间距h的减小更加明显,同理可理解翼片厚度a增加,其影响也将更明显。两种结构探头呈现出相同的规律,只是甲型探头的信号幅度明显高于原始结构探头,且可以向激励线圈移近二次穿透区。翼片对激励线圈与检测线圈耦合特性的影响,实际上与管壁厚度对耦合特性的影响规律相似,翼片的存在相当于增加了管壁厚度,这在设计检测带翼片管的远场涡流探头时必须加以考虑。