低频电磁/涡流无损检测技术的研究

　　1　前言

　　许多在役的铁磁性压力管道、容器(如锅炉压力容器、罐装车、水冷壁、过热器、再热器管道等)的无损检测,通常是采用磁粉(MT)、超声(UT)和射线 (RT)法检测。近年来人们认识到磁粉法的剩磁,会对恢复运行后的系统安全性能造成不良影响。故提倡采用UT和RT法检测。然而,由于UT方法对构件表面有较高的要求(漆层、氧化皮等均可产生较大的伪信号)且检测效率较低,RT方法在许多场合下又难于实施。因此,解决此类问题的无损检测方法, 就成为近年来NDT界研究关注的课题之一。笔者注意到国外一些成功的检测系统,提出不用磁饱和装置的低频电磁场/涡流方法来解决上述问题的路径,并进行了相应的理论和实验研究工作。在此基础上开发出一种新型的智能电磁/涡流检测系统(仪器)。

　　2　低频电磁/涡流检测原理

　　这是一个电磁和电涡流复合的双机理系统(见图1),由电磁激励部分和信号拾取部分P1构成,低频激励电流I流经线圈W1,所产生的磁通Φj=Φi+ Φk。磁通Φj为主磁通,Φk为空间散射的漏磁通。一个高灵敏度的平衡检测元件,置于Φk分布对称的位置上,当试件内部无缺损时,P1给出的信号为零。当扫描缺陷进入系统的响应区时,因缺陷对主磁通Φj 和涡流场的扰动而使Φk出现非对称分布,由此在 P1中产生失衡信号。在缺陷位于传感器中心时Φk 仍能恢复对称,此后则向负向失衡。扫描给出的信号响应如图2所示。漏磁检测方法对与磁通矢量无正交分量的两维缺陷不敏感,而涡流检测方法对与涡流矢量无正交分量的两维缺陷也不敏感,但这两者的两维不敏感缺陷是正交的。因此这两种机理的结合可使两种检测方法的不足互补。新的检测系统(传感器)显现出优良的特性:

　　(1)无需饱和磁化、弱激励、传感器与试件间无牵制力(对在役部件的吸力)、扫描很轻松。

　　(2)对试件内两维和三维缺损及腐蚀均有可靠的检出能力,且无检测盲区(无边缘效应)。

　　(3)对试件表面清洗程度及不平整度要求不高, 单通道有效扫描宽度可达10mm以上,且易设计成阵列探头。

　　3　检测系统

　　基于上述原理设计研制成的8通道电磁/涡流检测仪,其系统结构如图3所示。

　　8通道阵列探头可构成80mm的有效扫描宽度,完成基本的实时扫描检测。

　　若在阵列探头中加入阵列程控单元,则每一硬件数据通道可完成8个探头检测的信号处理,这样通道数可推广到64。而64线的阵列探头,在一定的灵敏度条件下,其有效扫描宽度可达640mm。探头的检测信号经前置相敏放大器放大后,再经滤波和自动数字式电子平衡,将各线置于参考“零”电平,滤波器和自动平衡的时间常数均可由计算机设置。滤波和平衡后的缺陷信号,进入可调增益放大器,放大后经模数转换成数字信号送入计算机。数字信号再进行的一些特殊处理,由专门软件来实现。