远场涡流检测技术的研究与应用

　　随着远场涡流理论的逐步完善和实验手段、试验方法的改进,远场涡流技术用于管道,特别是铁磁性管道检测的优越性逐步被人们广泛认识,且有望用于在役金属管道的无损检测,可延长管道的使用寿命,并用于产品的质量检测,其潜在的经济效益相当可观。本文对远场涡流检测技术理论进行了研究分析,并成功地将远场涡流检测技术应用于国产首台60万千瓦机组的高压加热器钢管的检测中,取得了良好效果。

　　远场涡流检测技术的理论研究

　　远场涡流法属低频涡流检测技术,采用内通过式探头,由1个激励线圈和1个测量线圈构成,激励线圈通以低频交流电,其能量流2次穿过管壁并沿管壁传播,测量线圈能测到来自激励线圈的穿过管壁后返回管内的磁场,因而能以相同的灵敏度检测管子内外壁缺陷及壁的薄厚,不受趋肤深度的限制,可对碳钢或其他强铁磁性管有效检测,探头在管内摆动对检测也基本没有影响。而普通的涡流检测技术是以电磁感应原理为基础,在涡流检测线圈的激励绕组中通以交流电,则会在被检试件中产生感应涡流,且在其周围建立起一个交变涡流磁场反作用激励磁场,经过反复多次达到动态平衡。当被测试件中存在缺陷时涡流流动发生畸变,原来的平衡被破坏,原线圈立刻会测到这种变化的涡流信号及线圈阻抗变化,传送到微机记录分析,从而判断出试件中是否存在缺陷。由此可见,普通涡流检测技术就是接受被测物体反馈的涡流信号,可是当被测物体出现量变时会导致检测线圈的阻抗变化,从而影响涡流信号的输出。其影响因素很多,主要有电导率(б),磁导率(μ),几何形状,温度,检测线圈与被测物体的相对位置,工件中的冷加工和热处理,应力,伤的非连续性,信噪比等。正是由于这诸多因素的干扰,使涡流检测仪器对检测的信号处理分析很因难,采用了远场涡流检测技术,消除了干扰因素,使得检测结果更加准确有效,现将远场涡流检测方法与普通涡流检测方法从理论上及实践应用中作对比分析。

　　由上述的远场涡流检测原理与普通涡流检测原理对比可看出,普通涡流检测技术靠仪器接受的涡流信号来分析,而涡流信号和交流电一样具有趋肤效应,涡流在被检物体上分布呈指数变化,靠近线圈的表面涡流密度最大,随着深度的增加呈自然指数规律衰减,其标准渗透深度δ0.37计算如下:

　　由上式可以看出,普通涡流检测受趋肤效应严重影响,检测试件的深度极其微小。

　　另外,由标准渗透深度(δ0.37)可推导出穿透深度与电导率、磁导率及频率的平方根式成反比,角频率ω愈高,磁导率μ愈大,穿透深度δ愈小,特别是铁磁性材料的磁导率变化范围非常大,在没有达到磁饱和时,这些变化就掩盖了缺陷信号或电导率变化的信号而使普通涡流检测失效,所以对铁磁性材料的普通涡流探伤时必须应用磁饱和技术,增设1个磁饱和线圈,以降低干扰信号,但效果还不理想。