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1、第六章 远场涡流检测技术 中国工业检验检测网 http:/ 远场涡流无损检测技术的发展历史及特点 远场效应是20世纪40年代发现的。1951年Maclean W.R.获得了此项技 术的美国专利 1(见图1)。50年代壳牌公司的Schmidt T.R.独立地再发现 了远场涡流无损检测技术,在世界上首次研制成功检测井下套管的探头(见 图2),并用来检测井下套管的腐蚀情况 2,1961年他将此项技术命名为“ 远场涡流检测”,以区别于普通涡流检测。壳牌公司开发部向Maclean购买了 该专利权,在探头的研制中获得了很大的成功,并用来检测井下套管。20世 纪60年代初期,壳牌公司应用远场涡流检测技术来检
2、测管线,检测设备包括 信号功率源、信号测量、信号记录和处理,做成管内能通过的形式,像活塞 一样,加动力之后即可在管线内运动,取名“智能猪”(见图3)。此装置于 1961年5月9日第一次试用,一次可以检测80公里或更长的管线。3 中国工业检验检测网 http:/ 壳牌公司在80年代促进了此项技术的商业化。一些制造商立刻认可了此项技术的价值,开始生产远场涡 流检测设备 。4 图1 世界上第一个远场涡 流检测 的专利 中国工业检验检测网 http:/ 图2 世界上第一个远场涡 流井下套管检测 探头(Schmidt,1961) 图3 用“智能猪”来检测 管线 (壳牌公司,1961) 中国工业检验检测网
3、 http:/ 在过去的20多年中,远场涡流检测技术引起 了全世界有关研究人员的兴趣,Schmidt T.R.作 出了杰出的贡献,Lordo w,Atherton D.L.等 567对远场涡流现象进行了有限元模型的理 论模拟,开发了计算机模拟程序,为远场涡流检 测奠定了坚实的理论基础。 在80年代后期和90年代初期,远场涡流检测 技术得到了很大发展,开发了检测系统,利用内 置式探头来检测输气管线、井下套管、地埋管线 、热交换器和锅炉89,利用外置式探头来检测 平板和钢管。现代的检测设备利用计算机来显示 和储存数据,还有自动信号分析程序。 中国工业检验检测网 http:/ 从20世纪80年代开始
4、,加拿大路赛尔技术有限公司(RUSSELL NDE SYSTEMS INC 简称路赛尔公司)与加拿大女王大学(Queens University,世界 应用电磁研究中心)合作,致力于远场涡 流技术在管道检测 方面的研究,特别是井 下套管和地埋油气水输送管线的检测 。路赛尔公司1988年研制成功第一代远场涡 流 检测 系统(108型),1992年研制成功第二代检测 系统(204型),2000年研制成功 第三代检测 系统(308型,见图 8)。目前路赛尔公司生产的远场涡 流无损检测 系统 的技术居世界领先水平。 图8 路赛尔公司研制的三代远场涡 流无损检测 系统 中国工业检验检测网 http:/
5、2000年美国材料试验学会制定了ASTM E2096-00热 交换器管远场涡流检测标准,此标准由路赛尔公司撰写。 美国无损探伤试验学会ASNT于2004年出版的电磁无损检测 手册10,其中第八章远场涡流检测由路赛尔公司和加拿大 女王大学撰写。 2000年以来我国电力、石化、化工行业向路赛尔公司购 买了数套204型和308型远场涡流检测系统,用于检测锅炉 和热交换器,应用效果很好。我国2004年制定了国家电力行 业标准DL/T 883-2004电站在役给水加热器铁磁性钢管远 场涡流检验技术导则。近二年来我国油田开始对路赛尔公 司生产的远场涡流井下套管无损检测系统感兴趣。 中国工业检验检测网 ht
6、tp:/ 远场涡流无损检测的原理和优点 三种普通无损检测方法存在的缺陷 对于井下套管和地埋线的无损检测,人们通常尝试使用漏 磁、传统涡流和超声检测方法,但这三种方法都存在很大的局 限性。 漏磁检测存在的主要问题: 对于内壁和外壁缺陷的灵敏度很不一致,如果探头与外壁 接触,则外壁缺陷的灵敏度比内壁高; 无法检测均匀腐蚀减薄; 对间隙非常敏感,间隙变化会引起检测误差; 由于必须采用磁化装置,因此设备比较笨重。 中国工业检验检测网 http:/ 传统涡流存在的主要问题: 传统涡流对于铁磁性管子,由于集肤效应的作用, 只能检测管道的表面缺陷,不能做到对管壁100%的检 测; 对间隙很敏感,间隙变化对灵
7、敏度影响很大。 超声检测存在的主要问题: 超声检测要求被检测的表面很清洁,需要良好的声 耦合,管道检测特别是管道的在役检测很难实现良好 的声耦合。 中国工业检验检测网 http:/ 远场涡远场涡 流无损检测损检测 的原理11 内置式探头置于被检测钢 管内,探头上有一个激励线圈,还有一个(或二个 )检测线 圈。激励线圈和检测线 圈的距离为钢 管内径的2-3倍。激励线圈发出的 磁力线(能量)穿过管壁向外扩散,在远场 区又再次穿过有表面缺陷的管壁向内 扩散,被检测线 圈接收。检测线 圈接收到的信号的幅度和相位都和壁厚有关,利 用专用的软件就可测得管壁的厚度(见图 9)。 图9 远场涡 流无损检测 的
8、原理 中国工业检验检测网 http:/ 激励线圈与检测线圈间距的确定 由图10的下部份可看出,在激励线圈和检测线圈之间存在三个区: 直接耦合区、过渡区和远场区。图10的上部份是钢管的外壁和内壁的 远场涡流场的幅度与两线圈的间距(为钢管内径的信数)的分布曲线 。从图中可看出:外壁的幅度大于内壁的幅度;当间距等于、大于二 倍钢管内径后,外壁和内壁的幅度与间距成正比,而且当间距为2-3倍 钢管内径时(远场区),外壁和内壁的幅度较大,因此,激励线圈和 检测线圈的距离取2-3倍钢管的内径。 中国工业检验检测网 http:/ 图10 远场涡 流场强分布 中国工业检验检测网 http:/ 波在钢钢板中的传传
9、播 由图11可看出,波在钢板中传播的过程中,波幅衰减,相位发生移动。钢板的厚度越大,波幅衰减得越大。 图11 波在传播过程中波幅的衰减和相位的移动 中国工业检验检测网 http:/ 探头头附近磁力线线的分布 由图12可看出,在远场 区磁力线的轨跡与管壁平行,因此,在远场 区通过管壁的磁力线的总数和壁厚成正比。 图12 探头附近的磁力线分布(3/4管,有限元计算结果) 中国工业检验检测网 http:/ 远场涡流无损检测的优点 与普通涡流、漏磁和超声波无损检测相比,远场涡流无损检测具有 以下优点: 被检测的钢管的表面不必清洗; 探头与钢管表面不接触,探头外径与钢管内径之间的间隙变化对 检测结果的影响很小,允许的最大间隙为钢管内径的30%,最佳间隙 小于钢管内径的15%; 检测钢管内表面和外表面的腐蚀坑的灵敏度相同; 对均匀减薄、渐变减薄和偏磨减薄的检测,都有极高的检测灵敏 度; 探头的检测速度是否均匀对检测结果无影响; 钢管内的气体、液体介质对检测结果无影响; 检测设备体积小,重量轻,便于现场灵活应用; 检测数据还可存入探头内,实施长距离检测。 中国工业检验检测网 http:/
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