鋼管渦流檢測時信號扇形顯示與幅值顯示對缺陷判別的影響

張才良，申小忠

（1.福斯特惠勒能源管理 （上海）有限公司，上海 200122；2.常州常寶精特鋼管有限公司，常州 213018）

1 問題的提出

筆者從事鍋爐用無縫鋼管的現場監造工作，尤其是經常見證鋼管的無損檢測，接觸了大量不同材料不同規格的鋼管渦流檢測。目前各鋼管制造企業所使用的渦流檢測儀器除具有幅度顯示和分析的功能外，還具有信號相位的顯示和分析功能。在實踐中，筆者發現這兩種顯示方式對缺陷的檢出效果不盡相同。

2 渦流檢測原理及其顯示方式

渦流檢測是導體渦流效應的一項重要應用，其基本原理為：當載有交變電流的檢測線圈靠近導體試件時，由于激勵線圈磁場的作用，試件中會產生渦流，而渦流的大小、相位及流動方式受到試件導體性能的影響，同時產生的渦流也會形成一個磁場，此磁場反過來又會使檢測線圈的阻抗發生變化，因此，通過測定檢測線圈阻抗的變化，就可以判斷出被測試件的性能和有無缺陷等［1］。阻抗變化的獲取和測定是渦流檢測的核心部分，阻抗變化的主要參數之一是相位，因為相位的變化能夠比較直觀地反映阻抗的變化。在實際應用中，渦流檢測按照對檢測結果顯示方式的不同分為阻抗幅值型和阻抗平面型。阻抗幅值型是在顯示終端僅有檢測結果幅度的相關信息，由振蕩器產生交變信號供給電橋和檢測線圈，信號經放大、相敏檢波、濾波和幅度鑒別器，測信號中的干擾信號被去除，缺陷信號被獲取并在顯示和記錄單元以信號的幅值量被顯示和記錄。阻抗平面型在信號的激勵產生、提取及放大等信號處理方面與阻抗幅值型的工作原理及過程基本相同，不同的是信號經相敏檢波和濾波后變成一個包含有線圈阻抗變化的相位和幅值信息的直流信號。該信號被分解成X和Y兩個相互垂直的分量，在X－Y顯示屏上進行顯示。一般儀器設置為扇形，信號的兩個分量能同時旋轉，因此可以選擇任意的參考相位對信號進行相位和幅值分析［1］。

3 不同顯示方式的檢測結果比較

3.1 不同類型的顯示系統

某鋼管制造廠有不同類型的渦流檢測顯示系統，圖1所示是比較有代表的兩種處理系統顯示的信號。從圖1中可以看出檢測信號扇形顯示和幅值顯示的明顯區別。上海易爾公司ET－910型也是該顯示類型的儀器。在同一界面上能顯示幅值和相位的信息，但必須選擇具體的顯示方式 。上海威遠公司的UNIK 268000X型智能渦流探傷儀不能同時在同一界面上出現兩種顯示，需要相互切換。

ET910技術特點是應用微機和最新電子動態平衡技術，采用高性能的專用軟件和特有的矢量信號分辨系統。技術參數主要有：檢測頻率0.1～990kHz；最小步長10Hz；阻抗匹配0～255，步長1，阻抗三色顯示窗；線性增益0～69dB，步長0.5dB；相位0～359°；具有幅值報警、扇形區域報警技術；矢量分辨報警模式有螺線形、扇形、橢圓形、矩形4種；絕對值報警電平區域0～127；掃描時間0～5 000ms；交流電220V±10%，50Hz±10%。鋼研08B型儀器的技術參數與其基本相同。

圖1 扇形與幅值顯示的區別

UNIK 268000X型智能渦流探傷儀主要參數有：檢測頻率1～990kHz；最小步長1kHz；探頭匹配1～4檔，步長1；速度匹配1～4檔，步長1；線性增益0～69dB，步長0.5dB；相位0～359°；具有幅值報警、扇形區域報警技術，報警區域連續可調；絕對值報警電平區域0～16，步長1；掃描0～128；步長1；交流電220V±10%，50Hz。

在實踐中，筆者觀察到扇形顯示和幅值顯示方式提供的試件缺陷信號及檢測人員從中獲得的信息不盡相同。

3.2 不同顯示方式的比較

3.2.1 扇形顯示

信號扇形顯示能獲得被檢件缺陷的相位，而根據相位的角度、位置、形狀、大小，可以大致判斷出缺陷的形狀，性質，深度和大小。圖2（a）為某缺陷的信號扇形顯示，可見：

缺陷的相位角小（相對于對比試樣人工通孔而言，參考圖1（a），可以確定它是外表面缺陷且深度較淺。缺陷相位幅度較大且形狀比較規則，可以判斷該缺陷的寬深比大而且形狀比較規則，基本能得出該缺陷為折疊或重皮。從相位圖分析應有兩個缺陷，但參考右下側的時基掃描線，卻只發現一處掃描顯示，有可能是兩個缺陷距離較近，時基掃描線近似重疊。因而推斷此處有兩個并列的缺陷（沿圓周方向）。

現場觀察缺陷的實際情況，圖2（b），驗證了從圖2（a）所得的信息對缺陷的判斷是基本符合實際情況的。

圖2 某缺陷信號扇形顯示與實際缺陷對比圖

圖3是某缺陷信號扇形顯示與實際缺陷對比。檢測時（樣管校驗相位角95°）得到的信號很大，超過了顯示屏范圍，無法準確判斷缺陷的形狀及相位角，但可以得知是一個嚴重缺陷。為了準確判斷，降低增益13dB，獲得圖3（a）所示相位，根據其相位角較大（近60°）且形狀規則，判斷該缺陷深度大而形狀規則，有貫穿的可能。圖3（b）是觀察到的實際缺陷，切管驗證該缺陷確已貫穿。

圖3 某缺陷信號扇形顯示與實際缺陷對比

3.2.2 幅值顯示

幅值顯示僅能觀察到示波器時基掃描線上的波形幅度的變化和信息。如某缺陷檢測時的幅值顯示如圖4（a）。根據其幅度大小，大致能判斷缺陷的尺寸，不能得到缺陷的性質、深度、形狀等信息。從該波形分析得出該缺陷的尺寸較小。

圖4（b）是同一缺陷的扇形顯示，根據它的相位角度及形狀，可以判斷該缺陷是一個寬深比較大，形狀較規則的凹狀缺陷。圖4（c）是實際觀察到的缺陷（凹坑）。

3.2.3 結合兩種顯示方式分析缺陷

對深度較淺的缺陷如果檢測選擇幅值顯示，有時并不能發現缺陷信號，但扇形顯示能發現缺陷的相位信息，可以防止缺陷漏檢。圖5（a）所示的是某缺陷檢測時的信號幅值顯示模式，在示波器下方時基掃描線上沒有觀察到任何波形幅度的變化，表明未檢測到缺陷。但在示波器左上方時基掃描線坐標上發現有缺陷相位顯示，但未達到以幅值顯示模式設置的報警水平，從相位角度和形狀分析，該缺陷有一定深度，形狀較規則。筆者觀察得到如圖5（b）的實際缺陷（折疊）。

信號扇形顯示不能象幅值顯示一樣有效給出缺陷在鋼管長度方向上的數量和大致位置，如圖1（c）樣管上的5個通孔相位基本疊合在一起，而圖1（d）幅值顯示能獲得通孔信號在長度方向的數量和位置，有利于檢測人員對缺陷的定位，提高檢測效率。但分析圖2的相位圖，認為應有兩個缺陷，但參考右下側的時基掃描線時，卻只發現一處掃描信號顯示，這有可能是兩個缺陷距離較近，時基掃描線近似重疊導致。因此推斷此處有兩個并列的缺陷（沿圓周方向）。

3.3 分析結果

（1）UNIK 268000X型智能渦流探傷儀的兩種顯示不能在同一界面上。如果選擇幅值顯示方式，就沒有相位坐標顯示作參考。假設缺陷在示波器時基掃描線的幅度沒有變化或未達到設置的報警水平，按驗收標準會被認為合格，導致較小的危險性缺陷（如裂紋）容易漏檢。如果選擇扇形顯示，缺陷相位幅度即使未達到所設置的報警水平，但至少能給檢測人員一些有關缺陷性質、深度等有用的參考信息，結合實際缺陷檢查，判斷是否合格。因此像UNIK 268000X型智能渦流探傷儀應優先選擇扇形顯示。

圖4 某缺陷信號兩種顯示與實際缺陷對比

圖5 某缺陷信號幅值顯示與實際缺陷對比

（2）如果檢測信號顯示選擇如：圖1（b）易爾ET－910或圖5（a）鋼研08B的幅值顯示法，也應參考其相位信息，如上述分析的圖5（a），在示波器下方時基掃描線上沒有任何波形幅度的變化，表明未檢測到缺陷，應判定產品合格。但在示波器左上方的報警水平坐標里發現有缺陷相位顯示，表明產品有缺陷，雖然未達到報警水平，此時須觀察實際缺陷情況。如圖5（b）所示，可知該缺陷不能接受。因此如果單純地以時基掃描線上波形幅度的變化為依據來判定渦流檢測結果，可以看出渦流檢測幅值顯示有可能會造成缺陷的漏檢。因為幅值顯示的結果并不一定是最大阻抗值或阻抗變化的最大值，而通常是在最有利于抑制干擾信號的相位條件下的阻抗分量［1］。

4 結語

鋼管制造廠所使用的渦流檢測儀器一般都具有扇形和幅值兩種顯示方式，檢測時必須選擇具體的方式。筆者所了解的情況是檢測人員習慣選擇幅值顯示。通過上述的比較分析，渦流檢測信號扇形（相位）顯示比幅值（波形）顯示能夠獲得更多的缺陷相關信息，因此在實際的渦流檢測中，建議選擇以扇形顯示為主，以幅值顯示為鋪，這樣有利于檢測人員的觀察和評判，提高缺陷的檢出能力和產品質量。

［1］ 徐可北，周俊華.渦流檢測 ［M］.北京：機械工業出版社，2004.