基于磁場傳感器的管道腐蝕渦流檢測技術

夏永康，趙慶凱，張書輝，冉堅強，翟瑞峰，王巖

（六盤水市特種設備檢驗所，貴州 六盤水 553000）

1 背景及意義

管道應用范圍越來越廣泛，如核能、電力、石油、天然氣等行業都需要采用大量的傳輸管道，已經成為現代工業中不可缺少的部分。基于巨磁電阻效應的磁場因對檢測對象不具有破壞性，甚至無需改變被檢測對象的工作狀態，在實現質量把控、工藝水平的前提下改進、降低成本以提升產品市場競爭力，實現設備的在用檢測以預防事故的發生，確保設備安全運行，提高生產率等。根據常見管道出現的缺陷類型使用GMR探頭對不同缺陷的情況進行反饋，選擇一個更有利的檢測頻率以保證缺陷的檢出率。

2 理論分析

探頭的構成主要有兩部分：檢測線圈和激勵線圈。檢測激勵線圈的激勵進行方式采用雙極性脈沖方波電流，在瞬間斷開激勵線圈中的電流時，激勵線圈受激勵電流的作用產生第一次快速衰減的脈沖磁場，磁場透過管道包覆層的外層和保溫層作用到管壁，脈沖磁場再一次在管道材料中感應出瞬時渦流，瞬時渦流又再一次感應產生第二次磁場，第二次磁場被檢測線圈感應到，同時產生瞬態感應電壓。檢測時探頭放置包覆層管道外層，包覆層管道腐蝕所用的激勵波形及其響應檢測波形在脈沖渦流的作用下，檢測線圈上產生的感應電壓基本滿足在一段時間后指數衰減規律。檢測線圈上的瞬態感應電壓是成衰減變化形成一條有規律衰減曲線，當探頭放置在有腐蝕缺陷和無缺陷腐蝕的地方時，衰減的感應電壓曲線是不同的。明顯看出有腐蝕區域比無腐蝕區域的感應電壓曲線衰減快。

3 檢測試件

檢測試件采用J55包覆層鐵磁性輸油管道進行模擬人工面積型腐蝕缺陷。分別選取A、B、C 3處面積型腐蝕缺陷進行加工，加工的缺陷腐蝕面積和腐蝕深度分別不同，A缺陷加工出周向幅度為360°的小面積型腐蝕缺陷，其軸向長度為150mm，腐蝕深度為2.5mm；B缺陷加工出周向幅度為360°的大面積腐蝕缺陷，其軸向長度為1000mm，腐蝕深度為2.5mm；C缺陷加工出周向幅度為360°的大面積腐蝕型缺陷，其軸向長度為1000mm，腐蝕深度為1.25mm的鐵磁性輸油管道。

4 面積型腐蝕缺陷試驗結果及分析

4.1 數據采集

為了避免管道端口效應的影響，檢測的起始點從距管道端口750mm的地方開始檢測，每個檢測點間距100mm。

圖1

實驗中對110mm包覆層進行了檢測，分析處理檢測數據。圖1是GMR探頭（激勵頻率4Hz和電流2.5A）檢測110mm包覆層鐵磁性管道的后期時窗剖面圖，后期時窗效果好，看出3個面積型腐蝕缺陷。曲線圖中電壓歸一化值從6#樁開始衰減，6#樁是A缺陷的起始點，到8#樁截止表示A缺陷，曲線顯示效果好；在11#樁開始衰減到21#樁，表示 B缺陷；21#開始上升到31#表示C缺陷，樁號1到6、8到11和31到36表示3個無腐蝕區域。圖2是GMR探頭（激勵頻率8Hz和電流2.5A）檢測110mm包覆層鐵磁性管道的后期時窗剖面圖，后期時窗可以看出3個腐蝕缺陷。曲線圖2中電壓歸一化值從6#樁開始衰減，6#樁是A缺陷的起始點，到8#樁截止表示A缺陷，曲線反映清晰；在11#樁開始衰減到到21#樁，表示B缺陷；16#開始上升到31#樁表示C缺陷，樁號1到6、8到11和31到36表示3個無腐蝕區域。圖3是GMR探頭（激勵頻率16Hz和電流2.5A）檢測110mm包覆層鐵磁性管道的后期時窗剖面圖，由后期時效果好顯示出3個面積型腐蝕缺陷。曲線圖3電壓歸一化值從6#樁開始衰減，6#樁是A缺陷的起始點，到8#樁截止表示A缺陷，曲線顯示效果好；在11#樁開始衰減到21#樁，表示B缺陷區域；16#開始上升到31#樁表示C缺陷區域，樁號1到6、8到11和31到36表示3個無腐蝕區域。

圖2

圖3

4.2 數據結論

在利用脈沖渦流對包覆層鐵磁性管道腐蝕進行檢驗時，檢測有腐蝕缺陷地方的感應電壓比檢測沒有腐蝕缺陷地方的感應電壓要小，檢測腐蝕深度越大，感應電壓越小。

通過實驗得出不同激勵頻率下A、B、C缺陷的檢測靈敏度。對比探頭頻率可知，A點腐蝕，靈敏度最高的是16Hz，其次是8Hz，靈敏度最低的是4Hz；B點腐蝕，靈敏度最高的是4Hz，其次是8Hz，最低的是16Hz；C點腐蝕，靈敏度最高的是8Hz,其次是16Hz，最低的是4Hz。對應試件可知，A、B是深度腐蝕缺陷，B、C是大面積腐蝕缺陷。由此可知，對GMR探頭，16Hz適用于小面積深度腐蝕缺陷，4Hz適用于大面積淺腐蝕缺陷。

5 結語

實踐得出GMR探頭抗干擾能力強，對包覆層管道面積型缺陷的檢測，GMR探頭的綜合性能好，GMR檢測管道的小面積型缺陷，激勵頻率高，檢測靈敏度高；GMR探頭檢測管道的大面積型深缺陷，激勵頻率低的檢測靈敏度高；但使用GMR探頭檢測管道的大面積型淺缺陷，需要根據檢測要求來確定最佳激勵頻率。