陣列漏磁檢測(cè)技術(shù)在鋼管探傷中的應(yīng)用

高 翔，胡俊偉，胡才望

（湖北新冶鋼有限公司，湖北 黃石 435000）

目前鋼管漏磁探傷設(shè)備普遍能夠?qū)崿F(xiàn)縱向缺陷和橫向缺陷的檢測(cè)，但對(duì)于斜向缺陷的檢出效果不穩(wěn)定，其原因主要是斜向缺陷的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱以及漏磁探頭相對(duì)漏磁場(chǎng)的掃查方向不垂直，從而導(dǎo)致靈敏度較低。一直以來(lái)，人們?yōu)閷?shí)現(xiàn)不同方向缺陷的相同靈敏度檢出做了大量研究工作，也取得一些進(jìn)展，但仍未獲得十分理想結(jié)果。

2017 年某公司新上線一套探頭固定、鋼管螺旋旋轉(zhuǎn)前進(jìn)式的鋼管漏磁探傷設(shè)備，這套設(shè)備采用陣列漏磁檢測(cè)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鋼管縱向、橫向和斜向缺陷的同時(shí)檢測(cè)。本文以該套漏磁探傷設(shè)備為基礎(chǔ)，分析了陣列漏磁檢測(cè)的工作原理，介紹了其實(shí)際探傷效果。

1 陣列漏磁探傷設(shè)備構(gòu)成

鋼管漏磁探傷設(shè)備主要由縱傷探傷機(jī)、橫傷探傷機(jī)、漏磁探傷儀以及帶動(dòng)鋼管螺旋前行的傳輸輥道組成，而縱傷探傷機(jī)、橫傷探傷機(jī)和漏磁探傷儀是實(shí)現(xiàn)鋼管漏磁探傷的核心部件［1-2］。縱傷探傷機(jī)和橫傷探傷機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

縱傷探傷機(jī)由環(huán)形鐵芯（又稱軛鐵）、磁極、磁化線包、縱傷探頭組成。在兩個(gè)磁化線包通入直流電后，探傷機(jī)中的環(huán)形鐵芯和磁極與被檢鋼管一起構(gòu)成閉合磁回路（圖1a 所示虛線），實(shí)施對(duì)管壁的周向磁化。2 個(gè)探頭分別位于兩個(gè)磁極的中間位置，用以檢測(cè)管壁中缺陷的漏磁場(chǎng)。從圖1a 可以看出，縱傷探傷機(jī)激發(fā)的磁力線方向與鋼管的縱軸線垂直，所以對(duì)于鋼管中的縱向缺陷的檢測(cè)最敏感，這也正是縱傷探傷機(jī)名字的由來(lái)。

橫傷探傷機(jī)由殼體（或框架）、導(dǎo)套（又稱極靴）、磁化線包和橫傷探頭組成。在兩個(gè)磁化線包通入直流電后，探傷機(jī)中的殼體和導(dǎo)套與被檢鋼管一起構(gòu)成閉合磁回路（圖1b 所示虛線），實(shí)施對(duì)管壁的軸向磁化。2 個(gè)探頭或4 個(gè)探頭圍繞鋼管對(duì)稱布置在兩個(gè)線包的中央，用以檢測(cè)管壁中缺陷的漏磁場(chǎng)。從圖1b 可以看出，橫傷探傷機(jī)激發(fā)的磁力線方向與鋼管的縱軸線平行，所以對(duì)于鋼管中的橫向缺陷的檢測(cè)最為敏感，這也正是橫傷探傷機(jī)名字的由來(lái)。

圖1 縱傷探傷機(jī)和橫傷探傷機(jī)結(jié)構(gòu)示意

縱傷探傷機(jī)與橫傷探傷機(jī)前后銜接安裝在鋼管傳輸線上，當(dāng)鋼管螺旋前行通過(guò)，縱傷探頭和橫傷探頭分別實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)鋼管表面的掃查。由于磁化裝置分別對(duì)被檢鋼管實(shí)施縱向和橫向磁化，斜向缺陷的漏磁場(chǎng)就會(huì)較弱；此外，鋼管傳輸時(shí)既做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又做直線運(yùn)動(dòng)，探頭在鋼管表面描繪出一條傾斜的軌跡，當(dāng)缺陷方向與軌跡不垂直，漏磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)效應(yīng)會(huì)降低。這些都會(huì)造成漏磁檢測(cè)靈敏度的波動(dòng)，這是傳統(tǒng)漏磁探傷設(shè)備存在的固有問(wèn)題。而采用陣列式的漏磁探頭，可以克服傳統(tǒng)鋼管漏磁探傷的不足［3-13］。

2 陣列漏磁檢測(cè)工作原理

陣列漏磁檢測(cè)技術(shù)的核心是陣列漏磁探頭。橫傷和縱傷陣列漏磁探頭均為條形，且都沿鋼管軸向擺放［2］。橫傷陣列漏磁探頭工作原理如圖2 所示。每個(gè)橫傷探頭中有32 個(gè)線圈，每個(gè)線圈連接探傷儀的一個(gè)輸入端口。在探頭中，每四個(gè)線圈組成1個(gè)檢測(cè)單元，一個(gè)探頭共分8 個(gè)單元。以圖3 所示最左側(cè)單元為例，將1、2 線圈的信號(hào)接入儀器后進(jìn)行差分處理，將3、4 線圈的信號(hào)進(jìn)行差分處理，這兩種組合均適于檢測(cè)橫傷；將2、3 線圈的信號(hào)接入儀器后進(jìn)行差分處理，適于檢測(cè)斜傷1；將1、4 線圈的信號(hào)進(jìn)行差分處理，適于檢測(cè)斜傷2。由此可見，在一個(gè)檢測(cè)單元中的4 個(gè)線圈，通過(guò)不同組合的信號(hào)差分運(yùn)算，即可實(shí)現(xiàn)檢出橫傷和兩個(gè)方向的斜傷。

圖2 橫傷陣列漏磁探頭工作原理

縱傷陣列漏磁探頭工作原理如圖3 所示。縱傷探頭與橫傷探頭的結(jié)構(gòu)完全一樣，不同的是對(duì)線圈信號(hào)處理的組合方式不同。仍以圖3 所示最左側(cè)的檢測(cè)單元為例，將1、3 線圈的信號(hào)接入儀器后進(jìn)行差分處理，將2、4 線圈的信號(hào)進(jìn)行差分處理，這兩種組合均適于檢測(cè)縱傷；將2、3 線圈的信號(hào)接入儀器后進(jìn)行差分處理，適合于檢測(cè)斜傷1；將1、4 線圈的信號(hào)進(jìn)行差分處理，適合于檢測(cè)斜傷2。可見與橫傷探頭一樣，對(duì)于一個(gè)檢測(cè)單元中的4 個(gè)線圈，通過(guò)不同組合的信號(hào)差分運(yùn)算，即可實(shí)現(xiàn)檢出縱傷和兩個(gè)方向的斜傷。

圖3 縱傷陣列漏磁探頭工作原理

3 陣列漏磁探傷的應(yīng)用效果

為了驗(yàn)證陣列漏磁技術(shù)檢出不同取向缺陷的能力，在 Ф76 mm×10 mm 對(duì)比樣管上按照 GB/T 12606—2016《無(wú)縫和焊接（埋弧焊除外）鐵磁性鋼管縱向和/或橫向缺欠的全圓周自動(dòng)漏磁檢測(cè)》規(guī)定的F2 等級(jí)制作外表面縱傷、橫傷和斜傷，其中斜傷的角度分別為鋼管軸線左旋和右旋30°、45°和60°，所有人工傷的尺寸均為25 mm×0.5 mm×0.5 mm（長(zhǎng)×寬×深）。對(duì)比樣管上的人工傷分布如圖4所示。利用陣列漏磁探傷設(shè)備得到對(duì)比樣管人工缺陷的檢測(cè)波形如圖5 所示。從顯示波形中可以看出，不同取向人工傷的信號(hào)幅度差異不大，基本做到檢測(cè)靈敏度的一致性。

圖4 樣管上的人工缺陷分布示意

圖5 人工缺陷的檢測(cè)波形顯示

采用陣列漏磁探傷設(shè)備對(duì)材質(zhì)為40Cr 的Ф180 mm×35 mm 熱軋鋼管進(jìn)行探傷，檢測(cè)出自然缺陷的情況如圖6～7 所示。在圖6（b）和 7（b）中各有一種斜向分布的缺陷被有效探測(cè)出來(lái)，這些超標(biāo)缺陷經(jīng)過(guò)修磨后的磁粉檢測(cè)被得到證實(shí)，缺陷深度0.30～0.50 mm。

圖6 鋼管上45°斜向缺陷及其漏磁檢測(cè)波形

4 結(jié) 語(yǔ)

陣列漏磁技術(shù)是鋼管漏磁探傷的一種新的嘗試，其利用漏磁探頭中線圈陣列的不同組合，形成在不同方向上對(duì)漏磁場(chǎng)信號(hào)的差動(dòng)處理，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)縱向、橫向、斜向缺陷近似相同的檢測(cè)靈敏度，這是傳統(tǒng)漏磁探傷方法所不能及的。陣列漏磁檢測(cè)技術(shù)具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景，必將成為無(wú)損檢測(cè)工藝改進(jìn)的一種有效手段。

圖7 鋼管上30°斜向缺陷及其漏磁檢測(cè)波形