基于磁場傳感器的管道腐蝕渦流檢測技術(shù)

夏永康，趙慶凱，張書輝，冉堅強，翟瑞峰，王巖

（六盤水市特種設(shè)備檢驗所，貴州 六盤水 553000）

1 背景及意義

管道應(yīng)用范圍越來越廣泛，如核能、電力、石油、天然氣等行業(yè)都需要采用大量的傳輸管道，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的部分。基于巨磁電阻效應(yīng)的磁場因?qū)z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(tài)，在實現(xiàn)質(zhì)量把控、工藝水平的前提下改進、降低成本以提升產(chǎn)品市場競爭力，實現(xiàn)設(shè)備的在用檢測以預(yù)防事故的發(fā)生，確保設(shè)備安全運行，提高生產(chǎn)率等。根據(jù)常見管道出現(xiàn)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(gòu)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(chǎn)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(yīng)出瞬時渦流，瞬時渦流又再一次感應(yīng)產(chǎn)生第二次磁場，第二次磁場被檢測線圈感應(yīng)到，同時產(chǎn)生瞬態(tài)感應(yīng)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(yīng)檢測波形在脈沖渦流的作用下，檢測線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓基本滿足在一段時間后指數(shù)衰減規(guī)律。檢測線圈上的瞬態(tài)感應(yīng)電壓是成衰減變化形成一條有規(guī)律衰減曲線，當(dāng)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(yīng)電壓曲線是不同的。明顯看出有腐蝕區(qū)域比無腐蝕區(qū)域的感應(yīng)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(jié)果及分析

4.1 數(shù)據(jù)采集

為了避免管道端口效應(yīng)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(shù)據(jù)。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(qū)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(qū)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(qū)域；16#開始上升到31#樁表示C缺陷區(qū)域，樁號1到6、8到11和31到36表示3個無腐蝕區(qū)域。

圖2

圖3

4.2 數(shù)據(jù)結(jié)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(yīng)電壓比檢測沒有腐蝕缺陷地方的感應(yīng)電壓要小，檢測腐蝕深度越大，感應(yīng)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(yīng)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(jié)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(jù)檢測要求來確定最佳激勵頻率。