- 頭條新型探頭可實現長輸金屬管道內壁缺陷的高靈敏性與高效檢測2021-05-16 作者：段志榮 解社娟 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語渦流無損檢測方法是一種基于電磁感應現象對金屬結構進行缺陷檢測的有效方法，其具有檢測能力強、非接觸、掃描速度快等優點。但是，對于長輸金屬管道結構，當探頭位于管道內部時，如何實現探頭的掃描是缺陷檢測的關鍵問題。 針對這一問題，機械結構強度與振動國家重點實驗室、新疆維吾爾自治區特種設備檢驗研究院、中國核動力研究設計院的研究人員段志榮、解社娟、李麗娟、李驥、陳洪恩、陳振茂，在2020年第22期《電工技術學報》上撰文，提出并設計了一種磁力傳動式陣列渦流探頭，用于檢測長輸管道結構的內壁缺陷。與傳統的反射式探頭相比，管道內壁缺陷的檢測信號具有不飽和性。該探頭的檢出裝置設計為陣列結構，能夠顯著提高管道缺陷檢測的靈敏度和效率。
管狀結構在能源、化工等各類工業領域廣泛運用。在長時間使用過程中，其結構內部不可避免地會產生損傷或缺陷。由于損傷或缺陷會對管道結構的安全性帶來嚴重后果，因此對其進行定期無損檢測和評價非常必要。
渦流檢測方法是基于電磁感應現象進行缺陷和損傷檢測的方法，具有對表面缺陷檢測能力高、非接觸、快速掃查等優點，是一種對管道結構表面缺陷進行定量無損評價的有效方法。然而現有渦流探頭的激勵線圈和檢出線圈都是通過機械連接，便攜性差，尤其對于長輸管道檢測，普通機械連接很難進入管道深處，很大程度限制了渦流探頭的檢測范圍。
另一方面，傳統渦流探頭為激勵線圈和檢出線圈放在管道同側的反射式渦流探頭，這種探頭在實現管道檢測時有以下兩方面缺點：一是僅對探頭同側的表面缺陷檢測靈敏度高，但對探頭異側的缺陷檢測靈敏度較差；二是對于探頭同側的深缺陷或異側的淺缺陷，存在信號飽和、無法定量的問題。
為了解決現有技術存在的問題，新疆維吾爾自治區特種設備檢驗研究院、中國核動力研究設計院的研究人員提出并設計了一種磁力傳動式陣列渦流探頭，并用該探頭對管道結構內壁缺陷進行檢測。
圖1 渦流檢測實驗系統
該探頭包含套在管外的帶永磁體的激勵裝置和放置在管內同樣攜帶永磁體的檢出裝置，是一種分離式結構（激勵裝置和檢出裝置位于管道內外兩側，以下簡稱異側），兩個裝置可在磁力作用下在管道內外同步移動，實現對管道缺陷的掃查；同時檢出裝置中裝有環形陣列的檢出線圈，不僅可以對管道缺陷進行軸向定位，還可以對管道缺陷的環向位置進行有效定位。
相較于傳統的將激勵線圈和檢出線圈放在管道同側的反射式渦流探頭（激勵裝置和檢出裝置位于管道同側，以下簡稱同側），這種磁力傳動式陣列渦流探頭對管道內壁和外壁的表面缺陷具有相似的檢測靈敏度，對于外壁深缺陷及內壁淺缺陷不存在信號飽和、無法定量的問題，尤其在檢測管道內壁缺陷時具有明顯優勢。
圖2 磁力傳動式渦流陣列探頭
通過數值模擬和實驗驗證了這種探頭針對管道內壁缺陷檢測的優勢，得出以下結論：
1）通過數值計算和實驗驗證分離式探頭與反射式探頭對管道內壁裂紋檢測的優劣。結果表明，對于管道內壁缺陷的檢測，相對于傳統的反射式探頭，分離式探頭由于其檢出信號的不易飽和性以及檢測靈敏度好，表現出明顯的優勢。
2）通過實驗驗證了這種探頭的激勵裝置和檢出裝置在磁力作用下能夠沿著管道內外保持一致移動步調，說明其對于管道缺陷進行掃查檢測具有可行性。相對于單檢出線圈的渦流探頭，陣列渦流探頭接收信號的范圍大大增加，顯著提高了探頭的檢測靈敏度和檢出效率。
3）應用該探頭檢測帶內壁裂紋的鋁管，通過實驗驗證其優勢。結果表明，磁力傳動式陣列渦流探頭不僅可以確定裂紋在管道內壁的軸向位置，還可以確定其環向位置。因此，該研究團隊所提出的這種探頭對于長輸管道內壁缺陷的檢測具有廣泛的工業應用前景。
以上研究成果發表在2020年第22期《電工技術學報》，論文標題為“基于磁力傳動式陣列渦流探頭的管道缺陷檢測”，作者為段志榮、解社娟、李麗娟、李驥、陳洪恩、陳振茂。
