1.1检测问题
由于国标GB 7735和GB 3092采用人工钻孔为对比试样标准缺陷,现行涡流探伤设备大都采用灵敏度很高的差分式(id f re e n )t或自比差分式(d riv er·p ik o一o u p)检测线圈。在仪器电路设计方面,则采用高Q值带通滤波器。而车间现场除了孔状缺陷外,较常出现的往往是成段隙缝,未焊透,开口裂纹以及未焊上的长通伤和缓变伤等轴向缺陷。这些缺陷采用上述方法除了缓变伤无法测出外,仪器也只能在缺陷的起点和未端产生一个信号,稍逝而过,无法反映缺陷的全长,如图1。
1.2现场问题
电焊钢管生产车间的环境比较恶劣,水汽、高温、粉尘、高频干扰、钢管生产过程的抖动、焊缝偏转和速度变化等无一不在干扰仪器检测,影响检测结果。
如图2,电焊钢管在生产运行过程产生的径向抖动,造成幅值很大的涡流信号(提离效应),大大降低缺陷信号的信噪比,有时甚至淹没了较小的缺陷信号。
电焊钢管在生产过程中由于钢带等因素的影响,焊缝往往会偏转,尤其是小口径钢管。传统的涡流探伤设备采用人工手动跟踪扇形探头,这在生产现场中可跟踪范围有限、操作困难,难以奏效。前些年我所曾采用穿过式线圈进行检测,整个周向360检测灵敏度一样,有效消除了焊缝偏转带来的影响
。1.3成套性问题
涡流探伤设备检测出缺陷后,还需进行打标,切除和分选,否则,检测将失去实用价值。另外,在线检测还需一些附件,如可宽松通过电焊钢管的磁饱和器,可调探头架,以适应不同规格的电焊钢管,带稳压电源,报警闪光灯,高音喇叭的防尘仪器柜等。
由于打标器喷涂极快干标记漆只在仪器输出报警电平启动工作,这种间歇性不连续喷涂极快干标记漆极易堵塞而无法工作,从而无法长期使用,使涡流探伤难以发挥作用。
若标记漆的干燥速度不够,标记漆喷上钢管后,生产线上各滚道将沾满标记漆,反过来又沾污了钢管无缺陷部位,从而难以辨认缺陷位置,失去了打标的意义。
电焊钢管经探伤,打标找出缺陷位置后,若无经自动分选与合格钢管分离,又没用飞锯直接切除,设想在一堆合格钢管找出一两根废管之难度。
1.4人员培训问题
涡流探伤操作人员应熟悉各种缺陷和干扰因素与检测信号的对应关系,操作调试和评判报警才能得心应手.使涡流探伤发挥作用.代替水压试验作产品质量检验。
上述一系列问题的提出,既切合实际,也给涡流探伤设备提出更高的要求,广大高频电焊钢管生产厂家翘首以待,期望新一代涡流探伤设备能适应现行焊管生产条件,解决以下问题:
(1)能测出各种自然缺陷,包括成段隙缝、开裂、未焊透等轴向缺陷的全长,同时能测出按国标GB 7735《钢管涡流探伤方法》和GB3092 《低压流体用电焊钢管》规定加工的对比试样人工缺陷。(2)水渍、粉尘、钢管抖动,速度时快时慢,焊缝偏转和高频干扰不能影响检测结果。
(3)允许电焊钢管宽松方便地通过检测线圈
(4)电焊钢管运行传送速度的变化不影响准确打标和分选。
(5)打标器能长期间歇性不连续喷涂极快干标记漆(当涡流探伤仪输出报警信号时才启动工作),喷嘴几乎不用清洗而不堵。
(6)全数字化设计,高度电脑化。全自动操作,各项检测参数均可事先编辑、存贮和现场调用,构成专家系统,从而消除操作人员技术水平差异对检测结果的影响,保证历次检测的一致性。
(7)完善的售前和售后服务,包括人员培训,技术服务和产品三包。3高频焊管在线涡流检测信号分析
高频电焊钢管生产过程常因各种系统因素和偶然因素导致钢管内、外壁缺陷的产生。如隙缝、夹杂、折迭、缓变伤、成段未焊透、开口裂纹和长通伤、沙眼、气孔、焊瘤等。各种不同类型缺陷的涡流信号不尽相同,缺陷的深度、大小、所处管壁内、外位置的不同,其涡流信号也颇有差异,加之高频焊管在生产运行传送过程产生的抖动等信号的影响,各种信号看似杂乱无章,给缺陷信号的提取,评判和报警剔除带来困难。
一般的涡流探伤设备采用示波管显示涡流信号的幅值变化。由于它仅能得到一维的信息量,对不同相位的涡流信号会发生畸变.难于鉴别缺陷的大小。如图3(B)所示,外壁0.t3缺陷信号的幅值大于内壁o.t7的缺陷信号。然而,涡流场对探头线圈阻抗的影响是一矢量,包括电阻和电抗分量的变化.应该是二维信息。如果把探头线圈阻抗变化表达在二维平面上,就构成了阻抗平面图(Impeda nce Plane diagram),便于同时观察幅值和相位变化,揭示出涡流检测中各种隐藏信息。
图3是差分探头对钢管内、外壁人工缺陷作两种不同显示方法的测试比较。
显然,普通涡流仪显示的缺陷幅值大小并不与裂纹深度成正比,还与裂纹所处位置有关。而阻抗平面显示可以同时观察信号的
幅度和相位,由不同的相位来分析缺陷所处的位置,由幅值来差别缺陷的大小。
众所周知,涡流检测中存在趋肤效应。内壁缺陷比外壁缺陷产生较大的信号相位滞后。在最佳检测频率下,内外壁缺陷信号相位与深度保持接近线性关系,通常将探头抖动信号方向旋转到水平方向,定为0度。这样,管外壁缺陷信号具有较小的相位角,一般在0-40度,管内壁缺陷信号相位角在40一160度之间,透壁缺陷信号相位角在40度左右。(一个特定缺陷信号的相位角度不是一个定值,而是随检测频率的变化在一定范围内增减)。高频焊管自然缺陷不像人工缺陷那样规则,这除了缺陷几何形状极不规则外,还有诸多的物理化学机理的应用,检测信号的轨迹、相位和幅值因而也较之复杂得多。
图4为高频焊管一些自然缺陷的检测信号(采用差分式头)
不难看出,检测信号轨迹图不再是简单对称的“8”字形,而是胖瘦不一,长短相间的图形,但总体趋势与前述一致。与标定管人工缺陷比较可以发现,靠近探头一端,即钢管外表面夹杂、折迭、咬边、沙眼、未焊透等缺陷的相位接近O度,尽管外表面缺陷的大小和形状不一,但相位总在0一40度范围内.只是信号的幅值和图形随缺陷的性质不同而异。穿透性缺陷的相位总在40度左右,只是气孔的图形为较有规则的胖“8”字形,穿透性隙缝的图形较窄而尖。随着缺陷位置远离探头,即靠近钢管内表面,相位滞后越大,而不管发生在该处缺陷的大小如何。当然,同等体积的缺陷由于涡流检测趋肤效应的影响,内壁缺陷信号的幅值小于外壁缺陷,因而内壁大缺陷信号的幅值可能比外壁小缺陷来得小。
由此可见,相位分析比幅度分析优越。只有借助相位分析,幅值分析才有意义,才能分析缺陷的严重性。而普通涡流仪仅显示一维信息,(如图3),外壁小缺陷(无危害或危害不大)可能产生比穿透缺陷或大缺陷还大的信号,使操作者无法评判。
