CN101520435B

CN101520435B - 对具有导磁材料保护层的构件腐蚀检测方法及装置

Info

Publication number: CN101520435B
Application number: CN2009100613692A
Authority: CN
Inventors: 武新军; 徐志远; 黄琛; 丁旭; 康宜华; 徐江
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2029-04-01
Also published as: CN101520435A

Abstract

本发明提供了一种对具有导磁材料保护层的构件腐蚀检测方法，具体为：将导磁保护层磁化到饱和或深度饱和，在被测构件表面选取参考区域和待测区域，在两区域的保护层上设置脉冲涡流传感器，向脉冲涡流传感器激励线圈中施加方波激励，测取方波下降至低电平后传感器检测线圈内感应电压的衰减曲线，比较两区域的感应电压衰减曲线差异，即可判别待测区域相对参考区域的腐蚀情况。本发明还提供了实现上述方法的装置，包括依次连接的脉冲涡流传感器、方波信号激励电路、信号处理电路、A/D转换电路和计算机，脉冲涡流传感器带有磁化单元。本发明提高了对带导磁材料保护层的构件腐蚀检测灵敏度，适用于不拆除保护层和包覆层的不停机检测。

Description

对具有导磁材料保护层的构件腐蚀检测方法及装置

技术领域

本发明涉及无损检测领域，具体涉及一种基于脉冲涡流的无损检测方法与装置，特别适用于具有导磁材料保护层的构件在不拆卸保护层和包覆层的情况下进行不停机检测。

背景技术

具有导磁材料保护层的铁磁性构件如蒸汽管道、压力容器等广泛的应用于油气、化工、给水和供暖等多个行业，绝缘材料包覆在构件外面，包覆层外面通常用一个金属保护层来防雨，常用的保护层材料为铝、不锈钢或白铁皮。目前对带有包覆层铁磁性构件做腐蚀检测，通常的做法是将包覆层去除后，采用常规无损检测方法对构件进行检测，此方法极大地增加了检测的辅助工作量和检测成本，并且需要停机检测。另有采用不拆除包覆层的γ射线检测方法，但该方法对人体有伤害，对防护有较高的要求。

中国专利文件“用于检查由导电材料构成的物体的方法”(专利号ZL01814485.3)、“涡流电流检测技术”(专利号ZL03158751.8)公开了一种通过测量涡流衰减曲线检查带包覆层构件的方法，由该专利技术产生的脉冲涡流检测仪器RTD-INCOTEST在其实际应用中“对带有铝或不锈钢的外覆盖层的检测效果好”[石坤，林树青，沈功田，范智勇.设备腐蚀状况的脉冲涡流检测技术.无损检测，2007，29(8)：434-436.]，“以试验体和传感器之间没有妨害感生涡流产生条件为限的对象才有可能适用”[郑中兴，韩志刚.穿透保温层和防腐层的脉冲涡流壁厚检测.无损探伤，2008，32(1)：1-4]，可见该仪器不适用于保护层为白铁皮等导磁材料的试验体。

中国专利文件“一种透过保温层/包覆层对金属管道腐蚀状况检测的方法”(专利号ZL200410024468.0)公开了一种透过保温层/包覆层对金属管道腐蚀状况检测的方法，包括标定和实测两个过程，但该方法没有对保温层/包覆层外的保护层为不同金属材料时的情况进行详细说明。

综上所述，现有的检测方法中，常规无损检测方法检测工作量大，γ射线检测方法对防护要求高，已有的脉冲涡流检测方法不能穿过导磁保护层，从而限制了上述方法的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种对具有导磁材料保护层的构件腐蚀检测方法，该方法克服了现有脉冲涡流技术在检测具有导磁材料保护层的铁磁性构件时灵敏度不高的缺点。

同时，本发明还提供了实现该方法的装置。

对具有导磁材料保护层的构件腐蚀检测方法，包括以下步骤：

(1)将导磁保护层磁化到饱和或深度饱和；

(2)在被测构件表面任意选取一区域作为参考区域，在其保护层上设置脉冲涡流传感器；

(3)在脉冲涡流传感器激励线圈中施加方波激励；

(4)测取方波下降至低电平后传感器检测线圈内感应电压的衰减曲线；

(5)在被测构件待测区域的保护层上设置脉冲涡流传感器，按照步骤(3)～(4)的方式获得该区域的感应电压衰减曲线；

(6)比较参考区域与待测区域的感应电压衰减曲线差异，即可判别待测区域相对参考区域的腐蚀情况。

一种实现上述检测方法的装置，包括依次连接的脉冲涡流传感器8、方波信号激励电路9、信号处理电路10、A/D转换电路11和计算机12。方波信号激励电路9给脉冲涡流传感器8提供方波激励，脉冲涡流传感器8用于在被测构件中激励诱发产生涡流并接收涡流产生的二次磁场信号，将其转化为电压信号后，传送给信号处理电路10，信号处理电路10对接收的信号进行放大、滤波之后，传送给A/D转换电路11，A/D转换电路11将模拟信号转换为数字信号后送入计算机12，计算机12对数据进行处理获得被测构件的腐蚀信息。所述脉冲涡流传感器8包括激励线圈6、检测线圈5和至少一个磁化单元，激励线圈6和检测线圈5对构件保护层的覆盖区域位于磁化件对构件保护层的均匀磁化区域内。

所述磁化单元包括永久磁铁4和磁轭7，磁轭7的两端下方分别吸附有一永久磁铁4，磁轭7的两端磁铁极性相反。

所述磁化单元为直流磁化线圈19。

本发明的技术效果体现在：本发明通过将导磁保护层磁化到饱和或深度饱和，降低导磁保护层材料的磁导率，提高了涡流的穿透深度，从而使更多的涡流能量作用在被测构件上，通过观察传感器检测线圈内感应电压的衰减曲线，获得被测构件的腐蚀信息，提高了检测灵敏度，该方法可应用于不拆除保护层和包覆层的不停机检测。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为未给导磁保护层加磁化时被测构件中的磁场分布图；

图3为给导磁保护层加磁化到深度饱和时被测构件中的磁场分布图；

图4为本发明装置的总体结构图；

图5为本发明装置中脉冲涡流传感器的一种具体实施方式结构图；

图6为本发明装置中脉冲涡流传感器的另一种具体实施方式结构图；

图7为利用本发明装置进行检测的试样简图；

图8为未加磁化时用脉冲涡流检测带岩棉包覆层试样的信号波形图；

图9为未加磁化时用脉冲涡流检测带白铁皮保护层和岩棉包覆层试样的信号波形图；

图10为利用本发明检测带白铁皮保护层和岩棉包覆层试样的信号波形图。

具体实施方式

本发明检测方法原理示意图如图1所示，被测构件1上覆盖有厚度为H的包覆层2，包覆层2外包有厚度为h的导磁保护层3。永久磁铁4上端吸附在磁轭7左右两端，两端磁铁极性垂直于被测构件1且相反，永久磁铁4下端吸附(或提离一定距离)在导磁保护层3上，永久磁铁4、磁轭7和导磁保护层3形成一条闭合的磁通路，将导磁保护层3磁化到深度饱和或深度饱和，降低导磁保护层材料的磁导率，提高了涡流的穿透深度，减少了涡流在导磁保护层3上的衰减，从而使更多的涡流能量作用在被测构件1上。向传感器激励线圈6中施加一个方波激励，在被测构件1中诱发产生涡流，通过观察传感器检测线圈5内感应电压的衰减曲线测量被测构件1的厚度，从而实现对该被测具有导磁材料保护层铁磁性构件腐蚀情况的检测。未给导磁保护层加磁化时被测构件中的磁场分布如图2所示，给导磁保护层加磁化到深度饱和时被测构件中的磁场分布如图3所示，对比可见将导磁保护层3磁化到深度饱和显著地提高了被测构件1中的由激励线圈6所产生的磁场强度，即减少了涡流在导磁保护层3上的衰减。

如图4所示，本发明检测装置该装置包括依次连接的脉冲涡流传感器8、信号激励电路9、信号处理电路10、A/D转换电路11和便携式计算机12。信号激励电路9给脉冲涡流传感器8提供方波激励。脉冲涡流传感器8用于在被测构件1中激励诱发产生涡流并接受涡流产生的二次磁场信号，并将其转化为电压信号，传送给信号处理电路10。信号处理电路10对获得的信号进行放大、滤波处理，传送给A/D转换电路11。A/D转换电路11将接收的模拟信号转换成数字信号后送入便携式计算机12进行处理。便携式计算机12实现信号采集控制、信号显示和数据存储等功能，对接收的数据进行处理，判别信号特征，获得被测构件1的腐蚀信息。

图5为脉冲涡流传感器8剖视图，该传感器8包括航空插座13、把手14、端盖15、不锈钢片16、壳体17、圆盘18、激励线圈6、检测线圈5、永久磁铁4和磁轭7。永久磁铁4和磁轭7构成了磁化单元。把手14与端盖15通过内六角沉头螺钉连接，端盖15与壳体17通过十字槽盘头螺钉连接。激励线圈6和检测线圈5固定在壳体17内腔底部中央，上端被圆盘18向下压住，圆盘18与壳体17通过不锈钢开槽沉头螺钉连接；永久磁铁4上端吸附在磁轭7左右两端，两端磁铁极性沿传感器轴向方向且相反；不锈钢片16与磁轭7、壳体17通过不锈钢开槽圆柱头螺钉连接，固定永久磁铁4和磁轭7；激励线圈6和检测线圈5引线与航空插座13相连。

图6所示为利用该发明方法实现的另一种脉冲涡流传感器结构图，传感器8包括航空插座13、把手14、端盖15、壳体17、激励线圈6、检测线圈5、圆盘18、直流磁化线圈19和线圈骨架20。直流磁化线圈19即为磁化单元。把手14与端盖15通过内六角沉头螺钉连接，端盖15与壳体17通过十字槽盘头螺钉连接。激励线圈6和检测线圈5固定在壳体17内腔底部中央，上端被圆盘18向下压住，圆盘18与壳体17通过不锈钢开槽沉头螺钉连接；直流磁化线圈19缠绕在线圈骨架20上，线圈骨架20与壳体17通过开槽沉头螺钉连接；激励线圈6和检测线圈5引线与航空插座13相连。

脉冲涡流传感器中的磁化单元实现方式不局限于上述两种，还可采用磁铁与线圈组合，或改变磁化单元的位置，只要能够在磁化单元和被测构件中形成一条闭合的磁通路即可。

图7为利用本发明装置进行检测的试样简图，该试样长1000mm、宽500mm的阶梯状Q235钢板，区域①厚度为20mm，区域②厚度为18mm。

图8为未加磁化时用脉冲涡流检测带岩棉包覆层(岩棉厚度H＝120mm)试样区域①、区域②的信号波形图，纵轴代表感应电压(V)，横轴代表时间(ms)。两条曲线的初始部分为直线且几乎重合在一起，随后分别过渡到不同曲率的曲线段，区域②的曲线位于区域①的曲线下方，即被测区域越薄，感应电压衰减越快，曲线段越陡。

图9为未加磁化时用脉冲涡流检测带白铁皮保护层(白铁皮厚度h＝0.5mm)和岩棉包覆层(岩棉厚度H＝120mm)试样区域①、区域②的信号波形图，纵轴代表感应电压(V)，横轴代表时间(ms)。由于白铁皮对涡流信号的影响，两条曲线的形状失去了图8中曲线的特征，且信噪比变差。

图10为利用本发明检测带白铁皮保护层(白铁皮厚度h＝0.5mm)和岩棉包覆层(岩棉厚度H＝120mm)试样区域①、区域②的信号波形图，纵轴代表感应电压(V)，横轴代表时间(ms)。图10中曲线的形状、信噪比与图8基本一致，可见利用本发明可有效消除导磁保护层对信号的影响。

实际检测中，可采用本发明方法对具有导磁保护层的铁磁性构件进行全方位检测，包括以下步骤：

(a)将导磁保护层磁化到饱和或深度饱和；

(b)在被测构件上选择一组区域；

(c)将脉冲涡流传感器设置在这组区域中的一个区域的保护层上，然后在传感器激励线圈中施加方波激励，测取方波下降至低电平后传感器检测线圈内的感应电压衰减曲线；

(d)按照步骤(c)的方式获取这组区域中每个区域的感应电压衰减曲线；

(e)比较各感应电压衰减曲线，选择曲线段最平缓的感应电压曲线为参考曲线；

(f)以参考曲线为基准，推断其它感应电压曲线所对应区域的相对厚度，判别该被测构件各区域的腐蚀情况。

Claims

1.对具有导磁材料保护层的构件腐蚀检测方法，包括以下步骤：

（1）将导磁保护层磁化到饱和；

（2）在被测构件表面任意选取一区域作为参考区域，在其保护层上设置脉冲涡流传感器；

（3）在脉冲涡流传感器激励线圈中施加方波激励；

（4）测取方波下降至低电平后传感器检测线圈内感应电压的衰减曲线；

（5）在被测构件待测区域的保护层上设置脉冲涡流传感器，按照步骤（3）~（4）的方式获得该区域的感应电压衰减曲线；

（6）比较参考区域与待测区域的感应电压衰减曲线差异，即可判别待测区域相对参考区域的腐蚀情况。

2.实现权利要求1所述方法的构件腐蚀检测装置，包括依次连接的脉冲涡流传感器（8）、方波信号激励电路（9）、信号处理电路（10）、A/D转换电路（11）和计算机（12），脉冲涡流传感器（8）包括激励线圈（6）、检测线圈（5），其特征在于，脉冲涡流传感器（8）还包括至少一个磁化单元，激励线圈（6）和检测线圈（5）对构件保护层的覆盖区域位于磁化单元对构件保护层的均匀磁化区域内。

3.根据权利要求2所述的构件腐蚀检测装置，其特征在于，所述磁化单元包括永久磁铁（4）和磁轭（7），磁轭（7）的两端下方分别吸附有一永久磁铁（4），磁轭（7）的两端磁铁极性相反。

4.根据权利要求2所述的构件腐蚀检测装置，其特征在于，所述磁化单元为直流磁化线圈（19）。