CN108195280A - 一种基于涡流检测的大型容器不锈钢钢衬厚度评价方法 - Google Patents

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赵迎松
朱光艺
解社娟
于仁东
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Abstract

一种基于涡流检测的大型容器不锈钢钢衬的厚度评价方法，首先确定钢衬厚度‑特征量标定曲线：针对不同钢衬厚度的标定样，依次向激励线圈施加不同频率的正弦电压，检测出检出线圈的电压幅值信号，同一钢衬厚度下，建立检出线圈电压幅值信号与激励频率之间的二次函数关系，提取出二次函数特征量，即为与每个钢衬厚度所对应的特征量，并建立钢衬厚度与该特征量之间的标定曲线；其次，将探头垂直放置于待测点钢衬表面，检测出不同激励频率下检出线圈电压幅值信号，确定激励频率与检出线圈电压幅值之间的二次函数关系并提取其特征量；最后，在标定曲线中提取实验所得特征量所对应的厚度，即为检测点钢衬厚度；本发明方法能够对大型容器不锈钢钢衬进行定点的定量评估，具有非接触，操作简单，省时省力、涉及数据量小等优点，且应用性广泛。

Description

一种基于涡流检测的大型容器不锈钢钢衬厚度评价方法
技术领域
本发明涉及大型容器不锈钢钢衬厚度无损评价技术领域，具体涉及一种基于涡流检测的大型容器不锈钢钢衬厚度无损评价方法。
背景技术
大型容器的容器体多为钢铁材料，在正常服役过程中，常会受到材料腐蚀(常见于盛有化学物质的容器)等的影响，可能导致容器结构的破坏，而大型容器往往盛装有毒气体或液体，一旦破坏，导致内部危险物质泄露，将会造成十分惨重的后果，为此容器内部会采用不锈钢钢衬以防止腐蚀破坏，钢衬的存在可以避免容器体与恶劣环境直接接触，从而减缓甚至避免灾难性事故的发生。可见，针对大型容器钢衬进行定期的厚度评估尤为重要。
容器的厚度评价领域内，目前最常用的方法是超声波检测，但是超声波检测容易受到界面的影响，而容器钢衬与容器体之间界面接触情况复杂，很大程度上限制了超声波检测的使用范围；其次，超声波检测需要借助耦合剂排除空气间隙以实现声能的传递，而钢衬外侧直接暴露于各种极端恶劣环境，表面情况复杂，给耦合剂的选择带来很多困难。
鉴于此，本发明提出了利用同轴TR探头的对不锈钢钢衬进行厚度评价的新方法，对大型容器不锈钢钢衬可以实现厚度评价。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于涡流检测的大型容器不锈钢钢衬厚度评价方法，能够对大型容器不锈钢钢衬厚度进行定量评价，具有非接触，操作简单，省时省力、涉及数据量小等优点，能广泛应用于大型容器不锈钢钢衬的厚度评价。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
1、一种基于涡流检测的大型容器不锈钢钢衬厚度评价方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：建立钢衬厚度‐特征量标定曲线，具体步骤如下：
1)根据涡流趋肤深度公式和待测大型容器不锈钢钢衬的原始厚度以及磁导率和电导率，推算δ大于钢衬原始厚度的频率范围，并从中选出一系列频率值fi(i＝1，2，3，…)，并以此作为实验中的激励频率；其中，δ为涡流趋肤深度，μ为钢衬材料的磁导率，σ为钢衬材料的电导率，f为频率，原始厚度为4mm，导电率为1.4×106S/m，相对磁导率为1；
2)制作一系列用于建立钢衬厚度‐特征量标定曲线的标定件，这些标定件由两部分组成：不锈钢层和碳素钢层，不锈钢层为钢衬，碳素钢层为大型容器基体，每个标定件的碳素钢层厚度相同，不锈钢层厚度t不同，所述1mm≤t≤4mm；
3)将涡流探头依次垂直放置于各标定件钢衬一侧表面，对每个标定件依次施加激励频率为子步骤1)中确定的频率fi的正弦激励，得到检出线圈的电压峰值信号；
4)通过子步骤3)得到的每个标定件在不同激励频率下的电压峰值信号，建立与各标定试件对应的激励频率‐电压峰值信号曲线，并在该曲线上提取特征量；
5)基于子步骤4)得到的与每个标定件对应的特征量，建立钢衬厚度‐特征量标定曲线；
步骤2：实际的大型容器钢衬给定点的厚度评价，具体步骤如下：
1)将探头垂直放置于待测点钢衬表面，依次施加与步骤1中子步骤3)中完全相同的正弦激励信号，得到不同激励频率下检出线圈的电压峰值信号；
2)通过子步骤1)得到的不同激励频率下的电压峰值信号，建立实际的大型容器钢衬给定点的激励频率‐电压峰值信号曲线；
3)在子步骤2)得到的实际的大型容器钢衬给定点的激励频率‐电压峰值信号曲线上，提取与步骤1中子步骤4)中相同的特征量；
4)在步骤1中最终得到的钢衬厚度‐特征量标定曲线上，提取与步骤2中子步骤3)中的特征量相对应的厚度值，即为待测点钢衬的厚度值。
所述探头为同轴TR型涡流检测探头。
所述评价对象为大型容器某点处的钢衬厚度。
步骤1和步骤2中的激励频率‐电压峰值信号曲线为二次函数曲线。
步骤1和步骤2中的激励频率‐电压峰值信号曲线的特征量为一次项系数。
和现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明方法能够对大型容器不锈钢钢衬进行快速定量评价。在实际评价中，改变激励频率易于快速实现，本方法具有非接触，操作简单，省时省力、涉及数据量小等优点，能广泛应用于大型容器不锈钢钢衬的厚度评价，并对其他评价对象的厚度评价具有一定的指导意义。
(2)本发明方法是一种涡流检测方法，能够弥补其他检测方法的不足，尤其是超声波检测，同时能够辅助其它检测方法，对其它检测方法的检测结果具有验证作用。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
图2为本发明建立标定曲线时探头与标定件的位置示意图。
图3为本发明所使用的探头尺寸结构。
图4为本发明实施例中各个标定件所对应的激励频率‐检出线圈电压峰值曲线，其中：图4(a)为钢衬厚度为1.429的标定件所对应的激励频率‐检出线圈电压峰值曲线，图4(b)为钢衬厚度为1.797的标定件所对应的激励频率‐检出线圈电压峰值曲线，图4(c)为钢衬厚度为2.398的标定件所对应的激励频率‐检出线圈电压峰值曲线，图4(d)为钢衬厚度为3.403的标定件所对应的激励频率‐检出线圈电压峰值曲线。
图5为本发明实施例所建立的钢衬厚度‐特征量标定曲线。
图6为本发明实施例中待测点所对应的激励频率‐检出线圈电压峰值曲线。
具体实施方式
本发明方法的评价原理为：依据涡流检测原理，当向探头的激励线圈5施加一定频率的正弦激励时，钢衬2、基体3和检出线圈6处在变化的磁场中，钢衬2和基体3内部产生涡流4，检出线圈6两端存在电压，该电压同时受到激励线圈5和涡流4的影响。不锈钢与碳素钢的材料参数(尤其是相对磁导率)相差较大，钢衬的厚度直接影响涡流4，进而影响检出线圈6两端电压的大小，因此可以通过表征该电压峰值的特征量来评价钢衬厚度。通过实验发现：同一钢衬厚度下，激励频率与检出电压峰值存在二次函数关系，即每个钢衬厚度对应一条可用二次函数关系表示的激励频率‐电压峰值曲线，且该二次函数的一次项系数可作为表征钢衬厚度的特征量，建立钢衬厚度‐特征量曲线，因此通过实验得到检测点所对应的特征量，并在钢衬厚度‐特征量标定曲线中提取相应的厚度值，即为检测点出钢衬厚度。
下面结合图1、图2、图3、图4、图5、图6和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
步骤1：钢衬厚度‐特征量标定曲线的建立，具体步骤如下：
1)根据涡流趋肤深度公式和待测试样不锈钢钢衬的原始厚度以及材料参数，推算使δ大于钢衬原始厚度的频率范围为20kHz～100kHz，确定检测中的激励频率为20kHz，30kHz，40kHz，50kHz，55kHz和60kHz；
2)制作一系列用于建立钢衬厚度‐特征量标定曲线的标定件，其结构参数如表1所示。这些标定件由两部分组成：不锈钢层(材料为316不锈钢)和碳素钢层(材料为Q345R钢)。
表1标定件结构参数
3)将同轴TR型涡流检测探头依次垂直放置于各标定试件不锈钢层一侧表面，对每个标定样依次施加激励频率分别为20kHz，30kHz，40kHz，50kHz，55kHz和60kHz，电压均为1V，初相位均为0°的正弦激励，得到检出线圈的电压峰值信号；
4)通过子步骤3)得到的每个标定件在不同激励频率下的电压峰值信号，建立与各标定件对应的激励频率‐电压峰值信号曲线，每个标定件的激励频率‐电压峰值信号如图4中图4(a)、图4(b)、图4c)、图4(d)所示，各曲线上相应特征量(一次项系数)如表2所示；
表2各个标定件对应的特征量
5)基于子步骤4)得到的与每个标定件对应的特征量，建立钢衬厚度‐特征量标定曲线：
b＝0.02856t2-0.20349t+0.11174 (1-1)
步骤2：实际的大型容器钢衬给定点的厚度评价，具体步骤如下：
1)将探头垂直放置于待测点钢衬表面，依次施加与步骤1中子步骤3)中完全相同的激励信号，得到不同激励频率下检出线圈的电压峰值信号；
2)通过子步骤1)得到的与激励频率对应的电压峰值信号，建立实际的大型容器钢衬给定点的激励频率‐电压峰值信号曲线，如图5所示；
3)在子步骤2)得到的实际的大型容器钢衬给定点的激励频率‐电压峰值信号曲线表示为：
U＝8.19484×10-4f2-0.23046f+11.06064
提取出特征量，即一次项系数：b＝‐0.23046；
4)在步骤1中最终得到的钢衬厚度‐特征量标定曲线中，提取出b＝‐0.23046所对应的厚度值t＝2.7201mm，即为待测点钢衬的厚度。
需要说明的是：在步骤1中，选取的标定件越多，建立的钢衬厚度‐特征量标定曲线越准确，最终所得的厚度评价结果越精确。

Claims (4)

1.一种基于涡流检测的大型容器不锈钢钢衬厚度评价方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：建立钢衬厚度-特征量标定曲线，具体步骤如下：
1)根据涡流趋肤深度公式和待测大型容器不锈钢钢衬的原始厚度以及磁导率和电导率，推算δ大于钢衬原始厚度的频率范围，并从中选出一系列频率值fi(i＝1，2，3，…)，并以此作为实验中的激励频率；其中，δ为涡流趋肤深度，μ为钢衬材料的磁导率，σ为钢衬材料的电导率，f为频率；
2)制作一系列用于建立钢衬厚度-特征量标定曲线的标定件，这些标定件由两部分组成：不锈钢层和碳素钢层，不锈钢层为钢衬，碳素钢层为大型容器基体，每个标定件的碳素钢层厚度相同，不锈钢层厚度t不同，所述1mm≤t≤4mm；
3)将涡流探头依次垂直放置于各标定件钢衬一侧表面，对每个标定件依次施加激励频率为子步骤1)中确定的频率fi的正弦激励，得到检出线圈的电压峰值信号；
4)通过子步骤3)得到的每个标定件在不同激励频率下的电压峰值信号，建立与各标定试件对应的激励频率-电压峰值信号曲线，并在该曲线上提取特征量；
5)基于子步骤4)得到的与每个标定件对应的特征量，建立钢衬厚度-特征量标定曲线；
步骤2：实际的大型容器钢衬给定点的厚度评价，具体步骤如下：
1)将探头垂直放置于待测点钢衬表面，依次施加与步骤1中子步骤3)中完全相同的正弦激励信号，得到不同激励频率下检出线圈的电压峰值信号；
2)通过子步骤1)得到的不同激励频率下的电压峰值信号，建立实际的大型容器钢衬给定点的激励频率-电压峰值信号曲线；
3)在子步骤2)得到的实际的大型容器钢衬给定点的激励频率-电压峰值信号曲线上，提取与步骤1中子步骤4)中相同的特征量；
4)在步骤1中最终得到的钢衬厚度-特征量标定曲线上，提取与步骤2中子步骤3)中的特征量相对应的厚度值，即为待测点钢衬的厚度值。
2.根据权利要求1所述的厚度评价方法，其特征在于：所述探头为同轴TR型涡流检测探头。
3.根据权利要求1所述的厚度评价方法，其特征在于：步骤1和步骤2中的激励频率-电压峰值信号曲线为二次函数曲线。
4.根据权利要求1所述的厚度评价方法，其特征在于：步骤1和步骤2中的激励频率-电压峰值信号曲线的特征量为一次项系数。
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