帶包覆層壓力管道焊縫定位技術探究范文

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摘要：本文利用脈沖渦流檢測技術對帶包覆層壓力管道焊縫進行了定位研究。自行搭建了一套脈沖渦流檢測系統(tǒng)，包含控制單元、信號發(fā)射單元、功率放大單元、檢測探頭等組成部分。利用該裝置實現(xiàn)了壁厚10mm（J235鋼管，在50mm厚巖棉絕熱層和0．75mm厚鋁皮保護層下焊縫的定位檢測。研究結果對脈沖渦流檢測技術在承壓設備壁厚腐蝕減薄、埋地管道檢測等領域的應用具有指導意義。

關鍵詞：壓力管道;脈沖渦流檢測;包覆層;焊縫定位

1脈沖渦流檢測技術

脈沖禍流（PulsedEddyCurrent，PEC）也稱為暫態(tài)渦流，是一種承壓設備無損檢測技術［1］。它的基本原理是：通過給發(fā)射線圈施加階躍型電流信號，在空間產(chǎn)生穩(wěn)定的一次磁場，然后瞬間關斷電流信號，在被檢測金屬管道表面形成渦流。由于金屬管道本體和周圍介質的歐姆損耗［2］，渦流會隨著時間延長緩慢衰減形成二次磁場，二次磁場信息被接收線圈接收且以電壓變化的形式表示出來［3］。二次磁場的變化攜帶著管道的狀態(tài)信息，與管道材料、壁厚、檢測提離高度有密切關系，因而分析二次磁場信息可以得出管道的狀態(tài)變化。脈沖渦流檢測技術最早是在20世紀50年代由美國阿貢國家實驗室提出，將常規(guī)渦流中的單頻諧波激勵改進為脈沖激勵，包含了更多的激勵頻率成分，其響應可視為多個諧波成分響應的疊加［4］。1987年美國阿科公司以瞬變電磁法為原型開發(fā)了PEC檢測系統(tǒng)TEMP，真正具備檢測帶包覆層承壓設備的能力［5］。隨后，荷蘭RTD公司對TEMP進行改進，研發(fā)出INCOTEST系統(tǒng)，并逐步應用于工程實際［61。國內對于PEC檢測技術研究的起步較晚，比較有代表性的是中國特種設備檢測研究院與華中科技大學合作，對PEC檢測技術在承壓設備檢測應用中的檢測機理、信號反演、現(xiàn)場檢測中各因素的影響機理等方面進行了大量研究，制定了首個國家、行業(yè)和國際標準，并開發(fā)了PEC檢測儀器，開展了相關的應用技術研究［74］。本文在現(xiàn)有PEC檢測技術的研究基礎上，嘗試將該技術應用于帶包覆層壓力管道焊縫定位，設計并開發(fā)了一套用于帶包覆層金屬壓力管道焊縫定位的裝置，以該裝置為基礎提出了一種焊縫快速定位方法，能夠迅速、準確的定位壓力管道的焊縫位置，解決了傳統(tǒng)壓力管道檢測中需要拆除包覆層或者多次進行X射線拍攝以查找焊縫位置的問題，降低了檢測成本，提高了工作效率。

2試驗裝置搭建

其主要組成部分包括：控制單元、信號發(fā)射單元、功率放大單元、檢測探頭、管道試件和數(shù)字示波器?？刂茊卧诂F(xiàn)場可編程門陣列（FieldProgrammableGateArray，FPGA）技術構建，F(xiàn)PGA控制單元和信號發(fā)射單元之間通過IDE40針標準接口實現(xiàn)電氣連接。采用直接數(shù)字合成技術（DirectDigitalSynthesuzer，DDS）的原理實現(xiàn)方波脈沖信號發(fā)射，通過直接數(shù)字頻率的合成來生成想要的頻率值和頻率可調節(jié)的發(fā)射信號。在FPGA控制單元的ROM存儲器中存儲一個周期方波信號的幅度值數(shù)據(jù)，利用FPGA控制單元的鎖相環(huán)PLL修改時鐘頻率，生成檢測所需頻率值的發(fā)射信號。地址計數(shù)器在系統(tǒng)采樣時鐘的作用下,不斷進行自加1操作生成對應于方波ROM存儲器的存儲地址。FPGA控制單元通過控制信號發(fā)射單元實現(xiàn)發(fā)射信號的D／A轉換，完成數(shù)字到模擬的變化，再通過低通濾波器完成對高頻噪聲的抑制。最終用于檢測的方波信號頻率為10Hz，峰值電壓為5V。功率放大單元的作用是把信號發(fā)射單元輸出的方波脈沖放大到所需的功率，驅動檢測探頭發(fā)射線圈。經(jīng)功率放大器放大后的發(fā)射電壓為20V，電流為3A。將接收線圈感應到的電壓信號通過數(shù)字示波器顯示，根據(jù)得到的試驗曲線變化對焊縫進行位置識別。檢測探頭為圓柱形，骨架為聚四氟乙烯材料，發(fā)射線圈直徑為20mm，采用線徑為1mm的漆包線繞制。接收線圏的直徑為40mm，線徑為0．25mm。

3檢測結果分析

由信號發(fā)射單元發(fā)出的10Hz方波脈沖激勵信號，該信號經(jīng)過功率放大器放大后施加到檢測探頭的發(fā)射線圈。由接收線圏感應到的電壓信號。所用檢測對象為Q235鋼管，壁厚為10mm，絕熱層材料為巖棉，厚度為50mm，保護層材料為鋁，厚度為〇．75mm。圖5所示為在本體和焊縫位置處分別釆集到的接收線圈電壓信號，對于本體和焊縫的不同檢測位置，分別進行了5次采樣。在金屬管道焊縫部位，存在焊縫余高，與管道本體相比存在壁厚變化，利用PEC技術檢測出該壁厚變化從而實現(xiàn)帶包覆層狀態(tài)下金屬管道的焊縫定位。對應于焊縫位置，由于厚度增大，接收信號出現(xiàn)了向幅度更低方向的偏移。通過觀察接收線圈感應到的電壓信號，可以非常容易的定性區(qū)分出焊縫和母材位置。

4結論

本文基于脈沖渦流檢測技術實現(xiàn)了帶包覆層金屬管道焊縫位置的定性檢測，并搭建了相應的檢測系統(tǒng)。對于金屬管道的焊縫位置，由于焊縫表面余高帶來的管道壁厚變化將引起感應線圈電壓波形的變化，通過比較本體和焊縫位置處接收線圈電壓波形的變化，可以達到識別焊縫位置的目的。脈沖渦流檢測技術在國內的研究尚處于起步階段，該技術具有非接觸、不停機檢測等優(yōu)點，將在承壓設備壁厚腐蝕減薄、埋地管道檢測等領域獲得廣泛應用。

作者:李繼承 崔大光 李歡 楊新健 單位:廣東省特種設備檢測研究院珠海檢測院