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钢管涡流探伤升级改造

时间:2016-07-01来源: 作者: 点击: 147次


摘 要  对原Φ48mm~Φ180mm涡流探伤设备硬件和软件进行升级改造,更换检测设备、优化参数调整、重新制作探头,使其检测精度达到ISO 10893-2 E2H等级;系统综合性能测试符合YB/T 40832011标准规定的要求,同时实现检测信息的实时打印,提高涡流探伤检测的可靠性、稳定性。

关键词   磁饱和  探头  频率  相位

Pipe of eddy current testing upgrades

GUO Jun-fei, ZHAI Hua

(Automatic Measurement Control Center

Tianjin PIPE(GROUP) CORPORATION ,Tianjin 300301, China)

AbstractThe upgrades of hardware and software of the eddy current testing device(Φ48mm ~ Φ180mm), instrumental replacements, optimization of parameter adjustments, and probes remaking are all entailed to meet the detecting accuracy level of ISO 10893-2 E2H. Comprehensive performance test of the system meets the standard requirements of YB /T4083-2011. Real-time printing of the detecting information, the improvement of the reliability and stability of eddy current testing can be realized at the same time.

Key wordsMagnetic saturation;Probes;Frequency;Phase

1引言

原有的Φ48mm~Φ180mm涡流探伤设备,能对无缝钢管的结疤、凹坑、横裂等缺陷具有很高的检测灵敏度,对提高钢管实物质量起到不可或缺的作用。然而设备经过十年的在役运行,检测精度不能达到最新标准的相关要求,且探伤质量管理体系要求的逐支打印功能,原有设备也不具备这一功能。另外备件问题日渐突出,十多年以前的相关部件目前已经无法采购;因此急需针对上述问题进行系统升级改造。

2改造目标

改造后的设备能够自动监测探头故障和质量;能够实现缺陷的有效检测、实时打印、数据备份等功能。

3改造的主要内容

根据电磁感应互感原理,只有两个导体之间才能产生互感效应。故产生涡流的基本条件是:能产生交变激励电流及测量其变化的装置,即检测线圈(探头)和被检工件(钢管)。[1]钢管沿传输辊道直线传输经过中央检测主机时进行管体涡流探伤。钢管管体的信息通过穿过差动式检测线圈的变化反应出来。激励信号经过可调增益功率放大后,由检测探头拾取反馈回来的涡流信号再经数字调零、相敏检波和增益放大处理后进入数据采集单元,经 A/D接口送入工控机,工控机系统完成检测的控制、计算和图形显示。其中,软件是整机的关键部分,仪器的主要测试软件包括:时基扫描+阻抗平面、时基扫描显示、A-扫描显示等模块。此外,还增加高精度记忆延时打标控制单元和声光报警功能。其结构框图见表1。


图1  涡流探伤仪的结构框图

3.1更换检测设备、优化参数调整

经与检测设备科研人员的共同研究与探索,在其固有的钢管涡流探伤设备上主要增加以下功能:

3.1.1探头驱动、增益等检测相关参数的设定。其中有前置、驱动和纠偏等选项。

a.探头前置参数值调整,主要用于信号幅度大小的调节。前置是在信号拾取后对矢量信号进行放大,它包括对缺陷信号和杂波信号的放大,所以放大倍数不是很大,避免对后面的信号处理带来麻烦,例如滤波作用等。信号的增益是在分检后对信号做放大的。在分检后,信号0经过滤波等处理,分成X轴分量和Y轴分量的标量信号了。所以我们可以根据需要对信号进行再次放大便于观察。考虑到部分杂波信号没能滤除干净,所以也会产生干扰信号的放大。我们必须根据实际检测到的信号大小和考虑杂波的干扰来进行参数的设置。一般在正弦波形不产生失真和饱和的状态下调节频率、前置和探头驱动。

b.探头驱动参数调整,主要是改变传感器激励来改变信号幅度。

c.纠偏是对探头校准曲线是否在显示窗口的中间位置进行调整的。可以观察探头校准曲线的实际位置来调整纠偏大小。

3.1.2设定平衡中心位置

设定平衡后信号拉回阻抗平面中心点的位置。调节过程中会发现阻抗平面图上边的Horz 和Vert显示值随着调节而改变。

3.1.3端头延时、端尾延时

在A扫描检测状态下,通过设置端头延时来滤除工件“端部效应”产生的涡流信号,避免产生误报警现象。端头延时的时间为(探头距离传感器的长度+盲区长度)/检测速度;端尾延时的时间为(探头距离传感器的长度-盲区长度)/检测速度。

3.1.4每米计数值

每米计数值的设置是根据外时钟来确定的。当外部时钟(编码器)输入为每米500个脉冲。其数值为编码器转一周所对应的脉冲值÷编码器转动一周工件所走的长度,根据钢管外径Φ48mm~Φ180mm,设定为900左右基本上可覆盖所有规格。

3.1.5怀疑域大小设定阀值

在报警模式规定下设定相应的怀疑域大小,当缺陷信号进入怀疑域(即虚线所形成的区域)但又未到达报警域时,怀疑的缺陷信号不报警但在检测报告会显示该信号。

3.2 设备的调试验收

3.2.1 样管的制作

校准样管用于校验设备的工作状态和测试整套设备的综合性能。用于对比试样的钢管须与被探伤钢管的公称尺寸相同, 化学成分、表面状况及热处理状态相似, 即有相似的电磁特性, 钢管的弯曲度不大于1.5∶1000, 表面无氧化皮, 无影响校准的缺陷。[2]并按设备探伤规格的上限和下限各做一支, 人工缺陷的种类、形状和大小严格按照GB/T 7735和YB/T 4083加工制作。按标准, 对比试样的人工缺陷为穿过管壁并垂直于钢管表面的孔, 人工缺陷为五个, 其中三个处于对比试样中间部分, 沿圆周分布互成120°角, 彼此之间的周向距离不小于200mm。另外, 距管两端不大于200mm处各加工一个相同的人工缺陷, 以检验端部效应, 样管示意图见图2:

图2  测试样管(采用通孔型人工缺陷)示意图

3.2.2 传动装置的调整

钢管在传送过程中与检测探头的同心度是影响检测精度的主要因素。由于同心度差,使钢管上缺陷处于圆周不同位置而引起的信号幅度会产生差异,即周向灵敏度差。同心度的调整要根据钢管的外径、压紧装置的压下位置和磁饱和装置(即主机的中心高度)进行,使样管平稳地通过检测线圈,并使中部三个人工缺陷的信号幅度尽可能一致。

3.3 综合性能测试

按照YB/T 4083-2011标准规定测试整套探伤设备的周向灵敏度差、信噪比、漏报率、误报率和管端不可探区等指标。其数值见表1。

表1  设备综合性能测试表

---测试条件---

标准样管

上限

下限

规格

Φ168.3*5.56mm

Φ48.3*5mm

---测试内容及结果---

序号

项目

标准值

实测值

上限

下限

上限

下限

1

周向灵敏度差(dB)

4

3

3

3

2

信噪比(dB)

8

10

10

10

3

漏报率(%)

1

1

0

0

4

误报率(%)

3

3

0

0

5

探伤盲区(mm)

200

200

200

200

6

稳定性

2

--

0

--

退磁效果

5Gs

喷标精度

50mm

 

检测速度

240m/min内可调

检测灵敏度

E2H

 

4改造的评价

通过一段时间的运行,设备改造后主要有以下几个方面的变化:

a、检测精度达到ISO10893-2 E2H级别,如Φ73.02*5mm样管能够检测到Φ1.2mm孔洞,原设备只能检测到Φ1.6mm孔洞;Φ168.3*9.17mm样管能够检测到Φ1.4mm孔洞,原设备只能检测到Φ1.6mm孔洞。

b、检测速度进一步提高,钢管线速度由原来的3m/s提高到4m/s。

c、检测操作界面更加人性化,能够灵活调整端头、端尾延时,每米计数值等和检测精度密切关联的参数;图3是钢管涡流探伤检测主界面。

图3 钢管涡流探伤检测界面

d、实现钢管检测的实时打印,喷标精度达到±50mm,满足了各级认证要求。

改造后的设备整体功能强大、检测可靠性高、操作方便可靠,在大大提高工作效率的同时保障了生产的顺利进行。同时备品备件费用大大减少,降低了公司产品的吨钢成本。

5存在的问题

通过改造后设备能够高效稳定运转,但还是存在一定的不足,如钢管饱和磁化和退磁电流不能连续可调,钢管夹紧装置精度不够等问题,还有待我们进一步解决。

 

参考文献 

[1] 范弘.金属材料的涡流检测.中国科学技术出版社, 冶金无损检测人员技术资格鉴定委员会,2006:20-81

    [2]  YB/T 4083-2011.钢管自动涡流探伤系统综合性能测试方法

作者简介:

郭俊飞,男,工程师,2005年毕业于长春大学电气工程及其自动化专业,现就职于天津钢管集团股份有限公司,主要从事钢管无损检测设备管理维护工作。

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