不銹鋼管自動化漏磁檢測系統一般采用復合磁化方式對不(bu)銹鋼管進行全方位檢測,軸向磁化檢測橫向缺陷和周向磁化檢測縱向缺陷,并且以縱向和橫向刻槽作為質量評判標準。然而在不銹鋼管檢測過程中,自然缺陷的形狀位置卻有別于標準缺陷,即自然缺陷走向通常與標準磁化場方向存在一定傾角。國家標準GB/T 12604-1999關于缺陷形狀位置對檢測靈敏度差異的影響做如下描述:“當缺陷走向與磁力線垂直時,缺陷處漏磁場強度最大,檢測靈敏度也最高。隨著缺陷走向的偏斜,漏磁場強度逐漸降低,直至兩者走向一致時,漏磁場強度接近為零。因此,當采用縱向、橫向檢測設備時,對斜向缺陷反應不甚敏感,易形成盲角區域”。
一、缺(que)陷走(zou)向對漏磁場分布(bu)的影(ying)響
由于軋制(zhi)工藝不完(wan)善而產(chan)生(sheng)的(de)鋼(gang)管自然(ran)缺陷(xian)(xian)(xian)一般與(yu)(yu)軸線成(cheng)一定斜(xie)(xie)角(jiao)。與(yu)(yu)標準橫、縱向(xiang)(xiang)缺陷(xian)(xian)(xian)相比,斜(xie)(xie)向(xiang)(xiang)缺陷(xian)(xian)(xian)漏(lou)(lou)磁(ci)場(chang)強(qiang)度更低(di)。斜(xie)(xie)向(xiang)(xiang)缺陷(xian)(xian)(xian)是不銹鋼(gang)管生(sheng)產(chan)過(guo)程中最為(wei)常見的(de)一種(zhong)缺陷(xian)(xian)(xian),但在(zai)實際檢測(ce)過(guo)程中往往以標準垂直缺陷(xian)(xian)(xian)作(zuo)為(wei)評判標準,從而容易造成(cheng)斜(xie)(xie)向(xiang)(xiang)缺陷(xian)(xian)(xian)的(de)漏(lou)(lou)檢。為(wei)實現對具有不同(tong)走向(xiang)(xiang)的(de)同(tong)尺寸缺陷(xian)(xian)(xian)的(de)一致性檢測(ce)與(yu)(yu)評價,必須提出相應的(de)漏(lou)(lou)磁(ci)場(chang)差異消(xiao)除方法。
1. 斜向缺陷的漏(lou)磁(ci)場分(fen)布特性
圖(tu)4-58所示缺陷分(fen)別為用(yong)于(yu)校驗設(she)備的(de)標(biao)準人工刻槽和鋼(gang)管軋制(zhi)過程中形成的(de)自然斜向(xiang)缺陷。與標(biao)準刻槽相比,斜向(xiang)缺陷走向(xiang)與磁化場之間存在一定傾斜夾角,會導致相同尺寸斜向(xiang)缺陷的(de)漏(lou)磁場強度更低,從而容易(yi)形成漏(lou)檢(jian)。
建立如(ru)圖4-59所示(shi)的斜向缺陷(xian)漏(lou)(lou)磁場分析模型,缺陷(xian)1、缺陷(xian)2和(he)缺陷(xian)3依次與磁化場B。形成夾角(jiao)a1、α2和(he)3,深度(du)和(he)寬度(du)分別(bie)為d和(he)2b,并形成漏(lou)(lou)磁場分布B2和(he)B3。
當(dang)缺(que)陷走(zou)向(xiang)垂直于磁(ci)化場(chang)方(fang)向(xiang)時(shi),由于在磁(ci)化方(fang)向(xiang)上(shang)缺(que)陷左(zuo)右兩側(ce)磁(ci)介質(zhi)具有完全(quan)對(dui)稱性,漏(lou)(lou)磁(ci)場(chang)可簡化為(y,z)二維模型;但如(ru)果缺(que)陷走(zou)向(xiang)與(yu)磁(ci)化方(fang)向(xiang)不(bu)垂直,此(ci)時(shi),缺(que)陷左(zuo)右兩側(ce)磁(ci)介質(zhi)在磁(ci)化方(fang)向(xiang)上(shang)不(bu)對(dui)稱,會對(dui)磁(ci)力線(xian)路徑造(zao)成擾動,從而形(xing)成三維空間分布的非對(dui)稱漏(lou)(lou)磁(ci)場(chang)。
以缺(que)陷兩側(ce)面上P1、P2和P3點(dian)作為(wei)研究對象,分(fen)析缺(que)陷兩側(ce)面磁(ci)勢分(fen)布。圖(tu)4-60a所(suo)示(shi)為(wei)斜向缺(que)陷漏磁(ci)場(chang)分(fen)析模型,根據磁(ci)路(lu)原理(li),沿著(zhu)磁(ci)力(li)線路(lu)徑分(fen)布的(de)P1、P2和P3處(chu)磁(ci)勢Uml、Um2和Um3滿(man)足如(ru)下關系式:
Um1>Um2,Uml>Um3 (4-27)
因(yin)此,磁化場(chang)磁通量達(da)到(dao)(dao)1點(dian)(dian)時會產生分流(liu),一部(bu)分磁通量2會沿(yan)著平行(xing)于(yu)缺(que)陷Φ方向(xiang)達(da)到(dao)(dao)磁勢更低的P2點(dian)(dian),而剩余部(bu)分磁通量則經過缺(que)陷到(dao)(dao)達(da)P3點(dian)(dian),從而形成漏(lou)磁場(chang)B1,根據磁路的基爾霍(huo)夫第(di)一定律,磁通量滿足以下(xia)關(guan)系式:
建立如(ru)圖(tu)4-61所示(shi)(shi)的(de)仿真模型,計算缺陷(xian)走向(xiang)(xiang)對漏(lou)磁場分(fen)布的(de)影(ying)響(xiang)。測試鋼板的(de)長、寬(kuan)和(he)高分(fen)別為(wei)500mm、100mm和(he)10mm,鋼管材質為(wei)25鋼。穿(chuan)過(guo)式磁化(hua)線圈內腔寬(kuan)度(du)(du)和(he)高度(du)(du)分(fen)別116mm和(he)12mm,外(wai)輪廓(kuo)寬(kuan)度(du)(du)和(he)高度(du)(du)分(fen)別為(wei)216mm和(he)112mm,線圈厚度(du)(du)為(wei)100mm,,方(fang)向(xiang)(xiang)如(ru)圖(tu)所示(shi)(shi)。漏(lou)磁場提(ti)取路徑(jing)l位(wei)于鋼板上方(fang)中心位(wei)置(zhi)處,提(ti)離值為(wei)1.0mm,并建立如(ru)圖(tu)所示(shi)(shi)坐標(biao)系(x,y,z)
當α=90°以及(ji)α=60°時計算(suan)缺(que)陷漏(lou)磁場矢量分布,如(ru)(ru)圖4-62所(suo)示。當缺(que)陷走向(xiang)與磁化方向(xiang)垂直(zhi)(zhi)(zhi)時,所(suo)有(you)磁力線均垂直(zhi)(zhi)(zhi)通過缺(que)陷,如(ru)(ru)圖4-62a所(suo)示;當缺(que)陷走向(xiang)與磁化方向(xiang)存在一定夾角時,一部分磁力線沿(yan)著(zhu)平行于缺(que)陷方向(xiang)分布,其余部分磁力線則(ze)沿(yan)著(zhu)近似垂直(zhi)(zhi)(zhi)于缺(que)陷方向(xiang)通過,如(ru)(ru)圖4-62b所(suo)示。
采用圖(tu)4-61所示的模(mo)型,夾角α分(fen)(fen)別(bie)取(qu)0°、15°、30°、45°、60°和75°,沿(yan)路徑l提取(qu)磁場(chang)分(fen)(fen)量Bx、By、、B2以(yi)及磁通量密度B,并繪制成如圖(tu)4-63~圖(tu)4-66所示的關系(xi)曲線。
從(cong)圖4-63中(zhong)可以看出,隨著夾角α的增大,漏磁場分量B2幅(fu)值(zhi)呈(cheng)現先增大后減小(xiao)的規律。從(cong)圖4-64~圖4-66中(zhong)可以看出,隨著夾角α的不(bu)斷(duan)增大,By、和磁通(tong)量密度B幅(fu)值(zhi)均呈(cheng)不(bu)斷(duan)上升趨勢(shi),當缺陷走向與磁化場方向垂直(zhi)時,幅(fu)值(zhi)達(da)到最大值(zhi)。
從圖(tu)中還可以看(kan)出,隨著(zhu)夾角α的(de)不斷增大(da),BxB、B2和(he)B分布寬(kuan)度(du)(du)均在不斷減小(xiao)。進一步提取(qu)漏磁(ci)(ci)場(chang)分量B,峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值點寬(kuan)度(du)(du),繪制其與夾角α的(de)關系曲線,如圖(tu)4-67所示。從圖(tu)中可以看(kan)出,隨著(zhu)夾角α的(de)增大(da),漏磁(ci)(ci)場(chang)分量B,峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值點寬(kuan)度(du)(du)不斷變小(xiao);當(dang)夾角α較小(xiao)時(shi),峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值點寬(kuan)度(du)(du)下(xia)降較快;當(dang)夾角α較大(da)時(shi),峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值點寬(kuan)度(du)(du)下(xia)降緩慢。
由于(yu)磁(ci)力線(xian)經過斜向(xiang)缺陷(xian)時基本沿著垂直(zhi)于(yu)缺陷(xian)方(fang)向(xiang)通過,因(yin)此(ci),提(ti)取(qu)路(lu)(lu)徑l與漏(lou)磁(ci)場分布方(fang)向(xiang)會存在(zai)夾角,為此(ci),將漏(lou)磁(ci)場變換到提(ti)取(qu)路(lu)(lu)徑l方(fang)向(xiang)上,即
z≈z'/sino (4-31) 式中,z'為(wei)垂(chui)直于缺陷方向的坐標軸。
繪制漏(lou)磁場分量B,峰-峰值(zhi)點寬(kuan)度與(yu)1/sina之間(jian)的關系(xi)曲線,如圖(tu)4-68所(suo)示(shi)。從圖(tu)中可(ke)以看出,峰-峰值(zhi)點寬(kuan)度與(yu)1/sina之間(jian)成近似正比(bi)關系(xi),與(yu)式(shi)(4-31)所(suo)示(shi)的變換關系(xi)相符(fu)。
2. 缺陷走向對漏磁場分布的影響
在鋼板上刻制不同走(zou)向的缺陷(xian),并(bing)(bing)進行漏磁(ci)檢測試驗。鋼板的長度(du)、寬(kuan)度(du)和(he)(he)厚度(du)分別(bie)(bie)為(wei)750mm、100mm和(he)(he)10mm,并(bing)(bing)在其表面(mian)加工4個走(zou)向不同的缺陷(xian),深度(du)和(he)(he)寬(kuan)度(du)分別(bie)(bie)為(wei)2mm和(he)(he)1.5mm,夾(jia)角α分別(bie)(bie)為(wei)20°、45°、70°和(he)(he)90°,如圖4-69所(suo)示(shi)。
磁化(hua)電流設置為5A且傳(chuan)感(gan)器(qi)提離值為1.0mm。將(jiang)鋼板以恒定(ding)速(su)度0.5m/s通過檢測系(xi)統,使傳(chuan)感(gan)器(qi)依次(ci)掃查缺(que)陷Crk1、Ck2、Ck3和Crk4,并分(fen)別記錄漏磁場(chang)x、y、z軸(zhou)分(fen)量檢測信號,如圖 4-70~圖 4-72所示(shi)。
從試驗結果(guo)可以(yi)看出,隨著夾角(jiao)α的不(bu)斷(duan)增(zeng)大,漏磁場分量(liang)B,幅(fu)值呈現先增(zeng)大后減小(xiao)的趨勢,而漏磁場分量(liang)B,和B,則不(bu)斷(duan)增(zeng)強(qiang),試驗結果(guo)與理論分析吻合。
從圖中還可以看出,隨著(zhu)夾角(jiao)α的不(bu)斷(duan)增(zeng)大,檢測信(xin)號(hao)(hao)(hao)寬度(du)不(bu)斷(duan)減(jian)(jian)小(xiao)。進(jin)一步提(ti)取缺(que)陷(xian)Ck1、Ck2、Ck3和(he)(he)Crk4漏磁場分(fen)量B,的信(xin)號(hao)(hao)(hao)峰-峰值點(dian)寬度(du),并(bing)繪制其(qi)與(yu)夾角(jiao)α和(he)(he)1/sina的關系(xi)曲(qu)線(xian),如圖4-73和(he)(he)圖4-74所示(shi)。從圖中可以看出,隨著(zhu)夾角(jiao)α的不(bu)斷(duan)增(zeng)大,B,信(xin)號(hao)(hao)(hao)峰-峰值點(dian)寬度(du)不(bu)斷(duan)減(jian)(jian)小(xiao),并(bing)與(yu)1/sina成近似(si)正(zheng)比(bi)關系(xi),與(yu)仿真及(ji)理(li)論分(fen)析結(jie)論相同(tong)。
二、消除缺陷走向影響的方法
不銹鋼管漏磁檢測分別采用軸向和周向磁化場激發周向和軸向裂紋產生漏磁場,因此,檢測系統對標準周向和軸向裂紋缺陷最為敏感,而45°斜向裂紋靈敏度最低。此外,檢測規程常以標準周向和軸向裂紋作為質量評判標準,從而容易導致斜向缺陷漏檢。由于具有靈敏度高、性能穩定和工藝簡單等優點,感應線圈是目前使用最為廣泛的漏磁檢測傳感器。磁場拾取系統一般以垂直缺陷作為傳感器敏感方向設計基準,從而感應線圈敏感方向會與斜向缺陷形成夾角,最終產生檢測信號幅值差異。為實現同尺寸斜向缺陷的一致性檢測與評價,需要根據感應線圈敏感方向與缺陷走向之間的夾角對檢測信號幅值差異的影響機制,提出合理的感應線圈布置方法。
1. 感應線圈與裂紋夾角對檢(jian)測信號的影響
分(fen)析感應線(xian)圈敏感方(fang)向(xiang)(xiang)與(yu)(yu)缺陷(xian)走(zou)向(xiang)(xiang)夾(jia)角對漏磁(ci)檢測信號(hao)的影響。感應線(xian)圈敏感方(fang)向(xiang)(xiang)也即(ji)感應線(xian)圈長軸方(fang)向(xiang)(xiang),如圖4-75所示,感應線(xian)圈敏感方(fang)向(xiang)(xiang)與(yu)(yu)試件軸向(xiang)(xiang)垂(chui)直,當試件上(shang)存(cun)在不同走(zou)向(xiang)(xiang)缺陷(xian)時,感應線(xian)圈將與(yu)(yu)其形成不同的夾(jia)角,從而引起檢測信號(hao)幅值差異。
圖4-76所示為(wei)(wei)水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)(ping)線(xian)圈(quan)與缺陷(xian)(xian)走向存(cun)在一定(ding)夾(jia)(jia)角時(shi)的漏磁(ci)場檢測(ce)原(yuan)理。線(xian)圈(quan)長度為(wei)(wei)l,寬度為(wei)(wei)2w,提離(li)值為(wei)(wei)h,水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)(ping)線(xian)圈(quan)敏(min)感(gan)方(fang)向與缺陷(xian)(xian)走向之(zhi)間的夾(jia)(jia)角為(wei)(wei)β。建(jian)立如圖所示坐標系(xi)(x,,缺x,y)陷(xian)(xian)走向平(ping)(ping)(ping)行(xing)于y軸,缺陷(xian)(xian)漏磁(ci)場分布(bu)滿足(zu)磁(ci)偶(ou)極子模(mo)型,水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)(ping)線(xian)圈(quan)運動(dong)方(fang)向與x軸平(ping)(ping)(ping)行(xing)。從圖中可(ke)以看出(chu),當水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)(ping)線(xian)圈(quan)敏(min)感(gan)方(fang)向與缺陷(xian)(xian)走向形(xing)成(cheng)一定(ding)夾(jia)(jia)角時(shi),組成(cheng)水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)(ping)線(xian)圈(quan)的四(si)段導(dao)線(xian)均會產生感(gan)應電(dian)動(dong)勢(shi),因此水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)(ping)線(xian)圈(quan)整體輸(shu)出(chu)為(wei)(wei)四(si)段導(dao)線(xian)感(gan)應電(dian)動(dong)勢(shi)之(zhi)差。設四(si)段導(dao)線(xian)L1、和(he)L4產生的感(gan)應電(dian)動(dong)勢(shi)輸(shu)出(chu)分別為(wei)(wei)e1e2和(he),則可(ke)獲(huo)得水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)(ping)線(xian)圈(quan)感(gan)應電(dian)動(dong)勢(shi)輸(shu)出(chu)Δehorizontal為(wei)(wei):
如圖4-77所示,進一(yi)步將(jiang)四段導線交界點沿x軸投影,將(jiang)水平線圈(quan)分解(jie)為和L6六段導線,其交界點x軸坐標(biao)分別為x1、x2、x3、x4、x5和此時(shi),水平線圈(quan)09x感應電動勢(shi)為處于(yu)前端三段導線和尾部三段導線感應電動勢(shi)之差
進一步設線(xian)圈寬度(du)參數w=0.3253mm,線(xian)圈長(chang)度(du)mm,水平線(xian)圈運(yun)行速度(du)為1m/s,根據式(4-37),繪制水平線(xian)圈感應電動勢(shi)與夾角(jiao)(jiao)β的(de)關系曲線(xian),如圖(tu)4-79所示。從圖(tu)中可以看出(chu),隨著夾角(jiao)(jiao)β不(bu)斷增(zeng)大(da),水平線(xian)圈感應電動勢(shi)不(bu)斷減小(xiao);當(dang)水平線(xian)圈與缺陷走向平行時感應電動勢(shi)幅值最大(da),當(dang)兩者垂直(zhi)時幾乎沒有感應電動勢(shi)輸出(chu)。
利用鋼板漏磁檢(jian)測(ce)(ce)試驗研究(jiu)水平(ping)線(xian)圈(quan)敏感方向(xiang)與(yu)缺陷走向(xiang)夾角對(dui)檢(jian)測(ce)(ce)信號幅值(zhi)的影(ying)響,感應線(xian)圈(quan)的長度(du)(du)、寬度(du)(du)和(he)高度(du)(du)分別為(wei)11mm、2mm和(he)2mm,線(xian)徑為(wei)0.13mm,共30匝(za),水平(ping)線(xian)圈(quan)中(zhong)心提離值(zhi)h為(wei)1.5mm。一共進(jin)行四組(zu)試驗,使(shi)水平(ping)線(xian)圈(quan)與(yu)不(bu)同走向(xiang)缺陷平(ping)行放置進(jin)行檢(jian)測(ce)(ce),如(ru)圖4-80所示。水平(ping)線(xian)圈(quan)以(yi)恒定速度(du)(du)0.5m/s依(yi)次通過(guo)缺陷Crk1、Ck2、Ck3和(he)Cyk4獲得如(ru)圖4-81所示的檢(jian)測(ce)(ce)信號。
從圖4-81中(zhong)可以(yi)(yi)看出(chu),按不同方(fang)(fang)(fang)向布置(zhi)的水(shui)平(ping)線(xian)圈產(chan)生了不同的漏磁信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)輸出(chu):當(dang)水(shui)平(ping)線(xian)圈以(yi)(yi)90°方(fang)(fang)(fang)向依(yi)(yi)次(ci)(ci)掃過(guo)四(si)個(ge)缺(que)陷(xian)(xian)時(shi)(shi),檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)依(yi)(yi)次(ci)(ci)減小,其(qi)(qi)中(zhong)Ckt缺(que)陷(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)最(zui)大,4缺(que)陷(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)最(zui)小;當(dang)水(shui)平(ping)線(xian)圈以(yi)(yi)70°方(fang)(fang)(fang)向依(yi)(yi)次(ci)(ci)掃過(guo)四(si)個(ge)缺(que)陷(xian)(xian)時(shi)(shi),Ck2缺(que)陷(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)最(zui)大,信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)次(ci)(ci)之,然后依(yi)(yi)次(ci)(ci)為Crk3和(he)C,k4當(dang)水(shui)平(ping)線(xian)圈以(yi)(yi)45°方(fang)(fang)(fang)向依(yi)(yi)次(ci)(ci)掃過(guo)四(si)個(ge)缺(que)陷(xian)(xian)時(shi)(shi),Ck3缺(que)陷(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)明(ming)顯增(zeng)(zeng)加(jia),C,k4信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)有(you)所增(zeng)(zeng)加(jia),而Cukl和(he)Ck2信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)均降低;當(dang)水(shui)平(ping)線(xian)圈以(yi)(yi)20°方(fang)(fang)(fang)向依(yi)(yi)次(ci)(ci)掃過(guo)四(si)個(ge)缺(que)陷(xian)(xian)時(shi)(shi),Ck4缺(que)陷(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)增(zeng)(zeng)加(jia),其(qi)(qi)余三個(ge)缺(que)陷(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)都降低,而且C,k1Crk2和(he)C,k3信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)依(yi)(yi)次(ci)(ci)由小到大排列。
繪制不(bu)同(tong)走(zou)向(xiang)缺陷(xian)(xian)檢測(ce)(ce)信號峰值(zhi)與水平(ping)(ping)線圈布(bu)置方(fang)向(xiang)的關系曲線,如圖(tu)4-82所示。從圖(tu)中可以看出,當(dang)水平(ping)(ping)線圈以不(bu)同(tong)方(fang)向(xiang)掃(sao)查同(tong)一缺陷(xian)(xian)時將產生不(bu)同(tong)的檢測(ce)(ce)信號幅值(zhi)。當(dang)水平(ping)(ping)線圈敏感方(fang)向(xiang)與缺陷(xian)(xian)走(zou)向(xiang)平(ping)(ping)行時,信號幅值(zhi)最大(da);隨(sui)著兩者方(fang)向(xiang)夾角的增(zeng)大(da),信號幅值(zhi)逐漸降低。
圖4-83所(suo)示為垂直線(xian)圈敏感方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)缺(que)(que)陷走(zou)向(xiang)(xiang)(xiang)存在一定夾(jia)角時(shi)的漏(lou)磁場(chang)掃查原(yuan)理圖,線(xian)圈長度為l,寬度為2w,線(xian)圈中心提離值為H,垂直線(xian)圈敏感方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)缺(que)(que)陷走(zou)向(xiang)(xiang)(xiang)之間(jian)的夾(jia)角為β。建立(li)如圖所(suo)示坐(zuo)標(biao)系(x,y)),缺(que)(que)陷走(zou)向(xiang)(xiang)(xiang)平行于y軸,垂直線(xian)圈運(yun)動方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)x軸平行。
垂直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)由四段導線(xian)(xian)L1、L2、L3和L組成,其(qi)感應電動(dong)勢輸出分別為e1e2、e3和e4,
設線(xian)圈(quan)(quan)寬度參數(shu)w=0.15mm,線(xian)圈(quan)(quan)長度l=12.5mm,垂(chui)直線(xian)圈(quan)(quan)運l=12.行(xing)速度為1.0m/s,根據式(4-42)繪制垂(chui)直線(xian)圈(quan)(quan)感(gan)(gan)應(ying)(ying)電動勢(shi)與(yu)夾角β的關系曲線(xian),如圖4-85所示。從(cong)圖中(zhong)可以看出(chu)(chu),隨著夾角β的不斷增大,垂(chui)直線(xian)圈(quan)(quan)感(gan)(gan)應(ying)(ying)電動勢(shi)不斷減小(xiao)。當(dang)垂(chui)直線(xian)圈(quan)(quan)敏感(gan)(gan)方向(xiang)與(yu)缺(que)陷(xian)走向(xiang)平行(xing)時(shi),感(gan)(gan)應(ying)(ying)電動勢(shi)輸(shu)出(chu)(chu)最大;當(dang)兩者(zhe)垂(chui)直時(shi),幾乎沒有感(gan)(gan)應(ying)(ying)電動勢(shi)輸(shu)出(chu)(chu)。
采用(yong)與(yu)(yu)(yu)水平線(xian)(xian)圈(quan)相同(tong)的(de)(de)試(shi)驗方法,研究垂直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)敏感方向(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)(yu)(yu)缺(que)陷走(zou)(zou)向(xiang)(xiang)(xiang)夾角對漏磁檢測(ce)信號(hao)的(de)(de)影響。將感應(ying)線(xian)(xian)圈(quan)垂直(zhi)擺放,垂直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)中心提離值H為(wei)2mm。同(tong)樣本試(shi)驗分為(wei)四(si)(si)組,分別使垂直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)以不同(tong)的(de)(de)布(bu)置方向(xiang)(xiang)(xiang)依次(ci)掃查四(si)(si)個缺(que)陷Ck1、Ck2、Ck3和Crk4,速度(du)為(wei)0.5ms,如(ru)圖(tu)4-86所示(shi)(shi),并獲得(de)不同(tong)走(zou)(zou)向(xiang)(xiang)(xiang)缺(que)陷的(de)(de)信號(hao)幅值與(yu)(yu)(yu)垂直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)布(bu)置方向(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)關系(xi)曲線(xian)(xian),如(ru)圖(tu)4-87所示(shi)(shi)。
從圖(tu)4-87中可以看(kan)出,當(dang)垂直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)以不同布置方向掃(sao)查四(si)(si)(si)個(ge)(ge)(ge)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)時(shi),檢測信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)變化規律(lv)與水平線(xian)(xian)圈(quan)(quan)相(xiang)同:當(dang)垂直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)以90°方向依(yi)次(ci)掃(sao)過四(si)(si)(si)個(ge)(ge)(ge)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)時(shi),檢測信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)依(yi)次(ci)減小,其中C,k1缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)(zhi)最大(da)(da),C4缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)(zhi)最小;當(dang)垂直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)以70°方向依(yi)次(ci)掃(sao)過四(si)(si)(si)個(ge)(ge)(ge)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)時(shi),缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)(zhi)最大(da)(da),C信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)(zhi)次(ci)之,然后依(yi)次(ci)為Ck3和C4k4;當(dang)垂直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)以45°方向依(yi)次(ci)掃(sao)過四(si)(si)(si)個(ge)(ge)(ge)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)時(shi),C,k3缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)(zhi)明顯增加,C,k4信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)(zhi)有所增加,而Ck1和Ck2信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)(zhi)均降低;當(dang)垂直(zhi)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)以20°方向依(yi)次(ci)掃(sao)過四(si)(si)(si)個(ge)(ge)(ge)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)時(shi),Crk4缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)(zhi)增加,其余三個(ge)(ge)(ge)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)(zhi)都降低,而且Ck1、Crk2和Crk3信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)(zhi)依(yi)次(ci)由(you)小到大(da)(da)排列。
繪制不同(tong)走向(xiang)(xiang)缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)(hao)峰值(zhi)(zhi)與垂直(zhi)線圈布(bu)置(zhi)方向(xiang)(xiang)的關系曲線,如圖4-88所示。從圖中可以(yi)(yi)看出,當垂直(zhi)線圈以(yi)(yi)不同(tong)布(bu)置(zhi)方向(xiang)(xiang)掃查同(tong)一缺(que)陷(xian)時將(jiang)產(chan)生不同(tong)的檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)(hao)幅(fu)值(zhi)(zhi)。當垂直(zhi)線圈敏感方向(xiang)(xiang)與缺(que)陷(xian)走向(xiang)(xiang)平行時,信(xin)號(hao)(hao)幅(fu)值(zhi)(zhi)最(zui)大,隨著兩(liang)者方向(xiang)(xiang)夾(jia)角的增大,信(xin)號(hao)(hao)幅(fu)值(zhi)(zhi)逐(zhu)漸降低(di)。
2. 多向性陣列感應線(xian)圈消除方(fang)法
與(yu)(yu)標準缺陷(xian)(xian)相比,斜向(xiang)(xiang)缺陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)幅值更(geng)低(di)的原(yuan)因有:一(yi)(yi)(yi)(yi)方(fang)(fang)面(mian),不銹(xiu)(xiu)鋼管漏磁(ci)(ci)檢(jian)(jian)測(ce)采用軸向(xiang)(xiang)和周向(xiang)(xiang)復(fu)合磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)(fang)式對(dui)不銹(xiu)(xiu)鋼管進行局部磁(ci)(ci)化(hua),從(cong)而(er)導致與(yu)(yu)磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)形成夾角(jiao)的斜向(xiang)(xiang)缺陷(xian)(xian)漏磁(ci)(ci)場強度更(geng)低(di);另一(yi)(yi)(yi)(yi)方(fang)(fang)面(mian),在缺陷(xian)(xian)漏磁(ci)(ci)場拾(shi)取過程中,檢(jian)(jian)測(ce)線圈(quan)敏感(gan)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)與(yu)(yu)斜向(xiang)(xiang)缺陷(xian)(xian)會形成一(yi)(yi)(yi)(yi)定(ding)夾角(jiao),從(cong)而(er)降低(di)缺陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)的幅值。為(wei)實現(xian)具有不同(tong)走向(xiang)(xiang)的同(tong)尺(chi)寸缺陷(xian)(xian)的一(yi)(yi)(yi)(yi)致性檢(jian)(jian)測(ce)與(yu)(yu)評價,提(ti)出基于多向(xiang)(xiang)性陣列感(gan)應線圈(quan)的布置方(fang)(fang)法(fa)(fa)。水平(ping)線圈(quan)與(yu)(yu)垂直線圈(quan)布置方(fang)(fang)法(fa)(fa)相同(tong),以水平(ping)線圈(quan)作為(wei)消除方(fang)(fang)法(fa)(fa)的闡述對(dui)象(xiang)。
在(zai)實際(ji)生產過程中(zhong)(zhong),當(dang)生產工藝參數(shu)確(que)定后(hou),同(tong)(tong)批鋼(gang)管(guan)中(zhong)(zhong)自然缺(que)陷(xian)走(zou)向(xiang)(xiang)(xiang)往(wang)往(wang)大致(zhi)相同(tong)(tong)。如(ru)圖4-89所示(shi),設(she)鋼(gang)管(guan)中(zhong)(zhong)存在(zai)斜(xie)向(xiang)(xiang)(xiang)缺(que)陷(xian)1,并(bing)與(yu)(yu)磁化(hua)場(chang)(chang)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)形(xing)成(cheng)夾(jia)(jia)(jia)角ao,由于在(zai)物料(liao)運(yun)輸過程中(zhong)(zhong)可(ke)能(neng)出現(xian)鋼(gang)管(guan)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)倒置(zhi)(zhi),因(yin)此,斜(xie)向(xiang)(xiang)(xiang)缺(que)陷(xian)走(zou)向(xiang)(xiang)(xiang)也(ye)可(ke)能(neng)會與(yu)(yu)磁化(hua)場(chang)(chang)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)形(xing)成(cheng)夾(jia)(jia)(jia)角ππ-α0,如(ru)斜(xie)向(xiang)(xiang)(xiang)缺(que)陷(xian)3。對(dui)(dui)此,在(zai)探頭內部(bu)布置(zhi)(zhi)多向(xiang)(xiang)(xiang)性陣(zhen)(zhen)列感(gan)(gan)應(ying)線(xian)圈S1、S2和S3,分別(bie)與(yu)(yu)磁化(hua)場(chang)(chang)形(xing)成(cheng)夾(jia)(jia)(jia)角a1、α2和α3其中(zhong)(zhong),第一排(pai)陣(zhen)(zhen)列感(gan)(gan)應(ying)線(xian)圈S,對(dui)(dui)斜(xie)向(xiang)(xiang)(xiang)缺(que)陷(xian)1進行掃(sao)查,根(gen)據水平線(xian)圈敏感(gan)(gan)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)(yu)缺(que)陷(xian)走(zou)向(xiang)(xiang)(xiang)夾(jia)(jia)(jia)角對(dui)(dui)檢(jian)測(ce)信號幅值的影(ying)響(xiang)規律(lv),線(xian)圈敏感(gan)(gan)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)應(ying)該與(yu)(yu)缺(que)陷(xian)1走(zou)向(xiang)(xiang)(xiang)平行,即α1=α0;第二(er)排(pai)陣(zhen)(zhen)列感(gan)(gan)應(ying)線(xian)圈S2用于檢(jian)測(ce)標準垂直缺(que)陷(xian)2和校驗設(she)備狀態,因(yin)此線(xian)圈敏感(gan)(gan)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)(yu)磁化(hua)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)垂直,即a2=90°第三排(pai)陣(zhen)(zhen)列感(gan)(gan)應(ying)線(xian)圈S3方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)(yu)缺(que)陷(xian)3走(zou)向(xiang)(xiang)(xiang)平行,即α3=π-α0。
從而,通過多(duo)向性陣列感應線圈(quan)(quan)布置方式(shi)可以最大限(xian)度(du)地提高(gao)斜向缺(que)(que)陷(xian)的檢(jian)(jian)測信號(hao)幅值,并(bing)消除線圈(quan)(quan)敏感方向與(yu)缺(que)(que)陷(xian)走(zou)向夾(jia)角引(yin)起(qi)的檢(jian)(jian)測信號(hao)幅值差異。圖4-90所示(shi)為針對鋼管上有(you)30°斜向自然缺(que)(que)陷(xian)而制(zhi)作的多(duo)向性陣列感應線圈(quan)(quan)探頭芯。
在消(xiao)除了水平線(xian)圈敏感方向(xiang)(xiang)與缺(que)(que)陷(xian)走向(xiang)(xiang)夾角(jiao)引起的檢測信號差異之后,需(xu)要(yao)進一步(bu)消(xiao)除由于缺(que)(que)陷(xian)走向(xiang)(xiang)帶來(lai)的漏磁場強度差異,為(wei)此對斜(xie)向(xiang)(xiang)缺(que)(que)陷(xian)檢測通(tong)道進行增(zeng)益(yi)補償。陣列感應(ying)線(xian)圈S1、S2和S3分別通(tong)過斜(xie)向(xiang)(xiang)缺(que)(que)陷(xian)1、標準缺(que)(que)陷(xian)2和斜(xie)向(xiang)(xiang)缺(que)(que)陷(xian)3之后輸(shu)出信號峰值(zhi)分別為(wei)e1、2和e3,設陣列感應(ying)線(xian)圈S1和S3增(zeng)益(yi)補償參數分別為(wei)和a3,經補償后使得不同(tong)走向(xiang)(xiang)缺(que)(que)陷(xian)10具有相同(tong)的信號幅值(zhi)。